当前位置： 电气装置 >> 电气装置优势 >> 电气设备第6期起动机的结构与工作原理
起动机的结构与工作原理
汽车发动机在以自身动力运转之前，必须借助外力旋转。发动机借助外力由静止状态过渡到能自行运转的过程，称为发动机的起动。发动机常用的起动方式有人力起动、辅助汽油机起动和电力起动三种形式。人力起动采用绳拉或手摇的方式，简单但不方便，只适用于一些小功率的发动机；辅助汽油机起动主要用在大功率的柴油发动机上；电力起动方式操作简便，起动迅速，并且可以远距离控制，因此被现代汽车广泛采用。
起动系统由蓄电池、起动机、起动继电器、点火开关等组成
起动机的组成一、起动机的组成起动机由直流电动机、传动机构和控制机构三部分组成，如图所示
直流电动机的作用是将蓄电池输入的电能转换为机械能，产生电磁转矩。
传动机构由单向离合器与驱动齿轮、拨叉等组成。其作用是在起动发动机时使驱动齿轮与飞轮齿圈相啮合，将起动机的转矩传递给发动机曲轴；在发动机起动后又能使驱动齿轮与飞轮自动脱离，在它们脱离过程中，发动机飞轮反拖驱动齿轮时，单向离合器使其形成空转，避免了飞轮带动起动机轴旋转。
控制机构也称操纵机构或电磁开关，用来接通或断开电动机与蓄电池之间的电路。
二、起动机的分类1．按控制机构分按控制机构可分为机械操纵式起动机和电磁操纵式起动机。
2．按传动机构分按传动机构可分为惯性啮合式、电枢移动式、强制啮合式、齿轮移动式和减速式。
惯性啮合式：起动时驱动齿轮借惯性力啮入飞轮齿圈，起动后驱动齿轮又靠惯性力自动与飞轮齿圈脱开。缺点：不能传递大的转矩，可靠性差，现在很少采用。
电枢移动式：靠起动机内部磁极的电磁力，使起动机电枢作轴向移动，将驱动齿轮啮入飞轮齿圈、发动机起动后，电枢回位，带动齿轮脱离啮合。它的结构比较复杂，多用于大功率的柴油机上，如斯柯达等车型。
电磁操纵式起动机以钥匙开关控制电磁开关，再由电磁开关控制起动机主电路，它可以实现远距离控制，操作简便、省力，被现代汽车广泛采用。
强制啮合式：靠人力或电磁力操纵，强制拨动驱动齿轮啮入和脱出飞轮齿圈。它结构简单、工作可靠、操纵方便，因此被现代汽车广泛使用。
齿轮移动式：依靠电磁开关推动电枢轴孔内的啮合推杆移动，从而使驱动齿轮啮入飞轮齿圈，多用于大功率发动机汽车上，如斯太尔SX，奔驰型汽车等。
减速式：传动机构设有减速装置，它采用高速小型电动机，故体积和质量小，但结构和工艺复杂，一般用于轿车和轻型越野车，如上海帕萨特汽车。
3．按总体结构不同分按总体结构不同可分为电磁式和永磁式。电磁式指电动机的磁场是电磁场的起动机，一般用于载货汽车，如东风，解放等车型用，如图所示；永磁式指电动机的磁场由永久磁铁产生的起动机，该类型的起动机无需磁场绕组，因此简化了电动机的结构，体积小，质量轻，主要用于轻型越野车和小轿车上，如桑塔纳、广州本田等车型用，如图所示。
三、直流电动机1．结构现代汽车一般使用直流串励式电动机，这种直流电动机其励磁绕组与电枢绕组串联。直流电动机主要由电枢（转子）、磁极（定子）、换向器、电刷与电刷架、机壳和端盖等主要部件构成。
（1）电枢电枢用来产生电磁转矩，由外圆带槽的硅钢片叠成的铁心、电枢绕组、电枢轴及换向器组成，如图所示。
电枢铁心由多片互相绝缘的硅钢片叠成，借内圆面的花键槽压装在电枢轴上，其外圆表面有槽，用来安装电枢绕组。电枢绕组嵌装在铁心槽内，因电枢电流很大，所以其绕组采用截面积较大的矩形裸铜线绕制，并用绝缘纸在铜线与铜线之间以及铜线与铁心之间隔开，以防止其短路。
磁极:磁极由固定在机壳内的铁心和磁场绕组线圈组成，如图所示。磁极一般是4个，两对磁极相对交错安装在电机的壳体内。4个励磁线圈有的是相互串联后再与电枢绕组串联（称为串联式），有的则是两两相串后再并联，再与电枢绕组串联（称混联式），如图所示。
（3）换向器换向器向旋转的电枢绕组注入电流，它由许多截面呈燕尾形的铜片围合而成，如图所示。铜片之间由云母绝缘。云母绝缘层应比换向器铜片外表面凹下0.8mm左右，以免铜片磨损时，云母片很快突出。电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器的铜片上。
（4）电刷与电刷架如图所示，电刷架一般为框式结构，其中正极电刷架绝缘固定在端盖上，负极电刷架与端盖直接相连并搭铁。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。电刷架上有较强弹性的盘形弹簧。
（5）机壳机壳为基础件，并起导磁作用。一端有四个检查窗口，中部有一接线柱，其在机壳内与励磁绕组的一端相接，如图所示。
（6）端盖端盖分前后两个端盖，如图所示。前端盖用钢板压制，内装电刷架。后端盖用灰铸铁铸成，内装电机传动机构，设拨叉座及驱动齿轮行程调整螺钉。每个端盖的中间均装有青铜石墨轴承或铁基含油轴承；后端盖与机壳之间装中间轴承板对轴起中间支承作用。整机由两个长螺栓通过前后端盖夹紧机壳固定。
2．工作原理直流电动机是根据载流导体在磁场中受到电磁力作用而发生运动的原理工作的。其工作原理如图所示，电动机工作时，电流通过电刷和换向器流入电枢绕组。如图所示，换向片A与正电刷接触，换向片B与负电刷接触，绕组中的电流方向为a→b→c→d，根据左手定则，绕组ab边、cd边均受到电磁力F的作用，由此产生逆时针方向的电磁转矩使电枢转动；当电枢转动至换向片A与负电刷接触，换向片B与正电刷接触时，电路改由d→c→b→a，如图所示，但电磁转矩的方向仍然不变，使电刷按逆时针方向继续转动。
实际的电枢上有很多线圈，换向器铜片也有相应的对数。
1．结构传动机构也称为单向传动机构，由单向离合器和传动拨叉等部件组成，如图所示。作用是在发动机起动时，使驱动小齿轮与飞轮齿圈啮合，传递电动机转矩以起动发动机，在发动机起动后自动打滑，保证电枢不致飞散损坏。
2．工作过程起动机不工作时如图所示，在电磁开关的作用下，驱动齿轮与飞轮齿圈进入啮合。
如图所示。当二者完全啮合后，主电路接通。
如图所示，电枢轴开始带动发动机曲轴旋转。发动机起动后，驱动齿轮与飞轮齿圈仍处于啮合状态，单向离合器打滑，驱动齿轮在飞轮的带动下空转。起动结束后，驱动齿轮在电磁开关的作用下，与发动机飞轮齿圈脱离啮合。3．单向离合器的结构与工作原理
传动拨叉比较简单，主要讲述单向离合器，常见单向离合器有滚柱式、弹簧式和摩擦片式三种。（1）滚柱式单向离合器
滚柱式单向离合器如图所示，驱动齿轮与外壳制成一体，滚柱与弹簧嵌装在与花键套筒制成一体的十字块上。整个离合器总成套装在电动机轴的花键部位上，既可在拨叉作用下沿电枢轴轴向移动，又可在电枢驱动下作旋转运动。（2）摩擦片式单向离合器
摩擦片式单向离合器的结构如图所示，其原理是通过主、从动摩擦片的压紧和放松来实现接合和图摩擦片式单向离合器压紧状态图分离的，如图所示。（3）弹簧式单向离合器
弹簧式单向离合器的结构如图所示，原理是通过扭力弹簧的径向收缩和放松来实现分离和接合的。五、控制机构
1．结构
起动机的控制机构主要由电磁开关、拨叉等组成。起动机的工作受电磁开关的控制，电磁开关由吸拉线圈、保持线圈、活动铁心、主开关接触盘及复位弹簧等组成。其中电磁开关上的“30”端子接至蓄电池正极，“C”端子接起动机励磁绕组，吸拉线圈一端接起动机主电路，与励磁绕组和电枢绕组串联，保持线圈的一端直接搭铁，两线圈的公共端接点火开关。电磁开关实物如图所示。2．工作原理
如图所示为起动机控制电路图。（1）起动机不工作时
驱动齿轮与飞轮齿圈处于脱开位置，电磁开关中的接触盘与主触点分开。（2）当点火开关置于起动档时
蓄电池经起动控制电路向起动机的电磁开关通电，其电流回路为：
吸拉线圈回路：蓄电池正极→点火开关→电磁开关“50”端子→吸拉线圈→电动机开关接线柱→电动机励磁线圈→电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。保持线圈回路：蓄电池正极→点火开关→电磁开关“50”端子→保持线圈→搭铁→蓄电池负极。此时，吸拉线圈和保持线圈的电流方向相同，两线圈产生同方向的磁场，磁化铁心，使活动铁心克服回位弹簧的弹力前移，使前端的接触盘与两个主触点接触。与此同时，活动铁心后端带动拨叉将驱动齿轮推出与发动机的飞轮齿圈啮合。当驱动齿轮与飞轮齿圈完全啮合时，接触盘已经将主触点接通，起动机的主电路接通，此电路电阻极小，电流可达几百安培，电动机产生最大转矩，通过接合状态下的单向离合器传给发动机飞轮。主开关电路接通后，保持线圈的电流回路不变，活动铁心在保持线圈电磁力的作用下，保持在啮合位置。此时吸拉线圈和附加电阻则由于主触点的接通而被短路，其电流回路被替代为：蓄电池正极→电动机“30”端子→“C”端子→电动机励磁绕组→电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。（3）断开点火开关时
断开点火开关时，起动机主电路被切断，此时保持线圈和吸拉线圈串联，其电流回路为：蓄电池正极→电动机“30”端子→接触盘“C”端子→吸拉线圈→保持线圈→搭铁→蓄电池负极。因此时吸拉线圈和保持线圈的电流方向相反，产生反方向的磁场，互相抵消，活动铁心在回位弹簧的作用下迅速回位，使驱动齿轮与发动机的飞轮齿圈脱开啮合，起动机停止工作，起动完毕。汽修小能手