汽车起动系统
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的电压降→起动机功率下降。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 2）蓄电池的容量
n 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。
n 3）温度
n 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。
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n ∴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。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 1、转矩特性
n 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。
n 电磁转矩
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M= CmIs∮
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 式中
Ef = Cm∮n n —— 电动机的转速
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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
n
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U=Ef+IsRs+IsRl
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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
n →电枢电流Is增大 n →电磁转矩（M=CmIs∮）随之增大， n 直到电动机的电磁转矩与阻力矩达到平衡。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 反之，电动机负载减小时，电枢转速n升高， Is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。
n 由于M∝Is2，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。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 3、起动机功率及影响因素 （1）起动机功率 n P=Mn/9550 （kW） n 式中 ： n M——输出转矩（N·m） n n——起动机转速（rpm）
n 1、直流电动机的 结构
n 工作原理 n 通电 导体 在磁场
中受到电磁力
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n ⑴电枢与换向器：
汽车起动系统
3. 2 起动机的结 构与工作原理
3.2.1 起动机的组成
n 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
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3.2.1 起动机的组成
n 直流电动机：产生电磁力 矩
n 传动机构：
n 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；
n 起动后，使起动机脱开飞
轮齿圈。
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3.2.1 起动机的组成
n 电磁操纵机构： n 控制起动机的运转
和传动机构的啮合 与分离。
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汽车起动系统
起动机（左）&发电机（右）
n 起动机 VS 发电机
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汽车起动系统
3.2.2 直流电动机结构和工作原理
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汽车起动系统
3.2.4 起动机型号和分类
n 第三部分是功率等级代号，含义见表。 n 第四部分是设计序号。（可省略） n 第五部分是变型代号。（可省略） n 例如：QD124表示额定电压为12V、功率为
1~2kW、第四次设计的起动机。
功率等级代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
功率/kW
n （2）影响起动机功率的因素 n 起动机工作电流大，所以其输出功率受电阻
影响大。 n 除起动机内部电阻之外，还有以下几方面：
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 1）接触电阻和导线电阻。 n 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。 n 接触电阻大、导线截面积过小或过长→较大
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 直流电动机工作原理 n 通电 导体 在磁场中受电磁力作用
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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。
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汽车起动系统
3.2.3 串励直流电动机的特性
n 2、机械特性 n 电动机转速n随电磁转矩M而变
化的关系n=f（M）称为机械特 性。 n 由电压平衡方程式可得
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构 和工作原理
n 电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器上。 n 换向器由铜片和云母片相间叠压而成，压装在电枢轴
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2020/11/23
汽车起动系统
第三章 起动系统
n 3．1 起动系统的组成和作用
n 起动系统作用:
n 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。
n 起动系统的组成如下图。
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汽车起动系统
主要由蓄电池、点火开关、起动继电器、起动
机等组成。
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n 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个称为绝缘电刷 架。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 2、直流电动机的工作原理 n 通电 导体 在磁场中受电磁力作用。 n 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。
动衬套及缓冲弹簧。
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1．滚柱式单向离合器
n 整个单向离合器总成利 用花键套筒套在电枢轴 的花键上。
n 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。
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1．滚柱式单向离合器
n 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，
上。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n （2）磁极 n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 磁极的作用是建立电动 机磁场，一般多为4个 磁极。
n 功率超过7.35kW的起 动机也有用6个磁极的。
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~1 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7 7~8 8~9
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3．3 传动机构和电磁操纵机构
n 3．3．1 传动机构 n 又称啮合机构或啮合器 n 作用： n （1）起动时将电枢的电磁转矩传递给发动机飞轮； n （2）起动后，发动机带动起动机时，啮合机构立
即打滑，即具有单向传递动力的作用。 n 常见有滚柱式、摩擦片式、扭簧式和棘轮式等。
M=Cm Is ∮
n 式中Cm——电动机常数；
n
Is——电枢电流
n
∮——磁极磁通
n 当接入直流电源时，产生的电磁转矩使电枢 旋转。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 而电枢旋转，其绕组又切割磁力线产生感应 电动势。
n 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
3.2.4 起动机型号和分类
n 行业标准QC/T 73-93《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：
n
①②③④⑤
n 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。
n 第二部分是电压等级代号：1代表12V，2代表24V， 6代表6V。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 在全制动（n=0）和空载 （M=0）时，输出功率P均为零。
n 在Is接近全制动电流的一半时其 输出功率最大。
n 由于起动机工作时间短，允许 输出最大功率。
n ∴将最大功率作为其额定功率。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
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2．摩擦片式单向离合器
n 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。
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2．摩擦片式单向离合器
n 从动片的外凸齿插在与驱动齿轮成一体的外接合毂（驱动 齿轮套筒）的槽中。
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1．滚柱式单向离合器
n 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。
n 滚柱式单向离合器结 构简单，工作可靠， 但传递转矩受限制。
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2．摩擦片式单向离合器
n 摩擦片式单向离合器多用于功率较大的柴油机起 动机。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n ∵一个线圈的转矩不够大、转速不稳定。 n ∴电枢上有多组线圈，换向器片数也相应增
加。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 电动机转矩为
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1．滚柱式单向离合器
n 驱动齿轮与外壳连成 一体，
n 外壳内装有十字块， n 十字块与花键套筒固
定连接 →成一体。
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1．滚柱式单向离合器
n 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。
n 外壳与护盖扣合密封。 n 在花键套筒外面套有移
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 电枢绕组的电流很大（产生大的转矩），故电 枢绕组采用较粗的裸铜线绕制。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 磁场绕组与电枢绕组串联， 用裸铜线绕制。
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
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1．滚柱式单向离合器
n 将十字块与外壳楔成一体，于是将转矩传给了驱动 齿轮，带动飞轮齿圈转动，起动发动机。
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1．滚柱式单向离合器
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1．滚柱式单向离合器
n 起动后，曲轴转速升高，飞轮带动驱动齿轮高速旋 转。
n 当其转速大于十字块时，滚柱滚入楔形槽的宽端而 打滑。
n 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。
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2．摩擦片式单向离合器
n 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。
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2．摩擦片式单向离合器
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n （3）电刷与电刷架 n 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。 n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 电刷装在电刷架中， 由弹簧压在换向器上。
n 串励直流电动机→
电枢电流=励磁电流
n ∴在磁路未饱和时，磁通∮与电流成正比
n
∮=C1Is
n 则电磁转矩
n
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M= CmIs∮= CmC1Is2=CIs2
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 即磁路未饱和时，电磁转 矩与电流的平方成正比；
n 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。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 2）蓄电池的容量
n 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。
n 3）温度
n 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。
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汽车起动系统
n ∴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。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 1、转矩特性
n 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。
n 电磁转矩
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M= CmIs∮
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 式中
Ef = Cm∮n n —— 电动机的转速
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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
n
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U=Ef+IsRs+IsRl
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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
n →电枢电流Is增大 n →电磁转矩（M=CmIs∮）随之增大， n 直到电动机的电磁转矩与阻力矩达到平衡。
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汽车起动系统
3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 反之，电动机负载减小时，电枢转速n升高， Is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。
n 由于M∝Is2，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。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 3、起动机功率及影响因素 （1）起动机功率 n P=Mn/9550 （kW） n 式中 ： n M——输出转矩（N·m） n n——起动机转速（rpm）
n 1、直流电动机的 结构
n 工作原理 n 通电 导体 在磁场
中受到电磁力
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汽车起动系统
3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n ⑴电枢与换向器：
汽车起动系统
3. 2 起动机的结 构与工作原理
3.2.1 起动机的组成
n 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
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3.2.1 起动机的组成
n 直流电动机：产生电磁力 矩
n 传动机构：
n 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；
n 起动后，使起动机脱开飞
轮齿圈。
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3.2.1 起动机的组成
n 电磁操纵机构： n 控制起动机的运转
和传动机构的啮合 与分离。
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起动机（左）&发电机（右）
n 起动机 VS 发电机
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
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汽车起动系统
3.2.4 起动机型号和分类
n 第三部分是功率等级代号，含义见表。 n 第四部分是设计序号。（可省略） n 第五部分是变型代号。（可省略） n 例如：QD124表示额定电压为12V、功率为
1~2kW、第四次设计的起动机。
功率等级代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
功率/kW
n （2）影响起动机功率的因素 n 起动机工作电流大，所以其输出功率受电阻
影响大。 n 除起动机内部电阻之外，还有以下几方面：
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 1）接触电阻和导线电阻。 n 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。 n 接触电阻大、导线截面积过小或过长→较大
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 直流电动机工作原理 n 通电 导体 在磁场中受电磁力作用
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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。
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汽车起动系统
3.2.3 串励直流电动机的特性
n 2、机械特性 n 电动机转速n随电磁转矩M而变
化的关系n=f（M）称为机械特 性。 n 由电压平衡方程式可得
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构 和工作原理
n 电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器上。 n 换向器由铜片和云母片相间叠压而成，压装在电枢轴
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汽车起动系统
第三章 起动系统
n 3．1 起动系统的组成和作用
n 起动系统作用:
n 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。
n 起动系统的组成如下图。
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汽车起动系统
主要由蓄电池、点火开关、起动继电器、起动
机等组成。
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n 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个称为绝缘电刷 架。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 2、直流电动机的工作原理 n 通电 导体 在磁场中受电磁力作用。 n 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。
动衬套及缓冲弹簧。
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1．滚柱式单向离合器
n 整个单向离合器总成利 用花键套筒套在电枢轴 的花键上。
n 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。
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1．滚柱式单向离合器
n 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，
上。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n （2）磁极 n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 磁极的作用是建立电动 机磁场，一般多为4个 磁极。
n 功率超过7.35kW的起 动机也有用6个磁极的。
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~1 1~2 2~3 3~4 4~5 5~6 6~7 7~8 8~9
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3．3 传动机构和电磁操纵机构
n 3．3．1 传动机构 n 又称啮合机构或啮合器 n 作用： n （1）起动时将电枢的电磁转矩传递给发动机飞轮； n （2）起动后，发动机带动起动机时，啮合机构立
即打滑，即具有单向传递动力的作用。 n 常见有滚柱式、摩擦片式、扭簧式和棘轮式等。
M=Cm Is ∮
n 式中Cm——电动机常数；
n
Is——电枢电流
n
∮——磁极磁通
n 当接入直流电源时，产生的电磁转矩使电枢 旋转。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 而电枢旋转，其绕组又切割磁力线产生感应 电动势。
n 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
3.2.4 起动机型号和分类
n 行业标准QC/T 73-93《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：
n
①②③④⑤
n 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。
n 第二部分是电压等级代号：1代表12V，2代表24V， 6代表6V。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 在全制动（n=0）和空载 （M=0）时，输出功率P均为零。
n 在Is接近全制动电流的一半时其 输出功率最大。
n 由于起动机工作时间短，允许 输出最大功率。
n ∴将最大功率作为其额定功率。
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3.2.3 串励直流电动机的特性
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2．摩擦片式单向离合器
n 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。
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2．摩擦片式单向离合器
n 从动片的外凸齿插在与驱动齿轮成一体的外接合毂（驱动 齿轮套筒）的槽中。
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1．滚柱式单向离合器
n 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。
n 滚柱式单向离合器结 构简单，工作可靠， 但传递转矩受限制。
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2．摩擦片式单向离合器
n 摩擦片式单向离合器多用于功率较大的柴油机起 动机。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n ∵一个线圈的转矩不够大、转速不稳定。 n ∴电枢上有多组线圈，换向器片数也相应增
加。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 电动机转矩为
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1．滚柱式单向离合器
n 驱动齿轮与外壳连成 一体，
n 外壳内装有十字块， n 十字块与花键套筒固
定连接 →成一体。
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1．滚柱式单向离合器
n 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。
n 外壳与护盖扣合密封。 n 在花键套筒外面套有移
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 电枢绕组的电流很大（产生大的转矩），故电 枢绕组采用较粗的裸铜线绕制。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 磁场绕组与电枢绕组串联， 用裸铜线绕制。
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
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1．滚柱式单向离合器
n 将十字块与外壳楔成一体，于是将转矩传给了驱动 齿轮，带动飞轮齿圈转动，起动发动机。
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1．滚柱式单向离合器
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1．滚柱式单向离合器
n 起动后，曲轴转速升高，飞轮带动驱动齿轮高速旋 转。
n 当其转速大于十字块时，滚柱滚入楔形槽的宽端而 打滑。
n 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。
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2．摩擦片式单向离合器
n 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。
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2．摩擦片式单向离合器
n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n （3）电刷与电刷架 n 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。 n 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。
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3.2.2 直流电动机结构和工作原理
n 电刷装在电刷架中， 由弹簧压在换向器上。
n 串励直流电动机→
电枢电流=励磁电流
n ∴在磁路未饱和时，磁通∮与电流成正比
n
∮=C1Is
n 则电磁转矩
n
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M= CmIs∮= CmC1Is2=CIs2
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3.2.3 串励直流电动机的特性
n 即磁路未饱和时，电磁转 矩与电流的平方成正比；
n 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。