无刷直流电动机在电动自行车上的应用 

摘要：无刷直流电动机因其无电刷和机械换向器，不需要减速装置，噪声低等优点，

被广泛应用于电动自行车中，本文着重分析了无刷直流电动机的工作原理及结构、控制技

 

术，以及在电动自行车中的应用特点。

    随着我国改革开放的深入和社会生产力的发展，人们生活节奏的加快，活动范围的不
断扩大，人们希望获得一种轻便快捷、简单安全的交通工具。前几年，人们选择了燃油助
动车，但由于燃油助动车采用小容量二冲程汽油发动机为动力，其废气排放浓度是一般
轿车的 3-5 倍，其污染问题引起了社会各界和主管部门的高度重视。在上海、苏州等大中
城市，于 1996 年便开始禁止燃油助动车上牌照。而电动自行车因为轻便、快捷，适应了现
代人追求环保、效率、安全的需要，所以受到了广大消费者的普遍欢迎，得以再度兴起 。
1998 年我国电动自行车的年产量约 6 万辆，1999 年产量翻番，达 13 万辆，主要生产集中
在华东地区。进入 2000 年以来，不少地区的销售情况也十分喜人，市场前景广阔。电动自
行车并不是简单地在自行车上加上电池和电动机，而是包括电池、控制系统、传动系统、电

———

机四大块，并且采用了很多的新技术和新材料。单从其驱动装置

电机来看就有很高

的技术含量。电动自行车的电机经过十多年的发展，曾经有变频电机、开关磁阻电机、有刷
直流电机、无刷电机等多种驱动方案。经过市场验证，目前较为成熟的有两大类：一类是
带减速齿轮的有刷电机，有盘式结构和圆柱结构两种；另一类是不带减速齿轮的直接驱

 

动的无刷直流电机。

    1 

 

工作原理与结构

    1.1 工作原理一般所说的直流电动机是指具有换向器和电刷的直流电动机。在这种电动
机中定子侧安装固定主磁极和电刷，转子侧安放电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过
电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流与主磁场相互作用产生转矩，带
动负载。然而由于电刷和换向器的存在，结果产生了一系列致命的弱点：a、结构复杂，可
靠性差，故障多，需要维护，维护又困难，寿命短。b、换向火花形成电磁干扰。无刷直流
电动机就是在保留有刷直流电动机的优良性能的基础上，为去除电刷和换向器而研究开
发的。由于无刷直流电动机没有电刷和换向器，它的绕组里电流的通、断是通过电子换向
电路及功率放大器实现的。要在电动机中产生恒定方向的电磁转矩，就应使电枢电流随磁
场位置的变化而变化。为实现这一点，就需要确认磁极与绕组之间的相对位置信息。一般
采用位置传感器来完成，由位置传感器将转子磁极的位置信号转换成电信号，然后去驱
动功率器件，控制相应绕组电流的通、断。与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的永
久磁钢磁极安放在转子上，而电枢绕组安装在定子上。位置传感器也有相应的两部分，转
动部分和电动机本体中转子同轴连接（转动部分通常由电机转子代替），固定部分与定

 

子相连。

    在电动机装配过程中，首先调整好位置传感器的三个信号元件（a、b、c）与电机定子三
相绕组（AX，BY，CZ）之间的相对位置，使得转子磁场转到定子某相绕组下时，该相
绕组才导通，以保证转子磁极下的绕组导体电流方向始终保持一致。图 1 中，当电动机转
子 N 极位于 A（a）处，则传感器 a 元件感应出信号，使功率晶体管 V1 导通，A 相绕组
中便有电流通过，设其方向为 A（流入）、X（流出），便产生水平向左的定子磁场，与
向上的转子磁场相互作用而产生电磁转矩，驱动转子逆时针旋转；当 N 极旋转至 B（b）