在早期開發(fā)的電動汽車上都采用直流電機(jī)，即使到現(xiàn)在，還有一些電動汽車上仍使用直流電動機(jī)來驅(qū)動。但由于存在電刷和機(jī)械換向器，不但限制了電機(jī)過載能力與速度的進(jìn)一步提高，而且如果長時(shí)間運(yùn)行，勢必要經(jīng)常維護(hù)和更換電刷和換向器。另外，由于損耗存在于轉(zhuǎn)子上，使得散熱困難，限制了電機(jī)轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比的進(jìn)一步提高。鑒于直流電動機(jī)存在以上缺陷，在新研制的電動汽車上已基本不采用直流電動機(jī)。

一電動汽車直流電機(jī)結(jié)構(gòu)

　　電動汽車直流電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子及換向器組成，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖示：電動汽車直流電機(jī)機(jī)構(gòu)

01定子

　　直流電機(jī)的定子也稱為主磁極，其主要構(gòu)成是磁極鐵心和磁極繞組。

　　① 主磁極：主磁極的作用是在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場，使得通電電樞產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。主磁極鐵心通常由厚度為0.5～1mm的低碳鋼片疊裝而成，在磁極鐵心上繞有勵(lì)磁繞組。主磁極總是成對出現(xiàn)，通電后形成的N極和S極互相間隔排列。

　　② 電刷組件：電刷的作用是將直流電引向轉(zhuǎn)動的電樞繞組，并與換向器配合，使得電樞繞組的電流及時(shí)換向，以產(chǎn)生方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩。電刷組件由電刷、刷架、電刷彈簧等組成，電刷架固定在端蓋上。

02轉(zhuǎn)子

　　直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子也稱為電樞，由電樞鐵心和電樞繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子總成還包括換向器。

　　① 電樞鐵心：電樞鐵心由厚度為0.35~0.5mm的硅鋼片疊裝而成，鐵心本身構(gòu)成電機(jī)主磁路的一部分，鐵心上面的槽用來嵌裝電樞繞組。

　　② 電樞繞組：電樞繞組在磁場中通電后產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電磁轉(zhuǎn)矩帶動電樞繞組運(yùn)動。電樞有多匝繞組，按一定的繞制方式嵌裝在電樞鐵心的槽中。每匝電樞繞組都與換向片連接形成閉合回路。

03換向器

　　換向器的作用是使電樞繞組中的電流及時(shí)換向，將從電刷輸入的直流電轉(zhuǎn)換為電樞繞組的交流電。換向器是由許多銅片組成的，各銅片用云母片絕緣。

二電動汽車直流電機(jī)特點(diǎn)

　　與交流電機(jī)、無刷直流電機(jī)以及開關(guān)磁阻電機(jī)等其他新能源汽車電機(jī)相比，直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：

　　① 調(diào)速性能良好：直流電機(jī)具有良好的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性，可實(shí)現(xiàn)均勻平滑的無級調(diào)速，具有較寬的調(diào)速范圍。

　　② 起動性能好：直流電機(jī)具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。

　　③ 具有較寬的恒功率范圍：直流電機(jī)恒功率輸出范圍較寬，可確保電動汽車具有較好的低速起動性能和高速行駛能力。

　　④ 控制較為簡單：直流電機(jī)可采用斬波器實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制，具有控制靈活且高效、質(zhì)量輕、體積小、響應(yīng)快等特點(diǎn)。

　　⑤ 價(jià)格便宜：直流電機(jī)的制造技術(shù)和控制技術(shù)都比較成熟，其控制裝置簡單、價(jià)格較低，因而整個(gè)直流驅(qū)動系統(tǒng)的價(jià)格較便宜。

　　直流電機(jī)的主要缺點(diǎn)：

　　① 效率低：比交流電機(jī)的效率低。

　　② 維護(hù)工作量大：有刷直流電機(jī)工作時(shí)電刷和換向器之間會產(chǎn)生換向火花，換向器容易燒蝕。

　　③ 轉(zhuǎn)速低：轉(zhuǎn)速越高，電刷和換向器產(chǎn)生的火花越大，這限制了直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高。

　　④ 質(zhì)量和體積大：直流電機(jī)功率密度低，質(zhì)量大，體積也大。

三電動汽車直流電機(jī)控制系統(tǒng)

　　一般而言，直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制可以通過兩種方法實(shí)現(xiàn)，即電樞控制和勵(lì)磁控制。電樞調(diào)速方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，勵(lì)磁調(diào)速方式屬于恒功率調(diào)速。當(dāng)直流電機(jī)電樞電壓減小時(shí)，電樞電流和電機(jī)轉(zhuǎn)矩就會降低，由此引起電機(jī)轉(zhuǎn)速降低。反之，當(dāng)電樞電壓增加時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩就會增加，由此會引起電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。由于電樞的最大允許電流不變，且磁場是固定的，電樞電壓的控制可在任何轉(zhuǎn)速下保持最大轉(zhuǎn)矩不變。然而，由于電樞電壓不能超過其額定值，這種控制方法只適于直流電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速低于基速的場合。

　　另外，當(dāng)電樞電壓值恒定，直流電機(jī)的勵(lì)磁電壓減弱時(shí)，電機(jī)的感應(yīng)電動勢就會降低。由于電樞電阻很小，電樞電流增大的程度比磁場減弱的程度要大，因此，電機(jī)轉(zhuǎn)矩增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之增大。由于電樞的最大允許電流是常數(shù)，所以當(dāng)電樞電壓保持不變時(shí)，無論轉(zhuǎn)速多大，感應(yīng)電動勢都是恒定的。因此，電機(jī)所允許的最大功率恒定，允許的最大轉(zhuǎn)矩隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而逆向變化。所以，為使電動汽車的直流電機(jī)有較寬的轉(zhuǎn)速控制范圍，電樞控制必須和勵(lì)磁控制相結(jié)合。

　　當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在零與基速之間時(shí)，勵(lì)磁電流保持在額定值，采用電樞控制。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超過基速時(shí)，電樞電壓保持在額定值，采用勵(lì)磁控制。采用電樞與勵(lì)磁控制相結(jié)合的控制方式所允許的最大轉(zhuǎn)矩與最大功率。

　　電動汽車使用直流電機(jī)時(shí)的電機(jī)控制器一般以斬波方式工作，也稱為直流斬波器，主要由功率開關(guān)模塊和中央控制器構(gòu)成。斬波器是直流電源和負(fù)載電機(jī)之間的一個(gè)周期性通斷的開關(guān)控制裝置，它的作用是改變供給電機(jī)的電壓。實(shí)際上，它作為一個(gè)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)而工作，由于采用斬去輸入電壓而變成在時(shí)間上斷續(xù)的脈沖輸出，這類調(diào)節(jié)器因此而得名。

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