，送出换向触发信号，从而达到换向严格同步的目的。此外， 为了使电枢电流在起动过程中保持恒值，从而达到恒加速起动，CPU11还对电枢电流进行了 电流反馈PI调节，使用串行A/D16和D/A15作为调节量的输入和输出。至于电机输出转矩 (电流）和转速的给定值，则由上位控制机10 (电脑）经RS232 12由CPU的串口输入。为 了保证电机的转速稳定，还利用48 :1得到的信号，经软件折算成转速，作为转速反馈输入， 再在CPU11中进行转速PI调节，亦通过D/A15对SCR18的输出电压进行作用，调节转速保 持恒值。至于转子上的高频（15khz)电磁铁的电流，将由专门的高频电源7供给。
[0042] 本发明的电子换向器式电动机的电源米用一般标准的三相全桥SCR可控电源，有 一点需要注意，即在连接SCR控制电路时，应将本发明的电动机的D/A输出，与该控制电路 相吻合，以便对电动机进行必要的反馈控制。
[0043] 实施例1 : 本发明的电子换向器式直流电动机的正规工作程序如下： 1.准备（即电脑系统的初始化）： a: CPU11各输出口均置"1"，各寄存器清0,保证系统无 MOS块6栅控电压输出，即 所有的MOS块6均不导通； b : RS232 12输入必须为0,保证SCR控制17给定为0,以保证电机供电电压为0 ; c :各附加单元的工作开关均置于"关断"状态。
[0044] 2.正方向（例如转子为顺时针方向旋转）起动： a:合上各有关单元的电源开关，作好起动的准备； b:由RS232 12输入起动指令:i:转向一一正向为"1"，反向为"〇"，0负载电流值，ni 起动电流值，if负载要求达到的转速值； c:CPUll将根据输入数据，做好以下工作： i根据负载转速、起动电流值，决定SCR18输出直流电压的数值，并通过D/A15和控制 电压实现之。
[0045] ii从48 :6位置检测器中，读取当前正处于几何中性线上的元件编号，作为首个接 受换向触发脉冲的元件。
[0046] iii确定换向脉冲循环的方向：正向，取数Nfn+1，即从1 -2 -3 -4......48-1， 设置增量计数器，反向，取数NQ=n-l，即从1 - 48 - 47 - 46 - 45……2 - 1，设置减量计 数器。
[0047] d :根据48 :1同步器发送来的信号，从首个接受换向触发脉冲的元件开始，发送 换向脉冲，使首个编号元件组导通（两对极面下共有四组，即四条支路并联导通），电枢流 过电流，电动机产生转矩，开始转动，即正向起动。
[0048] e :由CPU11指挥，按循环方向，再利用48 :1来的信号前沿，一个接一个地对电枢 元件组进行换向，这样，电动机会加速直至负载所要求的转速，并在此转速下，继续稳定地 进行循环的元件换向，稳速运转。
[0049] f:为了保证电动机起动时的电流不致超过设定的允许值，采用调整供电整流可控 硅SCR18控制角的办法，控制直流电压的大小来达到，并逐步增大，以保持恆电流（转矩） 起动，使电动机迅速起动起来 3.反方向起动： 情况与正方向起动基本上相同，只是在RS232 12输入时指定为反方向，即方向指令 为"0"，其余过程一样。脉冲循向由CPU11根据方向指令自会确定。
[0050] 4.调速： 改变SCR 18输出的直流电压数值，即可以调节电动机的转速，这和传统直流电动机 没有什么两样。SCR18输出的改变，是通过RS232 12输入调速指令，改变转速给定值来达 到的。至于换向问题，由于有48:1同步器，完全可以保证在速度改变的情况下，换向脉冲 与需要换向的元件持续地同步。
[0051] 5.制动： 指的是自由停车，由RS232 12输入停车指令，先使换向脉冲全部封死，即无 M0S块6栅 控电压输入，所有的M0S块6都截止，然后，使SCR18也截止，电动机将在无电压情况下， 自由停车。
[0052] 6.恒加速起动问题： 为使传动系统在最短时间内加速到稳定转速，利用软件程序，对电动机进行电流PI 调节，保持起动电流为恒值，这样，就可以保持恒起动转矩进行加速，待转速接近给定值的 95%时（由48 :1同步器送来的信号与CPU11内部时钟相计算后，得出实时转速数值，即同 步器又成为转速传感器），由CPU11发出稳速指令，相应减少SCR输出的直流电压，使电动机 加速度降低，直至转速稳定在给定值为止。
[0053] 7.恒转速问题： 为使传动系统的转速在外扰下稳定，我们利用同步器为转速传感器，应用软件程序，对 电动机进行转速PI调节，可使电动机在负载变化、外电压波动等外部干扰下，系统转速稳 定。
[0054] 上述6、7两种最佳调节，均在电动机一体内自动完成，不需另加元件。因此，本电 动机在性能上已是最佳性能调节电动机，不象传统直流电动机，仅仅是一个简单的转动的 能量转换器，而是一个已经具备自动调节达到最佳运行状态的自动机了。
[0055] 当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同 替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种直流电动机换向方法，其特征在于：它采用电子换向器替代机械换向器；该电 子换向器采用一进一出两个电枢元件换向MOS块反方向并联以代替机械换向片，有多少个 换向片就用多少对MOS块；当元件到达电机磁极的几何中性线上时，导通MOS块立即进行电 流换向；直流电压由三相交流电压经SCR提供，控制SCR的导通角，便可调节直流电压的大 小。2. 根据权利要求1所述的直流电动机换向方法，其特征在于：接在同一元件端子处的 一对MOS块不能同时导通。3. -种电子换向直流电动机，其特征在于：它米用一进一出两个MOS块（6)反方向并联 以代替换向片；将电动机电枢（1)与磁极转子（2)的相对位置倒换过来，电枢绕组的结构 放在定子上，电枢不动而让磁极转动，电枢元件（5)直接与外接MOS块（6)相连；由不动的 MOS块（6 )控制其电流换向而不产生火。4. 根据权利要求3所述的电子换向直流电动机，其特征在于：它还包括用于检测元件 正处于电机磁极的几何中性线上的元件位置检测器（8);它还包括确保换向触发脉冲都在 元件到达中性线上时立即由该绕组元件送出作为第一个换向触发信号的换向同步触发器 (9 );它还包括能随时发出几何中性线标志的高频电磁铁（3 )。5. 根据权利要求4所述的电子换向直流电动机，其特征在于：磁极为永磁式或电磁式， 磁极做成凸极型；高频电磁铁（3)放置在磁极的几何中性线上。6. 根据权利要求4所述的电子换向直流电动机，其特征在于：每个绕组元件伸出一个 端头，该端头不接到换向片上，而是接到一对反向并联的MOS块（6)上，再经MOS块（6)接到 直流电压上去，按极性顺向连接。7. 根据权利要求4所述的电子换向直流电动机，其特征在于：所述高频电磁铁（3)由铁 芯和线圈两部分组成，它的线圈通过的是15khz的高频交流电，铁心则用铁淦氧材料制成， 它固定在磁极转子（2) S、N极之间的几何中性线上，在其对称方向处还设置一个完全相同 的镜像形转子动平衡配重，该镜像形转子动平衡配重为非导磁性材料制成。8. 根据权利要求7所述的电子换向直流电动机，其特征在于：元件位置检测器（8)是由 七块编码器74LS148和三块多路转换器74LS151按并行扩展的形式组成的48线6线优 先编码器，并行扩展可以获得较高的编码速度。9. 根据权利要求8所述的电子换向直流电动机，其特征在于：同步触发器（9)由6块 8路输入与非门74LS30和3块3路输入与门74LS11构成，其48个输入端并联到48:6的输 入端上，唯一的输出端则接到CPU的P1. 7上作为输入，利用此输入信号的上升前沿去触发 换向脉冲。10. 根据权利要求3-9中任意一项所述的电子换向直流电动机，其特征在于：该电子换 向直流电动机电子换向器的核心为电脑CPU11，它的第一个输出口 P。.。匕.7作为控制48 对MOS块6栅极的信号输出端，对于两对极、两对并联支路，采用三块74LS245收发器，分三 次分别选通，每次分送8个信号，三次便可以分送24个栅控信号；信号按元件编号、指定顺 向或逆向循环方向，一个接一个地分送，即从Si开始，接著S 2……直到S24, 24个完毕又从头 开始继续分送，循环不已。
【专利摘要】本发明公开了一种直流电动机换向方法及电子换向直流电动机，它采用电子换向器替代机械换向片；该电子换向器采用一进一出两个电枢元件换向MOS块反方向并联以代替换向片了，有多少个换向片就用多少对MOS块；当元件到达电机磁极的几何中性线或者物理中性线上时，导通MOS块立即进行电流换向。本发明抛弃了现有的直流电动机结构复杂、因有火花致使工作不甚可靠且价格又高的机械换向器，代之以电子元件组成的无火花换向器，实现在完全保留传统直流电动机的优良调速性能的基础上，造价又比较便宜的目的。
【IPC分类】H02P6/08, H02K29/06
【公开号】CN105515459
【申请号】CN201410780413
【发明人】周道齐, 周坚
【申请人】周道齐
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年12月17日