在新能源汽車發(fā)展的早期，直流電機(jī)曾經(jīng)憑借易于控制、調(diào)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(hù)不方便、可靠性不佳、使用壽命不滿足要求等缺陷。

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

直流電機(jī)的定義

直流電機(jī)(synchronous machine)將直流電能直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)向器組成。

直流電機(jī)的工作原理：

直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)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(yīng)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?qū)w運動方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向）。

導(dǎo)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(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。

電動車直流電機(jī)機(jī)構(gòu)

直流電機(jī)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(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。

運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)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(zhuǎn)子的電流及時換向，將從電刷輸入的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。

直流電機(jī)的分類

直流電機(jī)按勵磁方式不同，可分為如下幾種類型。

直流電機(jī)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(jī)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(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵直流電機(jī)。永磁直流電機(jī)也可看作他勵直流電機(jī)。

并勵

并勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)。作為并勵發(fā)電機(jī)來說，是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機(jī)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(jī)相同。

串勵

串勵直流電機(jī)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(jī)的勵磁電流就是電樞電流。

復(fù)勵

復(fù)勵直流電機(jī)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(fù)勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復(fù)勵。

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

直流電機(jī)的優(yōu)劣對比

(1) 優(yōu)點

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

從控制邏輯而言，直流電機(jī)采用斬波器實現(xiàn)調(diào)速控制，控制靈活高效，質(zhì)量輕，體積小，響應(yīng)速度快；

從恒功率角度而言，直流電機(jī)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(jī)相比，直流電機(jī)的效率低下；

維護(hù)工作量大，有刷直流電機(jī)工作時電刷和轉(zhuǎn)向器之間會產(chǎn)生火花，轉(zhuǎn)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(yán)重情況下，會影響整車上和安全相關(guān)的電子通信，危及車輛行駛安全；

使用范圍受限，當(dāng)高速運行或大負(fù)荷運行時，轉(zhuǎn)向器表面容易產(chǎn)生火花，因此直流電機(jī)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(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)。

開關(guān)磁阻電機(jī)的定義

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

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

開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)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(guān)磁阻電機(jī)原理

開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)劣對比

(1) 優(yōu)點

結(jié)構(gòu)簡單，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)比感應(yīng)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)矩方向與繞組電流方向無關(guān)，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(guān)，每個功率開關(guān)器件均直接與電動機(jī)繞組相串聯(lián)，規(guī)避了短路風(fēng)險，系統(tǒng)中的保護(hù)電路可以簡化，降低成本。

性能好，開關(guān)磁阻電機(jī)可以在較寬轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)運行，在很廣的范圍內(nèi)保持高效率，適用于高速運轉(zhuǎn)，可在15000-50000rpm運轉(zhuǎn)，響應(yīng)性好，調(diào)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(jī)溫度高而失去磁性。

(2) 缺點

轉(zhuǎn)矩有脈沖現(xiàn)象，開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩石是由一系列脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成，這影響開關(guān)磁阻電機(jī)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(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩有脈動現(xiàn)象，使電機(jī)產(chǎn)生振動與噪音；

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

總結(jié) 4種常見電機(jī)的參數(shù)匯總

我們在上一篇推文的基礎(chǔ)上，把4種常見電機(jī)的性能匯總起來，形成如下對比表格，供大家在工作學(xué)習(xí)中查閱。

電機(jī)比較

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

審核編輯：郭婷