场车动力系统

目前在场（厂）内专用机动车辆上广泛使用的动力装置主要有两种：一是内燃机；二是电动机。一、传统工业用内燃机内燃机是热力发动机的一种，其特点是燃料直接在发动机内部燃烧。燃料在发动机外部燃烧的热力发动机称为外燃机，如蒸气机、气轮机等等。内燃机与外燃机相比，具有热效率高、体积小、起动迅速等优点，因而广泛地应用在各种场（厂）内专用机动车辆上。（一）内燃机的分类及组成按燃料不同可分为汽油机（化油器式发动机）、柴油机（压燃式发动机）、天然气机及甲醇、乙醇、液化石油气等代用燃料发动机；按活塞运动方式可分为往复式和旋转式内燃机；按冷却方式可分为水冷式发动机和空气冷却式（风冷式）发动机；按工作循环可分为二冲程发动机和四冲程发动机；按气缸数目可分为单缸和多缸两类；按排列方式可分为直列立式、直列卧式、V型、对置气缸式、X型、星型和对动活塞式等几种；按进气方式可分为非增压（自然吸气）与增压内燃机；按额定转速可分为：高速（1000r/min以上）、中速（600〜1000r/min）、低速（600r/min以下）内燃机。尽管内燃机结构形式多种多样，但任何一台内燃机在工作时必须完成进气、压缩、作功、排气四个过程。为此，需要各结构、系统协调工作以保证内燃机工作的可靠。（二）内燃机的基本术语1.工作循环内燃机内每一次将热能转化为机械能都必需经过进气、压缩、作功和排气这样一个连续过程，称为内燃机的一个工作循环。图2.1为单缸内燃机示意图。图」」革也内留利产版图-注气匚£.排气门3.气缸

活塞区连杆上由的中心工曲轴.缸径气缸的直径（mm）。.上止点活塞顶部距离曲轴中心的最远点，即活塞最高位置。.下止点活塞顶部距离曲轴中心的最近点，即活塞最低位置。.活塞行程（冲程）活塞上、下止点之间的距离（mm）。.汽缸工作容积活塞从上止点到下止点所扫过的气缸容积。.发动机工作容积（发动机排量）多缸发动机所有气缸工作容积之和。.燃烧室容积活塞在上止点时，活塞上方的气缸容积。.气缸总容积活塞在下止点时，活塞上方的全部气缸容积，其值等于气缸工作容积与燃烧室容积之和。.压缩比气缸总容积与燃烧室容积之比。（三）内燃机工作原理一般把完成一次吸气、压缩、作功和排气的过程称为内燃机的一个工作循环。对于活塞式内燃机，活塞在气缸内往复运动四次完

成一个工作循环的，称为四冲程发动机；活塞在气缸内往复运动二次完成一个工作循环的，则称为二冲程发动机。现以四冲程汽油机

为例说明内燃机工作原理。其工作原理如图2.2。图2.2四冲程汽油机工作原理1.进气门2.排气门进气冲程如图2.2a,活塞通过曲柄和连杆，依靠飞轮的惯性从上止点向下止点运动。此时，进气门打开，排气门关闭，活塞上方的容积不断增大，气缸中压力降到低于大气压力，在气缸中产生吸力，可燃混合气（按一定比例的汽油与空气混合物）从化油器经过进气门被吸入气缸。压缩冲程如图2.2b，在进气冲程终了以后，进、排气门均关闭，仍靠飞轮的惯性，活塞从下止点向上止点运动，气缸容积逐渐减小，可燃混合气在气缸内被压缩，使其温度和压力同时上升。作功冲程如图2.2c，在压缩冲程末期，活塞将要到达上止点时，火花塞产生电火花，点燃被压缩的可燃混合气。气缸内温度和压力急剧升高推动活塞下移，从而通过连杆使曲轴旋转，对外输出动力。进、排气门继续保持关闭。排气冲程如图2.2d，在飞轮的惯性作用下，活塞再次从下止点向上止点运动，把作功后的废气经排气门、排气管和消声器排入大气中。此冲程中，进气门关闭，排气门打开。以上四个冲程完成一个工作循环后，曲轴依靠飞轮的旋转惯性作用仍继续旋转，上述四个冲程又重复进行，周而复始地不断运转并输出功率。柴油机的燃料是柴油，粘度比汽油大，不易挥发，而其自燃温度却低于汽油，可燃混合气的形成是在气缸内部，混合气不是靠电火花点燃，而是靠自身温度的升高，达到自燃，又称压燃，必须采用比汽油机大的压缩比。（四）内燃机的主要性能指标（以动力性和经济性表示）以下介绍三种主要性能指标。.有效扭矩内燃机飞轮上对外输出的扭矩，称为有效扭矩。它是指燃料作功所产生的力，除了克服各部分摩擦阻力和驱动各辅助装置（水泵、油泵、风扇、发电机等）之外，最后在飞轮上可以供给外界使用的扭矩。单位：牛顿•米（-0.102千克力・米）。.有效功率内燃机在单位时间内对外所作的功，称为有效功率。单位：千瓦（-1.36马力）。我国根据内燃机的不同用途规定有四种标定功率，其名称、定义和主要用途如下：（1）15min功率：为内燃机允许连续运转15min的最大有效功率。适用于汽车、摩托车等用途内燃机的功率标定。（2）1h功率：为内燃机允许连续运转1h的最大有效功率。适用于叉车、工业用拖拉机、工程机械、内燃机车、船舶等用途内燃机的功率标定。（3）12h功率：为内燃机允许连续运转12h的最大有效功率。适用于农业用拖拉机、农业排灌、内燃机车、内河船舶等用途内燃机的功率标定。（4）持续功率：为内燃机允许长期连续运转的最大有效功率。适用于船舶、电站等。.有效燃料消耗率内燃机每发出一千瓦有效功率，在1小时内所消耗的燃料量（克），称为有效燃料消耗率（简称油耗），单位为克千瓦•小时（1克/千瓦•小时=0.736克/马力•小时）。（五）内燃机的总体构造内燃机的基本原理相似，基本结构大同小异。汽油机通常由两大机构五个系统组成，即机体-曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、点火系统、润滑系统、冷却系统和起动系统。如图2.3（a）。柴油机由两大机构四个系统组成，因所用的柴油与汽油不同，混合气形成和点燃方式不同，没有点火系统，没有化油器、分电器、火花塞，而另设喷油泵和喷气器等，如图2.3（b）图2.3内燃机的基本结构（1）汽油机基本结构（2）柴油机基本结构1.机体—曲柄连杆机构是内燃机的主要组成部分。其功用是：将燃料在气缸内燃烧放出的热能变为机械能，即将活塞承受的爆发压力，通过活塞销、曲

柄等传给曲轴，使活塞的往复直线运动，变成曲轴的旋转运动。机体—曲柄连杆机构由以下三部分组成：（1）机体组通常由气缸体、气缸垫、气缸盖和油底壳组成（图2.4）。机体构成了内燃机的骨架，在机体内外安装着内燃机所有主要的零部件和附件。s17M***,*!】iT.-tod1口-.・内卡uMi"!*.Igitap：,*和，（2）活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆机构组成。活塞（图2.5）的功用是承受气缸内的工作气体的压力，并将该力

通过活塞销、连杆等部件传给曲轴，使曲轴旋转。活塞基本上可分为顶部、头部和裙部等三部分。连杆（图2.6）的功用是将活塞承

受的力传给曲轴，使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。图2.5活塞结构（a）全剖；（b）轴侧局部剖视图1.活塞顶；2.活塞头；3.活塞环；4.活塞销座；5.活塞销；6.活塞销锁环；7.活塞裙；8.加强筋；9.环槽

（3）曲轴飞轮组（图2.7）曲轴的功用是承受连杆传来的力，并将其变为旋转的转矩，通过飞轮驱动车辆的传动系，同时还驱

动配气机构及其它辅助装置。飞轮的功用是将在作功冲程中输入曲轴动能的一部分储存起来，用以克服其它冲程中的阻力，使发动机

运转平稳，并提高发动机短时期的超负荷工作能力。另外，飞轮又是离合器的主动件。2.配气机构配气机构的功用是：按发动机每一气缸的工作循环和点火次序，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）及时进入气缸，燃烧后的废气及时从气缸内排出。配气机构由气门组和气门传动组组成。按气门的安装位置，配气机构可分为顶置气门式和侧置气门式两种基本形式。（1）顶置气门式配气机构（图2.8）顶置气门式配气机构具有进、排气路线短，气流阻力小，气门升程大等优点。因此，目前在车用汽油机和柴油机上得到了广泛应用。（2）侧置气门式配气机构（图2.9）侧置气门式配气机构的特点是进、排气门都安装在气缸体的一侧。*/1耳I.0WILVVH.n*U1fBi1-i工Ttrx工气门，工气口号餐勾工气桃f莅通气门洋彳T.strife.口气41冷充工.7.Vikfi.20.>4100*-；31-te!M-ttCL.XE.fei杆.13.NH9tt:1"白特23.内燃机燃料供给系统

（1）柴油机燃料供给系统（图2.10）

其功用是：1）按气缸工作顺序与不同工况，将燃油加压，在适当时刻，以适应的油来喷入燃烧室，形成雾状或油膜，并与空气混合成可燃混合气。2）滤去燃油内的机械杂质与尘土。3）储存一定容量的燃油，保证车辆行驶所需的最大路程或工作时间。图.：10:二•芍机能咕邢台军既L烹油脩：3,":：皆：?.柴油诵涓餐：*It'-.::胃：m.词述甜।日购油累，T.加油？u4啪.由使丽患喝不贵।必中,西・|io.中油葬，（2）汽油机燃料供给系统（图2.11）其功用是：按发动机不同工况要求，配置出一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，并将燃烧后的废气排到大气中去。由以下装置组成：-汽油供给装置：-空气供给装置：-可燃混合气形成装置：-可燃混合气供给和废气排出装置：12.11靠浦峨怕供券系皖I.m；?，岩酒羯；s.itM4wtf；

5行陵副'1,^5；?汽/淞."E.i呜：5匕?口不通（3）电喷汽油机化油器式发动机因其不能满足要求越来越高的发动机排放法规以及动力性和竞技性方面的需求，已被电子控制汽油喷射式发动机（电喷汽油机）所取代。电喷汽油机用电脑精确控制空燃比和点火提前角，在任何工况下都能获得最佳空燃比的混合气和最佳点火提前角。另外，在结构上取消了化油器，各缸的喷油器把雾化良好的汽油直接喷射在进气管内，使混合气的各缸分配均匀性变好。降低了排气污染，提高了

动力性和经济性。电喷系统的基本结构如下图所示。由电子控制单元，燃油控制单元和进气单元构成。

4.内燃机点火系统在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞组成。它按气缸点火次序定时地向火花塞提供足够能量的高压电，使火花塞电极间产生火花，从而点燃气缸内被压缩的可燃混合气。5.内燃机润滑系统（图2.13）其功用是：将机油不断供给到发动机各零件的摩擦表面上，以减少摩擦磨损，并带走磨屑等杂质，清洁和冷却摩擦表面，提高气缸的密封性和耐磨性。润滑系的组成：•机油供给装置；•机油滤清装置；•机油散热器和机油压力表金■事1章中春旺・・11*辰以僵/满01it-ffiWJfciWsil眄制:id*的，发动机工作时，油底壳内的机油从机油泵压送出来后，分两路循环：一路（很少一部分机油）进入细滤器，经滤清后又流回油底壳，另一路（绝大部分机油）进入粗滤器，经滤清后，由主油道分配到各摩擦表面。详细循环路线见图2.14。6.内燃机冷却系统（图2.15）其功用是：将在高温条件下工作的发动机零件的热量散发到大气中去，以保持发动机能在最适宜的温度范围内工作。

水冷系的组成是：风扇、百叶窗、散热器、风扇带、水泵、水套、分水管、节温器和水温表。田工lb水冷系L亘叶兄3款热国।3融热国IL4风如5成蒙।&7.内燃机起动系统起动系统一般由起动电动机及其控制装置组成。用来使静止的发动机起动。电动机的功用是将蓄电池的电能转化成机械转矩，并传至发动机的飞轮，带动发动机的曲轴转动。起动机由串励直流电动机、传动装置和操作控制装置三部分组成，如图2.16所示。

（1）汽油机的外特性曲线（见图2图2.16起动机结构示意图（六）内燃机的特性1.一般工业内燃车的内燃机的特性.17）汽油机在节气门开度不变的情况下，其转矩、功率、燃油消耗率等随转速变化的关系称为速度特性。*$（1）汽油机的外特性曲线（见图2图2.16起动机结构示意图（六）内燃机的特性1.一般工业内燃车的内燃机的特性.17）汽油机在节气门开度不变的情况下，其转矩、功率、燃油消耗率等随转速变化的关系称为速度特性。*$ft?图2.17汽油机外特性曲线

（2）柴油机的外特性和调速特性曲线（见图2.18）

柴油机的原始速度特性与汽油机相似，只是更平直一些。为了提高柴油机工作的稳定性，防止熄火，通常安装调速器，这时的特

性称为调速特性。安装离心式全程调速器的柴油机的调速特性变得很“硬”，在调速区间转速非常稳定。（a）外特性曲线（b）调速特性曲线图2.18柴油机的外特性和调速特性曲线（3）内燃机的工作情况内燃机的外特性曲线中转矩随转速的变化不大，功率在一定范围内与转速成正比，比油耗（每千瓦每小时所消耗的燃油克数）在

一个中等转速下最低。外特性曲线上的几个关键点是：最小稳定转速点（怠速），经济油耗点，最大转矩点，最大功率点，最大转速

点。内燃机的使用范围应在其最大转矩与最大功率转速之间为好，这时的比油耗比较低。外特性以下部分是汽油机的工作区域，其中的每一个点，代表一种工作状态。汽油机的每一个节气门开度，都有一条特性曲线与之对应，其形状与外特性曲线相仿，称为部分特性，见图2.19。内燃机的原始特性很软，也就是运转阻力的微小变化会引起很大的转速变化。反映在驾驶操作上就是要不断地根据道路情况调整节气门开度（即油门的大小），以便适应不同的道路阻力，避免发动机熄火。

由于人为对于节气门的操作，汽油机在车辆实际工作中的特性是一种“人—机”联合特性。这就要求驾驶员具有一定的操作技术水平：要根据道路情况经常变换档位，使发动机工作在经济转速下，并充分发挥其功率；上坡时一定要用低速档，避免发动机冒黑烟；要靠变速器换挡来调节车速，不要一味地靠节气门来调节车速，节气门是用来调节发动机功率输出的。为了方便使用，通常汽油机装有两极调速器，柴油机装有全程调速器。2.叉车使用的内燃机的特殊性

由于叉车在构造与工作上的特殊性，对发动机有特殊的要求，选用时需注意。（1）转速与转矩叉车的车速较低，一般最大车速不超过200/鼠为了便于传动系统的设计，需要选用低速、大转矩的发动机，如图2.20所示。如图2.20所示。图2.20不同发动机特性对比

（2）额定功率叉车的工作比较繁重，负载率比较高，要按1h功率来选发动机。各种标定功率若未直接给出，可按逐级折减到上一级的90%近似换算标定功率典型应用功率换算15min功率汽车100%见表2.1。表2.11h换算标定功率典型应用功率换算15min功率汽车100%见表2.1。表2.11h功率

叉车90%四种标定功率12h功率拖拉机持续功率发电设备81%72.9%（3）散热问题由于叉车的构造特点，决定了发动机是后置的应该采用排风扇。发动机一般位于驾驶座下方，一些减振、隔热设施也会影响发动机散热。由于叉车的构造特点，决定了发动机是后置的（4）液压泵传动叉车门架的起升和倾斜采用液压缸推动，发动机除了驱动叉车行驶外还要带动液压系统的液压泵。解决液压泵传动问题有以下几

种方案（如图2.21）。图2.21几种液压泵的传动方案1）低速齿轮泵加液压泵减速器在原发动机启动爪（对应发动机曲轴）的位置带动一个速比为1.3〜1.5的液压泵减速器。2）高速齿轮泵直连选用高速齿轮泵，直接在发动机起动爪处连接，省去一只液压减速器。3）发动机带泵与配套的发动机厂协商，在发动机的适当部位带泵。4）变矩器带泵液力传动的叉车可选用带泵的液力变矩器。（5）其他问题在选择汽油机还是柴油机时，往往从经济性方面考虑，一般中吨位和大吨位叉车多选用柴油发动机。

当对噪声控制得较严时，需要选用效果较好的消声器。由于叉车生产的批量较小往往只能借用一些汽车或工程机械用的发动机，这时需要特别重视传动系统的设计或选用，通过合理的

参数匹配使其适应叉车的特殊工况。二、传统电动机电动机的历史比较久远。1885年特斯拉（Tesla）申请了感应电动机专利。其他形式的电动机原型也几乎在同一时期发明。一百

多年来，电动机产品种类、形式也越来越丰富，电动机技术在不断稳步、扎实地改进，向前发展。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机两类。直流电动机根据励磁方式的不同，又可分为他励、并励、串励和复励直流电动机等。图2.22电动机的分类交流电动机按工作原理，分为同步电动机和异步电动机。

交流同步电动机可分为凸极式、隐极式电动机；交流异步电动机按转子结构又可分为鼠笼式、绕线式异步电动机。如图2.22所示。电动机在叉车和观光车上得到越来越广泛应用，主要由于，第一，无废气排放而不污染环境；第二，能源利用总效率较高，且可

利用剩余的深夜电力获得电能；第三，振动及噪音小。（一）直流电动机场（厂）内专用机动车辆广泛采用的低压直流电动机除用来驱动行走机构外，还分别驱动工作装置的液压油泵和动力转向油泵等。1.直流电动机的工作原理直流电动机和直流发电机的能量转换过程正好相反，结构基本相同，为了说明工作原理，首先介绍直流发电机。

（1）直流发电机的工作原理。为了阐明其基本工作原理，先将实际的直流发电机简化成图2.23a所示的物理模型。Hr故Hr故电网ii工作后母『金曲喇&裱现假设有一原动机的恒定转速n拖动电枢逆时针方向旋转。根据法拉第电磁感应定律，每一导体均有感应电势，其方向符合右手

定则。用右手定则确定感应电势的方向，如图2.23所示。当电枢逆时针方向旋转时，导体和线圈abcd的感应电势将正、负交替变化，是一个交流电势，如图2.24所示。但是，由于换向器的换向作用，电刷A.B之间的电势呈方向不变而大小变化的脉振电势，如图2.25实线所示。如果线圈数和换向片数越多，电刷间的电势就越接近直流电势了。从而实现了将原动机从轴上输入的机械功率转变为电机输出的电功率。图2.24导线和线圈中感应的交流电势图2.25电刷之间的电势2.直流电动机的工作原理若将上述模型作为电动机使用，其电刷A.B接上一直流电源，使电枢线圈中有电流通过，如图2.26所示。根据毕一萨电磁力定律，

载流导体在磁场中将受到电磁力的作用。导体受力的方向用左手定则确定，如图2.27所示。这个力对转轴所产生的转矩称为电磁转矩。

如果电磁转矩能克服电枢上的阻力转矩，则电枢便以某一转速n逆时针方向旋转。图2.26直流电动机工作原理图图2.27右手定则确定电磁力的方向图2.26直流电动机工作原理图图2.27右手定则确定电磁力的方向（3）直流电机的可逆性从上面对直流电机基本工作原理分析可知，对于同一台直流电机，在原动机拖动下，可以从电刷输出直流电势，供负载直流电能，成为发电机。而如果在电机电刷上接上直流电源。可以产生一定方向的电磁转矩，带动轴上的机械运转，成为直流电动机。这就是说，同一台直流电机在不同的外界条件下，可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行。这就是直流电机的可逆性。3.直流电动机的结构（图2.28）直流电动机主要由静止部分（定子）和转动部分（转子,通称为电枢）组成。定子用来产生磁场和做电机的机械支撑；转子是电能、

机械能变换的枢纽。用2用2a：三物的桁阳i风6.nmm：三出不：j='*桁，剧编:b.nilfA：I4&«*T：S.1114■落：9WFlflr：Lt.t#W（1）直流电动机的静止部分1）主磁极（图2.29）简称主极，作用是产生气隙磁场，以便电枢在此磁场中转动而感应电动势。绝大多数直流电动机的主磁极由励磁绕组通过直流电来建立磁场。只有小电机的主磁极才用永久磁铁（称永磁直流电动机）。1）2）换向极（图2.30）又称附加极或间极。其作用是改善直流电机的换向条件。换向极的数目一般与主磁极的极数相等。H:MH:MICrtlP二*MR3）机座一般采用整体机座。它能起两方面作用：一方面用来固定主磁极、换向极和端盖等，并借助于底脚将电机固定在基础上；

另一方面也作为电机磁路的一部分，机座中有磁通经过的部分称为磁轭。4）电刷装置（图2.31/图2.32）是把直流电压、直流电流引入或引出的装置。根据电流的大小，每一刷杆有几个电刷组成电刷

组，电刷组的数目一般等于主磁极数目，各电刷组在换向器上的距离是相等的。图2.31电刷装置图2.32刷握和电刷图2.31电刷装置图2.32刷握和电刷1.电刷2.刷握3.压紧弹簧4.座圈5刷杆1.刷握2.铜丝辫3.压紧弹簧4.电刷

（2）直流电动机的转动部分。1）电枢铁心有两个作用，一是作为主磁路的主要部分；二是嵌放电驱绕组。通常采用0.5mm厚涂有绝缘漆的硅钢片（图2.33）

叠压而成。图2.34是直流电机电枢的装配图。2）电枢绕组用来感应电动势和通过电流，使电机实现机电能量转换。3）换向器作用是把电枢绕组内部的交流电动势用机械换接的方法转换为电刷间的直流电动。势。换向器是由许多彼此互相绝缘

的换向片构成（图2.35）图2.33电枢铁心冲片（a）开口槽（b）梨形槽4.直流电机的铭牌数据和主要系列（1）铭牌数据（直流电机的主要额定值）1）额定功率PN（kW/千瓦）电机按规定的工作方式运行时所能提供的输出功率。2）额定电压UN（V/伏特）电机长期安全运行时所能承受的电压。3）额定电流IN（A/安培）电机按规定的工作方式运行时，绕组允许通过的电流。4）额定转速nn（r/min转/分）电机在额定电压/额定电流和额定功率情况下运行的电机转速。5.直流电动机的机械特性是指电动机在稳定运行状态下，表征转速与转矩的关系曲线。通常把电枢回路没有串接外加电阻时的机械特性称为固有（或自然）机械特性；把电枢回路串接外加电阻，或非额定电压，或非额定励磁电流时的机械特性称为人工机械特性。机械特性可通过解折方法计算或试验方法得到。直流电动机的机械特性随励磁方式（图2.36）不同而有很大区别，如图2.40所示。图2.36直流电动机的励磁方式并励（他励）直流电动机的机械特性，如图2.37曲线1.是一条向下倾斜的直线。串励直流电动机的机械特性，如图2.37曲线3，是一条非线性曲线。可看出当转矩增大，转速降低；转矩减小，转速增大。这种

电动机可有载起动，起动转矩大，过载能力强。另外，当转矩很小时，转速很高，会产生“飞车”的危险。因此串励直流电动机不允

许空载运行或在很轻的负荷下运行。串励直流电动机的特性是可调的。采用电阻调节的方法，电能损失大，故现多用晶闸管调速系统，节约电能。

复励直流电动机又分为积复励和差复励。如果并励与串励两个励磁绕组的极性相同，称为积复励，若极性相反，则称为差复励。

积复励直流电动机的机械特性介于他励与串励直流电动机之间，如图2.37曲线2所示。它具有串励电机的起动转矩大，过载能力

强的优点，而没有空载转速很高的缺点。故这种电动机的用途也很广泛。（二）交流电动机交流电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。.交流电动机的工作原理交流电动机的定子和转子是采用同一电源，所以定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。交流电动机就是利用这个道理而工作的。交流电动机常见的分两种：同步电动机和异步电动机，其中异步电动机更常用。交流同步电动机：定子通入三相交流电，建立旋转磁场。转子磁场受定子同步磁场的作用，以同步转速转动。转速的公式：n=60fp（f频率，一般为50；p磁极对数）交流异步电动机：以鼠笼式异步电动机为例：定子通入三相交流电，产生旋转磁场。磁场切割转子，鼠笼式转子线圈内感应出电流，载流的转子导

体在定子旋转磁场作用下产生电磁力，从而在电动机转轴上生成电磁转组，驱动电动机旋转，并且电动机旋转方向与旋转磁场方向相

同。转子旋转速度始终低于定子磁场的同步转速。.交流电动机的结构（如图2.39）图2.39三相异步电动机的结构1-轴承盖2-端盖3-接线盒4-散热筋5-定子铁芯6-定子绕组7-转轴8-转子9-风扇10-罩壳11-轴承12-机座（1）定子（静止部分）1）定子铁心作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。构造：一般由0.35〜0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，2）定子绕组作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。构造：由三个在空间互隔120°的绕组嵌放在定子各槽内。3）机座

作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。

构造：机座通常为铸铁件，钢板或铸铝件。（2）转子（旋转部分）1）三相异步电动机的转子铁心作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成。2）三相异步电动机的转子绕组

作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。

构造：分成鼠笼式转子和绕线式转子。绕线式转子结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。三、混合动力当今世界石油资源日趋紧张，燃油车尾气排放造成空气质量日益恶化，未来车辆技术的发展主要是围绕着“能源”与环保两大主题。纯电动车（BEV）及燃料电池车（FCEV）的性价比无法与传统的内燃车抗衡；燃料电池车产业化仍需较长时间。在这种环境下，融合了内燃车和电动车优点的混合动力车，包括混合动力叉车（HybridElectricVehicle，HEV/HybridElectricVehicleForklift，HEF）异军突起。已陆续走进我们的视野。混合动力叉车是在一辆车上同时配备电力驱动系统和辅助动力单元（AuxiliaryPowerUnit，APU），其中APU是燃烧某种燃料的

原动机或由原动机驱动的发电机组，将原动机、电动机、蓄电池组合在一起，并使之良好匹配和优化控制，充分发挥内燃车和电动车

的优点，避免各自的不足，是当今最具实际开发意义的低排放低油耗叉车。较之纯电动车、内燃车，混合动力车均具有优势。（一）混合动力车动力的组成.发动机可以广泛采用四冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、二冲程内燃机（包括汽油机和柴油机）、转子发动机、燃气轮机和斯特林发动机等。.电动机可以采用直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁组电动机等。.电池可以采用各种不同的蓄电池、燃料电池、储能器和超级电容器等作为“电池”。（二）混合动力车动力的分类.按动力传动系统布置分类目前世界各国研发的混合动力有不同的结构形式，其配置和组合方式也不尽相同，总结起来共有3种组合方式：串联式、并联式和混联式。（1）串联式混合动力驱动系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电动机转化为动能，最后通过变速机来驱动汽车。电池实际上起平衡原动机输出功率和电动机输入功率的作用。当发电机的输出功率低于电动机所需的功率时（车辆减速滑行、低速行驶或短时停车等工况），控制器控制发电机向电池充电；当发电机的输出功率低于电动机所需的功率时（车辆起步、加速、高速行驶、爬坡等工况），电池则向电动机提供额外的电能。图2.40串联式混合动力驱动系统示图（2）并联式混合动力驱动系统主要由发动机、电动机-发动机两大动力组成，其功率可以互相叠加。当电动机只是作为辅助驱动

系统时，功率可以比较小。与串联式结构相比，发动机通过机械传动机构直接驱动汽车，其能量的利用率相对较高，这使得并联式燃

油经济性比串联式的高。并联式相比于串联结构式，需要变速装置和动力复合装置，传动结构较为复杂。图2.41并联式混合动力驱动系统示意图（3）混联式混合动力驱动系统是串联式与并联式的综合，其结构示意图如图2.42所示。其驱动系统是最后发动机与电动机以机械能叠加的方式驱动汽车，但驱动电动机的发电机串联于发动机。发电机发出的电能输送给电动机或电池，电动机产生的驱动力矩通过动力复合装置传送给驱动桥。混联式驱动系统的控制策略是：在车辆低速行驶时，驱动系统主要以串联方式工作；当车辆高速稳定行驶时，则以并联工作方式为主。图2.42混联式混合动力驱动系统示意图（三）混合动力车的控制系统在混合动力车上普遍采用以计算机为核心的现代计算机技术和自动控制技术，各种智能控制系统包括自适应控制技术、模糊控制技术、专家控制系统、神经网络系统等也逐渐应用到混合动力车上，使混合动力车更加安全、节能、环保和舒适。1.混合动力车控制系统的功能.混合动力车控制系统的基本组成（四）混合动力车采用的发动机汽油机和柴油机仍是混合动力首选的发动机。.汽油发动机.柴油发动机.混合动力车对发动机的要求1）动力性经匹配计算和优化设计选择发动机，能与驱动电动机一起提供混合动力车所需的最大功率。2.经济性3.环保性（五）混合动力车采用的电动机①混合动力车电动机系统特点

②混合动力车驱动电动机种类

③混合动力车对电动机性能的基本要求

1.混合动力的直流电动机

（1）直流电动机的种类和基本性能

（2）直流电动机的控制系统

（3）直流电动机的优缺点

2.混合动力的交流电动机3.永磁电动机永磁电动机有两种形式，它们同步特性的区别表现在电波曲线形状上。（1）矩形脉冲波电流。永磁无刷直流电动机PMBDC具有矩形脉冲波电流。（2）正弦波电流。永磁同步电动机PSM具有正弦波电流。这两种永磁电动机结构和工作原理大致相同，转子都是永久磁铁，定子通过对称交流电来产生转矩，定子电枢多采用整距集中绕组。其同步特性比较如图2.45所示。H4dM胡格处如点11现郴永磁电动机的特点。由于永磁电动机的转子上无绕组，无铜耗，磁通量小，在低负荷时铁损很小。因此，永磁电动机具有较高质量功率，比其他类型的电动机有更高的工作频率，更大的输出转矩。而永磁电动机的磁场的磁通量调节起来是比较困难的，需采用磁场控制技术来实现，这使得永磁电动机的控制系统变得更复杂，且增加了成本。.开关磁阻型电动机（1）结构开关磁阻电动机的定子和转子采用凸极结构，定子和转子都是由硅钢片叠片组成。定子和转子极数不同，有多种组合方式，图2.46所示为定子和转子结构剖面示意。用三彳W碑Hit鞫cuBfliziOttQMNRW图2.46不同的凸极开关磁阻电动机的结构（2）工作原理从图2.47可以看出如果按A.B.C.A的顺序向定子绕组轮流通电时，定子便产生按顺序变换的磁场。此时转子就会连续不断逆时针转动。反之按A’、C’、B’、A’改变定子绕组通电顺序时，转子就可以改变转动的方向。如果改变电流的大小，则可改变电动机转矩的大小进而改变电动机的转速。如果控制在转子极离开定子极通电，即可产生与转子旋转方向相反的制动转矩。ftpAt的EH・皿E迎电图2.47三相开关磁阻电动机的工作原理（3）性能及优缺点开关磁阻电动机调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。其优点：1）高启动转矩、低启动电流。2）高效率、低损耗、耐温。3）电动机的功率电路简单。4）可靠性好。5）良好的适应性，成本低。6）机构简单，适用于高速运转。其缺点：1）转矩有脉动现象。2）振动与噪声。3）控制系统复杂。4）脉冲电流的影响。但上述缺点通过相关的精心设计、采取适当措施，并从控制角度考虑采用合理策略可以得到改进。四、蓄电池在传统的内燃车上，蓄电池一般作为发动机和信号、照明系统或装备的电源；在电动车上，作为动力型/牵引型的电源；在混合动力车上，蓄电池组必须是具有强大能量的动力电源，不但作为发动机的辅助动力源，提高整车的动力性能，还要作为电动机驱动车辆时的电源。在传统的电动车上，蓄电池以直流方式供驱动电动机驱动车辆行驶；在交流驱动的电动车或混合动力车上，蓄电池供给直流电，后经变频器或逆变器转换成频率和电压幅值可调的交流电，再供驱动电动机来驱动车辆行驶。（一）蓄电池的性能要求蓄电池是一储能装置，充电时用外部电能使内部活性物质再生，电能储存为化学能，放电时再把化学性能转换成电能输出，反复使用。其主要性能指标：.额定电压（V）.额定容量（A•h）.标称能量（W•h）.比能量（W・h/kg）.功率（W或kW）.比功率（W/kg）（二）铅酸蓄电池电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。铅酸蓄电池是由法国科学家普兰特G.plate）于1859年发明。由于其卓越的实用性，在150年后的今天仍保持着优势，广泛用于内燃车的启动。铅酸蓄电池的特点是高容量，开路电压高，放电电压平稳，充电效率高，能够在常温下正常工作，生产技术成熟，价格便宜，规格齐全。国内外开发的称为第一代电动汽车也广泛使用了铅酸蓄电池。.铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的正极活性物质采用二氧化铅（PbO2），负极活性物质采用海绵状铅（Pb），电解液为稀硫酸（H2SO4）。铅酸蓄电池的放电和充电的反应过程。是铅酸蓄电池中活性物质可逆进行的化学变化过程，它们可以用下列化学反应方程式表示

PbO2+2H2SO4+Pb-PbSO4+2H2O+PbSO4

正极负极正极负极.铅酸蓄电池的构造（图2.48）蓄电池主要由存放在容器中的电解液和插入电解液的正、负电极板组成。电解液为稀硫酸（H2SO4），正极和负极间用隔板隔开。为使蓄电池的容量便于增减，通常按一定容器生产标定电压为2伏的单格电池，然后根据需求进行串联连接。图2.48蓄电池的构造图1.蓄电池外壳；2.电桩衬套；3.正极接线桩；4.连接板；5.加液口；6.负极接线桩；7.保护板；8.封口料；9.隔板；10.负极板；11.正极板；12.梭条3.铅酸蓄电池的规格和型号（国产）如DG——320型一个电池就是一个单格蓄电池，第一个数字应写作“1”，但可省略不写，其额定电压为2伏。第二位数字的字母为“D”表示牵引用蓄电池的代号。第三位数字的字母“G”是表示蓄电池内装管式正极板的形式。第四位数字“320”是表示5小时放电率的额定容量为320安培—小时。4.蓄电池的容量充好电的蓄电池在放电允许的范围内所输出的电量称为蓄电池的容量，单位是安培•小时。用公式表示容量Q等于放电电流I乘以放电时间t：Q=I•t（安培-小时）蓄电池容量与各影响因素之间的关系如下：（1）极板的活性物质愈多，蓄电池的容量就愈大。（2）电解液的温度对蓄电池的容量影响很大，温度降低，容量减小。反之，容量增大。

（3）电解液的比重愈大，容量增加。但比重不得起过1.31克/厘米3。（4）充电和放电电流的大小对蓄电池容量有较大影响。.蓄电池的充、放电特性（1）蓄电池的放电特性图2.52是蓄电池在恒定电流充放电时变化曲线。放电开始（oa），端电压2.1伏迅速下降到2.0伏。这是由于极板毛细孔内形成的水分增加很快，使毛细孔的电解液比重骤减的原因。放电中期（ab段），端电压缓慢下降到1.85伏。曲线bc段为放电末期，端电（2）蓄电池的充电特性：充电时,电源的正极接蓄电池的正极。为使充电电流恒定，可串联可变电阻。充电时不断调节可变电阻，以保持充电电流不变（见图2.53）。由于电路中电流与放电时相反，这时的蓄电池是发电机的负载，端电压等于电动势与电阻电压降之和。U=E+Ir蓄电池进行恒电流充电时，端电压变化如图2.53所示。充电开始的瞬间（曲线oa段），端电压迅速上升到2.2伏，然后逐渐上升到2.3~2.4伏（b点），开始产生气泡，形成“沸腾”现象，接着剧升到2.7伏（C点），以后不再上升。如此时将电流切断，端电压逐渐降低到2.1伏。.蓄电池组的选用若干单体蓄电池串联起来，便构成蓄电池组。选用蓄电池组需确定额定电压和额定电流两个技术参数。而串联蓄电池组的额定电压即等于单体蓄电池的标称电压乘其个数。（U=2n,n为个数）。我国标准规定蓄电池组额定电压为24V、36V、48V、72V。蓄电池组的额定电压应根据车辆的载重量选择。蓄电池组的容量与单体蓄电池的容量是一致的。容量根据所需功率或平均电流来选择。（三）镍-镉电池

镍-镉电池(Ni-Cd,Nickel-CadmiumBatteries,Ni-Cd,RecargebleBattery)是最早应用于手机等设备，镍-镉电池是一种碱

性电池。1.镍-镉电池的工作原理镍-镉电池以羟基氢氧化镍为正极,金属镉为负极,镍-镉电池的化学反应如下：2Ni(OH)3+2KOH+Cd-2Ni(OH)2+2KOH+Cd(OH)2正极负极正极负极2.镍-镉电池的构造图2.54为镍-镉电池构造,每单体电池都由正极板、负极板和装载正负极板之间的隔板组成。将单体电池按不同的组合装置在不同塑料外壳中,可得到所需的不同电压和不同容量的镍-镉电池总成。2.镍-镉电池的构造图2.54为镍-镉电池构造,每单体电池都由正极板、负极板和装载正负极板之间的隔板组成。将单体电池按不同的组合装置在不同塑料外壳中,可得到所需的不同电压和不同容量的镍-镉电池总成。图2.54镍-镉电池的构造3.镍-镉电池的特点工作电压较低，单体标称电压为12V,比能量为55W.h/kg,比功率可超过225W/kg,循环使用寿命2000次以上。比能量和循环使用寿命大大高于铅酸蓄电池；使用性能比铅酸蓄电池好,在混合动力车上得到广泛使用。镍-镉电池最致命的特点是在充放电过程中如处理不当，会出现严重的记忆效应，使用寿命会大大缩短。电池中采用的镉Cd)是一有害的重金属,不利于生态环保。(四)镍-氢电池是90年代发展起来的一种新型电池。其正极活性物质主要由镍、负极主要由储氢合金制成,也是一种碱性电池。1.镍-氢电池的工作原理在充电过程中,水在电解质溶液中分解为氢离子和氢氧离子,氢离子被负极吸收,负极由金属转化为金属氢化物,在放电过程中

氢离子离开负极,氢氧离子离开正极,氢离子和氢氧离子在电解质氢氧化钾中结合成水并释放电能。镍-氢电池的化学反应如下：

2NiOOH+KOH+H2>Ni(OH)2+KOH+Ni(OH)2正极负极正极负极图2.55镍-氢电池在碱性电解液中进行反应的模型

2.镍-氢电池的构造在电池正负极之间有隔膜，共同组成镍-氢单体电池，在金属铂的催化作用下，完成充电和放电的可逆反应。其特性与镍-镉电池基本相同，但氢气是没有毒性的物质，无污染，安全可靠，寿命长，且不需补充水分。镍-氢电池的极板有发泡体和烧结体两种，经改进的烧结体极板性能更优。

通常镍-氢电池的外形有方形和圆形两种，图2.56所示为圆形的构造。图2.56圆形镍-氢电池的构造

图2.56圆形镍-氢电池的构造3.镍-氢电池的特性。在DOD（1）电动车用镍-氢电池的放电特性图2.57表示在25℃下的输出功率和DOD（DepthofDischarge,。在DOD达到20%左右时，均为稳定的输出功率密度。光电i岬・仲富独.2St冷光电i岬・仲富独.2St冷却质激iUm，DOD%（2）混合动力车用镍-氢电池的特性图2.59为用于混合动力车的方形镍-氢电池的充电状态与模块输出功率密度之间的关系。1.分类与构造按外形可分为：方形锂离子电池；圆柱形锂离子电池

按其正极材料不同可分为：锰酸锂离子电池；磷酸铁锂离子电池；镍钴锂离子电池和镍钴锰锂离子电池。

第二代车用锂离子电池是锰酸锂离子电池；

第二代是