下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
直流电机是指能实现直流电能和机械能互相转换的电机。它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
（1）直流电机的构造
直流电机由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩或感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，故通常又称电枢，由转轴、转子铁心、转子绕组、换向器和风扇等组成，如图3-4所示。
主磁极安装在机座上，机座也称磁轭，是主磁极磁力线的通路。磁极、磁轭与转子都由导磁性能良好的材料制成，主磁极的励磁绕组产生磁场，图3-5所示箭头线表示磁力线走向。
图3-4 直流电机的构造
图3-5 磁力线走向
直流电机绕组主要有定子励磁绕组与转子（电枢）绕组，定子励磁绕组很简单，直接绕到磁极上即可，如图3-6所示。换向极绕组也是直接绕在换向磁极上的，两个换向极绕组串联起来再通过电刷与转子绕组串联即可。
图3-6 定子励磁绕组与电枢绕组示意
直流电机的转子绕组由多个线圈组成，每个线圈称为一个元件。直流电机绕组有单叠绕组与单波绕组之分，图3-7所示为转子绕组展开图，电机转子有16个槽，整个绕组由16个元件组成。
图3-7 转子绕组展开图
图3-7中，B部分是转子的16个槽，每个槽中嵌有2个元件的有效边；A部分是两个主磁极，磁极宽度与6个电枢槽对应；C部分是换向器与电刷。设定电刷正负极。在图中各个元件标有电流方向箭头，可见在同一磁极下对应的每一个元件有效边电流方向是相同的，保证所受电磁力的方向是相同的。
有的直流电机采用永久磁体来建立所需的磁场（永磁直流电机），无需另用电源进行励磁。过去由于永磁体磁性差，磁力弱又易退磁，只在一些出力小的电机中使用，多用在玩具与教学仪器中。近十多年永磁电机得到较快发展是得益于永磁体的飞速发展，永磁直流电机也从玩具、仪器仪表、家电走向新能源汽车。
永磁直流电机的工作原理、结构与普通直流电机相似，只是用永磁体磁极代替用电流励磁的磁极，如图3-8所示。电动汽车驱动电机采用多极永磁体磁极，排列在转子或定子圆周上。
图3-8 永磁直流电机原理示意
（2）直流电机的工作原理
直流电机的工作原理是建立在电磁感应定律基础上的。 在电机的两电刷端加上直流电压，在电刷和换向器的作用下将电能引入转子绕组中，并保证了同一个极下绕组边中的电流始终是一个方向，进而保证了该极下绕组边所受的电磁力方向不变，使电机转子能连续旋转，最终将电能转换成机械能以拖动生产机械。
如图3-9所示，给励磁绕组通入直流电，使在空中固定不动的主磁极呈现上为N极、下为S极的状态（主磁极也可以是永久磁铁）。在N极和S极之间有转子，转子铁心上安放着由A和X两根导体组成的转子绕组，绕组的首端（A）和末端（X）分别连在两个相互绝缘的半圆形铜质换相片上，换相片形成的整体称为换相器。换相器固定在转轴上，且与转轴绝缘。换相片上安放着一对固定不动的电刷B1和B2，电刷能与外电路连接。
图3-9 直流电机工作原理
将直流电加到电刷上（B1为正、B2为负），绕组AX上就有电流通过（A端为
、X端为⊙），根据电磁感应定律，载流导体在磁场中受力，大小为：
f
=
Bxli
（N），其中
i
为流过导体的电流（A），方向由左手定则确定，伸开左手使大拇指与四指呈90°，磁力线指向手心，四指的指向为导体中电流方向，则大拇指指向导体受力方向。
交流感应电机又常称为交流异步电机，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得转矩，进而转动，将电能转换为机械能。转子是可转动的导体，通常呈笼状。定子是电机中不转动的部分，主要任务是产生旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现，而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。这种电机并不像直流电机有电刷或换向器，依据所用交流电的种类有单相感应电机和三相感应电机。由于变频器被广泛应用于交流感应电机调速，使得交流感应电机应用越来越广泛，有取代直流电机的趋势。交流感应电机如图3-10所示。
在新能源汽车中，笼型交流感应电机应用较为广泛，它具有结构简单且坚固、制造成本低、维护方便等优点。和所有电机的结构一样，交流感应电机由定子和转子组成，定子和转子之间为气隙。交流感应电机的气隙一般为0.2～2mm，气隙的大小会影响感应电机性能。
图3-10 交流感应电机
（1）交流感应电机的构造
交流三相感应电机是应用最广泛的交流电机，其定子和转子铁心采用硅钢片叠压而成，在转子和定子之间没有相互接触的集电环、换向器等部件，结构简单、运行可靠、经久耐用，如图3-11所示。交流感应电机的功率覆盖面很广，最高转速可达12000～15000r/min。它可采用空气冷却或液体冷却方式，冷却自由度高，对环境的适应性好，能够实现再生反馈制动。与同样功率的直流电机相比较，它效率较高、质量小、价格便宜、维修方便。
交流感应电机的定子主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。
（2）交流感应电机的工作原理
交流感应电机的定子上有三相对称的交流绕组，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场，转子绕组的导体处于旋转磁场中，导体切割磁力线，并产生感应电动势。转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。载流导体在磁场中会受到力的作用，因此可以用左手定则确定转子导体所受电磁力的方向，这些电磁力对转轴形成电磁转矩，其作用方向与旋转磁场的旋转方向一致。这样转子便以一定的速度沿旋转磁场的旋转方向转动起来。交流感应电机的工作原理利用了电磁感应现象。
图3-11 交流感应电机的结构
感应电机驱动系统是电动汽车用电机驱动系统的理想选择，尤其是驱动系统功率需求较大的大型电动客车。目前，国内外高性能的感应电机驱动系统也主要是采用矢量控制和直接转矩控制这两种控制方法。
①电动汽车驱动电机需要有4～5倍的过载能力，以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求；工业驱动电机只要求有2倍左右的过载就可以了。
②电动汽车驱动电机的最高转速要求达到在公路上巡航时基速的4～5倍；工业驱动电机只要求达到恒功率时基速的1.2倍。
③电动汽车驱动电机应根据车型进行设计；工业驱动电机通常只根据典型的工作模式进行设计。
④电动汽车驱动电机要求有较高的功率密度和较好的效率图（在较宽的转速和转矩范围内都有较高的效率），从而能够降低车重，延长续驶里程；工业驱动电机通常对功率密度、效率及成本进行综合考虑，在额定工作点附近对效率进行优化。
⑤为使多电机协调运行，要求电动汽车驱动电机可控性高、稳态精度高、动态性能好；工业驱动电机只有某一种特定的性能要求。
⑥电动汽车驱动电机的工作空间小，在高温、恶劣天气及频繁振动等条件下工作；工业驱动电机通常在某个固定的位置工作。