直流电动机定子、转子设计毕业设计.doc

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1、1绪论2011年以来，随着政府刺激内需政策效应的逐渐显现以及国际经济形势的好转，减速起动机下游行业进入新一轮景气周期从而带来减速起动机市场需求的膨胀，减速起动机行业的销售回升明显，供求关系得到改善，行业盈利能力稳步提升。减速起动机面临巨大的市场投资机遇，行业有望迎来新的发展契机。1.1减速起动机发明和变迁起动用的起动机是在一次顾客驾驶事故后开始研制的。一开始汽车发动机的自动起动，有些是采用机械装置，有一些是用气动的，也有些是用电驱动的方式。但是对各种自起动的尝试均因可靠性、有效性、紧凑性等方面的不足。为了起动机的轻量化改善起动机性能的关键在于提高起动电机的输出功率和力矩。传统的起动机要达到这一

2、目的，必须增加体积和重量, 而采用减速机构既是提高输出功率和力矩的有效方法。减速电机有电励磁减速和永磁减速两种，他们都具有减小体积、减轻重量、提高比功率，降低成本、提高工效、增加收益，增加功率和力矩的输出，改善起动性能，延长寿命等优越性。虽然我国汽车起动机的年产量巨大，行业规模也在不断扩大，但其整体产品质量和市场竞争力却处于一个相对低的水平。事实上，我国绝大多数汽车起动机制造厂家的现状是：在产品设计方面, 没有完全自主的设计能力, 对影响其产品性能的各种参数没有充分了解；在材料、制造工艺水平、质量提高方面依靠经验和实际试验较多，借助现代计算机辅助技术较少，故其产品质量优化周期较长; 在起动机性

3、能检测方面，集成度、通用性、自动化程度不高，有的还相当落后，处于手工或半自动检测的水平。因此，目前很有必要对国内外起动机及相关技术的发展研究概况进行总结， 并针对我国汽车起动机行业的现状提出一些新的研究课题。1.2减速起动机的分类和特点1.2.1减速起动机的分类（1）外啮合式减速起动机其减速机构在电枢轴和起动机驱动齿轮之间利用惰轮作中间传动，且电磁开关铁心与驱动齿轮同轴心，直接推动驱动齿轮进入啮合，无需拨叉。因此，起动机的外形与普通的起动机有较大的差别。通常分有惰轮外啮合式减速起动机和无惰轮外啮合式减速起动机。外啮合式减速机构的传动中心距较大，因此受起动机构的限制，其减速比不能太大，一般不大于

4、5，多用在小功率的起动机上。（2）内啮合式减速起动机其减速机构传动中心距小，可有较大的减速比，故适用于较大功率的起动机。但内啮合式减速机构噪声较大，驱动齿轮仍需拨叉拨动进入啮合，因此，起动机的外形与普通起动机相似。（3）行星齿轮式减速起动机减速机构结构紧凑、传动比大、效率高。由于输出轴与电枢轴同轴线、同旋向，电枢轴另外，行星齿轮式减速起动机还具有如下优点：负载平均分配在三个行星齿轮上，可以采用塑料内齿圈和粉末冶金的行星齿轮，使质量减轻、噪声降低；尽管增加行星齿轮减速机构，但是起动机的轴向其他结构与普通起动机相同，故配件可以通用。1.2.2减速起动机的特点在起动机的电枢轴与驱动齿轮之间装有齿轮减

5、速器的起动机，称为减速起动机。串激式直流电动机的功率与其转矩和转速成正比，可见，当提高电动机转速的同时降低其转矩时，可以保持起动机功率不变，故当采用高速、低转矩的串激式直流电动机作为起动机，在功率相同的情况下，可以使起动机的体积和质量大大减小。但是，起动机的转矩过低，不能满足起动发动机的要求。为此，在起动机中采用高速、低转矩的直流电动机时，在电动机的电枢轴与驱动齿轮之间安装齿轮减速器，可以在降低电动机转速的同时提高其转矩。2 减速起动机的原理和结构汽车发动机由静止状态变为运转状态的过程称为起动，发动机要借助外力发动。起动机就是使发动机由静止变为运转的一个器件。起动机可以将蓄电池的电能转化为机械

6、能，驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。2.1减速起动机工作原理减速起动机与常规起动机的主要区别是在传动机构和电枢轴之间安装了一套齿轮减速装置，通过减速装置把力矩传递给单向离合器，可以降低电动机的速度增大输出力矩，减小起动机的体积和重量。 图2.1 减速起动机结构原理图 1起动开关 2起动继电器磁化线圈 3起动继电器触点 4主触点5接触盘 6吸引线圈 7保持线圈 8活动铁心 9拔叉10单向离合器 11螺旋花键轴 12内啮合减速齿轮13主动齿轮 14电枢绕组 15励磁绕组减速型起动机的一般原理：当按下起动开关, 起动继电器线圈和触点吸合，吸引线圈和保持线圈的电路接通。其电路为：蓄电池正极一起动继

7、电器一电磁开关接线柱, 然后分两路, 一路为保持线圈一搭铁一蓄电池负极；另一路为吸引线圈一起动机磁场绕组一搭铁一蓄电池负极。活动铁芯在两个线圈吸力的共同作用下，克服复位弹簧的弹力而向左移动，带动拨叉将单向离合器推出与负载飞轮啮合。由于此时吸引线圈的电流流经磁场绕组和电枢绕组，能产生一定的电磁转矩。所以单向离合器的小齿轮是在缓慢旋转的过程中与负载飞轮啮合的。在齿轮啮合好的同时，由于活动铁芯的继续向左运动，使得接触盘与主触点接通，于是蓄电池的大电流流经起动机的电枢和磁场绕组，产生较大的转矩，起动机正常起动，带动发动机旋转起动发动机。与此同时，吸引线圈被短路，齿轮的啮合位置由保持线圈的吸力来保持。当

8、发动机被起动，松开起动开关的瞬间， 保持线圈中的电流只能经吸引线圈构成回路。由于这两个线圈的绕向、匝数相同，此时它们所产生的磁通方向相反而相互抵消，于是活动铁芯在复位弹簧的作用下回至原位，单向离合器小齿轮退出啮合，接触盘脱离与主触点的接触，切断主回路，起动机停止运转。由上可见，减速型起动机通过在电枢轴与传动轴之间增设一级减速机构，使得电机在同等输出功率的情况下可以将电枢转速提高，将转矩减小。这样，电机的尺寸、材料消耗就可以大大减小。起动机可以被设计得精致而紧凑，同时还能使蓄电池的负担减轻。2.2减速起动机结构2.2.1直流电动机直流电动机是起动系统的核心，其功用是在直流电的作用下产生电磁力矩，

9、带动拔叉推动驱动齿轮，使之与发动机的飞轮啮合。起动机的直流电动机主要由定子、转子、换向器、电刷及端盖等组成：定子俗称“磁极”，作用是产生磁场，分励磁式和永磁式两类。为增大转矩，汽车起动机通常采用四个磁极，两对磁极相对交错安装，定子与转子铁心形成的磁力线回路。转子俗称“电枢”，由电枢轴、铁心、电枢绕组和换向器等组成。转子的作用是产生电磁转矩。换向器由钢片和云母叠压而成，压装于电枢轴前端，钢片间绝缘，铜片与轴之间也绝缘，换向片与线头采用锡焊连接。电刷置于电刷架中，电刷有铜粉与石墨粉压制而成，呈棕黑色。驱动端盖上有拨叉座和驱动齿轮行程调整螺钉，还有支撑拨叉的轴销孔。2.2.2传动机构传动机构的作用是

10、将直流发动机的转矩传递给发动机的飞轮，以带动发动机的转动。传动机构的主要部件是单向离合器，它的作用是单方向传递转矩。单向离合器有滚柱式、摩擦式和扭簧式三种。2.2.3控制装置控制装置主要有启动开关、电磁开关等组成。其功用是控制驱动齿轮和飞轮的啮合与分离；控制电动机电路的接通与切断。电磁开关，顾名思义就是用电磁铁控制的开关，也就是电磁铁与开关的结合体。当电磁铁线圈通电后产生电磁吸力，活动铁芯推或拉动开关触点闭合，从而接通所控制电路。电磁开关在各行业有广泛的应用，如果没有特别说明，电磁开关是指汽车起动机上的控制开关，其工作原理是线圈通电后产生电磁吸力，使活动铁芯移动，从而一方面拉动传动啮合机构使起

11、动机小齿轮前移与发动机飞轮齿圈啮合，另一方面推动开关触点接通，使直流电动机通电运转，从而带动发动机起动。2.2.4减速机构减速起动机主要由电磁啮合开关、减速齿轮、起动齿轮（小齿轮）及单向啮合器等部分组成。减速齿轮机构的驱动齿轮与发动机飞轮接合而启动发动机，采用单向驱动方式。当电动机上的小齿轮的转速高于发动机飞轮齿圈的速度时，电动机带动发动机转，当发动机的转速高于电动机时，它们之间的动力传递关系自动解除。3 起动机的工作特性和激励方式起动机的工作特性，就是指起动机在不同负载下运行时,起动机的端电压U、电枢电流I、起动转速n和起动转矩M对输出功率P的关系,这种关系通常用曲线来表示。3.1直流电动机

12、的工作特性3.1.1直流电动机转矩自动调节特性 直流电动机拖动负载，当负载发生变化时，电动机的电枢转速、电枢电流、电磁转矩均会自动的作相应的变化，以满足不同负载的需要。通电的线圈在磁场中受力而转动，运动的线圈切割磁力线产生电动势（发电动势），电动势的方向和线圈电流方向相反，电动势的大小为： （3.1） 其中，Ce电机结构常数；磁极磁通；n电枢转速。电动机工作时，电压平衡方程式为： （3.2） 由公式（3.2）则电枢电流为： （3.3） 图3.1 直流电动机在磁场中 见公式（3.3）分析： 负载轴上阻力矩电枢转速E反Ia电磁转矩直至电磁转矩减至与阻转矩相等电机拖动负载以较高转速平稳运转； 负载轴

13、上阻力矩电枢转速E反Ia电磁转矩直至电磁转矩增至与阻转矩相等电机拖动负载以较低转速平稳运转。可见，当负载变化时，电动机能通过转速、电流和转矩的自动变化来满足负载的需要，使之能在新的转速下稳定工作。因此直流电动机具有自动调节转矩功能。3.1.2起动机的工作特性包括机械特性电枢转速与电流的关系: （3.4）并励式电动机电动机转速n与电枢电流Ia的关系式为： （3.5）电枢电阻很小，当电枢电流增大时，电动机转速下降并不大，具有硬的机械特性。串励式电动机转速n与电枢电流Is的关系式为： （3.6）相比而言，串励电动机在磁极未饱和时，由于不为常数，当Is增加，即电磁转知增大时，由于与Is（RsRj）同时

14、随之增加。因此，电枢转速n随Is(M)的增大下降较快，故具有较软的机械特性，见下图。n并激串激I图3.2 机械特性图从机械特性同样可以看出，串励直流电动机具有轻载转速高、重载转速低的特点。重载转速低，可以保证电动机在起动时（重载）不会超出限定值而烧毁，使起动安全可靠。这是起动机采用串励直流电动机的又一原因。但由于其轻载或空载时转速很高，容易造成“飞散”事故，故对于功率较大的串励直流电动机，不允许在轻载或空载下运行。转矩特性电磁转矩与电流的关系: （3.7）对于串励直流电动机，其磁场电流Ij与电枢电流Ia 相同，并且磁极未饱和时，磁通与电枢电流成正比，即把它代入到公式（3.7）串励直流电动机的转

15、矩可表示为： （3.8）可见，在磁极未饱和的情况下，串励直流电动机的电磁转矩 M与电枢电流Is的平方成正比。由直流电动机的转矩特性可知，只有在磁场饱和后，串励直流电动机的电磁转矩才与电枢电流成正比。而当电枢电流相同时，串励电动机产生的电磁转矩要比并励电动机大得多，这是起动机采用串励直流电动机的原因之一。 由电枢电流得，在起动瞬间，由于发动机的阻力矩很大。起动机处于完全转动的状态，n=0，故电枢电流Ia将达到最大值（制动电流），产生最大转矩（制动转矩），从而使起动机易于起动，这是汽车上采用串励直流电动机的另一原因。M串激并激I 图3.3 转矩特性功率特性功率与电流的关系起动机功率由电动机电枢转矩

16、M和电枢的转速n来确定，即: （3.9）由转矩特性、机械特性及上式可得到起动机特性曲线，见下图：nPMPnMI图3.4 起动机特性曲线在完全制动状态（n0）和空载（M0）时，起动机的功率等于零；电枢电流接近制动电流的一半时，电动机输出功率最大。由于起动机起动时间很短，起动机可以最大功率运转，因此将其最大功率作为额定功率。起动机功率必须保证发动机能够迅速可靠地起动。若功率不够将会增加起动次数，缩短蓄电池的寿命，增加燃料消耗，增加低温下发动机零件的磨损。起动发动机所必须的功率，取决于发动机的最低起动转速和起动阻力矩，即： （3.10）式中，MQ发动机的起动阻力矩，单位为 N m； nQ发动机最低起

17、动转速，r/min。发动机的起动阻力短是指在最低起动转速时的发动机的阻力矩。由摩擦阻力矩、压缩损失力矩、驱动发动机附件的阻力矩三部分组成。而影响上述三种阻力短的因素主要有润滑油粘度、气缸的工作容积、压缩比、缸数、转速、温度及附件数等。由于柴油机压缩比较大，驱动附件的功率也较大，柴油机的阻力矩一般比汽油机大一倍，各型发动机阻力短由实验方法确定。在实际使用中，影响起动机功率的因素较多，必须对起动机进行正确保养。影响因素主要有：接触电阻和导线电阻的影响。电剧与换向器接触不良、电刷弹簧张力减弱以及导线与蓄电池接线柱连接不牢，都会使电阻增加；导线过长以及导线截面积过小也会造成较大的电压降。由于起动机工作

18、时电流特别大，这些都会使起动机功率减小。蓄电池容量的影响。蓄电池容量越小，其内阻越大，内阻上的电压降也越大，因而供给起动机的电压降低，也会使起动机功率减小。温度的影响。当温度降低时，由于蓄电池电解液粘度增大，内阻增加，会使蓄电池容量和端电压急剧下降，起动机功率将会显著降低。4 直流电动机定子、转子设计直流电动机是指能将直流电能转换成机械能的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。4.1直流电动机概述直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成，其间有一定的气隙。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成，其中主磁极是产生

19、直流电机气隙磁场的主要部件。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势。4.2定子线圈4.2.1主磁极磁极一般用低碳钢制成，用来固定励磁绕组。励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上。-HcdHc-BrefBrcbBHaO磁极的铁磁材料的磁滞回路：在无外加磁场时，铁磁材料就已经达到一定程度的磁化，称之为自发磁化。未经磁化的铁磁材料中，各磁畴自发磁化的取向是杂乱的，磁矩相互抵消，整个材料不显示磁性。当一电流I的长直导线穿过一磁环，磁环处的磁场强度H和电流I间的关系为： r磁环半径当磁环线圈有N匝时： （4.1）图4.1 铁磁材料的磁滞回线图在交变磁场下，根据法拉第电磁感应

20、定律，样品中的磁通的变化，S为样品的截面积，在测量线圈中产生的感应电动势的大小为： （4.2） （4.3） （4.4） 4.2.2定子线圈铁心磁场要靠绕在外面的励磁绕组通电建立。为使电动机磁通能按设计要求分布，将铁心制成瓦片状，并用埋头螺钉紧固在机壳上。励磁绕组由扁铜带（矩形截面）绕制而成，其匝数一般为610匝；铜带之间用绝缘纸绝缘，并用白布带以半叠包扎法包好后浸上绝缘漆烘干而成。励磁绕组与转子串联，故称串励式电动机。先将励磁绕组两两串联后并联再与电枢（转子）绕组串联。图4.2 励磁绕组线圈简化图当定子线圈通入直流电后，线圈将产生磁场，定子一般由四个定子线圈组成，而它们的连接方式串联，且由于电

21、流的相对方向相反，产生的磁场方向也相反，所以定子线圈将产生N、S、N、S或S、N、S、N的固定磁场。图4.3（a）、（b）是一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装有一对用直流励磁的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢。定子与转子之间有一气隙。电枢铁心上装有由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别接到两个圆弧形的和上，此圆弧称为换向片，换向片之间相互绝缘。由换向片构成的整体称为换向器，换向器固定在转轴上。换向器上放置着一对静止不动的电刷和，电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。ba图 4.3 直流电机模型如果将直流电压直接加到线圈AX上，导体中的就

22、有电流通过。设导体中的电流为i，截流导体在磁场中将受到电磁力，作用在线圈上的电磁转矩则等于2倍的电磁力乘上力臂，即（为电枢外径）： （4.5） 若电流i为恒定，转子旋转一周时，气隙磁通密度B的方向为一正一负，因此电磁转矩将为交变的，一个周期内的平均值为0。然而在直流电动机中，电流并非直接接入线圈，而是通过电刷和和换向器接入线圈，这样情况就不同了。因为电刷和静止不动，电流i总是从正极性电刷流入，经过旋转的换向片流入位于N极下的导体，再经位于S极下的导体，由负极性电刷流出。故当导体旋转而交替地处于N极和S极下时，导体中的电流将随所处磁极极性的改变而同时改变其方向，从而使电磁转矩的方向始终保持不变，

23、并使电动机持续旋转。此时电刷和换向器起到把外部电源通入的直流，改变成线圈内的交流的“逆变”作用。这就是直流电动机的工作原理。实际的电枢绕组都是由装置在电枢表面相隔一定角度的许多线圈串联而成，如图4.4（图中为六个线圈）。从电刷端点看，此时电枢绕组形成两条并联支路，每条支路由三个线圈串联而成，电刷、上的电动势为三个线圈电动势瞬时值之和。图4.4 电枢上装有6个线圈4.2.3机座电机定子的外壳称为机座。机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为磁轭。为保证机座具有足够的机械强度和良好的

24、导磁性能，一般为铸钢件或由钢板焊接而成。4.2.4电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的。电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘。刷杆座装在端盖或轴承内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定。4.3转子（电枢总成）起动机转子又名电枢，电枢是直流电动机的旋转部分，包括电枢轴、换向器、电枢铁心、电枢绕组等部分。在电机实现机械能与电能相互转换过程中，起关键和枢纽作用的部件。对于发电机来说，它是产生电动势的部件。4.3.1电枢绕组为了获得足够的转矩，通过电枢绕

25、组的电流一般为200600 A，因此电枢绕组采用较粗的铜线绕制出成型绕组。元件数S，换向片数K，槽数 Z，虚槽 Zu ；它们的关系为： （4.6） 21单匝元件元件边双匝元件元件边312Y1YY2 图4.5 单、双匝元件电枢绕组虽然有不同类型，但在结构上有其共同的特点：它们都是由结构形状相同的绕组元件(简称元件)按一定的规律联结而成。绕组元件又叫线圈，一台电机的总元件数用s表示，每一元件有两个放在槽中能切割磁通感生电动势的有效边称元件边。元件可分为单匝元件和多匝元件，前者的元件边只有一根导体，后者元件边则有多根导体串联绕制而成，元件匝数以N表示。4.3.2直流电枢绕组的节距 1.第一节距y1元

26、件的两条有效边在电枢表面上所跨的距离称为第一节距，用y1表示。第一节矩的大小通常用所的虚槽数计算。因为元件边置放在槽内，所以y1必定是一个整数。为得到较大的感应电动势和电磁转矩，y1最好等于或者接近于一个极距，即： （4.7）为使y1凑成整数的一个小数。通常，y1=T称为整距元件；相应的，为长距；为短距。2第二节距y2y2为元件的下层边与其相联结的元件上层边之间的距离，以虚槽数计。在相串联的两个元件中，第一个元件的下层边与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，称为第二节距。第二节距用y2表示，也用虚槽数计算。3合成节距y和换向片节距yky是相串联的两个元件的对应边的距离，以虚槽数计y与y1

27、、y2的关系为：对叠绕组 （4.8） 对波绕组 （4.9）换向器节距yk，在换向器表面上，同一个元件的两个出线端所接的两个换向片之间所跨的距离，称为换向器节距。换向器节距用yk表示，其大小用换向片数计算由于元件数等于换向片数，每连接一个元件时，元件边在电枢表面前进的距离，应当等于其出线端在换向器表面所前进的距离，所以换向器节距应当等于合成节距，即： （4.10） 规定为右行绕组，为左行绕组，左行绕组每一个元件接到换向片上的两根端接线要相互交又，亦较长(用铜较多)，故较少采用。 4.3.3单叠绕组电枢绕组中任何两个串联的元件都是后一个叠在前一个的上面的称为叠绕组。每绕一个元件便在电枢表面移过一个

28、虚槽的叠绕组称为单叠绕组。如果，则绕组向右绕行，称右行绕组，见图4.6（a）；，则绕组向左绕行，称左行绕组，见图4.6（b）。12Y1YY25Yk=-1Yk=+1（b）左行绕组（a）右行绕组 Y115YY2图4.6 单叠绕组元件的联接情况每一个元件有两个放在槽中切割磁力线、感应电动势的有效边，称为元件边。元件在槽外(电枢铁心两端)的部分一般只作为联接引线，称为端接。与换向片相联的一端为前端接，另一端叫后端接。引入“虚槽”概念，设槽内每层有U个元件边，则意味着一个实际的槽包含了U个“虚槽”。U2，即一个实槽包含两个虚槽的情况。一般情况下，实际槽数Z与虚槽数Zu的关系为： （4.11） 电枢绕组的

29、特点常用虚槽数、元件数、换向片数及各种节距来表征。因为每一个元件有两个元件边，而每一片换向片同时接有一个上元件边和一个下元件边，所以元件数S一定与换向片数K相等；又由于每一个虚槽亦包含上、下层两个元件边，即虚槽数也与元件数相等，故有： （4.12）绕组联接如下图：12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 165* 6* 7* 8* 9* 10* 11* 12* 13* 14* 15* 16* 1* 2* 3* 4*下元件边上元件边图4.7 绕组联接示意图 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 152 3 46 7 810 11

30、 1214 15 16N S N SA1 B1 A2 B2A + B 图中每根实斜线所连接的两个元件边构成一个元件。如15*为第1元件等等，两元件之间的虚线则表示通过换向器上的一片换向片把两元件串联的连接线。从表可见，从第1元件出发，绕完Zu个元件后，又回到第1元件而形成闭合回路。直流电枢绕组总是自行闭合的。 图4.8 单叠绕组的展开图绕组展开图如图所示，它是假设把电枢从某一齿中心沿轴向切开并展开成一带状平面。上元件边用实线段表示，下元件边用虚线段表示。图4.8中画的磁极是在绕组的上面，因此N极的磁力线指向纸面，S极的磁力线从纸面穿出。左上方的箭头表示绕组的旋转方向。由此运用右手定则，可确定在

31、图示瞬间各元件边内的感应电动势方向。并且可看出电刷电位的正负。 4.3.4单波绕组换向器和绕组元件之间的相对位置，对于常用的端接对称的绕组，应使每一元件所接的两个换向片的中心线恰好与元件的轴线（元件两边跨距的平分线）重合。这样，元件1的上元件边接到换向片1，下元件边接到换向片，再经过元件2而接到换向片，如此继续依次连接便得绕组展开图。 Y1Y2Y1Y2Y（a）左行绕组（b）右行绕组Y22 图4.9 单波绕组元件的联接情况单叠绕组中一个磁极下的元件串联成一条支路，这时支路中相串联的元件电动势是同方向的。从这种观点出发，也可以把所有同样极性下的元件都串联成一条支路，这时两个相串联的元件的对应边相距

32、（即合成节距y）约等于两个极距（2），形成如图所示的波浪形。这种绕组称为波绕组。 单波绕组元件的第一节y1与叠绕组一样，要求接近于极距。即但合成节距yyk接近于2而不能等于2。因为当y2时，由出发点串联p个元件而绕电枢一周之后，就会回到出发点而闭合，以致绕组无法继续绕下去，就换向片来说也是一样。如果绕组从某一换向片出发，经电枢圆周沿换向器绕一周后恰好回到原来出发的加个换向片相邻的一片上，则可继续绕第二周、第三周，最后把全部元件串联完毕并与最初的出发点相接而构成一闭合绕组。故要求yk值满足下列关系：= （4.13）式中如取负号，则绕行一周后比出发时的换向片后退一片，称为左行绕组，见图4.9（a）

33、；如取正号，则前进一片，称为右行绕组，见图4.9（b）。右行绕组的端接线交叉，比左行绕组长，故不常用。 现举例说明单波绕组的绕法、支路电动势和支路数等问题：已知电机极数2p4，槽数和换向片数均等于15。此时u1；。要求绕制一左行短距单波绕组。左行单波绕组 =7短距绕组 =3第二节距 虚槽数 如上可得：18 15 7 14 6 13 5 12 4 11 3 10 2 9 4* 11* 3* 10* 2* 9* 1* 8* 15* 7* 14* 6* 13* 5* 12* 下元件边上元件边 图4.10 绕组联接示意图根据绕组连接表可绘制绕组展开图，如图所示。通常波绕组也是端接对称的，即每一元件所接

34、的两换向片对称地位于该元件轴线的左右两边，也就是元件所接两换向片的中心线与元件轴线重合。在端接对称的波绕组中，电刷也放在主极轴线下的换向片上。元件在换向器上的串联次序是，元件1的上元件边接到换向片1，它的下元件边接到换向片1yk1+78，再串联元件8而接到换向片8yk8+715，如此继续串联下去，可把15个元件串联完毕而回到换向片1，构成闭合回路。3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 A1 B1 A2 B2A + B 2 3 46 7 810 11 1213 14 155 1 9 N S N S 图4.11 单波绕组展开图单波绕组只有两条并联支路，而与主极数目

35、无关。这是单波绕组的特点，即： 或 正因为如此，在元件数相同的情况下，波绕组每条支路的串联元件数就可能比叠绕组多，支路电压也就会比较高。这也是波绕组的基本特点。4.3.5线圈线径和电磁力矩的计算电机额定值为：额定功率 额定电压额定效率 额定电流额定转速电枢外径电枢长度 电枢圆周速度 （4.14）电枢绕组电密 （4.15）由公式（4.13）（4.14）电枢绕组导线截面积预计值为:取导线截面积，导线线规电枢绕组绕制条件：气隙系数串励绕组电密 (4.15)由公式（4.15）绕组导线截面积预计值为：串励绕组线规取 电磁力矩：设导体中的电流为，导体所在处的气隙磁通密度为，则作用在该载流导体上的电磁转为应

36、为式中，为电枢外径由于一个极下的载流导体数为，所以作用在一个极下载流导体上的合成电磁转矩应为式中，为平均气隙磁通密度， 作用在整个电枢上的电磁转矩为电机的电磁转矩设计为额定功率6KW，额定电压24V，电枢线径规格为（mm），励磁线圈线径规格为，电磁力矩180N.m4.4设计参数工作制定额 小时制额定功率 额定电压 空载转速 负载转速制动力矩最大功率模数 12 齿数为 11励磁方式 串励 极对数 扁铜线宽度 定子线圈重量 线圈外宽 线圈外长 线圈匝数 焊接部位 能承受300N拉脱力 定子总成耐压测试 要求AC660V/50Hz,2s不击穿定子总成绝缘电阻检查 保证总成绝缘电阻电枢外径 主极极数极

37、距 绕组形式 单波绕组槽数 每槽元件数2槽距 电枢线圈线长 节距 换向器直径换向器片数 换向器高 换向器内径 换向器升高片高 气隙系数绝缘端板宽 空心转子高加固环A内径 加固环A外径加固环B内径 加固环B外径电枢绕组电阻 电刷压降2V电枢绕组的铜重量动平衡校验 要求铁芯侧不平衡量耐压实验 要求AC750V/50Hz，2S不击穿，绝缘电阻值 5 电磁开关和继电器的选择起动机用的电磁开关、继电器是起动机三大部件（直流电动机、传动啮合机构、控制装置）之一。主要由线圈、活动铁心、复位弹簧及主、辅触点等组成，这些部件大多集中在一个铁壳内，用螺栓固定在前端壳体上。5.1电磁开关5.1.1电磁开关的介绍电磁

38、开关，顾名思义就是用电磁铁控制的开关，也就是电磁铁与开关的结合体。当电磁铁线圈通电后产生电磁吸力，活动铁芯推或拉动开关触点闭合，从而接通所控制电路。电磁开关在各行业有广泛的应用，最常见的是工业领域的接触器。图5.1 电磁开关5.1.2电磁开关的选择选择QDJ2613A800型号的电磁开关，规格为24V，吸合电压，释放电压，附加行程1.52.5mm，当电磁开关主触点通过200A电流时，其电压压降不大于0.2V，当开关完全吸合，尺寸5.2电磁开关的工作原理接通起动开关，电磁开关通电，其电流通路为：蓄电池正极 接线柱1起动开关 电磁开关接线柱2 吸引线圈 接线柱3 起动机磁场和电枢线保持线圈电源开关

39、搭铁电源开关蓄电池负极。1起动开关2吸引线圈保持线圈3搭铁M起动机+图5.2 电磁开关原理图 此时由于通过吸引线圈和保持线圈的电流方向相同，因此产生的磁力方向相同，在两线圈磁力的共同作用下，使动铁心克服弹簧力右移，带动拨叉将驱动齿轮推向飞轮，与此同时，动铁心将动触点顶向接线柱1、3端部的静触点。当驱动齿轮与飞轮啮合时，动触点将接线柱1、3端部的静触点接通，使起动机通入起动电流，产生正常电磁转矩起动发动机。动触点接通接线柱1、3端部的静触点时，吸引线圈被短路，活动铁心靠保持线圈的磁力保持在吸合的位置。 发动机起动后，在断开起动开关的瞬间，动触点仍在接触静触点位置，此时电磁开关线圈电流为：蓄电池正

40、极接线柱1动触点接线柱3吸引线圈保持线圈搭铁蓄电池负极。此时，吸引线圈与保持线圈中通过的电流相反，吸引线圈产生了与保持线圈相反方向的磁通，两线圈磁力互相抵消，活动铁心在弹簧力的作用下复位，使驱动齿轮退出；与此同时，动触点也回位，切断起动机电路，起动机便停止工作。5.3启动开关的选择启动开关选择用OEM QDJ2613型号的继电器，规格为24V，触点应能承受瞬间电流200A，正常工作电流150A，闭合电压12.5V15.5V，释放电压1.5V4.5V，线耳拉力。起动机是一个百安级电流的“大电器”，这么大的电流用开关直接控制开关就要相当大的个头了，不方便操作，也不安全，通过用可操作的小电流控制继电

41、器，再由继电器来通断大电流要方便安全得多。图5.2 继电器通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成： 起动机点火开关蓄电池123 1线圈 2铁芯 3触点 图5.3 电磁开关结构图只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。6 起动机传动机构起动机的