混合動力與電動汽車(21)電動汽車用電動機(jī)

1、第二章第二章 電動汽車的主要電動汽車的主要部件及工作原理部件及工作原理2.1 電動汽車用電動機(jī)電動汽車用電動機(jī)一一 、概述、概述電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。l電動機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級，電動機(jī)的使用和控制非常方便，能滿足各種運(yùn)行要求；l電動機(jī)的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。l由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。 1、磁性基礎(chǔ)知識、磁性基礎(chǔ)知識磁性磁性 是由電子運(yùn)動，有些物質(zhì)中是由排列成直線的原子運(yùn)動產(chǎn)生的一種能量形式。 自然界中，一種叫磁

2、石磁石的鐵礦石以磁鐵的形式存在。 自然懸掛的磁鐵將指向磁北極。 如果一塊磁鐵爛了或者裂開，它就變成兩塊弱磁鐵。1、磁性基礎(chǔ)知識、磁性基礎(chǔ)知識l根據(jù)材料的原子結(jié)構(gòu)或者鐵含量，很多材料能人工磁化使其有一定的磁性。l含鐵的金屬叫做黑色金屬，它能被磁化，碳含量低的軟鐵很容易磁化。l有色金屬，如鋁和非金屬，如玻璃、木頭和塑料根本不能磁化。 1、磁性基礎(chǔ)知識、磁性基礎(chǔ)知識磁力線磁力線 磁性物質(zhì)內(nèi)的原子整齊排列成直線導(dǎo)致磁鐵周圍產(chǎn)生力場線。 條形磁鐵中，磁力線集中在條的兩端，在磁鐵周圍形成立體平行的閉合曲線。 它們從電磁的一端或者一極出來進(jìn)入另一端，它們不會交叉。 1、磁性基礎(chǔ)知識、磁性基礎(chǔ)知識l 磁鐵相對

3、的兩端叫做磁的北極和南極。l 磁性越強(qiáng)，形成的磁線越多。磁力線也叫磁通量或者通量線，它們形成一個磁場。l 磁場、磁力線、通量、通量線這幾個詞可以互換使用。異性相吸同性相斥1、磁性基礎(chǔ)知識、磁性基礎(chǔ)知識磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 這種磁力通過的難易程度就叫做磁導(dǎo)率。 磁力線穿過鐵比空氣更容易，所以鐵具有磁導(dǎo)性。磁阻磁阻 盡管不能絕對隔絕磁性，但是某些物質(zhì)能阻礙磁力通過。這可以比作電路里的阻力。 磁力不能容易通過空氣，所以空氣有很高的磁阻。 磁力線常常集中穿過物質(zhì)，避開阻礙物質(zhì)，磁力從阻力最小的地方穿過。 1、磁性基礎(chǔ)知識、磁性基礎(chǔ)知識電磁場原理電磁場原理 1820年科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)體周圍也有磁場。用電流產(chǎn)生

4、的磁場叫做電磁場。這些磁場可以比傳統(tǒng)的磁鐵周圍的磁場更強(qiáng)。 通過改變電流大小可以控制導(dǎo)體周圍的磁場強(qiáng)度。電流增大，產(chǎn)生更多通量線，磁場擴(kuò)大，變得更強(qiáng)。電流減小時，磁場縮小或者消失。 這些發(fā)現(xiàn)大大地擴(kuò)大了磁性的實際應(yīng)用，開創(chuàng)了電磁學(xué)的研究領(lǐng)域。1、磁性基礎(chǔ)知識、磁性基礎(chǔ)知識產(chǎn)生電磁體產(chǎn)生電磁體 產(chǎn)生一塊電磁鐵的簡單方法是用絕緣導(dǎo)線繞釘子20圈，把導(dǎo)線兩端與1.5伏干電池的兩接線端連接。通電時，釘子變成一個磁體，能吸起大頭針或者其它小的鋼質(zhì)東西。直導(dǎo)體直導(dǎo)體 載流直導(dǎo)體周圍的磁場存在于導(dǎo)線的整個長度范圍。電流強(qiáng)度決定有多少根通量線以及它們從導(dǎo)線表面延伸到外面多遠(yuǎn)。1、磁性基礎(chǔ)知識、磁性基礎(chǔ)知識右手

5、定則右手定則 磁力線圈有方向，就像條形磁鐵周圍的通量線有方向一樣。電流磁場2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理電動機(jī)原理電動機(jī)原理 電動機(jī)如汽車起動電動機(jī)用磁場相互作用把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。 如果把電流方向相反的兩個導(dǎo)體放在南極和北極之間，導(dǎo)體的磁場與磁場的兩極相互作用，上面導(dǎo)體的順時針磁場加上南北兩極的磁場在導(dǎo)體下方產(chǎn)生一個強(qiáng)磁場。然后導(dǎo)體向上運(yùn)動離開這個強(qiáng)磁場。2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理 下面的導(dǎo)體的逆時針磁場加上南北兩極的磁場在導(dǎo)體上面產(chǎn)生一個強(qiáng)磁場。然后導(dǎo)體向下運(yùn)動離開這個強(qiáng)磁場。這些力導(dǎo)致導(dǎo)體的位置也就是電動機(jī)的中心順時針轉(zhuǎn)動。 電流磁場2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理線圈導(dǎo)體線圈導(dǎo)體l 如果把幾圈導(dǎo)

6、線做成線圈，磁通量密度會變強(qiáng)。線圈周圍的通量線與條形磁體周圍的通量線一樣。l 它們從北極出來進(jìn)入南極。增加導(dǎo)線的圈數(shù)、增加通過線圈的電流或者兩個都增加能增強(qiáng)線圈的磁場強(qiáng)度。磁場方向相反的兩導(dǎo)體會分開向更 線圈周圍的磁力線看上去與條形磁體弱的磁場移動。 周圍的相似。2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理電磁感應(yīng)原理 如果通量線或者導(dǎo)體正在運(yùn)動，磁力線能在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電動勢或者電壓。 這個過程叫感應(yīng)，產(chǎn)生的電動勢叫做感應(yīng)電壓。運(yùn)動磁場在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電壓叫做電磁感應(yīng)。如果導(dǎo)體在一個完整閉合的電路內(nèi)，電流會流動。2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理有四個方法提高感應(yīng)電壓：l 增強(qiáng)磁場強(qiáng)度，這樣有更多磁力線。l 增加切割磁力線的

7、導(dǎo)體數(shù)量。l 提高導(dǎo)體和磁力線之間的相對運(yùn)動速度，這樣單位時間內(nèi)更多磁力線被切割。l 把磁力線與導(dǎo)體之間的角度變成最大90度。如果導(dǎo)體平行運(yùn)動，不切割任何磁力線，沒有電壓產(chǎn)生。 導(dǎo)體運(yùn)動沒 有 電壓感應(yīng)導(dǎo)體運(yùn)動通量線導(dǎo)體2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理導(dǎo)體運(yùn)動磁力線導(dǎo)體感應(yīng)電壓如果導(dǎo)體以90度破壞磁力線產(chǎn)生的電壓最大，導(dǎo)體以0至90度之間的角度切斷磁力線時，電壓變小。感應(yīng)電流運(yùn)動導(dǎo)致磁場阻礙感應(yīng)電流的運(yùn)動。這條原則叫做楞楞次定律次定律。感應(yīng)電流的磁場阻礙導(dǎo)體與磁場之間的相對運(yùn)動。2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理電動機(jī)的工作原理 大多數(shù)電動機(jī)通過電磁來工作，其基本原理是導(dǎo)線導(dǎo)電時，它有一個磁場會產(chǎn)生一個機(jī)械

8、力。這個力用洛倫茲力定律說明，與導(dǎo)線和磁場的方向都垂直。 電動機(jī)中，旋轉(zhuǎn)部分（一般在里面）叫轉(zhuǎn)子，靜止部分叫定子。電動機(jī)有電磁鐵繞在框架上。每個載流導(dǎo)體的周圍都有一個磁場是電磁學(xué)的一個基本原理。磁場的強(qiáng)度隨電流（安培）的增加而變大。2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理 電動機(jī)的功率電動機(jī)的功率電動機(jī)的功率用千瓦（kW）表示。這是額定機(jī)械功率和電功率的標(biāo)準(zhǔn)國際單位。效率為100%的電動機(jī)產(chǎn)生一千瓦機(jī)械功率，輸出一千瓦電。一千瓦等于1000瓦。 功率單位是以蘇格蘭工程師詹姆斯.瓦特的名字命名。一馬力等于756瓦。這表示馬一秒內(nèi)能拉重550磅的物體跑一英尺。2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理導(dǎo)體運(yùn)動導(dǎo)體運(yùn)動旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)l

9、兩個磁場一起作用，它們的磁力線“聚在一起”或者電樞線圈的一邊的磁力線很強(qiáng)，導(dǎo)體的另一邊變?nèi)?。?dǎo)致導(dǎo)體（電樞）從磁場強(qiáng)度強(qiáng)的地方朝磁場強(qiáng)度弱的地方運(yùn)動。l這導(dǎo)致電樞轉(zhuǎn)動。通過起動電動機(jī)的電流變大時，這個轉(zhuǎn)動力（扭矩）也變大。起動機(jī)的扭矩大小由磁場強(qiáng)度決定。磁場強(qiáng)度用安培圈數(shù)表述。如果電流或者導(dǎo)線的圈數(shù)增加，磁場強(qiáng)度變大。 2、電動機(jī)原理、電動機(jī)原理l 邁克爾.法拉第于1821年發(fā)明了第一臺電磁旋轉(zhuǎn)電動機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)的直流電動機(jī)使用帶兩極的電磁旋轉(zhuǎn)電樞。l 旋轉(zhuǎn)開關(guān)叫換向器，每兩圈反轉(zhuǎn)流過電樞的電流方向，這樣電磁的兩極推動電動機(jī)外面的永久磁鐵運(yùn)動。l 由于電樞電磁鐵的兩極通過永久磁鐵的兩極，換向器反轉(zhuǎn)電

10、樞電磁鐵的極性。改變極性的瞬間，慣性使電動機(jī)向其原來的方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 1）直流電動機(jī)）直流電動機(jī)-電樞電樞組成： 電樞軸電樞繞組鐵心換向器照片照片 作用： 通電后產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩2）直流電動機(jī)）直流電動機(jī)-磁極磁極鐵心鐵心勵勵磁磁繞繞組組機(jī)殼機(jī)殼2）直流電動機(jī)）直流電動機(jī)-電刷與電刷架電刷與電刷架 電刷的作用是將電流引入電樞使之產(chǎn)生定向轉(zhuǎn)矩。四刷式兩刷式3.電動汽車對電動機(jī)的要求電動汽車對電動機(jī)的要求 （1）在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動汽車起動和爬坡的要求； 在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足電動汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求；。（2）電動機(jī)應(yīng)具有瞬時功率大、帶負(fù)

11、載啟動性能好、過載能力強(qiáng)，加速性能好，使用壽命長的特點(diǎn)；3.電動汽車對電動機(jī)的要求電動汽車對電動機(jī)的要求 （3）電動機(jī)應(yīng)在整個運(yùn)行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程； （4）電動機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋給蓄電池，使得電動汽車具有最佳能量的利用率；（5）電動機(jī)應(yīng)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作；3.電動汽車對電動機(jī)的要求電動汽車對電動機(jī)的要求（6）電動機(jī)應(yīng)體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動機(jī)的1/21/3；（7）電動機(jī)的結(jié)構(gòu)要簡單堅固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和維護(hù)；（8）價格便宜，從而能夠減少整體電動汽車的價格，提高性價比；（9）運(yùn)行時噪聲低，減少污染

12、。二、二、 直流電動機(jī)直流電動機(jī) 在電動汽車所采用的直流電動機(jī)中，小功率電動機(jī)采用的是永磁式直流電動機(jī)，大功率電動機(jī)采用的是繞組勵磁式直流電動機(jī)。 繞組勵磁式直流電動機(jī)根據(jù)勵磁方式的不同，可分為他勵式、并勵式、串勵式和復(fù)勵式四種類型。1.直流電動機(jī)的分類直流電動機(jī)的分類各種激勵方式直流電動機(jī)的電路圖各種激勵方式直流電動機(jī)的電路圖各種激勵方式直流電動機(jī)的電路圖各種激勵方式直流電動機(jī)的電路圖2.直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 1 ）直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 直流電動機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙。（1）定子部分 主磁極 機(jī)座 換向極 電刷裝置（2）轉(zhuǎn)子部分 電樞鐵心 電樞繞組 換向器 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)2.直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2）直流電動機(jī)的特點(diǎn)l調(diào)速性能好：調(diào)速性能好：直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬；l起動力矩大：起動力矩大：可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都可用直流電動機(jī)拖動l控制比較簡單：控制比較簡單：一般用斬波器控制，它具有高效率、控制靈活、重量輕、體積小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)；2.直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與