伴隨著電子控制技術(shù)和永磁材料技術(shù)的迅速發(fā)展，永磁無刷直流電機(jī)逐漸發(fā)展成熟。由于它作為在電動車的驅(qū)動電機(jī)使用時(shí)，能較好地滿足電動車的各種性能要求，價(jià)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(jī)。

　　1 基本結(jié)構(gòu)

　　在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的永磁無刷直流電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上兩者基本一致，不同的是永磁無刷直流電機(jī)的電樞繞組置于定子上，這點(diǎn)類似于交流電機(jī)的繞組，同時(shí)一般采用多相的形式，其中目前情況下三相應(yīng)用的最多；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(jī)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(yīng)相同。通常，反電勢是正弦波的電機(jī)稱為永磁同步電機(jī)，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(jī)，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(jī)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(jī)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(jī)組成

　　電子開關(guān)電路中的功率管等可與電機(jī)電樞繞組直接相連接，再加上位置傳感器，其功能就相當(dāng)于有刷電機(jī)中的機(jī)械換向裝置。永磁無刷直流電機(jī)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(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

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

圖7永磁無刷直流電機(jī)電機(jī)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(jī)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(jī)進(jìn)行分析，研究其正反轉(zhuǎn)的工作狀況。電機(jī)控制系統(tǒng)的主電路如圖8所示。

圖8永磁無刷直流電機(jī)的全橋驅(qū)動電路圖

圖9永磁無刷直流電機(jī)工作原理示意圖

  當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子處于圖9(a)中所示位置時(shí)，來自位置傳感器信號通過控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯變換后輸出控制信號使電機(jī)的A、B兩相繞組導(dǎo)通，電流從A相流進(jìn)去，B相流出來，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動；以60°電角度為基準(zhǔn)以此類推，易知電機(jī)轉(zhuǎn)子到達(dá)圖9(b)中所示位置時(shí)電機(jī)繞組的導(dǎo)通情況。當(dāng)繞組導(dǎo)通相的順序?yàn)锳B—AC—BC—BA—CA—CB—AB時(shí)，電機(jī)往順時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)在圖9(a)所示的位置時(shí)，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(jī)向反向轉(zhuǎn)動，當(dāng)電機(jī)電樞繞組導(dǎo)通順序?yàn)锽C—AC—AB—CB—CA—BA—BC時(shí)，電機(jī)就會朝逆時(shí)鐘方向轉(zhuǎn)動。所以，要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的順時(shí)針或者逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，只需改變電機(jī)導(dǎo)通的邏輯順序即可。

圖10永磁無刷直流電機(jī)相電流與反電勢波形圖

　　由此上述分析可知，電機(jī)在正常的運(yùn)行的任意情況下只有兩相導(dǎo)通，每個(gè)循環(huán)分成六步。每相繞組中電流導(dǎo)通時(shí)長為和每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通角均為120°電角度，且每相導(dǎo)通時(shí)長相差120°電角度，故稱為二二導(dǎo)通方式。永磁無刷直流電機(jī)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(shí)，可以獲得與電流大小成正比的恒定電磁轉(zhuǎn)矩；反相時(shí)，則將產(chǎn)生相應(yīng)的反向電磁轉(zhuǎn)矩。