直流电动机的特点及应用

1. 直流电动机的特点

（1）调速性能好

直流电动机可以在重负荷条件下，实现平滑的无级调速，而且调速范围较宽。

（2）起动转矩大

可以均匀且经济地实现转速调节，因此，凡是在重负荷下起动或是要求均匀调节转速的机械，都可以使用直流电动机。

（3）控制简单

一般用斩波器控制，具有效率高、控制灵活、质量和体积小、响应速度快等优点。

（4）易磨损

由于存在电刷、换向器等易损件，所以必须进行定期维护或更换。

2. 新能源汽车直流电动机的性能要求

（1）抗振动性

由于直流电动机具有较重的电枢，所以在颠簸的路况行驶时，车辆振动会影响到轴承所承受的机械应力，对这个应力进行监控和采取相应的对策是很有必要的。同时由于振动，很容易影响到换向器和电刷的滑动接触，因此必须采取提高电刷弹簧预紧力等措施。

（2）环境适应性

直流电动机作为新能源汽车的驱动电机时，与在室外使用时的环境大致相同，所以要求在设计时充分考虑密封的问题，防止灰尘和水汽侵入电动机，另外还要考虑电动机的散热性能。

（3）低能耗性

为了延长一次充电续驶里程以及抑制电动机的温升、尽量保持低损耗和高效率成为直流电动机的重要特性。近年来，由于稀土系列永磁体的研究开发，直流电动机的效率已明显提高，能耗明显减低。

（4）抗负载波动性

车辆在不同路况下行驶，电动机的负荷会有较大的变动，因此有必要对额定条件的设定加以重点考虑。在市区行驶时，由于交通信号密集及道路拥挤等因素，车辆起动、加速和制动等工况较频繁，不可避免的经常在最大功率下运行，此时电刷与换向器之间的电火花和磨损非常剧烈，因此必须注意换向极和补偿绕组的设计。在郊外行驶时，电动机的输出速度较高，转矩较低，一般要以高效率的额定条件运行，而直流电动机在高速运行情况下，对其换向器部分的机械应力和换向条件的要求会变得严格，因此在大型车辆驱动系统中，大多设置变速器以达到提高起动转矩的目的。

（5）小型化、轻量化

为了要获得更大的车载空间以及减小整车质量，小型化和轻量化成为驱动电机的必然趋势。直流电动机的转子部分含有较大比例的铜，如电枢绕组和换向器铜片，所以与其他类型的电动机相比，直流电动机的小型化和轻量化更难以实现。目前可以通过采用高磁导率、低损耗的电磁钢板减少磁性负荷，虽然增加了成本，但可以实现轻量化。

（6）免维护性

对于电刷，根据负荷情况和运行速度等使用条件的不同，更换时间和维修的次数也是不同的。相应的解决方法是：采用不损伤换向器的电刷材质，并且将检查端口设计的较大，以延长电刷使用寿命和便于维修、更换。

3. 直流电动机的应用

作为新能源汽车驱动电机的直流电动机主要是他励式直流电动机（包括永磁直流电动机）、串励式直流电动机和复励式直流电动机三种类型。小功率（＜10 k W）的电动机多采用小型高效的永磁式直流电动机，一般应用在小型、低速的车用车辆上，如电动自行车、电动观光车、电动叉车、警用巡逻车等；中等功率（10～100 k W）的电动机多采用复励式，可以用于结构简单、转矩较大的电动火车上；大功率（＞100 k W）的电动机多采用串励式，可以用于低速、大转矩的大型专用电动车上，如电动矿石搬运车、电动玻璃搬运车等。

直流电动机的效率和转速相对较低，运行时需要电刷和机械换向装置，在换向过程中易出现电火花及电磁干扰，不易在多尘潮湿、易燃易爆的环境中使用，而电磁干扰对高度电子化的新能源汽车来说是致命的。由于机械磨损，电刷和换向器需要定期维护更换，加之直流电动机造价高并且质量和体积较大，这些缺点大大降低了直流电动机的可靠性和适用范围，一定程度上也限制了其在新能源汽车领域的发展及应用。随着电力电子技术及电机控制技术的发展，直流电动机与其他类型的电动机相比，已明显处于劣势。