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1、汽 车 电 器,主讲：毛矛,第三章 起动系统,31 起动系统的组成和作用起动系统作用:通过起动机将蓄电池的电能转换为机械能，起动发动机运转。起动系统的组成如下图。,主要由蓄电池、点火开关、起动继电器、起动机等组成。,3.2 起动机的结构与工作原理,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,3.2.1 起动机的组成,直流电动机：产生电磁力矩传动机构：起动时，使小齿轮与飞轮齿圈啮合，将起动机转矩传给发动机飞轮；起动后，使起动机脱开飞轮齿圈。,3.2.1 起动机的组成,电磁操纵机构：控制起动机的运转和传动机构的啮合与分离。,起动机（左）&发电机（右）,起动机
2、 VS 发电机,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,1、直流电动机的结构工作原理通电 导体 在磁场中受到电磁力,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,起动电动机一般为串励式直流电动机，主要由电枢、换向器、磁极 及机壳 等组成。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,电枢与换向器：电枢由电枢轴、电枢铁心和电枢绕组等组成，电枢的结构如图。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,直流电动机工作原理通电 导体 在磁场中受电磁力作用,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,铁心由外园带槽的硅钢片叠制而成，压装在电枢轴上，电枢绕组嵌装在铁心的槽内。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,电枢绕组的电流很大
3、（产生大的转矩），故电枢绕组采用较粗的裸铜线绕制。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,为防止短路，在铜线与铜线之间、铜线与铁心之间，用绝缘性较好的绝缘纸隔开。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,较粗的裸铜线在高速时易在离心力的作用下被甩出，因此在铁心槽口两侧用轧线将铁心挤紧。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器上。换向器由铜片和云母片相间叠压而成，压装在电枢轴上。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,（2）磁极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。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,磁极的作用是建立电动机磁场，一般多为4个磁极
4、。功率超过7.35kW的起动机也有用6个磁极的。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,磁场绕组与电枢绕组串联，用裸铜线绕制。4个磁场绕组的连接方式有两种，如右图。,不管采用哪一种连接方式，4个磁场绕组所产生的磁极应该是相互交错的。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,（3）电刷与电刷架电刷与电刷架的作用是将电流引入电动机，使电枢产生定向转动力矩。电刷一般用铜粉和石墨粉压制而成，以有利于减小电阻及耐磨性。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,电刷装在电刷架中，由弹簧压在换向器上。共有4个电刷架，2个与机壳直接相连搭铁，称为搭铁电刷架；另外2个称为绝缘电
5、刷架。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,2、直流电动机的工作原理通电 导体 在磁场中受电磁力作用。换向器作用：线圈转动时，其电流方向随磁极（N级和S级）的改变而改变，使电磁力形成的转矩方向始终保持不变，使电枢始终按一定的方向转动。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,一个线圈的转矩不够大、转速不稳定。电枢上有多组线圈，换向器片数也相应增加。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,电动机转矩为 M=Cm Is 式中Cm电动机常数；Is电枢电流 磁极磁通当接入直流电源时，产生的电磁转矩使电枢旋转。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,而电枢旋转，其绕
6、组又切割磁力线产生感应电动势。按右手法则判断，恰与电枢电流的方向相反，称为反电动势，其值为Ef=Cmn 式中 n 电动机的转速,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,这样，外加电压U一部分落在电枢绕组电阻Rs和励磁绕组电阻Rl上，另一部分用来平衡电动机的反电动势Ef，得电动机的电压平衡方程式 U=Ef+IsRs+IsRl,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,由上式可知，当电动机轴上的阻力矩增大时，电枢转速n就会降低 Ef减小电枢电流Is增大电磁转矩（M=CmIs）随之增大，直到电动机的电磁转矩与阻力矩达到平衡。,3.2.2 直流电动机结构和工作原理,反之，电动机负载减小时，电枢转速n升高，I
7、s减小，电枢转矩M也随之减小，直到电磁转矩与阻力矩达到平衡。串励直流电动机的负载变化时，其转速、电流和转矩会自动变化，以满足负载变化的需要。,串励直流电动机的特性,1、转矩特性电动机电磁转矩M随电枢电流Is变化的关系M=f（Is）称为转矩特性。电磁转矩M=CmIs,串励直流电动机的特性,串励直流电动机电枢电流=励磁电流在磁路未饱和时，磁通与电流成正比=C1Is则电磁转矩 M=CmIs=CmC1Is2=CIs2,串励直流电动机的特性,即磁路未饱和时，电磁转矩与电流的平方成正比；磁路饱和后，电流增大，磁通保持不变，电磁转矩与电枢电流成线性关系。,3.2.3 串励直流电动机的特性,2、机械特性电动机
8、转速n随电磁转矩M而变化的关系n=f（M）称为机械特性。由电压平衡方程式可得,3.2.3 串励直流电动机的特性,在磁路未饱和时，Is增大时，也增大，其转速n将迅速下降，如图。由于MIs2，所以转速随转矩的增加而迅速下降，即具有软的机械特性，如图所示。,3.2.3 串励直流电动机的特性,3、起动机功率及影响因素（1）起动机功率 P=Mn/9550（kW）式中：M输出转矩（Nm）n起动机转速（rpm）,3.2.3 串励直流电动机的特性,在全制动（n=0）和空载（M=0）时，输出功率P均为零。在Is接近全制动电流的一半时其输出功率最大。由于起动机工作时间短，允许输出最大功率。将最大功率作为其额定功率
9、。,3.2.3 串励直流电动机的特性,（2）影响起动机功率的因素起动机工作电流大，所以其输出功率受电阻影响大。除起动机内部电阻之外，还有以下几方面：,3.2.3 串励直流电动机的特性,1）接触电阻和导线电阻。接触电阻包括导线与蓄电池极桩、起动机接线柱以及电刷与换向器等的接触电阻。接触电阻大、导线截面积过小或过长较大的电压降起动机功率下降。,3.2.3 串励直流电动机的特性,2）蓄电池的容量蓄电池的容量越小，其内阻越大，起动时电动机的端电压就越低，引起起动机输出功率减小。3）温度温度降低，蓄电池的容量下降，内阻变大，导致起动机输出功率下降。,3.2.4 起动机型号和分类,行业标准QC/T 73-
10、93汽车电器设备产品型号编制方法规定，起动机的规格型号由五部分组成：第一部分是产品代号：QD、QDJ、QDY分别表示起动机、减速起动机及永磁起动机。第二部分是电压等级代号：1代表12V，2代表24V，6代表6V。,3.2.4 起动机型号和分类,第三部分是功率等级代号，含义见表。第四部分是设计序号。（可省略）第五部分是变型代号。（可省略）例如：QD124表示额定电压为12V、功率为12kW、第四次设计的起动机。,33 传动机构和电磁操纵机构,331 传动机构又称啮合机构或啮合器作用：（1）起动时将电枢的电磁转矩传递给发动机飞轮；（2）起动后，发动机带动起动机时，啮合机构立即打滑，即具有单向传递动
11、力的作用。常见有滚柱式、摩擦片式、扭簧式和棘轮式等。,1滚柱式单向离合器,驱动齿轮与外壳连成一体，外壳内装有十字块，十字块与花键套筒固定连接 成一体。,1滚柱式单向离合器,在外壳与十字块形成的四个楔形槽内分别装有滚柱及压帽与弹簧。外壳与护盖扣合密封。在花键套筒外面套有移动衬套及缓冲弹簧。,1滚柱式单向离合器,整个单向离合器总成利用花键套筒套在电枢轴的花键上。单向离合器总成在拨叉作用下，可以在电枢轴上轴向移动，也可以随电枢轴转动。,1滚柱式单向离合器,工作原理：起动时，电枢轴通过花键套筒带动十字块旋转，这时滚柱在摩擦力作用下，滚入楔形槽的窄端，,1滚柱式单向离合器,将十字块与外壳楔成一体，于是将
12、转矩传给了驱动齿轮，带动飞轮齿圈转动，起动发动机。,1滚柱式单向离合器,1滚柱式单向离合器,起动后，曲轴转速升高，飞轮带动驱动齿轮高速旋转。当其转速大于十字块时，滚柱滚入楔形槽的宽端而打滑。,1滚柱式单向离合器,所以转矩不能从驱动齿轮传给电枢轴，防止了电枢超速飞散。滚柱式单向离合器结构简单，工作可靠，但传递转矩受限制。,2摩擦片式单向离合器,摩擦片式单向离合器多用于功率较大的柴油机起动机。,2摩擦片式单向离合器,花键套筒（螺旋套）套在电枢轴的螺旋花键上，它的外表面上有三条螺旋花键套着内接合毂。内接合毂上有四个轴上槽，插放主动片的内凸齿。,2摩擦片式单向离合器,从动片的外凸齿插在与驱动齿轮成一体
13、的外接合毂（驱动齿轮套筒）的槽中。主、从动片相间排列。离合器工作时，利用主、从动片的摩擦力传递转距。,2摩擦片式单向离合器,起动时：内接合毂由于花键套筒的旋转而左移，使主、从动片压紧而传递动力，电枢转距传给驱动齿轮，起动发动机。,2摩擦片式单向离合器,起动后，飞轮齿圈转速高于驱动齿轮，于是内接合毂又沿花键套筒的螺旋花键右移，使主、从动片出现间隙而打滑，避免电枢超速飞散。,2摩擦片式单向离合器,摩擦片离合器可传递较大转距，并能在超载时自动打滑，但摩擦片易磨损，需经常检查调整，其结构也较复杂。,3弹簧式单向离合器,花键套筒（传动套）套在电枢轴的螺旋花键上，驱动齿轮套在电枢轴的光滑部分，两者之间用月
14、形键联结，使两者之间不能作轴向移动，但可以相对转动。,3弹簧式单向离合器,在驱动齿轮柄和花键套筒外装有扭力弹簧，弹簧的两端各有1/4圈内径较小，分别箍紧在齿轮柄和花键套筒上。,3弹簧式单向离合器,起动时，电枢轴带动传动套转动，扭力弹簧顺着螺旋方向将齿轮柄与传动套包紧，发动机转距经扭力弹簧传给驱动齿轮，起动发动机。,3弹簧式单向离合器,起动后，驱动齿轮转速高于传动套，扭力弹簧放松，驱动齿轮与传动套松开，发动机的转距不能传递给电动机电枢。,3弹簧式单向离合器,弹簧式单向离合器的结构简单，寿命长，成本低。但其轴向尺寸大，主要用在一些大功率起动机上。,332起动机电磁操纵机构,起动机的操纵机构分为机械
15、式和电磁控制式2类。现代汽车均采用电磁操纵机构，由电磁开关控制。电磁操纵机构安装在起动机的上部，控制起动机的接通和关断。,断开点火开关,332起动机电磁操纵机构,工作原理如上图。接通起动开关后，吸拉线圈和保持线圈通电，在吸拉线圈和保持线圈电磁力的共同作用下，使活动铁心克服弹簧力右移，活动铁心带动拔叉移动，接触盘也被活动铁心推至与触点接触位置，使起动机通入起动电流，产生电磁转距起动发动机。接触盘接通触点后，吸拉线圈被短路，活动铁心靠保持线圈的电磁力保持其啮合位置。,332起动机电磁操纵机构,发动机起动后，断开起动开关，此时流经电磁线圈电流为：蓄电池正极接线柱11接触盘10接线柱12吸引线圈6保持
16、线圈5搭铁蓄电池负极。由于吸引线圈产生了与保持线圈相反方向的磁通，两线圈电磁力相互抵消，活动铁心在弹簧力的作用下回位，使驱动齿轮退出啮合状态；接触盘同时回位，切断起动机电路，起动机停止工作。,34 汽车起动系统电路实例分析,3.4.1 CA1091汽车起动系统 解放CA1091汽车使用QD151、QD1518、QD124A或QD124H等型号电磁啮合式起动机，解放CA1091K2型柴油车则使用QD25型减速式起动机。这里重点介绍组合继电器。,组合继电器,解放CA1091起动系统在控制电路中采用了JD171型组合继电器。组合继电器由起动继电器和保护继电器两部分组成。,组合继电器,起动继电器：控制
17、起动机电磁开关中吸引线圈和保持线圈中电流的通断；保护继电器：使起动电路具自动保护功能。,组合继电器,起动保护：（1）在将发动机起动后自动停止起动机工作；（2）在发动机运转时防止误起动。还控制充电指示灯工作。,组合继电器,触点K1为常开式，触点K2为常闭式。由于起动继电器线圈与触点K2串联，当K2打开时，K1不可能闭合。,起动系统的工作过程,（1）点火开关闭合，电流回路为：蓄电池正极电流表点火开关SW 线圈L1 常闭触点K2搭铁蓄电池负极。常开触点K1闭合，接通了电磁开关电路。,起动系统的工作过程,（2）起动机电磁开关电路接通：电池正极B 起动继电器触点K1 S起动机吸引线圈3搭铁蓄电池负极。起
18、动机起动,起动系统的工作过程,（3）起动后，松开点火开关，线圈L1断电起动继电器触点K1打开切断了电磁开关电路电磁开关复位起动机停。,起动系统的工作过程,（4）如果起动后，点火开关没断开，这时线圈L2有中性点N的电压，使常闭触点K2打开，切断了线圈L1的电路，触点K1断开，使电磁开关断电，起动机自动停止。,起动系统的工作过程,（5）若发动机运转时误起动，因为线圈L2总有发电机中性点电压，保护继电器触点K2处于打开状态，线圈L1不能形成电流回路，电磁开关不动作，起动机不工作。,3.4.2 东风EQ1090起动系统电路,该汽车采用的是QD124或QD1212型起动机，传动机构采用滚柱式单向离合器，
19、在控制电路中采用了起动继电器。,3.4.2 东风EQ1090起动系统电路,起动继电器的作用是用来接通或切断起动机电磁开关线圈的电路。起动系统电路如下图：,3.4.2 东风EQ1090起动系统电路,3.4.2 东风EQ1090起动系统电路,1、控制电路包括起动继电器控制电路和起动机电磁开关控制电路。接通点火开关，电流：从蓄电池正极电流表点火开关继电器线圈蓄电池负极。继电器电磁吸力使继电器触点闭合接通起动机电磁开关控制电路。,3.4.2 东风EQ1090起动系统电路,2、主电路电磁开关控制电路接通后，吸引线圈和保持线圈产生的电磁力，将起动机主电路接通。此时电流：蓄电池正极主触点接触盘主触点起动机励
20、磁绕组电枢绕组搭铁蓄电池负极。起动机产生电磁转距起动发动机。,3.5 减速起动机和永磁起动机,一、减速起动机在起动机电动机轴与驱动齿轮之间装有减速器的起动机称为减速起动机。,一、减速起动机,减速起动机解决直流电动机转速高与发动机需求起动转矩大的矛盾。增加减速器，可采用高转速、低转矩的直流电动机，电动机的体积和重量可以减小。高转速低扭矩的直流电动机，工作电流较小，还可减轻蓄电池的负担，延长蓄电池的使用寿命。,一、减速起动机,常用减速起动机的减速器转数比约为4：1。目前减速起动机的应用非常普遍。,一、减速起动机,减速器按齿轮的啮合方式不同，可分为：外啮合式、内啮合式、行星齿轮式减速器三种。,一、减
21、速起动机,外啮合式，主动齿轮轴与从动齿轮轴平行，两轴中心距较大。优点：结构简单、工作可靠、噪声小、便于维修。缺点：起动机径向尺寸大。,一、减速起动机,内啮合式：两轴中心距离较小，工作可靠，但噪声较大。,一、减速起动机,行星齿轮式：两轴中心线重合，利于起动机安装；因扭矩平均分布在行星齿轮上，可采用塑料或粉末冶金的齿轮，既减轻重量，又抑制噪声，应用广泛。,二、永磁起动机,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永磁起动机。,二、永磁起动机,由于取消了磁场绕组和磁极铁心，起动机的体积和质量大大减小，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小，工作可靠性提高。但永磁材料会退磁，使起动功率逐渐下降，所以目前仅限于在小功率起动机上应用。,二、永磁起动机,在永磁起动机上加装减速器 永磁减速起动机。它同时具有永磁起动机和减速起动机的特点，应用广泛。,复习思考题,1、起动机由哪几部分组成？各组成部分的作用是什么？2、简述滚柱式、摩擦片式和弹簧式单向离合器的工作原理。,
