1、技术背景
传统的球磨机、立磨机大都（dōu）采用三相异步电动机、联（lián）轴器、减速装置以及齿轮结构进行驱动（dòng），导致球磨机的传动系统存在机械传动链冗长、效（xiào）率低、机构复杂、运（yùn）行维护工（gōng）作量大等问题。
沈阳工业大学电机（jī）与（yǔ）控制技术研究（jiū）所与河南日本一二三区视频在线机电设备（bèi）有限公司（sī）联合设计研发的球磨机、立磨（mó）机采用永磁直驱电机,通过将电动机与（yǔ）机械结构进行机电一（yī）体化设计，取消动力传输的中间环节，做成直驱（qū）方案，能直接满足荷载（zǎi）的需求，省（shěng）去传统磨机的减速机，显著提高了电机的效率与功率（lǜ）因数，具有节能、起动转矩（jǔ）大、过载能力强、系统免维护、自动化程度高等优点。
在控制（zhì）方面,本产品电机定子采用了模块化设计，不仅降低了加（jiā）工、制（zhì）造、运输等（děng）难度，还相当于把一个大功率电机做成了多个小功率电机（jī）。模块化电机的控（kòng）制技术可以实现（xiàn）降低（dī）大功率电机的（de）输入电压，但是不增加电机（jī）的输入电流，电机不必（bì）采用高等级绝缘。模块化电机采用多（duō）台小功率（lǜ）变频器联合供电，这（zhè）样设计降低了电机的供电电压（yā）和使用的变（biàn）频器容量（liàng），从而降低成本。每个模块电机都具有一套独立的控（kòng）制（zhì）系统，大（dà）大提升了电机控制的自由度，球磨机运行（háng）在轻载工况时，完全可（kě）以只运行部分模（mó）块电机驱（qū）动球磨机。
在结（jié）构方面，本产品电机的定子采用了一种自主设计研（yán）发的随动（dòng）式结构，将整圆的定子分成若干个相互存在间隙的小扇形块，通过机械结构设计，确定（dìng）了一种无论球磨机转（zhuǎn）筒是否震动或（huò）偏心，定子块始终跟（gēn）随转筒运动从而保持定子与转（zhuǎn）子（zǐ）间隙恒定的结构。本产（chǎn）品通过机械结构设（shè）计保证定子与转子（zǐ）间（jiān）的间隙恒定，电机不会发生扫膛现象，因此电机的气隙可以设计的比普通永磁（cí）直驱电机的小很多，从而大幅降低电机永磁体用量，降低生产成本，节约稀土资源，节能用电量。当模块发生故障时，直接拆卸故障电机，更换新的模块电机即可正常运行。使用本产品完全不会因电机发生故障而影（yǐng）响到生产工期。
2、球磨机专用随（suí）动式永磁直驱电机概述
本产（chǎn）品的随动式定子结构构成一种“小车结构”，滚筒就像公路（lù），定子块就像汽车。滚轮贴合滚筒旋（xuán）转相当（dāng）于汽车在公路行驶，公路（lù）的起伏不影响车轮与地面贴合，即滚（gǔn）筒偏心（xīn）浮（fú）动不（bú）影响滚轮（lún）贴合滚筒，保证定子、转（zhuǎn）子间隙恒定，在球磨机（jī）因（yīn）装配误差、轴承磨（mó）损、滚筒（tǒng）形变、重载震动等原因造成电机偏心、气隙不均匀时，仍能正（zhèng）常运转，保证磨机（jī）始终运行在性（xìng）能状态，不（bú）必停机（jī）检修（xiū）。同时电（diàn）机定子与转子间的间隙也可以做的更小，减少永磁体用量，并且因为随动式结构，电机不会发生扫膛（táng）现（xiàn）象。
本产品电机的（de）定子为随动式结构,基于模块化永磁直驱电机，采用独立的扇形定子块结构，其随动原理是在定子块的轴向（xiàng）两侧安装滚（gǔn）轮且滚轮贴合滚（gǔn）筒来确定定子与转子间的间隙，定（dìng）子块径向外侧设有与支撑框架相连的弹性机构。弹性机构（gòu）在球磨机滚筒不偏心时处于半压缩状态,如果球磨机滚筒向上波动，转筒会向（xiàng）上顶定子块上安装的滚轮，进而带动定子块向上移（yí）动，上方弹性机构继续压缩（suō）;下方定子块在受到永磁体对其向上的吸引力的同时，定子块上的弹性机构将其（qí）向上顶，保证下（xià）方定子块的滚轮依然贴（tiē）合转筒外表面，使定子块跟随转筒波动而进行径向与圆周方向的移动，从而保证定子、转子之间（jiān）的间隙不变。球磨（mó）机滚筒向（xiàng）下复位（wèi）或继续向下波（bō）动，则上方（fāng）定（dìng）子块在受到永磁体对其向下的吸引力的同（tóng）时，弹性机构将上方其向下（xià）压,下方定子块被转筒向下（xià）压。
本（běn）产（chǎn）品弹性装置的压力大小可调，对于不同位置的定子块设置不同的压力,避免因弹性装置设置的压力过大（dà）造（zào）成滚轮（lún）或转筒磨损较快。
本产品将永磁（cí）电机采用模块化控制，根据不同功率的电机设计采（cǎi）用不同（tóng）个数的随动式定子块（kuài）构成一台模块电机，一台整圆电机由多台模块电机构成,多台模块电机共用同一个（gè）转子，模块电机包绕式安装在球磨机滚筒上。相邻随动式定子（zǐ）块间设有固定在支撑框架上的挡板来对定子（zǐ）块进行圆周方向的限位（wèi）。球磨机滚筒的法兰（lán）处衔接T型支撑板,用（yòng）于支撑安装电机转子铁心及磁钢。
本产品的随动式定子块安装拆卸（xiè）十分便捷，只需要沿球磨机（jī）的径向依次拆卸密封外（wài）壳、弹性机构、弹性机构与定子块之间（jiān）的连接杆、弹性机（jī）构支撑架，即可将定子块沿径向拉出，进行检修或更换新（xīn）的定子块（kuài）。
3、采用本产品代替传统磨机的电机驱动系统的优点
现阶段大多数的球磨机仍采用（yòng）三相感应电（diàn）动（dòng）机、联轴器、减速装置以及齿轮结构进行（háng）驱动。永磁同步电（diàn）机与感应电机相比优势是它有较高的效率和功率因数，损耗大大降低，节约了（le）能源。永磁电机通（tōng）过变频器进行调速，电机运行平稳，系统响应速度（dù）快，感应电机则起动相对困难。这些也（yě）是近年来永磁电机应用越来越广泛的原因。
采用永磁直驱（qū），取消了中间的减（jiǎn）速机、联轴器、及齿轮的传动环节，缩短系（xì）统（tǒng）的传（chuán）动链，直驱系统的（de）传动效率将提升至少20%。球磨（mó）机直驱系统的传动效（xiào）率不仅得到大幅提升，而（ér）且直驱系统的故障率低，维护检修方便，还避（bì）免了传统设备因漏油造（zào）成环境污染。
由（yóu）于本产品电机定子采用了模块化设计，不仅降低了加工，制造，运输等难度，还相当于把一个大功率电机做成了多个（gè）小功（gōng）率（lǜ）电（diàn）机。模块化电机的控制技术可以实（shí）现（xiàn）降低大功（gōng）率电机的输入电压，但是不增加电机的输入电流，电机不必采用（yòng）高等级绝缘，模块化电机采用多台小（xiǎo）功率变频器联合供电（diàn）。这样设（shè）计（jì）降低了电机的供电电压（yā）和（hé）使用的变频（pín）器容量，从而降低成本。球磨机运行在轻载工（gōng）况时,完全可以只运（yùn）行部分（fèn）模（mó）块（kuài）电机驱动球（qiú）磨机。
传统电机故障（zhàng）时，会导（dǎo）致电机合成磁动势发生畸变，谐波含量增加，平均转矩下（xià）降，转矩（jǔ）波动显著增加，无法继续正常运（yùn）行。而本产品进行了模块化设计（jì），每个模块电机都具（jù）有一套独立（lì）的控制系统（tǒng），大大提升了电机（jī）控制的自由（yóu）度,可以利用（yòng）其多电机结构和控制灵（líng）活的优势，在发生故障时。可以直接（jiē）拆卸故障电机更换（huàn）新的模块电机即可正常运行。模块化（huà）电机具有冗余的模块数，也（yě）可切除故障子模（mó）块而控制其余正常子模块降（jiàng）额运（yùn）行。使（shǐ）用本产品完全不会因电机发生（shēng）故障而（ér）影响到生产工期。
球（qiú）磨机因加工误差（chà）、轴（zhóu）承磨损、滚筒形变或重载产生震动等因素（sù）会发生转子偏心现象，偏心严（yán）重时还会造成电机扫膛损坏电（diàn）机，实际生产（chǎn）中常常（cháng）通过增加气隙大小来预防扫膛，而气隙增大（dà）会导致永磁体用量增加，提高电机制造成（chéng）本。随动（dòng）式定子结构的模块电机，能在转筒偏心（xīn）时保证定（dìng）子与转（zhuǎn）子之间的间隙恒定，可将气隙做的更小，减少永磁体用量，电机不会发生扫膛现（xiàn）象，同时因为该随动式定子结构在偏心时能继续正常工作，检修次数更少，工作时间更长，大（dà）体积球（qiú）磨机检修复杂，降低检修次数就是提高生产效率。
4、随动式球磨机装配（pèi）示意图
二、永磁直驱（qū）立磨技术
1、立（lì）磨直驱对比于传（chuán）统感应电机的优点( 1）变频调速（sù）控制，实现负载工况多样性
传（chuán）统立磨速度单一，工况适应能力差。遇到突发事件，调整磨鞮高度来（lái）改（gǎi）变（biàn）系统工作环境，系统（tǒng）反应速度慢。永磁同步电机采（cǎi）用变频（pín）调速，适应工况能力强（qiáng）。遇到突发事件，除调整磨辗高度外（wài），还增加了速度调节以快速适（shì）应系统工作环境，系（xì）统反应速度更快。
(2）系统简单（dān）,可靠性高
传统（tǒng）系统因三相（xiàng）感应电机无法在低速实现（xiàn）大（dà）转矩输（shū）出，需要额外的盘车系统满足（zú）立磨的低速起动。为保证在电机起动（dòng）过程不对电网造成过大的冲击，需增加软起动装置。三相感应电机起动后，通过减速器满足系（xì）统转矩需要，整个系（xì）统构（gòu）成复杂（zá），系（xì）统运行的辅助设备很（hěn）多。直（zhí）驱系统由变频控制系统控制永磁同步电机起动，转矩特性满足需要，无需盘车系统和减（jiǎn）速（sù）器，辅助系统少，结构简单。
(3）变频器（qì）软起动，起动过程随意（yì）设定
传统系统先由低速盘车系统起（qǐ）动，待（dài）三相感应电机达到起动条件后，软（ruǎn）起动装置起动三相感应电机，系统运行。系统控制复（fù）杂，低速无法实现过载输出。在低速过（guò）程需要盘车系统（tǒng），将转速提高到三相感应电机起动条件。直驱（qū）系统直接变（biàn）频低速起（qǐ）动，系统直接运行，系统控制简单。变频控制起动过程可根据实际（jì）工况进行调整，以满足各种工况的需求。低速可过载输出，满足（zú）起动需要，取代盘车系统。
(4）无减速器，维护成本更低（dī）,维护次数少
系统各构成单元均需要时常检查和定期维护，传统（tǒng）系统构成单元多。同时立磨减速器结构复杂需要（yào）经常维护，维护成本费（fèi）用（yòng）高。同时（shí）系统无法实现在低速（sù）运行的情况下进行系（xì）统维护。直驱系统构成单元简单，变频器控制永（yǒng）磁同步电机直（zhí）接驱动，控制方便。系统内无减速（sù）器，无（wú）需额外进行维护，系统维护成本低。同时，系统可实现在电机低速运行情况下进行系统维护。
(5）传动效率高,节能效果明显
综上采用直驱（qū）永磁电机取（qǔ）代传统驱动系统年节（jiē）电量达181万元。（按照5000h,0.6元/kWh）立式鲲磨机直驱系统的优势与球磨机（jī）直驱系统相同，这里不再（zài）一—赘述。
2、永磁直驱立磨结构示意（yì）图
本新型立磨结构采（cǎi）用永磁直驱电（diàn）机驱动,提高（gāo）了立磨效率。在立磨扶正（zhèng）轴承与压力轴承上进行突破，通过设计一种双（shuāng）向载荷扇形模（mó）块机构替（tì）代（dài）大直径轴承，方便（biàn）加工、生产、运输、装配、维修，并（bìng）降低成本（běn）,在（zài）工程实际中具有（yǒu）很强的实（shí）用型。
针对大（dà）、中、小型不同尺寸的立磨，分别设计了三种立（lì）磨专用永磁电机，代替传统的减速机与三相异步电动（dòng）机，永磁直驱电机具有双（shuāng）向载荷机构与不同的放置位置，均（jun1）能达到扶正与承压的作用，并且方（fāng）便制造、装配维护，节省成本。均已申（shēn）请专 利（lì）。
永（yǒng）磁直驱矿用球磨机 
