3.2.2 直流電機的性能特點

電動汽車直流電機驅動系統中的直流電機通常采用串勵電機和他勵電機。電動汽車驅動電機在很多情況下使用的驅動特性如圖3-5所示。

基本轉速Nb以下為恒轉矩區，基本轉速Nb以上為恒功率區。在恒轉矩區，勵磁電流保持不變，改變電樞電壓來控制轉矩。在高速恒功率區，電樞電壓不變，改變勵磁電流或弱磁來控制轉矩。它的這種特性很適合汽車對動力源低速高轉矩、高速低轉矩的要求，而且直流電機結構簡單，易于平滑調速，控制技術成熟，所以直到20世紀80年代中期，它仍是國內外的主要研發對象。幾乎所有早期的電動車都采用直流電機驅動系統。

電動汽車專用的直流電機的結構和一般的直流電機的結構沒有顯著的差別，同一般工業用的電機相比，應具有以下所示的特點：

1）電樞軸要延長，以便安裝用于速度檢測的脈沖發生器和推力軸接頭。

2）轉子直徑要設計得小些，軸長要設計得長些以適應高速旋轉。

3）為了便于散熱，電樞槽要設計得多些。

4）為了換向器片、電刷等的定期檢查和維護，檢查口應制造得大些。

5）由于振動，為了防止電刷的誤動作，應提高電刷的預壓緊力。

6）和其他電動汽車用電機相同，最大功率值和額定功率記錄在銘牌上。

由此，電動汽車專用的直流電機和其他通用的電機相比，需要考慮的事項有耐高溫性、抗振動性、低損耗性、抗負荷波動性等，此外還有小型輕量化、免維護性等技術上的難題。

（1）抗振動性 直流電機與其他電動汽車用電機相比，由于擁有較重的電樞，所以在路況凸凹不平時的車輛振動（3g～5g）會影響到其軸承所承受的機械應力，對于這個應力進行監控和采取相應的對策是很有必要的。同時由于振動，很容易影響到換向器和電刷的滑動接觸，因此也采取了提高電刷彈簧的預壓緊力等的措施。

（2）對環境的適應性 鑒于直流電機在電動汽車中使用時與在室外使用時的環境大體相同，所以要求在設計中就灰塵和水分入侵等問題給予考慮。而且也要充分考慮散熱結構。

（3）低損耗性 為了延長一次充電續駛里程以及抑制電機溫度的上升，盡量保持低損耗和高效率成為直流電機的重要特性。近幾年，由于對稀土系列（鈷、釹、硼等）的永久磁體的研究開發，PM直流電機中的高效率化已有很顯著的提高。

（4）抗負荷波動性 在市區行駛和郊外行駛中，電機的負荷條件會有5倍左右的變動，因此有必要對額定條件的設定加以斟酌。在市區行駛中，由于交通信號以及其他狀況，起動、加速工況很多，不可避免地要經常在最大承受功率情況下工作。此時，電刷的電火花和磨損非常劇烈，因此必須對換向極和補償線圈的設計給予注意。在郊外行駛時，對于電機來說其輸出轉矩比較低，在高速旋轉大輸出功率的情況下，一般說來要以較高效率的額定條件運行。然而，在直流電機中，在其高速旋轉的情況下，對換向器部分的機械應力和換向條件的要求會變得很嚴格。為了避免這種情況，在大型搬運用的電動汽車驅動系統中，大多設置變速器以達到提高起動轉矩的目的。

（5）小型輕量化 由于要釋放被限制的車載空間以及減輕車身總重量，因而小型輕量化成為了設計中的最大問題。而直流電機旋轉部分中含有較大比例的銅，也即電樞繞組和銅制的換向器片，所以與其他類型的電機相比，直流電機的小型輕量化更難實現。然而可以通過采用高磁導率、低損耗的電磁鋼板減少磁性負荷，雖然增加了成本，但可以實現輕量化。

（6）免維護性 關于電刷，雖然有連續長時間使用達一萬小時的報告，但根據負荷情況和運動速度等使用條件的不同，更換時間和維修作業的次數是變化的。解決辦法是，采用不損傷換向器片材質的電刷，以及將檢查端口制造得大些，以便于檢查、維修等。

除此之外，電動汽車用直流電機大多在較低的電壓下驅動，同時又是大電流電路，因此需要注意連接線的接觸電阻。

然而，直流電機的效率和轉速相對較低，運行時需要電刷和機械換向裝置，機械換向結構易產生電火花，不宜在多塵、潮濕、易燃易爆環境中使用，其換向器維護困難，很難向大容量、高速度發展。此外，電火花產生的電磁干擾，對高度電子化的電動汽車來說也是致命的。直流電機價格高、體積和重量大。隨著控制理論和電力電子技術的發展，直流驅動系統與其他驅動系統相比，已大大處于劣勢。因此，目前國外各大公司研制的電動車電氣驅動系統已逐漸淘汰了直流驅動系統。