直流无刷 电机自我驱动方案

有刷电机最大的短板是寿命问题，尤其在频繁启停，正反转，大功率运行的条件下，寿命更是会出现断崖式下跌，一个500小时寿命的有刷电机，在这样的极端条件下寿命可能只有几十个小时，完全满足不了需求。只好选用无刷电机，但无刷电机成本实在太高，电机和驱动器两者的成本费用，大大超出了预算，那么有没有不需要驱动器的无刷电机（只是电机的话成本还可以接受）？答案是没有！有没有更便宜的驱动方案？答案是可以再降低一些，但仍然很贵。

​能不能让无刷电机也像有刷电机一样自我驱动呢？有刷电机是自驱动电机，因为电机旋转时转子位置状态改变，从而自动切换不同绕组通电实现自我驱动。而无刷电机是外部驱动电机，必须先通过霍尔元件感知电机转子状态，然后再处理位置信息，最后才控制相关绕组通断电。能不能让无刷电机也做出类似有刷电机的自驱动的形式，让转子本身的位置状态作为触发条件来驱动自身运转。从这个角度出发，到了光电编码器原理，在电机转子上增加遮光盘，通过遮光盘来实时体现转子位置状态，将光电开关产生的电压的信号直接输入的三相逆变器的控制端，以实现不同绕组的通断电，从而就可能可以实现无刷电机的自我驱动了。

电机的自驱动时序分析如下：

将b1的信号线连接到sw3，sw2，使BC绕组通电，产生磁场如图6所示；

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BA绕组推动转子顺时针转动30度角，到光电开关c1导通，同时光电开关a2断开，如图9；

将b2的信号线连接到sw5，sw6，使CB绕组通电，产生磁场如图12所示；

导通的a1使AB绕组通电，继续推动转子顺时针旋转30度，如图14；

图13 图14

实际运行验证了该方案的可行性。成品状态的电机其构造分为电机本体和感应开关组件两个部分，电机本体使用现有的三相无感电机，感应组件位于电机尾部，相比于霍尔内置的无刷电机，感应控制组件远离电机内部高温严苛的工作环境，可靠性更高。另外从电机生产工艺角度出发，由于电机结构完全没有改变，只需在现有电机尾部直接加装感应驱动组件即可，无需改造原有电机生产工艺及生产线，因此该类电机的生产制造更加方便。

整体来看，自驱无刷电机更像是介于有刷电机和无刷电机中间的一个新品类，兼具有刷电机功能简单，成本低和无刷电机长寿命，低噪声的优点，个人认为该项技术的应用主要有两个方面：

一方面是降低成本，替代部分简单功能的无刷电机，因为现有无刷电机控制较为复杂，功能也齐全，但很多产品用不到那么复杂的功能，就像一个人只需要一匹马，但不得不把整个马车也买下来一样，因此可以应用于这类简单功能产品之中，替换原有无刷电机，降低成本；另一方面是提升性能，主要应用对象是那些原本就使用有刷电机的产品，使这些产品可以用较低成本将有刷电机替换为无刷电机，从而可以大幅提升产品性能，扩大产品应用范围，如增加产品寿命，降低噪声和干扰等等。

此外，用户还可以根据不同产品的应用需要，在电机基础功能上再增加正反转，调速，反馈，刹车或制动等其他功能，应用更灵活。

直流电机凭借其良好的功率因素，启动特性和调速性能等方面的优势，广泛应用于工业，农业，交通，能源，家电，玩具以及电动工具等领域，而随着社会的不断发展，人们对产品的各项性能指标的要求也越来越高。面对市场日益激烈的竞争，在各行各业都极力追求成本控制，追求更高产品性能的趋势背景之下，兼具有刷电机和无刷电机优点的自驱无刷电机，将有着较大的市场应用前景。