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浅析电动车的永磁无刷直流电机的控制系统

作者：张绍伟

来源：《商情》2016年第29期

【摘要】本文主要分析了电动车的永磁无刷直流电机的控制系统，首先介绍了永磁无刷直流电机的工作原理，而后介绍了电动车的控制系统，主要是外在人为操作下控制系统对无刷直流电机的输出控制，从而为电动车提供动力来源。 【关键词】电动车；无刷直流电机；MC33033 1 概述

随着科学技术水平的不断提升，人类社会的不断向前发展，人们对于生活质量的要求越来越高，尤其是当前环境污染严重，各种能源和其他资源逐渐枯竭的情况下，人们更是迫切希望能够通过现代化的科学技术，来推动洁净的新能源的开发和使用，从而减少传统能源的消耗，促进环境的保护。汽车行业是目前的热门行业，汽车其对传统的石油能源的消耗非常巨大，在一定程度上加剧了世界环境问题和能源危机的发生，如何有效地解决能源危机以及传统能源在使用中造成的环境污染，是世界上目前急需解决的两大难题。而作为汽车行业的发展，开发出能够有效地减少传统能源消耗、降低污染物排放的新型绿色环保汽车是汽车行业一大发展趋势。电动车是目前较为热门的新型绿色环保汽车，与使用石油能源的汽车相比，电动车使用了电能作为驱动能源，不仅降低了传统能源的消耗，而且降低了污染物的排放，这对于缓解能源危机和环境污染问题起到非常大的积极性作用。在电动车中，电动机是其核心的动力来源，无刷直流电动机无论是在智能控制还是在安全性、稳定性方面都较于其他类型的电动机有明显提升。所以对于永磁无刷直流电动机在电动车控制系统中的应用研究，对于促进电动车发展来缓解能源危机、促进环境保护来说具有而非常重要的实用意义。 2 永磁无刷直流电机的工作原理

永磁无刷直流电动机是与传统的永磁式有刷直流电机存在两个不同点，首先是永久磁铁的安装位置，一般的直流电动机的永久磁铁是安装在电动机定子上，而永磁无刷直流电动机的永久磁铁则是安装在转子上。此外，永磁无刷直流电机的电刷为电子式，而一般的直流电机电刷为机械式，这也是永磁无刷直流电机在结构上的一个突破。如图1所示，为三相永磁无刷直流电机工作原理示意图。

图1 三相永磁式无刷直流电机工作原理图

如图1中所示，永磁无刷直流电机有三部分组成，第一部分为包含定子、转子的直流电机主体，A-A’，B-B’，C-C’以及转子构成了三相电路的联通电路；第二部分是转子位置传感器，根据转子不同的位置以及形成的电路通路来产生相应的位置信号VP1，VP2，VP3；第三部分

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则是电子开关控制器，共包含了V1，V2，V3三个电子式开关。这三部分协同合作，来实现永磁无刷直流电机的转动。

如图1中所示，永磁无刷直流点击在转子旋转时，位置传感器会感受到转子旋转的位置，并产生相应的信号驱动电子开关工作。例如，当转子旋转到A和A’定子时，位置传感器就会感知转子位置，从而VP1光电器件开始工作，从而驱动电子开关V1工作，进而在A-A’相的工作区间内，VP1与开关V1工作，从而形成通路，当电流通过绕组时，其产生的电磁场与转子电磁场产生转矩来驱动转子旋转。当转子经过C和C’定子时，位置传感器检测到转子位置，从而VP3光电器件开始工作，从而驱动电子开关V3工作，进而在C-C’相的工作区间内，VP3与开关V3工作，从而形成通路，当电流通过绕组时，其产生的电磁场与转子电磁场产生转矩来驱动转子旋转。依次类推，进而形成循环来推动转子旋转。在三相电路中，只需要在A-A’，B-B’，C-C’三相在转子经过时，来产生相应的直流电，即可实现电子式电刷与转向器的永磁无刷直流电机工作。

3 电动车的永磁无刷直流电机的控制系统

利用永磁无刷直流电机实现的电动车控制系统，是在综合的嵌入式智能控制系统中，有效地通过位置传感器采集永磁无刷直流电机转子位置，并作为控制信号传输到单片机中，来驱动无刷流电机的功率输入模块和电子开关进行工作，从而驱动无刷直流电机旋转。电动车控制系统的控制核心为PIC16F877单片机，MC33033为永磁无刷直流电机控制芯片，当该电机的转子进行旋转时，位置传感器会获取转子的位置信息，并按照一定的规律将其转变成可计算、可对比、可测量的电信号，此位置信号会传送到MC33033控制芯片，基于此该控制芯片会控制功率驱动模块电路的来实现对无刷直流电机的三相电路的电流传送控制，进而实现电机旋转，为电动车提供动力。

在电动车整个控制系统中，当驾驶员根据自己需求来改变电动车的运转情况时，如通过操作相应装置为电动车进行加速时，该加速信号会传到PIC单片机中，此时单片机会计算当前电动车车运行状态，比如当前电动车永磁无刷电机的输出转矩、汽车的当前运行速度等，然后与目标速度进行对比，如果目标速度大于当前速度，而且输出转矩在最大允许的工作转矩之内，那么PIC单片机会发出控制信号，来驱动控制MC33033芯片增加无刷直流电机的输出转矩，电动机转矩增加，输出动力变大，从而实现电动车速度增加。当然，在整个过程是一个闭环控制系统，PIC单片机会动态采集电动车状态信息，如速度、输出转矩等，从而与目标速度进行对比，进行闭环地进行反馈控制，从而精确地实现电动车的人为控制。 4 总结

永磁无刷直流电机在电动车控制系统的应用，主要是使用专用控制芯片来获取挡圈组转子位置信号，而后通过驱动功率输入模块来实现无刷电动机旋转，进而驱动电动车的行驶。 参考文献：

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[1]杨建飞，胡育文.无刷直流电机无磁链观测直接转矩控制[J].中国电机工程学报.2011（12）

[2]陈亮，盛占石，刘钢，黄荣华，张东花，徐涛.低速电动车用双永磁无刷直流电机协调控制的研究[J].微电机.2013（03） 作者简介：

张绍伟（1973-），男，汉族，湖北武汉人，大专，助理工程师，江汉大学，研究方向：机电一体化应用。