1、4.2 起動(dòng)機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)4.2.1直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖圖4-6 直流電動(dòng)機(jī)工作原理直流電動(dòng)機(jī)工作原理4.2.2直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 起動(dòng)機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、換向器、電刷起動(dòng)機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)起動(dòng)機(jī)用直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)1.定子定子 定子亦稱磁極，其作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，分勵(lì)磁式和永磁式兩定子亦稱磁極，其作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，分勵(lì)磁式和永磁式兩類。為增大轉(zhuǎn)矩，汽車起動(dòng)機(jī)通常采用四個(gè)磁極，兩對(duì)磁極相類。為增大轉(zhuǎn)矩，汽車起動(dòng)機(jī)通常采

2、用四個(gè)磁極，兩對(duì)磁極相對(duì)交錯(cuò)安裝，定子與轉(zhuǎn)子鐵心形成的磁力線回路如圖對(duì)交錯(cuò)安裝，定子與轉(zhuǎn)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(jī)殼是磁路的一部分。低碳鋼板制成的機(jī)殼是磁路的一部分。圖圖4-8 電動(dòng)機(jī)磁路電動(dòng)機(jī)磁路 （1）勵(lì)磁式定子。）勵(lì)磁式定子。 勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)定子鐵心為低碳鋼，鐵心磁場(chǎng)要靠繞在外面的勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)定子鐵心為低碳鋼，鐵心磁場(chǎng)要靠繞在外面的勵(lì)磁繞組通電建立。為使電動(dòng)機(jī)磁通能按設(shè)計(jì)要求分布，將勵(lì)磁繞組通電建立。為使電動(dòng)機(jī)磁通能按設(shè)計(jì)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(jī)殼上。所示的形狀，并用埋頭螺栓緊固在機(jī)殼上。勵(lì)磁繞組由扁銅勵(lì)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(shù)一般為數(shù)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(lì)磁式電動(dòng)機(jī)定子勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)定子 采用勵(lì)磁式定子的電動(dòng)機(jī)，其勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子串聯(lián)連接，采用勵(lì)磁式定子的電動(dòng)機(jī)，其勵(lì)磁繞組與轉(zhuǎn)子串聯(lián)連接，故稱串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)。故稱串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)。具體連接如圖具體連接如圖4-10所示，先將勵(lì)磁繞所示，先將勵(lì)磁繞組兩兩串聯(lián)后并聯(lián)組兩兩串聯(lián)后并聯(lián)再與電樞（轉(zhuǎn)子）再與電樞（轉(zhuǎn)子）繞組串聯(lián)。繞組串聯(lián)。圖圖4-10 串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)串勵(lì)式

4、電動(dòng)機(jī) （2）永磁式定子。）永磁式定子。 永磁式電動(dòng)機(jī)（圖永磁式電動(dòng)機(jī)（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(dòng)機(jī)磁極的徑向尺寸減小；在輸出特性相同的情況而且能使電動(dòng)機(jī)磁極的徑向尺寸減小；在輸出特性相同的情況下其質(zhì)量比勵(lì)磁定子式電動(dòng)機(jī)可減輕下其質(zhì)量比勵(lì)磁定子式電動(dòng)機(jī)可減輕30以上。以上。 圖圖4-11 永磁式電動(dòng)機(jī)永磁式電動(dòng)機(jī) 條形永久磁鐵可用條形永久磁鐵可用冷粘接法粘在機(jī)殼冷粘接法粘在機(jī)殼內(nèi)壁上或用片狀彈內(nèi)壁上或用片狀彈簧均勻地固裝在起簧均勻地固裝在起動(dòng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)表面上。動(dòng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)表面上。由于結(jié)構(gòu)尺寸及永由于結(jié)構(gòu)尺寸及永磁材料性能限制，磁材料性能限制，

5、永磁起動(dòng)機(jī)的功率永磁起動(dòng)機(jī)的功率一般不大于一般不大于2kW。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子亦稱電樞（圖轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。和換向器等組成。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。圖圖4-12 轉(zhuǎn)子（亦稱電樞）實(shí)物照片轉(zhuǎn)子（亦稱電樞）實(shí)物照片典型起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖典型起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖4-13所示。轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊成所示。轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊成后固定在轉(zhuǎn)子軸上。鐵心外圍均勻地開有線槽，用以放置轉(zhuǎn)后固定在轉(zhuǎn)子軸上。鐵心外圍均勻地開有線槽，用以放置轉(zhuǎn)子繞組；轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子 在鐵心線槽口兩側(cè)，用軋紋將轉(zhuǎn)子繞組擠緊以免轉(zhuǎn)子高在鐵心線槽口兩側(cè)，用軋紋將轉(zhuǎn)子繞組擠緊以免轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)由于慣性作用將繞組甩出，轉(zhuǎn)子繞組的端頭均勻地速旋轉(zhuǎn)時(shí)由于慣性作用將繞組甩出，轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度較普通型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高了減速型起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度較普通型轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提高了5070，絕緣性能及動(dòng)平衡要求均較高，因此采用環(huán)氧樹脂涂，絕緣性能

7、及動(dòng)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(zhuǎn)子槽絕緣紙。封或耐熱尼龍紙作為轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的換向器用塑料取代了云母，換向片與線接。減速型起動(dòng)機(jī)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(dāng)換向片磨損以后，云母片考慮到云母的耐磨性較好，當(dāng)換向片磨損以后，云母片就會(huì)凸起，影響電刷

8、與換向片的接觸，因此，有些起動(dòng)機(jī)的就會(huì)凸起，影響電刷與換向片的接觸，因此，有些起動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)子軸驅(qū)動(dòng)端制有螺旋形花鍵，用以套裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)子軸驅(qū)動(dòng)端制有螺旋形花鍵，用以套裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的單向離合器。單向離合器。 轉(zhuǎn)子與定子鐵心之間的氣隙，普通起動(dòng)機(jī)一般為轉(zhuǎn)子與定子鐵心之間的氣隙，普通起動(dòng)機(jī)一般為0.50.8 mm，減速型起動(dòng)機(jī)一般為，減速型起動(dòng)機(jī)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(nèi)裝有四）一般用澆鑄或沖壓法制成，蓋內(nèi)裝有四個(gè)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(gè)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(lì)磁繞組的一個(gè)端頭相連接，如圖線與勵(lì)磁繞組的一個(gè)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(shí)物電刷端蓋實(shí)物 起動(dòng)機(jī)電刷通常用銅粉（起動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)用電刷及端蓋起動(dòng)機(jī)用電刷及端蓋 4.驅(qū)動(dòng)端蓋

10、驅(qū)動(dòng)端蓋 驅(qū)動(dòng)端蓋上有撥叉座和驅(qū)動(dòng)齒輪行程調(diào)整螺釘，還有支撐撥叉的軸銷驅(qū)動(dòng)端蓋上有撥叉座和驅(qū)動(dòng)齒輪行程調(diào)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)式，以承受起動(dòng)機(jī)工作時(shí)的沖擊性載荷。有些減速軸承一般采用滑動(dòng)式，以承受起動(dòng)機(jī)工作時(shí)的沖擊性載荷。有些減速型起動(dòng)機(jī)采用球軸承。型起動(dòng)機(jī)采用球軸承。兩端蓋與機(jī)兩端蓋與機(jī)殼靠?jī)蓚€(gè)較殼靠?jī)蓚€(gè)較長(zhǎng)的穿心連長(zhǎng)的穿心連接螺栓將起接螺栓將起動(dòng)機(jī)組裝

11、成動(dòng)機(jī)組裝成一個(gè)整體。一個(gè)整體。端蓋與機(jī)殼端蓋與機(jī)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(hào)。裝記號(hào)。4.2.3直流電動(dòng)機(jī)工作特性直流電動(dòng)機(jī)工作特性直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為永磁式和電磁式兩大類，電磁直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式可分為永磁式和電磁式兩大類，電磁式按勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接關(guān)系又可分并勵(lì)式、串勵(lì)式式按勵(lì)磁繞組與電樞繞組的連接關(guān)系又可分并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式三種，如圖和復(fù)勵(lì)式三種，如圖4-16所示。所示。（a）永磁式）永磁式 （b）并勵(lì)式）并勵(lì)式 （c）串勵(lì)式）串勵(lì)式 （d）復(fù)勵(lì)式）復(fù)勵(lì)式圖圖4-16 直流電動(dòng)機(jī)類型直流電動(dòng)機(jī)類型圖圖4-17 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性比

12、較直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性比較 永磁式直流電動(dòng)機(jī)磁極磁通工作時(shí)永磁式直流電動(dòng)機(jī)磁極磁通工作時(shí)保持不變。并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁保持不變。并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組聯(lián)在同一電源上，繞組與電樞繞組聯(lián)在同一電源上，若外電壓不變、勵(lì)磁電阻不變，則若外電壓不變、勵(lì)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(lì)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)并勵(lì)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系基本相同。轉(zhuǎn)速將隨轉(zhuǎn)矩的增加系基本相同。轉(zhuǎn)速將隨轉(zhuǎn)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(jī)械的機(jī)械特性，適應(yīng)性能較差。永磁、并勵(lì)特性，適

13、應(yīng)性能較差。永磁、并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)常用于減速型起動(dòng)機(jī)。式直流電動(dòng)機(jī)常用于減速型起動(dòng)機(jī)。 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，電樞電串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，電樞電流等于勵(lì)磁繞組電流，并與總電流相等。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)具流等于勵(lì)磁繞組電流，并與總電流相等。串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，輕載轉(zhuǎn)速高，重載轉(zhuǎn)速低，短時(shí)間內(nèi)能輸出最有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，輕載轉(zhuǎn)速高，重載轉(zhuǎn)速低，短時(shí)間內(nèi)能輸出最大功率等特點(diǎn)，具有較大功率等特點(diǎn)，具有較“軟軟”的機(jī)械特性，因此特別適合應(yīng)用的機(jī)械特性，因此特別適合應(yīng)用于直接驅(qū)動(dòng)式起動(dòng)機(jī)。于直接驅(qū)動(dòng)式起動(dòng)機(jī)。復(fù)勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的磁極上復(fù)勵(lì)式電動(dòng)機(jī)的磁極上有兩組勵(lì)磁繞

14、組，一組有兩組勵(lì)磁繞組，一組同電樞串聯(lián)，另一組則同電樞串聯(lián)，另一組則同電樞并聯(lián)。復(fù)勵(lì)式電同電樞并聯(lián)。復(fù)勵(lì)式電動(dòng)機(jī)在空載運(yùn)行的情況動(dòng)機(jī)在空載運(yùn)行的情況下與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)相似，下與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)相似，加了負(fù)載后，串勵(lì)繞組加了負(fù)載后，串勵(lì)繞組的磁場(chǎng)將隨負(fù)載的增加的磁場(chǎng)將隨負(fù)載的增加而加強(qiáng)，運(yùn)行情況接近而加強(qiáng)，運(yùn)行情況接近串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。因此它的串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。因此它的機(jī)械特性比并勵(lì)式軟，機(jī)械特性比并勵(lì)式軟，較串勵(lì)式硬。復(fù)勵(lì)式直較串勵(lì)式硬。復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)被一些大功率流電動(dòng)機(jī)被一些大功率起動(dòng)機(jī)所采用。起動(dòng)機(jī)所采用。圖圖4-17 直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性比較直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性比較 4.2.4起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池的匹配起動(dòng)機(jī)

15、與發(fā)動(dòng)機(jī)、蓄電池的匹配1.起動(dòng)機(jī)的功率及其影響因素起動(dòng)機(jī)的功率及其影響因素1）起動(dòng)機(jī)的功率）起動(dòng)機(jī)的功率圖圖4-18 起動(dòng)機(jī)特性曲線起動(dòng)機(jī)特性曲線 9550SSnMP 起動(dòng)機(jī)在全制動(dòng)（起動(dòng)機(jī)在全制動(dòng)（ 0）和空載（和空載（ 0）時(shí)，其）時(shí)，其功率均為功率均為0，而在接近全制，而在接近全制動(dòng)電流一半時(shí)其輸出功率動(dòng)電流一半時(shí)其輸出功率最大。起動(dòng)機(jī)工作時(shí)間短最大。起動(dòng)機(jī)工作時(shí)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(dòng)機(jī)的額定功率因此，起動(dòng)機(jī)的額定功率一般也就是電動(dòng)機(jī)的最大一般也就是電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)功率的因素）影響起動(dòng)機(jī)功率的因素 起動(dòng)機(jī)的工作電流很大（達(dá)幾百安培），蓄電池、起動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)的工作電流很大（達(dá)幾百安培），蓄電池、起動(dòng)機(jī)電源內(nèi)阻及起動(dòng)電路電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率會(huì)有很大影響。電源內(nèi)阻及起動(dòng)電路電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出功率會(huì)有很大影響。（1）接觸電阻和導(dǎo)線電阻。）接觸電阻和導(dǎo)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(dòng)機(jī)基本參數(shù)的確定起動(dòng)機(jī)基本參數(shù)的確定1）起動(dòng)機(jī)功率的選擇）起動(dòng)機(jī)功率的選擇 起動(dòng)機(jī)的功率起動(dòng)機(jī)的功率P（kW）應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需功率選）應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需功率選取，它取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩取，它取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩

17、 （Nm）和最低起動(dòng)）和最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 （rmin），并可由下式計(jì)算：），并可由下式計(jì)算：9550QQnMP QMQn 發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩是指在最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)阻發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)阻力矩是指在最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩，主要包括氣缸氣體壓縮阻力矩、運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力矩力矩，主要包括氣缸氣體壓縮阻力矩、運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力矩和慣性力矩。和慣性力矩。 發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速是指起動(dòng)時(shí)能保證進(jìn)入氣缸內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速是指起動(dòng)時(shí)能保證進(jìn)入氣缸內(nèi)的混合氣在壓縮終了時(shí)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(shí)具有一定的溫度和良好的霧化，能使發(fā)動(dòng)機(jī)可靠點(diǎn)火發(fā)動(dòng)所需的最低轉(zhuǎn)速。動(dòng)機(jī)可靠點(diǎn)火發(fā)動(dòng)所需的最低轉(zhuǎn)速。 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為5070rmin，而柴油發(fā)，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為100200rmin。 溫度為溫度為0時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需功率可由經(jīng)驗(yàn)公式推算：時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需功率可由經(jīng)驗(yàn)公式推算： 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)： P（0.180.22） L 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)： P（0.741.1） L 2）傳動(dòng)比選擇）傳動(dòng)比選擇 起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比一般在如下范圍內(nèi)選擇：汽