单相无刷直流电机具有结构简单、加工制造容易、所需功率管少、控制电路简单、成本低的优点,广泛应用于低成本、低起动转矩、对电机性能要求不高的小功率设备,如风机、水泵等。许多应用中要求单相无刷直流电动机具有良好的双向运行性能。然而相对于多相无刷直流电动机,单相无刷直流电动机的双向起动比较困难。渐变式不对称气隙结构常被用于解决单相永磁无刷直流电机的起动死点问题。为研究不同气隙结构的单相永磁无刷直流电动机的双向起动能力,本文设计了一台风扇用外转子渐变式气隙结构的单相永磁无刷直流电动机,在Ansoft Maxwell2D中建立电机的二维有限元模型,仿真分析了该电机在低电压条件下的双向起动性能,又利用Ansoft Simplorer软件搭建了软起动控制电路,通过场路耦合的方法研究了该电机在软起动条件下的双向起动能力。在此基础上,对电机的定子结构进行改进,设计了薄端倾斜的渐变式气隙结构的单相永磁无刷直流电动机,通过仿真研究了薄端倾斜的渐变式气隙结构单相无刷直流电动机的双向起动性能。最后设计了基于BD6974芯片的单相无刷直流电机的软起动控制电路,通过实验的方法研究了两种结构的单相永磁无刷直流电动机的双向起动能力。仿真和实验结果证明薄端倾斜的渐变式气隙结构单相无刷直流电机具有更优越的双向起动性能。基于绕组时分法的单相无刷直流电机无位置传感器控制方式,可以使电机的电流与反电势相位保持一致,避免了电机换相时由于续流造成的电流反向,可以减小电机的振动、噪声,提高电机效率。论文第二部分针对所设计的电机,开展了基于绕组时分原理的单相永磁无刷直流电机的无位置传感器控制策略研究,对绕组时分法的关键控制参数进行了详细分析,搭建了无位置传感器控制系统的实验平台,实验结果表明通过调节提前关断时间,可以直接调节电机的转速,采用提前换相控制可以明显改善电机电流波形,从而提高电机的运行速度。