1、技術背景
傳（chuán）統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒（chǐ）輪結構進行驅動，導致球磨機的傳動係統存在機械傳動（dòng）鏈（liàn）冗長、效率低、機構複雜（zá）、運行維（wéi）護（hù）工作量大等問題（tí）。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所（suǒ）與河南麻豆免费版機電設備有限公司聯合設計研發的球磨機、立磨機采用永磁直驅電機,通過將電動機與機（jī）械結構進行機電一體化設計，取消動力傳輸的中間（jiān）環節，做成直驅方案，能直（zhí）接滿足荷載的需求，省去傳統磨機的減速機，顯著提高了電機的效（xiào）率與功率因數，具有節（jiē）能、起動轉矩（jǔ）大、過載（zǎi）能力強、係統（tǒng）免維護、自動化程度高等優點。
在控製方麵,本產（chǎn）品電機定（dìng）子采（cǎi）用了模塊化設計，不僅降低了加工、製造（zào）、運輸等難度，還（hái）相當於把一個大功率電機做成了（le）多個小功率電機。模塊化電（diàn）機的控製技術可（kě）以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的（de）輸入電流，電機不必采用高等級絕（jué）緣。模塊化（huà）電機采用多台（tái）小功率變（biàn）頻器聯合供電，這樣設計降低了電機的供（gòng）電電壓和使用的（de）變頻器容量，從而降低成本。每個模塊電機（jī）都具有一套獨立的控製係統，大大提升了電機控製（zhì）的自由度，球磨機運（yùn）行在輕載（zǎi）工況時，完全可以隻（zhī）運行部分模塊電機驅動球磨機（jī）。
在結構方麵，本（běn）產品電機（jī）的定子采用（yòng）了一種自主設計研發的隨動式結構，將整圓的定子分成若幹個相（xiàng）互存在間隙（xì）的小（xiǎo）扇（shàn）形塊，通過機械結構設（shè）計（jì），確定了一種無論球磨機轉筒是否震動（dòng）或偏心，定子塊始終（zhōng）跟隨轉筒運動從而保（bǎo）持定子與轉（zhuǎn）子間隙（xì）恒定的結構。本產品通過機械結構設計保證定子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃膛（táng）現象，因此電（diàn）機的氣隙可以設計的比普通（tōng）永磁直驅電機的（de）小很多，從而大幅降低電機永磁體用量，降低生產成本，節約（yuē）稀土（tǔ）資源（yuán），節能用電量。當模（mó）塊（kuài）發生故障時，直接拆卸故障電機，更換新的模塊電機即（jí）可正常運（yùn）行（háng）。使用本產品完全不會因電機（jī）發生故障而影響到生產工期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述（shù）
本（běn）產品的隨動式定子結構構成一種“小車結（jié）構”，滾筒就像公（gōng）路，定（dìng）子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉（zhuǎn）相當於汽車在公路行駛，公路的起伏不影響車輪與地麵貼合，即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合滾筒，保證（zhèng）定子、轉子間隙恒定，在球（qiú）磨機因裝配誤差、軸承磨（mó）損（sǔn）、滾筒形變、重載震動等原因造（zào）成電機偏（piān）心、氣隙不均勻時，仍能正常運轉，保證磨機始終運（yùn）行在性能狀（zhuàng）態，不必停機檢修。同時電機定子與轉子間（jiān）的（de）間隙也（yě）可以做的（de）更（gèng）小，減少永（yǒng）磁體用量，並且因為隨動式結構，電機（jī）不會發生掃膛現象。
本產品電機的定子為隨動式（shì）結構,基於模塊化永（yǒng）磁（cí）直驅電機，采用獨立的扇形定子塊結構，其隨動原理是在定子塊的軸（zhóu）向兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾筒來（lái）確（què）定定子與轉子間的間隙，定子塊徑（jìng）向外側設有與支撐（chēng）框架相連（lián）的彈性（xìng）機構。彈性機構（gòu）在球磨（mó）機滾筒不偏心時處於（yú）半壓縮狀態（tài）,如果球磨機滾筒向上波動，轉（zhuǎn）筒會向上頂（dǐng）定子塊上安裝的滾輪，進而帶動定子塊向上移動，上方彈（dàn）性機構繼續（xù）壓縮;下方定子塊在受到永磁體對（duì）其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈性機構將其向上頂（dǐng），保證下（xià）方定子塊的滾輪依然貼合（hé）轉（zhuǎn）筒外表麵，使（shǐ）定子塊（kuài）跟隨轉筒波（bō）動（dòng）而進行徑向（xiàng）與圓周方向的移動，從而保（bǎo）證定子（zǐ）、轉（zhuǎn）子之間的間隙不變（biàn）。球磨機滾筒向下複位或繼續向下波動，則上方定子塊在受到（dào）永（yǒng）磁體（tǐ）對其向下的吸引力（lì）的同（tóng）時，彈性機構將上方其向下壓,下（xià）方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈性裝置的壓力大小可調，對於不同（tóng）位置的定子塊設置（zhì）不同的壓力,避免因彈性（xìng）裝（zhuāng）置設置的壓力過大造（zào）成滾輪或轉筒磨損較快。
本（běn）產品將（jiāng）永磁電（diàn）機采用模塊化控製，根據不同功率的電機（jī）設計采用不同個數的隨動式定（dìng）子塊構成一台模塊電機，一台整圓（yuán）電機由多台（tái）模塊電機構成,多（duō）台模塊電（diàn）機共用同一個轉子，模塊電機包繞式安裝在球磨機滾筒上。相鄰隨動式定子（zǐ）塊間設有固定在支撐框架上的擋板來對定子塊（kuài）進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法蘭（lán）處銜接T型（xíng）支撐板（bǎn）,用於支撐安裝電機轉子（zǐ）鐵心及磁鋼。
本產品的隨動式定子塊安裝拆卸十分便捷（jié），隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封（fēng）外殼、彈性機構、彈性機（jī）構與定子塊之間的連接杆、彈性機構支（zhī）撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替（tì）傳統磨機的電機驅動係統的優點
現階段大多（duō）數的球磨機仍采用三相感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結構進行（háng）驅動。永（yǒng）磁同步電機與感應電機相比優勢是它有較高（gāo）的效率和功（gōng）率因數，損耗大大降低，節約了（le）能源。永磁電機通過變頻器進行調速，電機運行平（píng）穩，係統響（xiǎng）應速度快，感應（yīng）電機則起動相對困難。這些（xiē）也是近年來永磁電機應用越來越廣泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速機、聯軸（zhóu）器、及齒輪的傳動環（huán）節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機（jī）直驅（qū）係統的傳動效率不僅得到（dào）大幅（fú）提升，而且（qiě）直驅係統的故障率低，維護檢修方便，還避免（miǎn）了傳統設備因漏油造成環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化設計，不僅降低了加工，製造，運輸等難度，還（hái）相當（dāng）於把（bǎ）一（yī）個大功（gōng）率電機做成了多個小功率電機。模塊化電機的控（kòng）製技（jì）術可以實現降低大功率電機的輸入電壓，但是（shì）不增加電機的（de）輸（shū）入電流（liú），電機不必采用高（gāo）等級絕緣（yuán），模塊化電（diàn）機（jī）采用多台小功（gōng）率變（biàn）頻器聯（lián）合供電。這樣設計降低了電機的供電電（diàn）壓和（hé）使用的（de）變（biàn）頻器容量，從而（ér）降低成本。球磨機運行在輕載工況時,完全可以隻運行（háng）部分模塊電機驅動球磨機。
傳統電機故障時，會導致電機合成磁動勢發生畸變，諧波含量增加，平均（jun1）轉矩下降，轉矩波動顯著增加，無法繼續正常運（yùn）行。而本產品進行了模塊化設計，每個模塊電機都具有一（yī）套獨立（lì）的控製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用（yòng）其多電機結構和控製靈活的優勢，在發（fā）生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機（jī）具有冗餘的模塊數，也可切除故（gù）障子模塊而控製其餘正常（cháng）子模（mó）塊降額運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響到生產（chǎn）工（gōng）期。
球磨機因加（jiā）工誤差、軸承（chéng）磨損、滾筒形變或重載產生震動等因素會發生轉子偏心現（xiàn）象，偏心嚴（yán）重時還會造成（chéng）電機掃膛損壞電機（jī），實際生產（chǎn）中常常通過增加（jiā）氣隙大小來預防掃膛，而氣（qì）隙增大會導致永磁體用量增加，提高電（diàn）機製造成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定子與轉子之間的間隙恒（héng）定，可將氣隙做的更小，減少永磁體用量，電機不會發生掃膛現象，同時因（yīn）為該隨（suí）動式定子結構在偏心時能繼續正常工作，檢修次數更少，工作時間更長，大體積球磨機檢（jiǎn）修複雜，降低檢修次數就是提高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直驅立磨技術
1、立磨（mó）直驅對比於傳統感應電機的（de）優點( 1）變頻調速控製，實現負載工況（kuàng）多樣性
傳統立磨速（sù）度（dù）單一，工況適應能力差（chà）。遇到突發事件，調（diào）整磨鞮高度來改變係統工作環境，係統反應（yīng）速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到突發事件，除調整磨輾高（gāo）度外，還增加了速度調節（jiē）以快速適應係統工作環境，係統（tǒng）反應速度更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳（chuán）統係統（tǒng）因三相（xiàng）感應電機無法在低速實（shí）現（xiàn）大轉矩輸出（chū），需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在（zài）電機起動過程不對電網造成過大的（de）衝擊，需增加軟起動裝置（zhì）。三相感應電機起動後，通過減速器滿足係統轉矩需要，整個係統構成複雜，係統運行的（de）輔助設備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性（xìng）滿足（zú）需要，無需盤車係（xì）統和減速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡單。
(3）變頻器軟起動，起動過程（chéng）隨意（yì）設定（dìng）
傳統係（xì）統先由低速盤車係統起動，待三相感應電機（jī）達到起動條件後，軟起動裝（zhuāng）置起動三相感應電機，係統運行。係統控製複雜（zá），低速無法實現過載輸出。在低速（sù）過程需要盤車係（xì）統（tǒng），將轉速提高到三（sān）相感應電機起動條（tiáo）件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係（xì）統控製簡單。變頻（pín）控製起（qǐ）動過程可根據實際工況進行調整，以滿足各種工況的需求。低速可過載輸出，滿足起動需要，取代盤車係統。
(4）無減速器，維護成本更低,維護次數少
係統各構成單元均需要時常檢查（chá）和定（dìng）期維護，傳統係（xì）統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需要經常維護，維護成本費用高。同（tóng）時係統無法實（shí）現在低速運行（háng）的情況下進行係統維護。直驅係統（tǒng）構成單元簡單，變頻器（qì）控製永磁同步電機直接驅動，控製（zhì）方便。係統內無減速器，無需額外進行維護，係統維護成本低。同時，係統可實現在電機低速運行情（qíng）況（kuàng）下進行係統維護。
(5）傳動（dòng）效率高,節（jiē）能（néng）效果明顯
綜上采用直驅永磁電機取代傳統驅動係統年節電量達181萬元。（按照5000h,0.6元/kWh）立（lì）式鯤磨機直驅係統的優（yōu）勢與（yǔ）球磨機直（zhí）驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直（zhí）驅立磨結構示意圖
本（běn）新型立磨結構采用永磁直驅電機驅動,提高了立磨效率。在立磨扶正軸承與壓力軸承上進行突破，通過設（shè）計一種雙（shuāng）向載荷扇形模塊機（jī）構替代大直徑軸承，方便加工、生產（chǎn）、運輸、裝配、維修，並降低成本（běn）,在工（gōng）程實際中具有很強的（de）實用型。
針對大、中（zhōng）、小型（xíng）不同尺寸的立磨，分別設（shè）計了三種立磨專用永磁電機，代替傳統的減速機與三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向載荷機構與不同的放置位置，均能達到扶正與（yǔ）承（chéng）壓的作用，並且方便製造、裝配維護，節省（shěng）成本。均已申請專 利。
永磁直驅礦用（yòng）球磨機 
