2.1 直流电机及其用途

直流电机一般指有刷直流电机，即通过机械换向器进行电流换向的直流电机，这种电机通过直流电源供电，因此得名。虽然有刷直流电机由于其电刷需要定期维护、寿命相对较低等问题，在很多场合正逐渐被交流电机所取代，但考虑到其控制简单、控制系统成本低等优点，在汽车电控系统中仍有广泛的应用。

直流电机由定子和转子两部分组成。定子上的绕组称为励磁绕组，用于产生恒定磁场，称为励磁磁场，所以励磁绕组也可以用永磁体取代（此时称为永磁有刷直流电机）。转子上的绕组称为电枢绕组，其中的电流与励磁磁场相作用，产生转矩。所以，一般直流电机通过调节作用在电枢绕组上的电流，控制直流电机的转速与转矩。电枢绕组接头引出到转子转轴一端，分别连接在相互绝缘的触片上，这些触片称为换向器。电源连接在电刷上，通过电刷与换向器接触，向电枢绕组供电。直流电机的主要组成部分如图2-1所示。

有刷直流电机在汽车电控中多被作为小功率执行器使用，一个典型的应用就是发动机节气门。发动机节气门一般采用“直流电机+减速齿轮”的驱动结构，只需在对应电枢绕组上施加直流电压，就可以实现对节气门阀片开度的控制。本书4.2节将对发动机节气门的建模与控制进行更为详尽的介绍。

有刷直流电机的另一个典型应用是发动机系统中的起动机。与节气门不同的是，起动机的驱动电流要求很大，可达几百安培，所以其绕组需要较大的截面积，由粗铜线绕制而成，起动机的特性将在4.1节中讨论。因为起动机不要求实时精确的转矩或转速控制，所以一般直接采用继电器控制起动机的起停。当然，随着现代交流电机控制技术及混合动力汽车技术的发展，发动机起动和发电过程的控制要求也越来越高，直流起动电机也正在被集成的起动发电机（ISG）所取代。