大家一起来设计一台无刷直流电机 点击：4239 | 回复：82
1、我们看到的直流电机都是定子为主磁场；
2、电刷与主磁场相对静止，保持一定的电角度；
3、电枢是转子，电枢电流通过换相器在不断改变电流方向；
4、电枢是转子，电枢电流通过换相器在不断改变电流方向，保证进入同一磁极面下的电枢导体电流方向恒定不变；
5、如果我们坐在转子电枢上，我们会看到主磁极与电刷一起转动，电枢的线圈、接头换相片相对静止；
6、这样我们把电枢的线圈、接头换相片作为定子，主磁极、电刷作为转子，是个什么样？
7、现在要解决的问题是与定子相对静止的外电路与电机转子的连接问题；
8、主磁极的直流电源与主磁极线圈之间必须通过滑环与电刷滑触解决；
9、与主磁极相对静止的电刷，用按装在转子上的发光二极管代替，用二极管的光照射定子的换相片；
10、与电刷连接的外电路直流电源通过光敏器件与换相片相连；
11、当主磁极与发光二级管一起转动时，发光二级管照射相应的光敏器件而导通，就等于外电路直流电源通过电刷与相应的换向片相接触；
12、如果直流电机有16个换向片，就用16个光敏器件，这16个光敏器件的一端分别与16个(已拆开的)换相片相连接；
13、当转子主磁极转动时，与主磁极相对静止的发光二极管照射静止的光敏器件，共敏器件导通，与光敏器件相连的换相片就与外电路直流电源接通；
14、如果直流电机有16个换向片，四个磁极，转子上就安装四个发光二极管，就是原来电刷与主磁极的相对位置上；
15、大家发现了么有，有一点我说不下去了？！
四绕组顺序换向无刷直流电机
目前调速电机种类较多，总的分为两类调速，即直流调速和交流调速，最早普遍使用直流电机调速，直流电机的机械特性为直线，稍微下斜。机械特性硬，调速平滑，但换向有触点，容易打火，维修麻烦。随着IGBT功率器件的出现，目前大部分採用交流变频调速电机，交流变频无触点，使用交流电机即可。但交流调速机械特性无论如何都赶不上直流电机的调速特性。
随着时间推移，又出现了直流无刷电机，直流无刷电机具有接近有刷直流电机机械特性但是它的设计思路受交流电机三相旋转磁场概念影响，其机械特性还是不能与有刷直流电机的机械特性比美。
本文基于直流电机的结构，推出一种新的无刷直流电机系统，对直流电机的结构进行改造，仅採用四对大功率IGBT功率管就可以实现四绕组顺序换向无刷直流电机调速。
首先我们把直流电机的转子结构採用永磁结构，极对数与定子极对数相等，其次把直流电机定子的绕组排列结构採用原来转子绕组的排列结构，绕组抽头节点接IGBT功率对管的中点。正负电源按IGBT对管的接法接即可。
图一 线圈顺序换向直流电机定子绕组原理图
由图一可以看出该四极三十六槽直流电机共需要三十六对IGBT功率管，三十六个位置传感器，电机到功率对管需要三十六根线，电机位置传感器（位置传感器固定在电机上）到控制电路需要三十八根线（连同传感器电源线）。该电机理论上可行，它完全具有直流电机的调速特性，但实际实现起来太困难了，没有使用价值。我们苦思冥想的是如何减少IGBT功率对管对数，这样相应可减少传感器的数量，尤其减少电机到控制器的连线，这样才可使得该直流电机具有实用价值。
为了达到上述减少IGBT功率对管，位置传感器以及电机连线的目的，我们反过来回顾一下有刷直流电机转子绕组排列图，见图二。在图二中，我们可以看到电机在运转中，绕组的连接点1和19，2和20，3和21，以此类推一直到17和35，18和36，一共有18对连接点，它们的电位始终是相等的。如果我们将这些对的节点一一对应相连接，电机应该照常运转。连接后的等效电路见图三。这个对有刷直流电机并不重要，应为它们採用的是换向片和碳刷进行换向，连起来反而有害无益。但是这个规律对我们研究无刷直流电机相当重要。这样可以有效地减少IGBT功率对管的数量，有效地减少位置传感器的个数，更能有效地减少电机的连线数量，这个就是我们特别所希望的。
等电位点连接后，线圈顺序换向直流电机定子绕组的原理图就由图一变为图三。
图二 有刷直流电机转子绕组电路图
图三 等电位点连接后的有刷直流电机转子绕组电路图
图四 等电位点连接后的线圈顺序换向直流电机定子绕组电路图
由图一和图四进行比较，我们惊讶的发现图三比图一的电路简化的多了，图三的IGBT功率对管数量是图一的IGBT功率对管的数量的一半，同样位置传感器的数量也是图一的一半，而电机到控制器的连线的数量也几乎是图一的一半，这是我们所需要的，它可以得到简化电路初步的目的。电路还可以进一步简化，我们可以採用18极36槽电机定子，见四。
图五 18极36槽直流无刷电机定子绕组接线图及等效电路图
由图四我们可以看到W1－－-W36为定子的36个线圈，线圈的节距为两个槽距，每组等点位电位节点为9个，共有四组等电位节点。每组等电位节点连接后，分别有红、绿、蓝、黄四根线从电机定子引出，用于分别和四对IGBT功率对管的中心点相连。功率对管大大减少，已接近实用阶段。四个位置传感器按图中所标角度分布，一个圆盘上均匀分布9个被探测物，当电机的转子转动时，四个传感器的输出随着电机每转一个槽距的角度按顺序分别向功率对管的门控制极输出稍大于槽距宽度的脉冲，电机就可按直流电压的大小比转动。
总之通过上述情况，可以发现直流无刷电机具有如下规律：
一． 直流电机的电枢绕组线圈连接点在电机运转中存在着相等点位的接线点，把所有的连接点按等电位连接点分组相 连，这几连线和功率对管中点相连，功率对管的数量和组数（等点位节点连接线）相等。
二． 在电机定子槽数不变的情况下，增加电机的极数可减少功率对管的个数。当电机极数是电机槽数的一半时，电机仅需要四个功率对管。
我又多了一个同行知己，和我18年前的思路一模一样。很多次试验都以失败而告终，经济损失惨重。你要是不相信可以试一试。
这种模式不能稳定的工作，不能大规模工业化生产。
设计制造电动机和设计制造AK47一样，需要结构简单 造价低 坚固耐用。
不管是直流电动机还是交流电动机在相等的转速下，极对数越多 磁滞损耗和涡流损耗 线圈的趋肤效应 越严重，效率会随着极对数的增加而降低。
科学也是相对的，我们在做科学研究的时候，最重要的是找理论上的平衡点。
楼主同意我的说的理论吗?我不是专门搞电机的，很想实验，但心力不从心，我都已退休，哪还有精力呢？心有余而力不及。这种模式不能稳定工作，请问为什么？
对：李银午 关于引用a44884z 的回复内容：
我又多了一个同行知己，和我18年前的思路一模一样。很多次试验都以失败而告终，经济损失惨重。你要是不相信可以试一试。
这种模式不能稳定的工作，不能大规模工业化生产。
设计制造电动机和设计制造AK47一样，需要结构简单 造价低 坚固耐用。
不管是直流电动机还是交流电动机在相等的转速下，极对数越多 磁滞损耗和涡流损耗 线圈的趋肤效应 越严重，效率会随着极对数的增加而降低。
科学也是相对的，我们在做科学研究的时候，最重要的是找理论上的平衡点。
楼主同意我的说的理论吗?我不是专门搞电机的，很想实验，但心力不从心，我都已退休，哪还有精力呢？心有余而力不及。这种模式不能稳定工作，请问为什么？
内容的回复：因为你不知道，直流电动机为什么能——恒转矩 变压调速。在生产实践之中，你见过两个换向片的直流电动机吗？
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