在新能源汽車發(fā)展的早期，直流電機曾經(jīng)憑借易于控制、調速性能好、成本低等優(yōu)勢成為新能源汽車不可或缺的主流產(chǎn)品，但伴隨這些優(yōu)點而生的，是售后維護不方便、可靠性不佳、使用壽命不滿足要求等缺陷。

隨著技術發(fā)展，直流電機也完成了自己的使命，逐漸被前文所述的交流電機，尤其是永磁同步電機所取代。

直流電機的定義

直流電機(synchronous machine)將直流電能直接轉換為機械能，或將機械能轉換為直流電能的旋轉電機。直流電機由定子、轉子和轉向器組成。

直流電機的工作原理：

直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?/p>

感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向）。

導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。

電動車直流電機機構

直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，也稱為主磁極。定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。

運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

換向器由許多銅片組成，使用云母片作為絕緣。換向器的作用是使轉子的電流及時換向，將從電刷輸入的直流電轉換為交流電。

直流電機的分類

直流電機按勵磁方式不同，可分為如下幾種類型。

直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。

他勵

勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。

并勵

并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)。作為并勵發(fā)電機來說，是電機本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。

串勵

串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。

復勵

復勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。

不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復勵式，直流發(fā)電機的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和和復勵式。

直流電機的優(yōu)劣對比

(1) 優(yōu)點

從性能角度而言，直流電機具有良好的電磁轉矩控制特性，可以滿足電動汽車對動力源低速高轉矩，高速地轉矩的要求，可以頻頻繁快速啟動、制動和翻轉，調速平滑精準，抗過載能力強，能夠承受頻繁的沖擊負載；

從控制邏輯而言，直流電機采用斬波器實現(xiàn)調速控制，控制靈活高效，質量輕，體積小，響應速度快；

從恒功率角度而言，直流電機恒功率輸出范圍寬，可確保車輛具有良好的低速啟動性能和高速行駛能力。

(2) 缺點

效率低，和多種交流電機相比，直流電機的效率低下；

維護工作量大，有刷直流電機工作時電刷和轉向器之間會產(chǎn)生火花，轉向器易燒蝕；

電磁兼容影響，火花會產(chǎn)生電磁干擾，對整車電磁兼容性的影響很大，嚴重情況下，會影響整車上和安全相關的電子通信，危及車輛行駛安全；

使用范圍受限，當高速運行或大負荷運行時，轉向器表面容易產(chǎn)生火花，因此直流電機不能在多塵、潮濕、易燃易爆的環(huán)境下使用，不太適用于電動車種種惡劣的工況。

最后，我們來介紹第四個常用電機，開關磁阻電機。

開關磁阻電機的定義

開關磁阻電動機(Switched Reluctance Machine)是一種新型調速電機，整個系統(tǒng)主要包括電機實體、功率變化器、控制器與檢測器等部件。

簡單來說，開關磁阻電機原理和三相異步交流電機一樣，都具有一個“旋轉的磁場”。依次對轉子和定子通電，磁場就會運動，再按順序變換繞組正負極就完成了磁場旋轉，就有了一個完整的相位變換。

開關磁阻電動機的轉動力矩來源于“磁阻最小原理”——磁通總要沿磁阻最小的路徑閉合。而具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。

開關磁阻電機原理

開關磁阻電機的優(yōu)劣對比

(1) 優(yōu)點

結構簡單，在電動機的轉子上沒有滑環(huán)、繞組和永磁體等，定子只需要幾個集中繞組即可，整體結構比感應電機還要簡單，因此制造漸變，成本低廉；

電路簡單，系統(tǒng)可靠程度高，因為電動機轉矩方向與繞組電流方向無關，即只需單方相繞組電流，故功率電路可以做到每相一個功率開關，每個功率開關器件均直接與電動機繞組相串聯(lián)，規(guī)避了短路風險，系統(tǒng)中的保護電路可以簡化，降低成本。

性能好，開關磁阻電機可以在較寬轉速和轉矩的范圍內運行，在很廣的范圍內保持高效率，適用于高速運轉，可在15000-50000rpm運轉，響應性好，調速范圍大；

控制靈活多變，可實現(xiàn)四象限工作，不會由于電機溫度高而失去磁性。

(2) 缺點

轉矩有脈沖現(xiàn)象，開關磁阻電機轉子上產(chǎn)生的轉矩石是由一系列脈沖轉矩疊加而成，這影響開關磁阻電機的低速運行性能，功率密度和效率偏低；

振動和噪音大，這是由于開關磁阻電機的轉速與轉矩有脈動現(xiàn)象，使電機產(chǎn)生振動與噪音；

控制系統(tǒng)復雜，相較于其他類型電機，開關磁阻電機還需要位置檢測器、電流檢測器等，使得控制和接線比較復雜。

總結 4種常見電機的參數(shù)匯總

我們在上一篇推文的基礎上，把4種常見電機的性能匯總起來，形成如下對比表格，供大家在工作學習中查閱。

電機比較

至此，有關驅動電機的相關基礎信息已全部分享完畢，后續(xù)將不間斷地分享和科普有關新能源汽車的幾大重要部件，包括DCDC轉換器，動力電池，高壓配電盒和車載充電機等核心電器件。

審核編輯：郭婷