新能源电动汽车越来越受到人们的青睐,其核心关键部分之一就是电动机。某型号电动汽车的电动机结构简化如图甲:
A1A2A3A4、
B1B2B3B4、
C1C2C3C4为三个完全相同、彼此绝缘、互成60°且有以
O1O2为公共对称轴的固定矩形线圈,构成定子;在定子内部有很多个完全相同的矩形线圈(图中只画了
M1M2M3M4一个),这些矩形线圈排列类似于定子的三个固定线圈,都以
O1O2为公共对称轴、彼此绝缘且紧密排列在绕
O1O2轴360°范围内固连在一起,构成转子,可绕
O1O2自由转动。转子通过
O1O2轴上的齿轮等机械构件与汽车车轮实现联动,当转子所受磁场力为其转动的动力或阻力时,汽车也会同时受到相应的牵引力或阻力λ
F(
F为此时转子中,磁通量为0那个矩形线圈平行于
O1O2轴的“一条”边受的磁场力)。现在三个固定矩形线圈中分别通以图乙所示交流电
iA、
iB、
iC,图中所标量均为已知,电流分别沿
A1A2、
B1B2、
C1C2为正向。单个固定线圈通电
i后在其中心处产生磁场,磁感应强度大小满足
B=
ki,
k和λ均为定值。
(1)试通过定量计算,描述线圈中心处磁感应强度
B的大小、方向变化情况;
(2)设转子线圈完全处于(1)所述磁场中,已知线圈
M1M2M3M4电阻为
r,
M1M2长为
L1,
M1M4长为
L2;当质量为
m的汽车受恒定阻力
f且以
v匀速行驶时,求转子线圈绕
O1O2轴转动的角速度;
(3)如(1)(2)所述情况下,驾驶员突然踩刹车,三个固定线圈中电流立刻变为丙图所示,汽车经历时间
t停下;若任意时刻转子中所有线圈平行于
O1O2轴的“一条”边受的磁场力大小之和为δ
F,求:汽车整个刹车过程中,所有转子线圈正、反向流过电量绝对值之和。