《汽车电器与电子技术》第03章起动机解读

磁路饱和后：Ф=常数， 电动机转矩为：
M=CmФIS

由上面两个公式可知， 串激式直流电动机的电 磁转矩在磁路未饱和时， 与电枢电流的平方成正 比；在磁路饱和后，磁 通Φ几乎不变，电磁转 矩才与电枢电流成线性 关系，如图所示。

这是串激式直流电动机的一个重要特点，即在 电枢电流相同的情况下串激式直流电动机的转 矩要比并激式直流电动机大。特别在起动的瞬 间，由于发动机的阻力矩很大，起动机处于完 全制动的情况下，n =0，反电动势Ef＝0。此时 电枢电流将达最大值（称为制动电流），产生 最大转矩（称为制动转矩），从而使发电机易 于起动。这是起动机采用串激电动机的主要原 因之一。
1. 滚柱式单向离合器
滚柱式单向离合器
2. 摩擦片式单向离合器
3. 弹簧式单向离合器
3.1.3 电磁式控制装置



一般称之为起动机的电磁开关，它与电磁式拨 叉合装在一起，利用挡铁控制起动机驱动齿轮 与飞轮的啮合与分离。 用按钮或钥匙控制电磁铁，再由电磁铁控制主 电路开关，以接通或切断主电路。 电磁开关主要由活动铁心、保持线圈、吸引线 圈、接触盘、拨叉等组成。



由于串激直流电动机具有 软的机械特性，即轻载时 转速高、重载时转速低， 故对起动发动机十分有利。 因为重载时转速低，可使 起动安全可靠，这是起动 机采用串激式直流电动机 的又一原因。 串激直流电动机在轻载时 转速很高，易造成电机 “飞车”事故。因此对于 功率较大的串激直流电动 机不允许在轻载或空载下 运行。
3.1.1 直流电动机 1. 直流电动机的构造
直流电动机主要由机壳、磁极、电枢、换 向器及电刷等部分组成。 （1）机壳 （2）磁极 磁极是由固定在机壳上的铁芯和装在铁芯 上的磁场绕组组成。磁极的作用是建立电动机 的电磁场。
磁场绕组的接法
a）四个绕组相互串联
b）四个绕组两串两并
（3）电枢 电枢是产生转矩的核心部件，由外圆带槽 的硅钢片叠成的铁芯和嵌装在铁芯槽内的电抠 绕组组成。 （4）换向器 换向器的作用是连接磁场绕组、电枢绕组 和电源，并保证电枢产生的电磁力矩方向不变， 使电枢轴能输出固定方向的转矩。 （5）电刷 作用是将电流引入电动机。 （6）端盖 起动机有前后两个端盖。
3.1.2 传动机构


传动机构包括单向离合器和拨叉等。 单向离合器起着单向传递扭矩将发动机起动， 同时又能在起动后自动打滑，以防止发动机 起动后飞轮带动起动机电枢高速飞转而造成 事故的作用。 拨叉的作用是与移动衬套一起使单向离合器 做轴向移动，将驱动齿轮与发动机飞轮啮合。
常用的单向离 合器有滚柱式、摩 擦片式和弹簧式三 种。
第 3 章

起动机


发动机的起动系一般由蓄电池、电流表、起 动机、点火开关、继电器等组成。 起动机的作用是将蓄电池的电能转变为机械 能，驱动发动机使发动机起动，目前汽车上 普遍使用的是电力起动机。 起动机一般由直流串激式电动机 、传动装置 和控制机构（即电磁开关）组成。
典型起动机的结构
3.1 起动机的结构及工作原理



式中 , Cm —— 电机常数，与电动机的磁极对 数P、电枢绕组总根数Z及电枢绕组电路的支 路对数α有关（Cm=PZ/2πα）； IS —— 电枢电流； —— 磁极磁通。
（3）转矩自动调节原理

在直流电动机通电时，产生电磁转矩，使电枢 旋转，然而电枢旋转时，其绕组又会切割磁力 线，按电磁感应理论，在电枢绕组中又会产生 感应电动势，该电动势恰好与外加电枢电流方 向相反，因此称为反电动势，其大小为：
黄河JNl50型汽车用ST614型起动机
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具体工作过程分析
3.1.4 起动机的特性
1. 直流串激式电动机的特性
（1）转矩特性

转矩特性是指电动机的电磁转矩随电枢电流变化的关 系，即M=f（IS）。 由于串激式直流电动机的磁场绕组与电枢绕组串联， 故电枢电流与激磁电流相等。 在磁路未饱和时，磁通Φ与电枢电流IS成正比，即 Ф=C1Is。所以电动机转矩为： M=CmФIS=CmC1IS2=CIS2 式中, C —— 常数，C=Cm C1 ； IS —— 电枢电流；
Is U Ef Rs U Ce n Rs


当电动机的负载增加时，由于电枢轴上的阻力 矩增大，电枢转速降低，而使反电动势随之减 小，电枢电流则增大，因此，电动机转矩将随 之增大，并且直到电动机的转矩增大到与阻力 矩相等时为止，这时电动机将在新的负载下以 新的较低的转速平稳运转。反之，当电动机的 负载减小时，电枢转速上升，反电动势增大， 则电枢电流减小，电动机转矩相应减小，直至 电动机的转矩减小到与阻力矩相等时为止，电 动机则在较高转速下稳定运转。 可见，当负载发生变化时，电动机的转速、电 流和转矩将会自动地作相应的变化，以满足负 载的要求。这就是直流串激式电动机的转矩自 动调节原理。
2. 直流电动机的工作原理 （1）基本原理
直流电动机是将电 能转变为机械能的 设备，它是根据通 电导体在磁场中受 到电磁力作用这一 基本原理进行工作 的，其原理示意如 图所示。
（2）直流电动机的转矩

直流电动机转矩的大小，与电枢电流及磁极 磁通的乘积成正比，可由下式表示：
M Cm I S
（2）机械特性


电动机转速随转矩而变化的关系，称为机械特 性，即=f（M）。 在串激式直流电动机中，由电压平衡方程式可 得： U I S ( RS R L ) n Cm 在磁路未饱和时，由于Φ不是常数，IS增大时Φ 也增大，故转速n 将随Is的增加而显著下降，又 由于转矩M正比于电枢电流Is的平方，所以串激 式直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降， 如下图所示，即具有软的机械特性。
E f Ce n


式中 Ce —— 与电机结构有关的常数 （Ce=PZ/60α）； n —— 电动机转速。

由于反电动势的存在，直流电源加在电枢上的 电压，一部分用来平衡反电动势，另一部分则 降落在电枢绕组的电阻上，称为电压平衡方程 式，即
U E f I s Rs


式中 RS——电枢回路的电阻，它包括电枢绕 组的电阻以及电刷与换向器的接触电阻。 可求出电枢电流：