伴隨著電子控制技術和永磁材料技術的迅速發展，永磁無刷直流電機逐漸發展成熟。由於它作為在電動車的驅動電機使用時，能較好地滿足電動車的各種性能要求，價格優勢明顯，所以很快成為了理想的電動車用驅動電機。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動的電動車。
圖 1 電動車用永磁無刷直流電機 圖 2 採用永磁無刷直流電機驅動的電動車
1 基本結構
在傳統直流電機基礎上發展起來的永磁無刷直流電機，在結構上兩者基本一致，不同的是永磁無刷直流電機的電樞繞組置於定子上，這點類似於交流電機的繞組，同時一般採用多相的形式，其中目前情況下三相應用的最多；其轉子為永磁體，並且採用電子換向，定子磁場與轉子永磁磁場之間的相互作用產生電磁轉矩。永磁無刷直流電機根據永磁體的形狀和磁路結構的不同，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3 PMSM 定子繞組產生的正弦反電勢
圖4 PMBLDCM 定子繞組產生的梯形反電勢
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。轉子的結構有凸極式和內嵌式兩種，且由永磁材料製成。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，其功能就相當於有刷電機中的機械換向裝置。永磁無刷直流電機結構簡單，其基本結構示意圖如圖6所示。
圖6 永磁無刷直流電機結構示意圖
永磁無刷直流電機結構原理如圖7所示。從圖中可以看出，經過開關電路直流電源向定子繞組進行供電，控制系統對位置傳感器信號進行處理後實現對開關電路的控制，正確地判斷各電機繞組的通電和斷電狀況，進而實現電機的換向。
圖7 永磁無刷直流電機電機的結構原理圖
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動的永磁無刷直流電機進行分析，研究其正反轉的工作狀況。電機控制系統的主電路如圖8所示。
圖8 永磁無刷直流電機的全橋驅動電路圖
圖9 永磁無刷直流電機工作原理示意圖
當電機的轉子處於圖 9(a)中所示位置時， 來自位置傳感器信號通過控制系統進行邏輯變換後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，產生電磁轉矩使電機順時針方向轉動；以60°電角度為基準以此類推，易知電機轉子到達圖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。同理，當在圖9(a)所示的位置時，若電流是經過 B、C 兩相，則產生的電磁轉矩會使電機向反向轉動，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動。所以，要實現電機的順時針或者逆時針轉動，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恆定電磁轉矩；反相時，則將產生相應的反向電磁轉矩。