1、技術（shù）背景
傳統的球磨機、立磨機大都采用三相異步電動機、聯軸器、減速裝置以及齒輪結構進行驅動，導致球（qiú）磨機的傳（chuán）動係統存在機械傳動鏈冗長、效率低、機構複雜、運行（háng）維護工作量大等（děng）問題。
沈陽工業大學電機與控製技術研究所與河南草莓视频ios機電設備有限公司聯合設計研（yán）發的球磨機（jī）、立磨機采（cǎi）用永磁直驅電機（jī）,通（tōng）過將電動機與機械結構進行機電一體化設計，取消動（dòng）力傳輸的中間（jiān）環節，做成直（zhí）驅方案，能直接滿足荷載的需求，省去傳統磨機（jī）的減速機，顯著提（tí）高了電機的效率與功率因數（shù），具有節能、起動轉矩大、過載能力強、係統免維護、自動化程度高等優點。
在控製（zhì）方麵,本產（chǎn）品電機定子采用（yòng）了模塊化設計，不（bú）僅降低（dī）了加工（gōng）、製造、運輸等難度，還相當於把（bǎ）一個大功率電機（jī）做成了多個小功率電機。模塊（kuài）化電（diàn）機的控（kòng）製技（jì）術可以實現降（jiàng）低大功率電機的輸入電壓，但是不增加電機的輸（shū）入電流，電機不必采用高等級絕緣。模塊化電機采用多台小功率變頻器聯合供電，這（zhè）樣設計降低了電（diàn）機的供電電壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成本。每個（gè）模塊電（diàn）機都具有一套獨立的控製係統，大（dà）大提升了電機控製的自由度，球磨機運行在輕載工況（kuàng）時（shí），完全可以隻運（yùn）行部分（fèn）模塊電機驅動球磨機。
在結構方麵，本產品電機的定子采用了一種自（zì）主設計研發的隨動（dòng）式結構，將整圓的定子（zǐ）分成若（ruò）幹個相互存在間隙的小扇形塊，通過機械結構設計，確定（dìng）了一種無論球磨（mó）機（jī）轉筒是否震動或（huò）偏心，定（dìng）子塊始終跟隨（suí）轉筒運動從而保持定子與轉子間隙恒定的結構。本產品（pǐn）通（tōng）過機械結構設計保證定（dìng）子與轉子間的間隙恒定，電機不會發生掃（sǎo）膛現象，因（yīn）此（cǐ）電（diàn）機的氣隙可以設計（jì）的比普通永磁直驅電機的小很多，從而大幅降低電機永（yǒng）磁（cí）體用量，降低生（shēng）產（chǎn）成本，節（jiē）約稀土資源，節能用電量。當（dāng）模塊發生故（gù）障（zhàng）時，直接拆卸故障電機（jī），更換新（xīn）的模塊電機即可正常運行。使用本產品完全不會因電機發生故障而影響（xiǎng）到生產工（gōng）期。
2、球磨機專用隨動式永磁直驅電機概述
本產品的隨動式（shì）定子結構構成一種“小（xiǎo）車結構”，滾筒就像公路，定子塊就像汽車。滾輪貼合滾筒旋轉相當於汽車在公路行駛，公路（lù）的起伏不（bú）影響車輪與地麵貼合（hé），即滾筒偏心浮動不影響滾輪貼合（hé）滾筒，保證定子、轉（zhuǎn）子間隙恒定，在球磨機因裝配誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒形變、重載震動等原因（yīn）造成電機偏心、氣隙不均勻時，仍能正常運（yùn）轉，保證磨（mó）機始終運行在性能狀態，不必停機檢修。同時（shí）電機定子與轉子間（jiān）的間（jiān）隙（xì）也可以做的更小，減（jiǎn）少（shǎo）永磁體用量，並且因為隨動式（shì）結（jié）構，電機不會發生（shēng）掃膛現象。
本（běn）產品電機的定子為隨動式結構,基（jī）於模塊化永磁直驅電機，采用獨立的扇形定子（zǐ）塊結構，其隨動（dòng）原（yuán）理是在定子塊的軸向（xiàng）兩側安裝滾輪且滾輪貼合滾（gǔn）筒來確定（dìng）定子與轉子間（jiān）的間（jiān）隙，定子塊徑（jìng）向外側（cè）設（shè）有與支撐框架相連的彈性機構。彈性機構在（zài）球磨機滾筒不（bú）偏心時處於半壓縮狀（zhuàng）態,如果球磨機滾筒向上波動，轉筒會向上頂定子塊上安裝的滾輪，進（jìn）而帶動定子塊向上移動，上方彈性機構繼續壓縮;下方定子塊在受到永磁體對其向上的吸引力的同時，定子塊上的彈（dàn）性機構將（jiāng）其向上頂，保（bǎo）證下方定子塊的滾輪依然貼合轉（zhuǎn）筒外表麵，使定子塊跟隨轉（zhuǎn）筒波動（dòng）而進行徑向與圓周方向的移動，從而保證定子、轉子之間的間隙不變。球磨機滾（gǔn）筒向下複（fù）位或繼續向下波動，則上方定（dìng）子（zǐ）塊在受到永磁（cí）體對其向下的吸引力的同時（shí），彈性機構將上方其向下壓,下方定子塊被轉筒向下壓。
本產品彈（dàn）性裝置的壓力大小可（kě）調，對於不同位置的定子塊設（shè）置（zhì）不同的壓力,避免因彈性裝置設置的壓力過大造成滾（gǔn）輪或轉筒磨損較快。
本產品將永磁電（diàn）機采用模塊化控製，根據不同（tóng）功率的電機設計采用不同（tóng）個數的隨動式定子塊構成一台模塊電機，一台整圓電機由多台模塊電機構成,多台模塊電機共用同（tóng）一個（gè）轉子，模塊電機包繞式安裝在（zài）球磨機滾筒上。相鄰隨（suí）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進行圓周方向的限位。球磨機滾筒的法（fǎ）蘭處銜接T型支撐板,用於支撐安裝電機轉子鐵心及磁鋼（gāng）。
本（běn）產品的隨動式定（dìng）子塊安裝拆卸十分便捷，隻需要沿球磨機的徑向依次拆卸密封外殼、彈性（xìng）機構、彈（dàn）性機構與定子塊之間的連接杆、彈（dàn）性機構支撐架，即可將定子塊沿徑向拉出，進行檢修或更換新的定子塊。
3、采用本產品代替傳統磨機的電機驅動（dòng）係（xì）統的優點（diǎn）
現階（jiē）段大多數的球磨機仍采用三（sān）相感應電動機、聯軸器、減速（sù）裝置以及齒輪結（jié）構進行（háng）驅動。永磁同步（bù）電機與感應（yīng）電機相比優勢是它有較高的效率（lǜ）和功率因數，損耗大大降低，節約（yuē）了能源。永磁電機通過變頻（pín）器（qì）進行調速，電（diàn）機運行（háng）平穩，係統響應速度快，感應電機（jī）則起動相對困難。這些也是近年來永磁電機（jī）應用越來越廣（guǎng）泛的原因。
采用永磁直驅，取消了中間的減速（sù）機、聯軸器、及齒輪的傳動環節，縮短係統的傳動鏈，直驅係統的傳動效率將提升至少20%。球磨機直驅係統的傳動效率不僅得到大幅提升，而且直驅係統的故障率低（dī），維護檢修方便，還（hái）避（bì）免了傳（chuán）統設備因（yīn）漏油造成（chéng）環境汙染。
由於本產品電機定子采用了模塊化（huà）設計，不僅（jǐn）降（jiàng）低了（le）加工，製造，運輸等難度，還相當於把一個大（dà）功率電（diàn）機做成了多個小功率電機。模塊化（huà）電機的控製（zhì）技術可以實現降低大（dà）功率電機的輸入電壓，但是不增加（jiā）電機的輸入電流，電機不必（bì）采用高等級絕緣，模（mó）塊化電機采用多台小功率變頻器聯（lián）合供電。這樣（yàng）設計降低了電機的供電電（diàn）壓和使用的變頻器容量，從（cóng）而降低成（chéng）本。球磨機運行在輕（qīng）載工況時,完全可以隻運行部分模塊電機（jī）驅動球（qiú）磨機。
傳（chuán）統電機故障時，會導致（zhì）電機合成磁動勢（shì）發生畸變，諧波含量增加（jiā），平均轉（zhuǎn）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（huà）設計，每個模塊電機都具有一套獨立的控（kòng）製係統，大大提升了電機控製的自由度,可以利用其多電機結構和控製靈活的優勢，在發生故障時。可以直接拆卸故障電機更換新的模塊電機即可正常運行。模塊化電機具有冗餘（yú）的模塊數，也可切除故障子模塊而控製其餘正常子模塊降額（é）運行。使用（yòng）本產品完全不會因電機發生故障而影（yǐng）響到生產工期。
球磨機因加工誤差、軸承磨損、滾（gǔn）筒（tǒng）形變（biàn）或重載產生震動等因素會發（fā）生轉子偏心現象，偏心（xīn）嚴重時（shí）還會造成電機掃膛損壞電機，實際生產中常常通過增加氣隙大小來預防（fáng）掃膛，而氣隙增大會（huì）導致永磁體用量增加，提高（gāo）電機製造（zào）成本。隨動式定子結構的模塊電機，能在轉筒偏心時保證定（dìng）子與轉子之間的間隙恒定（dìng），可將氣隙做的更小，減少永磁體（tǐ）用量，電機不會發生掃膛現象，同時因為該隨動式定子（zǐ）結構在（zài）偏（piān）心時能繼續正常工作，檢修次數（shù）更少，工作時間（jiān）更長，大體積球磨機檢修複雜，降低檢修次數就是提（tí）高生產效率。
4、隨動式球磨機裝配示意圖
二、永磁直（zhí）驅立磨技術
1、立磨直驅對比於傳統感應電機的優點( 1）變頻（pín）調速控製，實現負載工況多樣性
傳統立磨速度單一（yī），工況適應（yīng）能（néng）力差。遇到（dào）突發事件，調整磨鞮高度來（lái）改變係統工作環境，係統反應速度慢。永磁同步電機采用變頻調速，適應工況能力強。遇到（dào）突發事件，除調整磨輾高度外，還增加了速度調（diào）節以快速適應係統工作環境，係統反應速度（dù）更快。
(2）係統簡單,可靠性高
傳統係統因三相感應電機無法在低速實現大轉矩輸（shū）出，需要額外的盤車係統滿足立磨的低速起動。為保證在電機起動（dòng）過程不對電網造成（chéng）過（guò）大的衝擊，需增加軟起動裝置。三相（xiàng）感應電機（jī）起動後，通過減（jiǎn）速器滿（mǎn）足係統轉矩需要，整個（gè）係統構（gòu）成複（fù）雜，係統運行的輔助設（shè）備很多。直驅係統由變頻控製係統控製永磁同步電機起動，轉矩特性滿足需要，無需盤車係統和減速器，輔（fǔ）助係統少，結構簡單。
(3）變頻（pín）器軟起動，起動過程隨意設定（dìng）
傳統係統先由低速盤車係統起（qǐ）動（dòng），待三相感應電機達到起動條件後，軟起（qǐ）動裝（zhuāng）置起動（dòng）三相感應電機，係統（tǒng）運行。係統控製複雜，低速無法實現過載輸出。在低速過程需要盤車係統，將轉速提高到三相感應電機起動條件。直驅係統直接變頻低速起動，係統直接運行，係統控製簡單。變頻控製起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（dài）盤車（chē）係統。
(4）無減速器，維護（hù）成本更低,維護次數少
係統各（gè）構成單元均需要（yào）時常檢查和定期維護，傳統係統構成單元多。同時立磨減速器結構複雜需（xū）要經常維護，維護成本費（fèi）用高（gāo）。同時係統無法實（shí）現在低速運行的情況下進行係統維護。直驅係統構成單元簡單，變頻器控製永磁同步電機（jī）直接驅動，控製方便。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況下進行係統維護。
(5）傳動效率高,節能效果（guǒ）明顯
綜（zōng）上采用直驅永磁（cí）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）立式鯤磨機直驅（qū）係統的優勢與球磨機直驅係統相同，這裏不再一—贅述。
2、永磁直驅（qū）立磨結構示意圖（tú）
本新型立（lì）磨結構采用永磁直驅電機驅動（dòng）,提高（gāo）了立磨（mó）效率。在立磨扶（fú）正軸（zhóu）承與壓力（lì）軸（zhóu）承上進行突破，通過設計一種雙向載荷扇（shàn）形模塊機構替代大（dà）直徑軸承，方便加工、生產、運輸、裝配、維（wéi）修，並降低（dī）成本,在工程實際中具有很強的實（shí）用型（xíng）。
針對大、中（zhōng）、小型不同尺寸的立磨，分別（bié）設計了三種立磨專用永磁電機，代（dài）替傳統的減速機與（yǔ）三相異步電動機，永磁直驅電機具有雙向（xiàng）載荷（hé）機構與不同（tóng）的放置位置，均能達到扶正與承壓的作用（yòng），並（bìng）且（qiě）方便製造（zào）、裝配維護，節省成本。均已申請專 利。
永磁直驅（qū）礦用球磨機 
