在新能源汽車發(fā)展的早期，直流電機曾經憑借易于控制、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、產生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據勵磁方式的不同，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。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。若串勵繞組產生的磁通勢與并勵繞組產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生火花，轉向器易燒蝕；

電磁兼容影響，火花會產生電磁干擾，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，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

轉矩有脈沖現象，開關磁阻電機轉子上產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象，使電機產生振動與噪音；

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