1、第第3章章 起动系统起动系统 苍溪职中苍溪职中 邓通邓通起动机的组成和作用起动机的结构和工作原理起动机的传动机构和电磁操纵机构 起动系统的电路实例 起动机的实验与检修左手定则：左手定则：通电导体在磁场中受到力的作用，其受力方向可以用左手法则判定。I-电流方向电流方向 f-电磁力方向电磁力方向 B-磁感应强度磁感应强度 导体在磁场中做切割磁力线的运动，则在导体的两端将产生感应电动势，其方向可用右手法则判定。 其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组(电枢)。线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由
2、换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。 给两个电刷加上直流电源，如上图（a）所示，则有直流电流从电刷 A 流入，经过线圈abcd，从电刷 B 流出，根据电磁力定律，载流导体ab和cd收到电磁力的作用，其方向可由左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。当电枢转了180后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，如上图（b）所示的位置由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd
3、 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向。它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A 流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理这就是直流电动机的工作原理。外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变的。转矩的方
4、向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 实用中的直流电动机转子上的绕组也不是由一个线圈构成，同样是由多个线圈连接而成，以减少电动机电磁转矩的波动，绕组形式同发电机。将直流电动机的工作原理归结如下：将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。 电机内部有磁场存在。 载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力 f 的作用 （左手定则） 所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子以n(转/分)旋转，以便拖动机械负载。 图2-1 起动系起动系基本组成1蓄电池 2起动机 3起动继电器 4点火
5、开关 5电流表起动系主要由： 起动电源（蓄电池）、起动机、起动机控制电路组成。起动机的作用 是将蓄电池的电能转变成电磁转矩，驱动发动机，使发动机起动工作。3.2.1 起动机的组成 起动机一般由直流电动机、传动机构和电磁操纵机构三部分组成 起动机的组成： 直流电动机 用于将蓄电池输入的电能转换为驱动发动机转动的机械动力（电磁转矩）。 传动机构 用于将电动机的动力（电磁转矩）传递给发动机飞轮，并在发动机起动后自动断开发动机向起动机的逆向动力传递。 电磁开关 控制起动机驱动齿轮与发动机飞轮的啮合与分离以及电动机电路的通断； 1.直流电动机的结构汽车用起动电动机一般为串励式直流电动机，主要由电枢（转子
6、）、换向器、磁极（定子）以及机壳等部件组成。 （1）电枢总成作用：通入电流后，在磁极磁场的作用下产生电磁转矩；组成：铁心、电枢绕组、 电枢轴瓦换向器：铜片，云母片电枢由电枢轴、电枢铁心和电枢绕组等组成铁心由外圆带槽的硅钢片叠制而成，通过内圆花键槽固定在电枢轴上，电枢绕组嵌装在铁心的槽内。流经电枢绕组的电流很大，一般为200600A，故电枢绕组采用较粗的矩形裸铜线绕制，并用绝缘纸隔开。各绕组的端子与换向器铜片焊接，使各电枢绕组形成串联 在直流电动机中，换向器起逆变作用，因此换向器是直流电机的关键部件之一。换向器由许多具有鸽尾形的换向片排成一个圆筒，其间用云母片绝缘，两端再用两个V形环夹紧而构成。
7、每个电枢线圈首端和尾端的引线，分别焊入相应换向片的升高片内。换向器由铜片和云母片叠压而成，压装在电枢轴的一端，云母片使铜片间、铜片与轴之间均绝缘。磁极由固定在机壳上的铁心和缠绕在铁心上的磁场绕组组成。磁极的作用是建立磁场，一般多为4个磁极。功率超过7.35kW的起动机也有用6个磁极的。磁极铁心靠近转子一端的扩大的部分称为极靴，它的作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。主磁极上装有励磁绕组，整个主磁极用螺杆固定在机座上。主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按 N，S 极交替出现。 n磁路就是磁极磁通经过的路径。n两极电机的磁路：磁通经过磁极，电
8、枢铁心，n 定子磁轭有几个磁极就有几个磁路从N极出来的磁通分两路经过外路的气隙和电枢铁心，各向一个S极当电机励磁线圈接线正确并通入励磁电流时，就在电机的各个磁极上交替出现N和S极。以一对磁极来看，磁通由一个主磁极（N极）出来，经过空气隙和电枢齿，便分左右两路经过电枢轭，再经过电枢齿和空气隙，进入相邻的S极，然后从定子磁轭回到N极而自成闭路。当电枢旋转时，电枢绕组就切割主磁通产生感应电势；若电枢绕组中有电流通过时，则主磁通与载流导体相互作用产生转矩。磁场绕组与电枢绕组串联，用矩形裸铜线绕制。不管采用哪一种连接方式，4个或6个磁场绕组所产生的磁极应该是相互交错的。直流电机的励磁方式是 指对励磁绕组
9、如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型:有他励、并励、串励、复励和永磁等形式。 他励电动机的励磁绕组和电枢绕组分别由两个电源供电。他励电动机由于采用单独的励磁电源，设备较复杂。但这种电动机调速范围很宽，多用于主机拖动中。 并励电动机的励磁绕组是和电枢绕组并联后由同一个直流电源供电，这时电源提供的电流I等于电枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+If。适用于恒压工作场合。 串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联之后接直流电源。串励电动机励磁绕组的特点是其励磁电流If就是电枢电流Ia，这个电流一般比较大，所以励磁绕组导线粗、匝数少，它的电阻也较小
10、。 其作用是将电流引入电动机。其作用是将电流引入电动机。电刷一般用铜粉和石墨粉压电刷一般用铜粉和石墨粉压制而成，以减小电阻同时增制而成，以减小电阻同时增加耐磨性。电刷装在电刷架加耐磨性。电刷装在电刷架中，借弹簧压力紧压在换向中，借弹簧压力紧压在换向器上。电动机内装有四个电器上。电动机内装有四个电刷架，其中两个电刷架与机刷架，其中两个电刷架与机壳直接相连而搭铁，称为搭壳直接相连而搭铁，称为搭铁电刷架。铁电刷架。 起动机的传动机构又称啮合机构或啮合器，其主要组起动机的传动机构又称啮合机构或啮合器，其主要组成部分是单向离合器。成部分是单向离合器。1、单向离合器作用 是起动时将电枢的电磁转矩传递给发动
11、机飞轮，而在发动机起动后，就立即打滑，以防止发动机飞轮带动起动机电枢高速旋转而造成飞散事故。即具有单向传递动力的作用。即具有单向传递动力的作用。起动机单向离合器分类： 滚柱式、摩擦片式、扭簧式、棘轮式等几种型式。11驱动齿轮驱动齿轮 22外壳外壳 33十字块十字块 44滚柱滚柱 55压帽与弹簧压帽与弹簧 66垫圈垫圈 77护护盖盖88花键套筒花键套筒 99弹簧座弹簧座 l0l0缓冲弹缓冲弹簧簧 1111移动衬套移动衬套 1212卡簧卡簧n驱动齿轮与驱动齿轮与外壳外壳驱驱动飞轮齿圈动飞轮齿圈n十字块与花十字块与花键套筒键套筒电枢轴驱动电枢轴驱动n滚柱与弹滚柱与弹簧簧实现实现单向动力传单向动力传递
12、递n移动衬套由移动衬套由拨叉操纵使拨叉操纵使驱动齿轮和驱动齿轮和十字块左右十字块左右移动移动a a）发动机起动时）发动机起动时 b b）发动机起动后）发动机起动后ll驱动齿轮驱动齿轮 22外壳外壳 33十字块十字块 44滚柱滚柱 55飞轮齿圈飞轮齿圈na）起动时）起动时n驱动齿轮与齿驱动齿轮与齿圈啮合，驱动圈啮合，驱动外壳、滚柱相外壳、滚柱相对十字块顺时对十字块顺时针转动，滚柱针转动，滚柱进入十字块楔进入十字块楔形槽的窄端十形槽的窄端十字块与外壳楔字块与外壳楔成一体成一体 nb）起动后）起动后n齿圈驱动齿轮，齿圈驱动齿轮，外壳、滚柱相外壳、滚柱相对十字块逆时对十字块逆时针转动针转动滚柱式单向离
13、合器工作原理 a)起动时传递电磁转矩 b)起动后打滑 1十字块 2弹簧及活柱 3楔形槽 4单向离合器外壳 5驱动齿轮 6飞轮 7活柱 8滚柱11驱动齿轮与外接合鼓驱动齿轮与外接合鼓 22螺母螺母 33弹弹性圈性圈 44压环压环 55调整垫圈调整垫圈 66被动摩被动摩擦片擦片 7 7、1212卡环卡环 88主动摩擦片主动摩擦片 99内接合鼓内接合鼓 1010花键套筒花键套筒 1111移动移动 衬套衬套 1313缓冲弹簧缓冲弹簧 1414挡圈挡圈 n驱动齿轮、驱动齿轮、外接合鼓、外接合鼓、从动摩擦片从动摩擦片同步运转同步运转n花键套筒、花键套筒、内接合鼓、内接合鼓、主动摩擦片主动摩擦片同步运转同步
14、运转n电枢轴与花电枢轴与花键套筒左螺键套筒左螺旋花键联接旋花键联接n移动衬套由移动衬套由拨叉操纵拨叉操纵2.摩擦片式单向离合器 n1驱动齿轮与外接合鼓驱动齿轮与外接合鼓 2螺母螺母 3弹弹性圈性圈 4压环压环 5调整垫圈调整垫圈 6被动摩被动摩擦片擦片 7、12卡环卡环 8主动摩擦片主动摩擦片 9内接合鼓内接合鼓 10花键套筒花键套筒 11移动移动 衬套衬套 13缓冲弹簧缓冲弹簧 14挡圈挡圈 na）起动时）起动时n内接合鼓、内接合鼓、花键套筒相花键套筒相对旋转而左对旋转而左移，从而使移，从而使主、被动摩主、被动摩擦片压紧而擦片压紧而传递动力传递动力 nb）起动后）起动后n内接合鼓、内接合鼓、
15、花键套筒相花键套筒相对旋转而右对旋转而右移，从而使移，从而使主、被动摩主、被动摩擦片松开而擦片松开而中断动力中断动力驱动齿轮和离合器的外接合鼓制成一体，内接合鼓靠三线螺旋花键套装在花键套筒的左端，花键套筒则通过内螺旋花键套装在电枢轴的花键部分。主动摩擦片的内圆有4个凸起，嵌入内接合鼓外圆的4个直槽中。从动摩擦片的外圆有4个凸起，嵌入外接合鼓内圆的4个直槽中。内接合鼓可沿花键套筒左右移动电磁开关的作用：是控制起动机驱动齿轮与飞轮的啮合与分离，以及电动机电路的通断11驱动齿轮驱动齿轮 22回位弹簧回位弹簧 33拨叉拨叉 44活活动铁心动铁心 55保保持线圈持线圈 66吸吸拉线圈拉线圈 77电电磁开
16、关接线柱磁开关接线柱 88起动开关起动开关 99铁心套筒铁心套筒 1010接触盘接触盘 1111、1212接线接线柱柱 1313蓄电池蓄电池 1414电动机电动机 接通起动开关后，吸接通起动开关后，吸拉线圈和保持线圈通拉线圈和保持线圈通电，在电磁力的共同电，在电磁力的共同作用下，使活动铁心作用下，使活动铁心克服弹簧力右移，活克服弹簧力右移，活动铁心带动拨叉移动，动铁心带动拨叉移动，将驱动齿轮推向飞轮。将驱动齿轮推向飞轮。当驱动齿轮与飞轮啮当驱动齿轮与飞轮啮合时，接触盘也被活合时，接触盘也被活动铁心推至与触点接动铁心推至与触点接触位置，使起动机通触位置，使起动机通电运转。接触盘接通电运转。接触盘
17、接通触点后，吸拉线圈被触点后，吸拉线圈被短路，活动铁心靠保短路，活动铁心靠保持线圈的电磁力保持持线圈的电磁力保持其啮合位置。其啮合位置。 起动发动机时，接通起动开关，吸拉线圈和保持线圈的电路被接通，其电流通路为：蓄电池正极-接线柱11-电流表-启动开关-接线柱7-吸拉线圈 保持线圈-接线柱12-搭铁-蓄电池负极；主开关接通后，吸拉线圈被短路，电磁开关的工作位置靠保持线圈的吸力来维持，同时蓄电池经过主开关给电动机的励磁绕组和电枢绕组提供大的启动电流，使电枢轴产生足够的电磁力矩，带动曲轴旋转而起动发动机，其电流通路为：蓄电池正极-主接线柱11-接触盘主接线柱12-电动机-搭铁-蓄电池负极蓄电池正极
18、-主接线柱11-接线柱7-保持线圈-搭铁-蓄电池负极发动机起动后，断发动机起动后，断开起动开关，由于开起动开关，由于吸引线圈产生了与吸引线圈产生了与保持线圈相反方向保持线圈相反方向的磁通，两线圈电的磁通，两线圈电磁力相互抵消，活磁力相互抵消，活动铁心在弹簧力的动铁心在弹簧力的作用下回位，使驱作用下回位，使驱动齿轮退出啮合状动齿轮退出啮合状态；接触盘同时回态；接触盘同时回位，切断起动机电位，切断起动机电路，起动机便停止路，起动机便停止工作。工作。 减速起动机在电枢和驱动齿轮之间设有减速机构，速比一般为24。在起动机电机轴与驱动齿轮之间装有减速器的起动在起动机电机轴与驱动齿轮之间装有减速器的起动机
19、称为减速起动机。机称为减速起动机。减速起动机可以解决直流电动机转速高与汽车发动减速起动机可以解决直流电动机转速高与汽车发动机要求起动转矩大的矛盾。机要求起动转矩大的矛盾。 减速起动机减速机构有：（1）外啮合式（2）内啮合式（3）行星齿轮啮合式特点：传动中心距较大，受起动机结构限制，减速比不能太大，用于小功率起动机。特点： 传动中心距较小，有较大减速比，用于大功率起动机。特点： 结构紧凑、 传动比大、 效率高； 输出轴与电枢轴同心、同旋向，电枢轴无径向载荷，可使整机尺寸减小。按齿轮的啮合方式不按齿轮的啮合方式不同，可分为同，可分为外啮合式外啮合式减速器、内啮合式减减速器、内啮合式减速器和行星齿轮
20、减速速器和行星齿轮减速器器三种三种 行星齿轮减速器，两行星齿轮减速器，两轴中心线重合，有利轴中心线重合，有利于起动机的安装；因于起动机的安装；因扭力负载平均分布在扭力负载平均分布在几个行星齿轮上，故几个行星齿轮上，故可采用塑料内齿圈和可采用塑料内齿圈和粉末冶金的行星齿轮，粉末冶金的行星齿轮，既减轻了起动机重量既减轻了起动机重量又抑制了噪声，应用又抑制了噪声，应用较广泛。较广泛。 用永磁材料制成起动机的磁极，以取代原有的用永磁材料制成起动机的磁极，以取代原有的磁场绕组和磁极铁心的起动机称为永磁起动机。磁场绕组和磁极铁心的起动机称为永磁起动机。 具有起动机的体积和质量小，机械特性和换向具有起动机的
21、体积和质量小，机械特性和换向性能得到改善，使换向火花造成的高频干扰减性能得到改善，使换向火花造成的高频干扰减小，起动机的工作可靠性提高。小，起动机的工作可靠性提高。永磁材料随着使用时间的加长，会产生退磁现永磁材料随着使用时间的加长，会产生退磁现象，仅限于小功率起动机应用。象，仅限于小功率起动机应用。在永磁起动机电枢轴与驱动齿轮之间加装减速在永磁起动机电枢轴与驱动齿轮之间加装减速器，就产生了永磁减速起动机。器，就产生了永磁减速起动机。11驱动齿轮驱动齿轮 22滚柱式单向离合器滚柱式单向离合器 33传动叉传动叉 44回位弹簧回位弹簧 55起动开关起动开关 66电磁开关电磁开关 77磁极磁极 88蓄
22、电池蓄电池 99电枢电枢 3.5.1 3.5.1 解放解放CA1091CA1091汽车汽车起动系统电路起动系统电路CA1091CA1091汽车使汽车使用用QD151QD151、QD1518QD1518、QD124AQD124A或或QD124HQD124H等型号等型号电磁啮合式起动电磁啮合式起动机。机。CA1091K2CA1091K2型型柴油车则使用柴油车则使用QD25QD25型减速式型减速式起动机。起动机。 当点火开关接至起动当点火开关接至起动档（档（档）时，起动档）时，起动继电器线圈通电使电继电器线圈通电使电磁开关电路接通，起磁开关电路接通，起动机运转；动机运转；发动机起动后，松开发动机起动
23、后，松开点火开关，钥匙自动点火开关，钥匙自动返回点火档返回点火档档，起档，起动机停止运转；动机停止运转；发动机起动后，点火发动机起动后，点火开关没能及时返回开关没能及时返回档，复合继电器进行档，复合继电器进行启动保护，起动机便启动保护，起动机便自动停止工作。自动停止工作。 上海桑塔纳轿车上海桑塔纳轿车采用采用QD1225QD1225型型永磁起动机。永磁起动机。其主要工作过程其主要工作过程是：点火开关接是：点火开关接通电源，由红通电源，由红/ /黑黑色导线从点火开色导线从点火开关上关上“50”50”接线柱接线柱送至中央线路板送至中央线路板B8B8接点，再接通接点，再接通中央线路板中央线路板C18
24、C18接点，接至起动接点，接至起动机机 “50”50”接线柱。接线柱。 装备了起动防盗系统装备了起动防盗系统当用钥匙将点火当用钥匙将点火开关调到起动开关调到起动（STARTSTART）位置）位置时，位于点火锁时，位于点火锁芯总成的遥控接芯总成的遥控接收器传感器将产收器传感器将产生模拟电压信号，生模拟电压信号，该信号送入该信号送入BCMBCM。该模拟电压信号该模拟电压信号对各车辆为一个对各车辆为一个特定值，其值随特定值，其值随车辆的不同而不车辆的不同而不同。当起动发动同。当起动发动机时，机时，BCMBCM将会将会比较预设定储存比较预设定储存的模拟电压信号的模拟电压信号与从传感器来的与从传感器来的
25、信号，若两个信信号，若两个信号一致，号一致，BCMBCM就就会通过会通过2 2级串行数级串行数据线发送燃油起据线发送燃油起动口令给动口令给PCMPCM，PCMPCM启动起动继启动起动继电器，从而允许电器，从而允许将燃油输送到发将燃油输送到发动机。动机。启动保启动保护：护：选档杆选档杆只有在只有在P P、N N位置时位置时方能启方能启动动 由于换向器的作用，在N极和S极间的导体电流方向保持不变，电磁力形成的转矩方向保持不变，使电枢始终按同一方向转动。 由于一个线圈所产生的转矩不够大，且转速不稳定，因此电动机的电枢上绕有多组线圈，换向器的片数也随线圈的增加而相应增加，电动机转矩为M=CmIs式中
26、Cm电机常数与电机的结构有关；IS电枢电流；磁极磁通。 当直流电动机接入电源时，产生的电磁转矩使电枢旋转，而电枢旋转时其绕组切割磁力线产生感应电动势，称为反电动势Ef，其大小为 Ef=Cmn 电压平衡方程式为 U= Ef+IsRS+IsRL 由上式可得 LSmLSfSRRnCURREUI由起动机转速与电枢电流的关系式由起动机转速与电枢电流的关系式可知，当电动机轴上的阻力矩增大时，电枢转速可知，当电动机轴上的阻力矩增大时，电枢转速就会降低，电枢电流增大，电磁转矩就会降低，电枢电流增大，电磁转矩 也随之增大，直到电动机产生的电磁转矩与阻力也随之增大，直到电动机产生的电磁转矩与阻力矩达到新的平衡为止
27、。反之，电动机负载减小时，矩达到新的平衡为止。反之，电动机负载减小时，电枢转速升高，电枢转矩电枢转速升高，电枢转矩MM也随之减小，直到电也随之减小，直到电磁转矩与阻力矩达到新的平衡为止。可见，串励磁转矩与阻力矩达到新的平衡为止。可见，串励直流电动机，当负载发生变化时，其转速、电流直流电动机，当负载发生变化时，其转速、电流和转矩，将会自动发生变化，以满足负载变化的和转矩，将会自动发生变化，以满足负载变化的需要。需要。LSmLSfSRRnCURREUIsmICM 1.转矩特性电动机电磁转矩M随电枢电流IS变化的关系称为转矩特性。 串励直流电动机电枢电流与励磁串励直流电动机电枢电流与励磁电流是相等的
28、，故在磁路未饱和电流是相等的，故在磁路未饱和时，磁通与电流成正比，即时，磁通与电流成正比，即则电磁转矩为则电磁转矩为 即在磁路未饱和时，电磁转矩随即在磁路未饱和时，电磁转矩随电流的平方成正比；在磁路饱和电流的平方成正比；在磁路饱和后，电流增大，通保持不变，电后，电流增大，通保持不变，电磁转矩与电枢电流成线性关系。磁转矩与电枢电流成线性关系。 SIC1221SSmSmCIICCICM1.起动转矩大在启动时，由于发动机的阻力矩（气缸气体压缩阻力矩、运动件的摩擦阻力矩、惯性力矩）很大，起动机处于完全制动的情况下，n=0，所以反电动势=0。此时电枢电流将达到最大值，称为制动电流，产生最大扭矩，称为制动
29、扭矩，从而使起动机易于起动，这是采用串励直流电动机的原因。2.轻载转速高，重载转速低电动机的转速电动机的转速n随电磁转矩随电磁转矩MM而变化的关系称为机械特性。而变化的关系称为机械特性。由电压平衡方程式可得由电压平衡方程式可得 在磁路未饱和时，在磁路未饱和时，IS增大时，增大时，也增大，其转速将迅速下降。也增大，其转速将迅速下降。由于由于所以串励直流电动机的转速随所以串励直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降，即具转矩的增加而迅速下降，即具有软的机械特性有软的机械特性 C)R(RIUnmLSS2SIM 1.起动机由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？2.什么是直流电动机的转矩特性和机械特性?3.简述滚柱式和摩擦片式单向离合器的工作原理。4.试分析解放CA1091汽车起动系统电路和起动系统工作过程。5.试分析桑塔纳轿车起动系统电路和起动系统工作过程。
