混合動力與電動汽車(21)電動汽車用電動機

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 電動汽車用電動機電動汽車用電動機一一 、概述、概述電動機是將電能轉變?yōu)闄C械能的一種機器。電動機是將電能轉變?yōu)闄C械能的一種機器。l電動機能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級，電動機的使用和控制非常方便，能滿足各種運行要求；l電動機的工作效率較高，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，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設備等各方面廣泛應用。 1、磁性基礎知識、磁性基礎知識磁性磁性 是由電子運動，有些物質中是由排列成直線的原子運動產(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、磁性基礎知識、磁性基礎知識l根據(jù)材料的原子結構或者鐵含量，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、磁性基礎知識、磁性基礎知識磁力線磁力線 磁性物質內(nèi)的原子整齊排列成直線導致磁鐵周圍產(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入另一端，它們不會交叉。 1、磁性基礎知識、磁性基礎知識l 磁鐵相對

3、的兩端叫做磁的北極和南極。l 磁性越強，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、磁性基礎知識、磁性基礎知識磁導率磁導率 這種磁力通過的難易程度就叫做磁導率。 磁力線穿過鐵比空氣更容易，所以鐵具有磁導性。磁阻磁阻 盡管不能絕對隔絕磁性，但是某些物質能阻礙磁力通過。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，避開阻礙物質，磁力從阻力最小的地方穿過。 1、磁性基礎知識、磁性基礎知識電磁場原理電磁場原理 1820年科學家們發(fā)現(xiàn)載流導體周圍也有磁場。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。 通過改變電流大小可以控制導體周圍的磁場強度。電流增大，產(chǎn)生更多通量線，磁場擴大，變得更強。電流減小時，磁場縮小或者消失。 這些發(fā)現(xiàn)大大地擴大了磁性的實際應用，開創(chuàng)了電磁學的研究領域。1、磁性基礎知識、磁性基礎知識產(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線繞釘子20圈，把導線兩端與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東西。直導體直導體 載流直導體周圍的磁場存在于導線的整個長度范圍。電流強度決定有多少根通量線以及它們從導線表面延伸到外面多遠。1、磁性基礎知識、磁性基礎知識右手

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、電動機原理、電動機原理電動機原理電動機原理 電動機如汽車起動電動機用磁場相互作用把電能轉化成機械能。 如果把電流方向相反的兩個導體放在南極和北極之間，導體的磁場與磁場的兩極相互作用，上面導體的順時針磁場加上南北兩極的磁場在導體下方產(chǎn)生一個強磁場。然后導體向上運動離開這個強磁場。2、電動機原理、電動機原理 下面的導體的逆時針磁場加上南北兩極的磁場在導體上面產(chǎn)生一個強磁場。然后導體向下運動離開這個強磁場。這些力導致導體的位置也就是電動機的中心順時針轉動。 電流磁場2、電動機原理、電動機原理線圈導體線圈導體l 如果把幾圈導

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

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

8、力。這個力用洛倫茲力定律說明，與導線和磁場的方向都垂直。 電動機中，旋轉部分（一般在里面）叫轉子，靜止部分叫定子。電動機有電磁鐵繞在框架上。每個載流導體的周圍都有一個磁場是電磁學的一個基本原理。磁場的強度隨電流（安培）的增加而變大。2、電動機原理、電動機原理 電動機的功率電動機的功率電動機的功率用千瓦（kW）表示。這是額定機械功率和電功率的標準國際單位。效率為100%的電動機產(chǎn)生一千瓦機械功率，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、電動機原理、電動機原理導體運動導體運動旋轉旋轉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，導體的另一邊變?nèi)?。導致導體（電樞）從磁場強度強的地方朝磁場強度弱的地方運動。l這導致電樞轉動。通過起動電動機的電流變大時，這個轉動力（扭矩）也變大。起動機的扭矩大小由磁場強度決定。磁場強度用安培圈數(shù)表述。如果電流或者導線的圈數(shù)增加，磁場強度變大。 2、電動機原理、電動機原理l 邁克爾.法拉第于1821年發(fā)明了第一臺電磁旋轉電動機。標準的直流電動機使用帶兩極的電磁旋轉電樞。l 旋轉開關叫換向器，每兩圈反轉流過電樞的電流方向，這樣電磁的兩極推動電動機外面的永久磁鐵運動。l 由于電樞電磁鐵的兩極通過永久磁鐵的兩極，換向器反轉電

10、樞電磁鐵的極性。改變極性的瞬間，慣性使電動機向其原來的方向繼續(xù)轉動。 1）直流電動機）直流電動機-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)生轉動力矩2）直流電動機）直流電動機-磁極磁極鐵心鐵心勵勵磁磁繞繞組組機殼機殼2）直流電動機）直流電動機-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)生定向轉矩。四刷式兩刷式3.電動汽車對電動機的要求電動汽車對電動機的要求 （1）在恒轉矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉矩，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）電動機應具有瞬時功率大、帶負

11、載啟動性能好、過載能力強，加速性能好，使用壽命長的特點；3.電動汽車對電動機的要求電動汽車對電動機的要求 （3）電動機應在整個運行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程； （4）電動機應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）電動機應可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作；3.電動汽車對電動機的要求電動汽車對電動機的要求（6）電動機應體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動機的1/21/3；（7）電動機的結構要簡單堅固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和維護；（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）運行時噪聲低，減少污染

12、。二、二、 直流電動機直流電動機 在電動汽車所采用的直流電動機中，小功率電動機采用的是永磁式直流電動機，大功率電動機采用的是繞組勵磁式直流電動機。 繞組勵磁式直流電動機根據(jù)勵磁方式的不同，可分為他勵式、并勵式、串勵式和復勵式四種類型。1.直流電動機的分類直流電動機的分類各種激勵方式直流電動機的電路圖各種激勵方式直流電動機的電路圖各種激勵方式直流電動機的電路圖各種激勵方式直流電動機的電路圖2.直流電動機的結構與特點直流電動機的結構與特點 1 ）直流電動機的結構 直流電動機由定子與轉子兩大部分構成，定子和轉子之間的間隙稱為氣隙。（1）定子部分 主磁極 機座 換向極 電刷裝置（2）轉子部分 電樞鐵心 電樞繞組 換向器 直流電動機的結構直流電動機的結構直流電動機的結構直流電動機的結構2.直流電動機的結構與特點直流電動機的結構與特點2）直流電動機的特點l調(diào)速性能好：調(diào)速性能好：直流電動機可以在重負載條件下，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)濟地實現(xiàn)轉速調(diào)節(jié)，因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都可用直流電動機拖動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、響應快等優(yōu)點；2.直流電動機的結構與