起動系統(tǒng)__汽車電氣設備第二講

1、4.2 起動機用直流電動機起動機用直流電動機4.2.1直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理圖圖4-6 直流電動機工作原理直流電動機工作原理4.2.2直流電動機的結構組成直流電動機的結構組成 起動機的直流電動機主要由定子、轉子、換向器、電刷起動機的直流電動機主要由定子、轉子、換向器、電刷及端蓋等組成，如圖及端蓋等組成，如圖4-7所示。所示。圖圖4-7 起動機用直流電動機結構起動機用直流電動機結構1.定子定子 定子亦稱磁極，其作用是產生磁場，分勵磁式和永磁式兩定子亦稱磁極，其作用是產生磁場，分勵磁式和永磁式兩類。為增大轉矩，汽車起動機通常采用四個磁極，兩對磁極相類。為增大轉矩，汽車起動機通常采

2、用四個磁極，兩對磁極相對交錯安裝，定子與轉子鐵心形成的磁力線回路如圖對交錯安裝，定子與轉子鐵心形成的磁力線回路如圖4-8所示，所示，低碳鋼板制成的機殼是磁路的一部分。低碳鋼板制成的機殼是磁路的一部分。圖圖4-8 電動機磁路電動機磁路 （1）勵磁式定子。）勵磁式定子。 勵磁式電動機定子鐵心為低碳鋼，鐵心磁場要靠繞在外面的勵磁式電動機定子鐵心為低碳鋼，鐵心磁場要靠繞在外面的勵磁繞組通電建立。為使電動機磁通能按設計要求分布，將勵磁繞組通電建立。為使電動機磁通能按設計要求分布，將鐵心制成如圖鐵心制成如圖4-9所示的形狀，并用埋頭螺栓緊固在機殼上。所示的形狀，并用埋頭螺栓緊固在機殼上。勵磁繞組由扁銅勵磁

3、繞組由扁銅帶（矩形截面）帶（矩形截面）繞制而成，其匝繞制而成，其匝數一般為數一般為610匝；銅帶之間用匝；銅帶之間用絕緣紙絕緣，并絕緣紙絕緣，并用白布帶以半疊用白布帶以半疊包扎法包好后浸包扎法包好后浸上絕緣漆烘干而上絕緣漆烘干而成。成。 圖圖4-9 勵磁式電動機定子勵磁式電動機定子 采用勵磁式定子的電動機，其勵磁繞組與轉子串聯連接，采用勵磁式定子的電動機，其勵磁繞組與轉子串聯連接，故稱串勵式電動機。故稱串勵式電動機。具體連接如圖具體連接如圖4-10所示，先將勵磁繞所示，先將勵磁繞組兩兩串聯后并聯組兩兩串聯后并聯再與電樞（轉子）再與電樞（轉子）繞組串聯。繞組串聯。圖圖4-10 串勵式電動機串勵式

4、電動機 （2）永磁式定子。）永磁式定子。 永磁式電動機（圖永磁式電動機（圖4-11）不需要電磁繞組，可節(jié)省材料，）不需要電磁繞組，可節(jié)省材料，而且能使電動機磁極的徑向尺寸減?。辉谳敵鎏匦韵嗤那闆r而且能使電動機磁極的徑向尺寸減??；在輸出特性相同的情況下其質量比勵磁定子式電動機可減輕下其質量比勵磁定子式電動機可減輕30以上。以上。 圖圖4-11 永磁式電動機永磁式電動機 條形永久磁鐵可用條形永久磁鐵可用冷粘接法粘在機殼冷粘接法粘在機殼內壁上或用片狀彈內壁上或用片狀彈簧均勻地固裝在起簧均勻地固裝在起動機機殼內表面上。動機機殼內表面上。由于結構尺寸及永由于結構尺寸及永磁材料性能限制，磁材料性能限制，

5、永磁起動機的功率永磁起動機的功率一般不大于一般不大于2kW。2.轉子轉子 轉子亦稱電樞（圖轉子亦稱電樞（圖4-12），由電樞軸、鐵心、電樞繞組），由電樞軸、鐵心、電樞繞組和換向器等組成。轉子的作用是產生電磁轉矩。和換向器等組成。轉子的作用是產生電磁轉矩。圖圖4-12 轉子（亦稱電樞）實物照片轉子（亦稱電樞）實物照片典型起動機轉子結構如圖典型起動機轉子結構如圖4-13所示。轉子鐵心由硅鋼片疊成所示。轉子鐵心由硅鋼片疊成后固定在轉子軸上。鐵心外圍均勻地開有線槽，用以放置轉后固定在轉子軸上。鐵心外圍均勻地開有線槽，用以放置轉子繞組；轉子繞組由較大矩形截面的銅帶或粗銅線繞制而成。子繞組；轉子繞組由較大

6、矩形截面的銅帶或粗銅線繞制而成。圖圖4-13 起動機轉子起動機轉子 在鐵心線槽口兩側，用軋紋將轉子繞組擠緊以免轉子高在鐵心線槽口兩側，用軋紋將轉子繞組擠緊以免轉子高速旋轉時由于慣性作用將繞組甩出，轉子繞組的端頭均勻地速旋轉時由于慣性作用將繞組甩出，轉子繞組的端頭均勻地焊在換向片上。為防止銅制繞組短路，在銅線與銅線之間及焊在換向片上。為防止銅制繞組短路，在銅線與銅線之間及銅線與鐵心之間用性能良好的絕緣紙隔開。銅線與鐵心之間用性能良好的絕緣紙隔開。 減速型起動機轉子速度較普通型轉子轉速提高了減速型起動機轉子速度較普通型轉子轉速提高了5070，絕緣性能及動平衡要求均較高，因此采用環(huán)氧樹脂涂，絕緣性能

7、及動平衡要求均較高，因此采用環(huán)氧樹脂涂封或耐熱尼龍紙作為轉子槽絕緣紙。封或耐熱尼龍紙作為轉子槽絕緣紙。 換向器由銅片和云母疊壓而成，壓裝于電樞軸前端，銅換向器由銅片和云母疊壓而成，壓裝于電樞軸前端，銅片間絕緣，銅片與軸之間也絕緣，換向片與線頭采用錫焊連片間絕緣，銅片與軸之間也絕緣，換向片與線頭采用錫焊連接。減速型起動機的換向器用塑料取代了云母，換向片與線接。減速型起動機的換向器用塑料取代了云母，換向片與線頭采用了銀銅硬釬焊，既耐高速又耐高溫。頭采用了銀銅硬釬焊，既耐高速又耐高溫。 考慮到云母的耐磨性較好，當換向片磨損以后，云母片考慮到云母的耐磨性較好，當換向片磨損以后，云母片就會凸起，影響電刷

8、與換向片的接觸，因此，有些起動機的就會凸起，影響電刷與換向片的接觸，因此，有些起動機的換向片之間的云母片較換向片割低換向片之間的云母片較換向片割低0.50.8 mm。 轉子軸驅動端制有螺旋形花鍵，用以套裝傳動機構中的轉子軸驅動端制有螺旋形花鍵，用以套裝傳動機構中的單向離合器。單向離合器。 轉子與定子鐵心之間的氣隙，普通起動機一般為轉子與定子鐵心之間的氣隙，普通起動機一般為0.50.8 mm，減速型起動機一般為，減速型起動機一般為0.40.5 mm。3.電刷端蓋電刷端蓋電刷端蓋（圖電刷端蓋（圖4-14）一般用澆鑄或沖壓法制成，蓋內裝有四）一般用澆鑄或沖壓法制成，蓋內裝有四個電刷架及電刷，其中兩只

9、搭鐵電刷利用與端蓋相通的電刷個電刷架及電刷，其中兩只搭鐵電刷利用與端蓋相通的電刷架搭鐵。另外兩只電刷的電刷架則與端蓋絕緣，絕緣電刷引架搭鐵。另外兩只電刷的電刷架則與端蓋絕緣，絕緣電刷引線與勵磁繞組的一個端頭相連接，如圖線與勵磁繞組的一個端頭相連接，如圖4-10和圖和圖4-15所示。所示。圖圖4-14電刷端蓋實物電刷端蓋實物 起動機電刷通常用銅粉（起動機電刷通常用銅粉（8090）和石墨粉壓制而）和石墨粉壓制而成，以減少電阻并提高耐磨性。電刷架上有盤形彈簧，用以成，以減少電阻并提高耐磨性。電刷架上有盤形彈簧，用以壓緊電刷。壓緊電刷。 圖圖4-15 起動機用電刷及端蓋起動機用電刷及端蓋 4.驅動端蓋

10、驅動端蓋 驅動端蓋上有撥叉座和驅動齒輪行程調整螺釘，還有支撐撥叉的軸銷驅動端蓋上有撥叉座和驅動齒輪行程調整螺釘，還有支撐撥叉的軸銷孔。為了避免電樞軸彎曲變形，一些起動機裝有中間支撐板。端蓋及中間孔。為了避免電樞軸彎曲變形，一些起動機裝有中間支撐板。端蓋及中間支撐板上的軸承多用青銅石墨軸承或鐵基含油軸承。支撐板上的軸承多用青銅石墨軸承或鐵基含油軸承。 軸承一般采用滑動式，以承受起動機工作時的沖擊性載荷。有些減速軸承一般采用滑動式，以承受起動機工作時的沖擊性載荷。有些減速型起動機采用球軸承。型起動機采用球軸承。兩端蓋與機兩端蓋與機殼靠兩個較殼靠兩個較長的穿心連長的穿心連接螺栓將起接螺栓將起動機組裝

11、成動機組裝成一個整體。一個整體。端蓋與機殼端蓋與機殼之間的接合之間的接合面上一般制面上一般制有定位用安有定位用安裝記號。裝記號。4.2.3直流電動機工作特性直流電動機工作特性直流電動機按勵磁方式可分為永磁式和電磁式兩大類，電磁直流電動機按勵磁方式可分為永磁式和電磁式兩大類，電磁式按勵磁繞組與電樞繞組的連接關系又可分并勵式、串勵式式按勵磁繞組與電樞繞組的連接關系又可分并勵式、串勵式和復勵式三種，如圖和復勵式三種，如圖4-16所示。所示。（a）永磁式）永磁式 （b）并勵式）并勵式 （c）串勵式）串勵式 （d）復勵式）復勵式圖圖4-16 直流電動機類型直流電動機類型圖圖4-17 直流電動機機械特性比

12、較直流電動機機械特性比較 永磁式直流電動機磁極磁通工作時永磁式直流電動機磁極磁通工作時保持不變。并勵式直流電動機勵磁保持不變。并勵式直流電動機勵磁繞組與電樞繞組聯在同一電源上，繞組與電樞繞組聯在同一電源上，若外電壓不變、勵磁電阻不變，則若外電壓不變、勵磁電阻不變，則每極磁通也基本不變。故永磁式、每極磁通也基本不變。故永磁式、并勵式電動機轉速與轉矩之間的關并勵式電動機轉速與轉矩之間的關系基本相同。轉速將隨轉矩的增加系基本相同。轉速將隨轉矩的增加而近似地按線性規(guī)律下降，但下降而近似地按線性規(guī)律下降，但下降很小。即它們具有較很小。即它們具有較“硬硬”的機械的機械特性，適應性能較差。永磁、并勵特性，適

13、應性能較差。永磁、并勵式直流電動機常用于減速型起動機。式直流電動機常用于減速型起動機。 串勵式直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組相串聯，電樞電串勵式直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組相串聯，電樞電流等于勵磁繞組電流，并與總電流相等。串勵式直流電動機具流等于勵磁繞組電流，并與總電流相等。串勵式直流電動機具有起動轉矩大，輕載轉速高，重載轉速低，短時間內能輸出最有起動轉矩大，輕載轉速高，重載轉速低，短時間內能輸出最大功率等特點，具有較大功率等特點，具有較“軟軟”的機械特性，因此特別適合應用的機械特性，因此特別適合應用于直接驅動式起動機。于直接驅動式起動機。復勵式電動機的磁極上復勵式電動機的磁極上有兩組勵磁繞

14、組，一組有兩組勵磁繞組，一組同電樞串聯，另一組則同電樞串聯，另一組則同電樞并聯。復勵式電同電樞并聯。復勵式電動機在空載運行的情況動機在空載運行的情況下與并勵電動機相似，下與并勵電動機相似，加了負載后，串勵繞組加了負載后，串勵繞組的磁場將隨負載的增加的磁場將隨負載的增加而加強，運行情況接近而加強，運行情況接近串勵電動機。因此它的串勵電動機。因此它的機械特性比并勵式軟，機械特性比并勵式軟，較串勵式硬。復勵式直較串勵式硬。復勵式直流電動機被一些大功率流電動機被一些大功率起動機所采用。起動機所采用。圖圖4-17 直流電動機機械特性比較直流電動機機械特性比較 4.2.4起動機與發(fā)動機、蓄電池的匹配起動機

15、與發(fā)動機、蓄電池的匹配1.起動機的功率及其影響因素起動機的功率及其影響因素1）起動機的功率）起動機的功率圖圖4-18 起動機特性曲線起動機特性曲線 9550SSnMP 起動機在全制動（起動機在全制動（ 0）和空載（和空載（ 0）時，其）時，其功率均為功率均為0，而在接近全制，而在接近全制動電流一半時其輸出功率動電流一半時其輸出功率最大。起動機工作時間短最大。起動機工作時間短暫（僅幾秒鐘），允許在暫（僅幾秒鐘），允許在最大的功率狀態(tài)下工作。最大的功率狀態(tài)下工作。因此，起動機的額定功率因此，起動機的額定功率一般也就是電動機的最大一般也就是電動機的最大功率或接近于最大功率。功率或接近于最大功率。Sn

16、SM2）影響起動機功率的因素）影響起動機功率的因素 起動機的工作電流很大（達幾百安培），蓄電池、起動機起動機的工作電流很大（達幾百安培），蓄電池、起動機電源內阻及起動電路電阻對電動機的輸出功率會有很大影響。電源內阻及起動電路電阻對電動機的輸出功率會有很大影響。（1）接觸電阻和導線電阻。）接觸電阻和導線電阻。 （2）蓄電池容量）蓄電池容量（3）環(huán)境溫度。）環(huán)境溫度。 2.起動機基本參數的確定起動機基本參數的確定1）起動機功率的選擇）起動機功率的選擇 起動機的功率起動機的功率P（kW）應根據發(fā)動機起動所需功率選）應根據發(fā)動機起動所需功率選取，它取決于發(fā)動機的起動阻力矩取，它取決于發(fā)動機的起動阻力矩

17、 （Nm）和最低起動）和最低起動轉速轉速 （rmin），并可由下式計算：），并可由下式計算：9550QQnMP QMQn 發(fā)動機的起動阻力矩是指在最低起動轉速時的發(fā)動機阻發(fā)動機的起動阻力矩是指在最低起動轉速時的發(fā)動機阻力矩，主要包括氣缸氣體壓縮阻力矩、運動件的摩擦阻力矩力矩，主要包括氣缸氣體壓縮阻力矩、運動件的摩擦阻力矩和慣性力矩。和慣性力矩。 發(fā)動機的最低起動轉速是指起動時能保證進入氣缸內的發(fā)動機的最低起動轉速是指起動時能保證進入氣缸內的混合氣在壓縮終了時具有一定的溫度和良好的霧化，能使發(fā)混合氣在壓縮終了時具有一定的溫度和良好的霧化，能使發(fā)動機可靠點火發(fā)動所需的最低轉速。動機可靠點火發(fā)動所需的最低轉速。 汽油發(fā)動機的最低起動轉速為汽油發(fā)動機的最低起動轉速為5070rmin，而柴油發(fā)，而柴油發(fā)動機的最低起動轉速為動機的最低起動轉速為100200rmin。 溫度為溫度為0時發(fā)動機起動所需功率可由經驗公式推算：時發(fā)動機起動所需功率可由經驗公式推算： 汽油發(fā)動機：汽油發(fā)動機： P（0.180.22） L 柴油發(fā)動機：柴油發(fā)動機： P（0.741.1） L 2）傳動比選擇）傳動比選擇 起動機與發(fā)動機的傳動比一般在如下范圍內選擇：汽