永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)可以看作是一臺(tái)用電子換相裝置取代機(jī)械換向的直流電動(dòng)機(jī)，如圖3 -16所示，永磁直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)主要由永磁電動(dòng)機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換向電路組成。無(wú)論是結(jié)構(gòu)或控制方式，永磁直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與傳統(tǒng)的直流電動(dòng)轎車電機(jī)都有很多相似之處：用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極；用具有多相繞組的定子取代電樞；用由固態(tài)逆變器和軸位置檢測(cè)器組成的電子換向器取代機(jī)械換向器和電刷。

1．電動(dòng)機(jī)本體

電動(dòng)機(jī)本體和永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）相似，轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵，目前多使用稀土永磁材料，但沒(méi)有籠式繞組和其他啟動(dòng)裝置。其定子繞組采用交流繞組形式，一般制成多相（三相、四相或五相），轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對(duì)數(shù)（2P=2，4，6）組成。設(shè)計(jì)中要求在定子繞組中獲得頂寬為1 200的梯形波，因此繞組形式往往采用整距、集中或接近整距、集中的形式，以便保留磁密中的其他諧波。有刷直流電動(dòng)機(jī)是依靠機(jī)械換向器將直流電流轉(zhuǎn)換為近似梯形波的交流電流供給電樞繞組，而無(wú)刷純電動(dòng)汽車直流電動(dòng)機(jī)是依靠電子換向器將方波電流（由于繞組電感的作用？實(shí)際上也是梯形波）按一定的相序逐次輸入到定子的各相電樞繞組中。當(dāng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子繞組的某相通電時(shí)，該相電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鐵位置變換成電信號(hào)去控制電子開(kāi)關(guān)線路，從而使定子的各相繞組按一定的次序?qū)?，使定子的相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按正確的次序換相。

這樣才能讓定子磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)不斷地變化，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并使定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)始終保持900左右的空間角，用最大轉(zhuǎn)矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于電子升關(guān)線路的導(dǎo)通次序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，起到機(jī)械換向器的換向作用，保證了電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中定子與轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)始終保持基本垂直，以提高運(yùn)行效率。所以無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺(tái)由電子開(kāi)關(guān)換相電路、永磁式同步電動(dòng)汽車電機(jī)以及位置傳感器三者組成的“自同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，它在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)失步。永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)BLDCM的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)既有傳統(tǒng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，又有近年來(lái)出現(xiàn)的盤(pán)式結(jié)構(gòu)、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和線性結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)形式。伴隨著新型永磁材料的實(shí)用化，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)越來(lái)越多樣化，使永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)BLDCM正朝著高出力、高精度、微型化和耐環(huán)境等多種用途發(fā)展。

2．轉(zhuǎn)子位置傳感器

電動(dòng)汽車電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器有光電式、磁敏式和電磁式三種類型。采用光電式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇發(fā)出脈沖信號(hào)。磁敏式位置傳感器是指它的某些電參數(shù)隨周圍磁場(chǎng)按一定規(guī)律變化的半導(dǎo)體敏感元件，其基本原理為霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。磁敏元件的主要工作原理是電流的磁效應(yīng)，主要是霍爾效應(yīng)。采用磁敏式位置傳感器的元刷直流電動(dòng)機(jī)，其磁敏傳感器件（如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏三極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ?a href="http://www.cshb120.cn/v/tag/123/" target="_blank">集成電路）裝在定子組件上，用并檢測(cè)永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。采用電磁式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝電磁傳感器部件（如耦合變壓器、開(kāi)關(guān)、LC諧振電路等），當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)（其幅值隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化）。

近年來(lái)還出現(xiàn)了無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，此種電動(dòng)機(jī)利用定子繞組的反電動(dòng)勢(shì)作為轉(zhuǎn)子磁鐵的位置信號(hào)，該信號(hào)檢出后，經(jīng)數(shù)字電路處理，送給邏輯開(kāi)關(guān)電路去控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換向。由于它省去了位置傳感器，使得無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以應(yīng)用日趨廣泛。

3．電子換向電路

電子換向電路由功率變換電路和控制電路兩大部分組成，它與位置傳感器相配合，控制電動(dòng)機(jī)定子各相繞組的通電順序和時(shí)間，起到與機(jī)械換向類似的作用。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，功率變換器接受控制電路的控制信息，將系統(tǒng)工作電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)定子上的各相繞組，以便使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。逆變器將直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流向電動(dòng)機(jī)供電，與一般逆變器不同，它的輸出頻率不是獨(dú)立調(diào)節(jié)的’而是受控于轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，是一個(gè)“自控式逆變器”o永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)由于采用自控式逆變器，電動(dòng)機(jī)輸入電流的頻率和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電動(dòng)機(jī)和逆變器不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失步，這也是永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)BLDCM的顯著優(yōu)點(diǎn)之一。

純電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)各相繞組導(dǎo)通的順序和時(shí)間主要取決于來(lái)自位置傳感器的信號(hào)，但位置傳感器所產(chǎn)生的信號(hào)一般不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)功率變換器的功率開(kāi)關(guān)元件，往往需要經(jīng)過(guò)控制電路進(jìn)行邏輯處理、隔離放大后才能驅(qū)動(dòng)功率變換器的開(kāi)關(guān)元件。驅(qū)動(dòng)控制電路的作用是將位置傳感器監(jiān)測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行處理，按一定的邏輯代碼輸出，去觸發(fā)功率開(kāi)關(guān)管。