伴隨著電子控制技術和永磁材料技術的迅速發(fā)展，永磁無刷直流電機逐漸發(fā)展成熟。由于它作為在電動車的驅(qū)動電機使用時，能較好地滿足電動車的各種性能要求，價格優(yōu)勢明顯，所以很快成為了理想的電動車用驅(qū)動電機。如圖1所示為電動車上常用的永磁無刷直流電機，圖2所示為永磁無刷直流電機驅(qū)動的電動車。

　　1 基本結(jié)構(gòu)

　　在傳統(tǒng)直流電機基礎上發(fā)展起來的永磁無刷直流電機，在結(jié)構(gòu)上兩者基本一致，不同的是永磁無刷直流電機的電樞繞組置于定子上，這點類似于交流電機的繞組，同時一般采用多相的形式，其中目前情況下三相應用的多；其轉(zhuǎn)子為永磁體，并且采用電子換向，定子磁場與轉(zhuǎn)子永磁磁場之間的相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。永磁無刷直流電機根據(jù)永磁體的形狀和磁路結(jié)構(gòu)的不同，其氣隙磁場波形有方波、梯形波、正弦波三種，反電勢的波形對應相同。通常，反電勢是正弦波的電機稱為永磁同步電機，如圖3所示；波形為其他兩種類型的則稱為永磁無刷直流電機，如圖4所示。

圖3PMSM定子繞組產(chǎn)生的正弦反電勢

圖4PMBLDCM定子繞組產(chǎn)生的梯形反電勢

    永磁無刷直流電機的組成如圖5所示。由此可見，它主要有三部分組成。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)有凸極式和內(nèi)嵌式兩種，且由永磁材料制成。定子上的電樞與永磁有刷直流電機相反，所以它具有旋轉(zhuǎn)的磁場和固定的電樞。

圖5永磁無刷直流電機組成

　　電子開關電路中的功率管等可與電機電樞繞組直接相連接，再加上位置傳感器，其功能就相當于有刷電機中的機械換向裝置。永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)簡單，其基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

圖6永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)示意圖

　　永磁無刷直流電機結(jié)構(gòu)原理如圖7所示。從圖中可以看出，經(jīng)過開關電路直流電源向定子繞組進行供電，控制系統(tǒng)對位置傳感器信號進行處理后實現(xiàn)對開關電路的控制，正確地判斷各電機繞組的通電和斷電狀況，進而實現(xiàn)電機的換向。

圖7永磁無刷直流電機電機的結(jié)構(gòu)原理圖

　　2 工作原理

　　為了更好的闡述永磁無刷直流電機的工作原理，對電動車用三相星型連接形全橋驅(qū)動的永磁無刷直流電機進行分析，研究其正反轉(zhuǎn)的工作狀況。電機控制系統(tǒng)的主電路如圖8所示。

圖8永磁無刷直流電機的全橋驅(qū)動電路圖

圖9永磁無刷直流電機工作原理示意圖

   當電機的轉(zhuǎn)子處于圖9(a)中所示位置時，來自位置傳感器信號通過控制系統(tǒng)進行邏輯變換后輸出控制信號使電機的A、B兩相繞組導通，電流從A相流進去，B相流出來，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電機順時針方向轉(zhuǎn)動；以60°電角度為基準以此類推，易知電機轉(zhuǎn)子到達圖9(b)中所示位置時電機繞組的導通情況。當繞組導通相的順序為AB—AC—BC—BA—CA—CB—AB時，電機往順時鐘方向旋轉(zhuǎn)。同理，當在圖9(a)所示的位置時，若電流是經(jīng)過B、C兩相，則產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩會使電機向反向轉(zhuǎn)動，當電機電樞繞組導通順序為BC—AC—AB—CB—CA—BA—BC時，電機就會朝逆時鐘方向轉(zhuǎn)動。所以，要實現(xiàn)電機的順時針或者逆時針轉(zhuǎn)動，只需改變電機導通的邏輯順序即可。

圖10永磁無刷直流電機相電流與反電勢波形圖

　　由此上述分析可知，電機在正常的運行的任意情況下只有兩相導通，每個循環(huán)分成六步。每相繞組中電流導通時長為和每個開關管的導通角均為120°電角度，且每相導通時長相差120°電角度，故稱為二二導通方式。永磁無刷直流電機的相電流和反電勢波形如圖10所示，相電流為方波，反電勢均為梯形波，若方波電流和反電勢同相時，可以獲得與電流大小成正比的恒定電磁轉(zhuǎn)矩；反相時，則將產(chǎn)生相應的反向電磁轉(zhuǎn)矩。