汽车电器与电子控制系统

汽车电器与电子控制系统吴卓1/15/20231一、蓄电池的功用1.发动机启动时，向启动机和点火系统供电2.发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场绕组供电。3.发动机运转时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来；4.发电机过载时，协助发电机向用电设备供电5.蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出现的舒瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电器系统电压稳定6.给常用电设备供电一辆车对蓄电池的要求启动发动机时，蓄电池在5～10S内，要向启动机连续供给强大电流（汽油机200～600A，柴油机800～1000A）容量大、内阻小、有足够的启动能力还有哪些？蓄电池容量过大好还是小一点好呢？二、蓄电池构造和型号

蓄电池主要由正极板、负极板、隔板、电解液和外壳四部分组成，如图所示。

普通型蓄电池的结构普通型蓄电池的结构普通型蓄电池的结构1.极板1)极板的结构如图所示由栅架和活性物质组成。普通型蓄电池的结构2）栅架

由铅锑合金浇铸而成。普通栅架含锑量5%~7%；干荷电蓄电池栅架含锑量1.5%~2.3%。

目前，多采用铅—低锑合金栅架或铅—钙—锡合金栅架。

为降低蓄电池内阻，改善启动性能，现代汽车蓄电池采用了放射型栅架。

栅架

放设型栅架普通型蓄电池的结构

3）活性物质正极板上的活性物质为二氧化铅（PbO2），呈深棕色。负极板上的活性物质为海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。4)极板组的结构为了增大容量，一般将多片正极板（4~13片）和多片负极板（5~14片）分别并联，组成正负极板组,如图1-5所示。普通型蓄电池的结构普通型蓄电池的结构注意：因为正极板化学反应剧烈，所以在单格电池中，负极板总比正极板多一片。使每一片正极板都处于两片负极板之间，保持其放电均匀，防止变形。a)负极板组b)正极板组c)极板组嵌和情况1、3．汇流条2．极柱4．负极板5．隔板6．正极板图1-5蓄电池极板组结构2.隔板作用：在正负极板间起绝缘作用，使电池结构紧凑。特征：

（1）隔板有许多微孔，可使电解液畅通无阻。

（2）隔板一面平整，一面有沟槽，沟槽面对着正极板，且与底部垂直，使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。免维护蓄电池隔板做成袋式隔板。

普通型蓄电池的结构3.

电解液由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成，一般密度为1.24～1.30g/cm3，使用中应根据地区、气候条件和制造厂的要求而定。注意：不允许用工业硫酸和自来水、井水、河水等配制。因其杂质多，易引起自放电，从而影响蓄电池寿命。

普通型蓄电池的结构144.壳体

壳体用于盛装电解液和极板组。外壳应耐酸、耐热、耐振动冲击。

外壳由橡胶外壳和聚丙烯塑料两种，普遍采用的是塑料外壳。外壳为整体式结构，壳内间壁分成3个或6个互不相通的单格。蓄电池单格电池之间均用铅质联条串联，如图所示。

注意：每个单格电池设有一个液孔，可以加注电解液或检测电解液密度。孔盖上设有通气孔，便于排出蓄电池内部气体，防止外壳涨裂，发生事故。普通型蓄电池的结构

单格电池间穿壁连接示意图5.联条和极桩普通型蓄电池的结构1、普通蓄电池与免维护蓄电池的区别在哪里？2、普通蓄电池损坏，基本上是哪些地方损坏？从结构上来考虑？3、对于你教的学生你怎么启发他们在蓄电池方面的维护保养？三、蓄电池工作原理和特性1.蓄电池工作原理1）蓄电池放电过程蓄电池的化学能变成电能的过程称放电过程。如图所示。蓄电池放电示意图2）充电过程电能变成化学能，如图所示。

蓄电池充电示意图蓄电池工作原理和特性双击画面观看动画蓄电池充放电过程中的化学反应方程式为：

PbO2+2H2SO4+Pb——2PbSO4+2H2O结论：

（1）具有可逆性。（2）充浓放稀。（3）正极板附近化学反应较负极板附近化学反应剧烈。

放电

充电蓄电池工作原理和特性2.蓄电池的工作特性1．静止电动势和内阻1）静止电动势

蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。

Ej=0.85+ρ25°C（V）

式中：ρ25°C——温度为25°C时电解液的相对密度。ρ25°C=Pt+0.00075（t-25）2）内电阻

蓄电池内电阻包括：电解液电阻、极板电阻、隔板电阻和联条电阻。

蓄电池工作原理和特性

（1）极板内阻很小，随活性物质的变化而变化，充电时变小，放电时变大。

（2）隔板内阻与材料有关。

（3）电解液内阻温度升高，内阻下降；内阻与密度关系密度如图1-11所示。

（4）联条内阻很小，为定值。

蓄电池工作原理和特性2.蓄电池的放电特性

是指充足电的蓄电池在恒流放电过程中，蓄电池的端电压Uf

和电解液密度ρ25℃随放电时间的变化规律。

恒流放电特性曲线如图1-12所示。

蓄电池工作原理和特性端电压分析U=E-IR

（1）开始放电阶段（2.11～2V）：消耗孔隙内的硫酸，U下降较快。

（2）相对稳定阶段（2～1.85V）：孔内消耗孔隙内的硫酸与孔外消耗的硫酸达到动态平衡，U缓慢下降。

（3）迅速下降阶段（1.85～1.75V）：蓄电池放电终了的标志：

（1）单个电压降到放电终止电压值(以20小时放电率放电时，此值为1.75V）（2）电解液相对密度下降到最小许可值，约1.11cm3。蓄电池工作原理和特性

在恒流充电过程中，单格电池的端电压UC

和电解液相对密度ρ25℃随时间的变化规律。

恒流充电特性曲线如图1-13所示。

3．充电特性蓄电池工作原理和特性UC

变化规律：UC=E+ICRi

（1）充电开始阶段（2～2.2V）：孔隙内生成硫酸，端电压迅速上升。

（2）稳定上升阶段（2.2～2.4V）：孔内生成的硫酸与孔外消耗的硫酸达到动态平衡，U缓慢s上升。

（3）充电末期

电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。

（4）充电停止后，端电压逐渐下降至静止电动势。

蓄电池工作原理和特性蓄电池充电终了的标志：（1）电解液中剧烈冒汽泡，呈沸腾现象。(电解水)（2）电解液相对密度上升到最大值，且在2～3h小时内不再上升。（3）单格端电压上升到最大值（2.7V），且在2～3小时不再升高。蓄电池工作原理和特性四、蓄电池的容量及其影响因素1.蓄电池的容量概念

表示蓄电池的供电能力。当蓄电池以恒流放电时，其容量Ｃ等于放电电流I和放电时间t的乘积，既Ｃ=Iｆtｆ

（Ah）分类额定容量、起动容量和储备容量（1）额定容量将充足电的新蓄电池在电解液温度为25℃时，以20h放电率的放电电流连续放电，至12V蓄电池端电压下降到10.5±0.05V时所输出的电量。（2）起动容量起动时的供电能力。分常温起动容量和低温起动容量。常温起动容量既电解液温度为250C时，以5min率放电的电流（3倍额定容量的电流）连续放电至规定的终止电压（12V蓄电池为9V）时所输出的电量。低温起动容量既电解液温度为-180C时，以3倍额定容量的电流连续放电至规定的终止电压（12V蓄电池为6V）时所输出的电量，其放电的时间在2.5min以上。蓄电池的容量及其影响因素蓄电池的容量及其影响因素（3）储备容量蓄电池在25±2℃条件下，以25A恒流放电直至单池平均电压降到1.75V时的放电时间。单位为分钟（min）。2.影响容量的因素（1）构造因素对容量的影响

极板厚度越薄，活性物质的利用率就越高，容量就越高。

极板面积越大，同时参与反应的物质就越多，容量就越大。

同性极板中心距越小，蓄电池内阻越小，容量越大。（2）使用因素对容量的影响

蓄电池的容量及其影响因素1)放电电流放电电流越大，蓄电池输出的容量越小。

注意在使用起动机时，必须严格控制起动时间，每次接入起动机的时间不得超过5s，两次起动应间隔15s以上

放电电流与容量关系蓄电池的容量及其影响因素2)电解液温度电解液温度降低，蓄电池输出的容量减小，如图1-15所示。注意冬季应注意对蓄电池的保温

温度↓→粘度↑→渗入极板困难，活性物质利用率↓→Q↓；

同时，粘度↑→内阻↑→内压降↑→端电压↓→Q↓。

电解液温度与容量关系蓄电池的容量及其影响因素3)电解液的相对密度

实践证明，采用较低的电解液相对密度，可以提高蓄电池输出大电流的能力和大电流放电时的容量。电解液相对密度对容量的影响如图1-16所示。注意冬季，在不致结冰的前提下，应尽量采用稍低密度的电解液。

电解液相对密度与容量关系蓄电池的容量及其影响因素蓄电池的充电2.4.1充电方法（1）定流充电

在充电过程中，充电电流恒定不变（通过调整电压，保证电流不变）。

优点为：充电电流可任意选择，有益于延长蓄电池寿命，可用于初充电和去硫化充电。

缺点是充电时间长，且需要经常调整充电电流。

（2）定压充电在充电过程中，充电电压恒定不变。是蓄电池在汽车上由发电机对其充电的方法。

优点为：充电速度快，充电时间短，充电电流IC会随着电动势E的上升，而逐渐减小到零，使充电自动停止，不必人工调整和照管。

缺点是：充电电流大小不能调整，所以不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于初充电和去硫化充电。

蓄电池的充电37（3）脉冲快速充电法

以脉冲大电流充电来实现快速充电的方法。

①大电流恒流充电IC=（0.8～1）C20至单池电压升至2.4V；

②前停充15～25ms；

③反向脉冲充电IC=（1.5～2.0）C20t=150～1000us；

④后停充25～40ms，如此循环，直至充足电。(4)智能快速充电

利用单片机的智能功能，控制充电电流按照最佳充电电流变化而实现快速充电的方法。蓄电池的充电（5）蓄电池充电时的连接1）定流充电时的连接采用串联法即把同的蓄电池串联起来接如充电电源。可串联蓄电池单格总数和电池只数为：蓄电池单格总数=充电机的额定充电电压/2.7串联12V蓄电池数=充电机的额定充电电压/（2.7Χ6）注意所有串联支路的蓄电池，其容量最好相同，否则充电电流必须按容量最小的电池来选定2）定压充电时的连接采用并联法即把不同的蓄电池并联起来接如充电电源注意并联蓄电池的数目必须按充电设备的最大输出电流决定。

蓄电池的充电2.4.2充电种类1）初充电

对新蓄电池或更换极板后的蓄电池进行的首次充电。步骤：检查外部、通气孔→加注电解液→选择充电电流（IC1=Q20/15，IC2=Q20/30）→连接蓄电池-充电过程中应注意问题→调整电解液密度。2）补充充电

蓄电池使用后的充电。步骤：检查外部、通气孔、液面高度→液面不足补加蒸馏水至极板上沿15mm→检查单格电压→选择充电电流（IC1=Q20/10，IC2=Q20/20）→充电时间约为13～16h。

蓄电池的充电3）间歇过充电

间歇过充电是避免使用中极板硫化的一种预防性充电。一般应每隔3个月进行一次。

充电方法是先按补充充电方式充足电，停歇1h后，再以减半的充电电流进行过充电，直至充足电为止。4）循环锻炼充电为迫使相当于额定容量的活性物质都能参加工作，以避免活性物质由于长期不参与化学反应而收缩，每隔一段时间（如：3个月）应对蓄电池进行一次循环锻炼充电。

充电方法是先用补充充电或间歇过充电将蓄电池充足电，然后，以20h放电率方完电，再用补充充电法充足电即可使用。

蓄电池的充电4）去硫化充电

蓄电池轻度硫化，可用充电的方法予以消除，方法如下：

（1）倒出电解液，加入蒸馏水冲洗两次后，再加入蒸馏水；

（2）用IC=Q20/30（A）的电流进行充电，当密度上升到1.15g/cm3时，倒出电解液，再加蒸馏水继续充电，直至密度不再上升；

（3）以20h率放电电流放电至单池电压降到1.75V时，再进行上述充电。反复进行以上过程，直至输出容量达到额定容量的80%以上，即可使用。故障分析故障1、汽车存放4天不能起动，分析原因，怎么检修？故障2、一辆汽车经常烧损发电机，前期是发电机过热，最后烧毁，分析原因？怎么判断蓄电池容量？用万用表能判断蓄电池的好坏吗？怎么判断蓄电池的正负极？怎么处理极桩？

铅蓄电池的使用与维护蓄电池的正确使用三抓

（1）抓及时、正确充电

1）放完电的电池24h内送充电间；

2）装车使用电池定期补充充电，放电程度，冬季不超过25%，夏季不超过50%；

3）带电液存放的蓄电池定期补充充电。

（2）抓正确使用操作

1）每次启动时间不超过5s，启动间隔时间15s，最多连续启动3次；

2）车上蓄电池应固定牢靠，安装搬运时应轻搬轻放。

（3）抓清洁保养

1）保持蓄电池表面清洁；

2）及时清除蓄电池表面的酸液；

3）经常疏通通气孔。五防

（1）防止过充和充电电流过大；

（2）防止过度放电；

（3）防止电解液液面过低；

（4）防止电解液密度过大；

（5）防止电解液内混入杂质。

铅蓄电池的使用与维护（4）冬季使用蓄电池时的注意事项

（1）应特别注意保持其处于充足电状态，以防结冰；

（2）冬季补加蒸馏水应在充电时进行，以防结冰；

（3）冬季容量降低，发动机启动前应进行预热，每次启动时间不超过5s，每次启动间隔应有15s；

（4）冬季气温低，蓄电池充电困难，应经常检查蓄电池存电状况。铅蓄电池的使用与维护发电机充电指示亮，发电机就一定不发电吗？我们给学生讲解发电机时，汽油机发电机发电电压是多少？你真正测量过吗？假如你去测量，你测量哪里？发电机的结构，各位老师都是怎么给学生讲解呢？一般是有定子、转子、整流器和壳体等组成，是吗？发电机功用分类结构原理特性调节器充电电路分析发电机的保养作业，都进行哪些维护？发电机哪些部位容易损坏？发电电压过高，不容易出现。发电机供电不足，怎么检测？怎么选择发电机？加装其他用电设备对发电机的影响？整流器二极管损坏，怎么选择替代二极管？发电机不发电的原因？电路分析？3.1交流发电机结构与型号功用当发动机在怠速以上转速运转时，除向起动机以外的用电系统供电，同时还向蓄电池充电。1/15/20233.1.1交流发电机分类1．按结构分类（1）普通交流发电机(使用时需要配装电压调节器的发电机)例JF132（EQ140用）插图（2）整体式交流发电机(发电机和调节器制成一个整体的发电机)例别克轿车的发动机上装配的是CS型发电机（包括CS—121、CS—130和CS—144三种不同的型号）如图：

1/15/2023（3）带泵交流发电机(和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机)例JFZB292发电机。

（4）无刷交流发电机(不需要电刷的发电机)例JFW1913发电机。

1/15/2023（5）永磁交流发电机(磁极为永磁铁制成的发电机)2.按磁场绕组搭铁方式分类（1）内搭铁型交流发电机磁场绕组的一端（负极）直接搭（和壳体相联）（2）外搭铁型交流发电机磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。3．按装用的二极管数量分类（1）6管交流发电机例JF1522（东风汽车用）（2）8管交流发电机例JFZ1542（天津夏利汽车用）（3）9管交流发电机例（日本日立、三凌、马自达汽车用

(4）11管交流发电机例JFZ1913Z（奥迪、桑塔纳汽车用）

1/15/2023交流发电机的结构

由三相同步交流发电机和硅二极管组成。如图3-1所示。1．整体式交流发电机

图3-1整体式交流发电机结构1/15/2023双击画面观看动画1/15/20231/15/2023三相同步交流发电机由定子总成、转子总成、传动带轮、风扇、前后端盖及电刷等组成。（1）定子总成

定子又叫电枢，是用来产生交流电动势的。由铁芯和三相绕组组成。

连接方法星形连接三角连接双击画面观看动画1/15/2023（2）转子总成转子的总成作用是产生磁场，它由其两块爪极、磁场绕组、滑环及轴等组成，如图3-3所示。双击画面观看动画1/15/20231/15/20233.整流器交流发电机整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电，

6管交流发电机的整流器是由6只硅整流二极管组成三相全波桥式整流电路。另外也有8管、9管、11管组成的整流器。1/15/2023将正极管安装在一块铝制散热板上，称为正整流板；将负极管安装另一块铝制散热板上，称为负整流板，也可用发电机后盖代替负整流板，两块板绝缘地安置在一起，它与后端盖用尼龙或其他绝缘材料制成的垫片隔开且固定在后端盖上。

图3-4整流板

a)正、负整流板；b)整流板总成1/15/20231/15/2023几种不同发电机整流器a:具有中性点二极管b：具有磁场二极管c：具有中性点和磁场二极管1/15/2023（4）前、后端盖前、后端盖上均有轴承座孔，用于安装转子轴承以支撑转子。两端盖分别有挂脚，利用挂脚和调整臂将发电机安装固定在发动机上，改变调整臂的固定位置可以调整传动皮带的松紧程度。前后端盖用铝合金材料制成，铝合金是非导磁材料，它既可以防止漏磁，又具有良好的导热性能，有利于散热。双击画面观看动画1/15/2023（5）电刷及电刷架

材料为石墨，电刷与电刷架的结构有内装式和外装式，如图3-5所示。双击画面观看动画1/15/2023磁场绕组（两只电刷）和发电机的联接不同，使发电机分为内搭铁型和外搭铁型两种

1．内搭铁型发电机：磁场绕组负电刷直接搭铁的发电机（和壳体直接相连）。见图a

2．外搭铁型发电机：磁场绕组的两只电刷都和壳体绝缘的发电机。见图b外搭铁型发电机的磁场绕组负极（负电刷）接调节器，通过后再搭铁。3-5电刷架的结构

a)外装式；b)内装式1/15/2023内搭铁与外搭铁交流发电机1/15/2023⑹风扇及皮带轮风扇一般用低碳钢板冲压而成，在发电机工作时，对发电机强制通风冷却。皮带轮一般用铸铁或铝合金铸造而成，有双槽和单槽之分。1/15/2023交流发电机工作原理及工作特性一、交流发电机的工作原理

1.发电原理

（1）在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）

（2）磁场外有一个定子绕组,绕组有3组线圈(3相绕组)，3相绕组彼此相隔120度

（3）当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。如图3-9所示。

1/15/2023图3-9交流发电机工作原理图1/15/2023转子产生旋转磁场当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。1/15/2023双击画面观看动画1/15/2023三相交流电动势分别用eu、ev、ew表示，其瞬时值方程为：eu=Emsinωt=EΦ

sinωtev=Emsin(ωt-120°)=EΦ

sin(ωt-120°)ew=Emsin(ωt+120°)=EΦ

sin(ωt+120°)电动势的有效值为:EΦ=4.44KWƒ=CeΦn绕组系数，整集距绕法K=1每相绕组的匝数（匝）感应电动势的频率（Hz）发电机转速每极磁通电机结构常数1/15/20232.整流原理(动画演示）（1）二极管的导同原则正极管的导通原则：瞬间正极电位最高者导通。负极管的导通原则：瞬间负极电位最低者导通。1/15/2023

图3-11多管交流发电机的整流电路动画演示动画演示1/15/20231/15/20231/15/2023（2）整流过程双击画面观看动画1/15/20233．励磁方式先他激、后自激。激磁电路如图3-12双击画面观看动画1/15/2023

图3-12

交流发电机励磁电路a）内搭铁控制形式；b）外搭铁控制形式1/15/20231.输出特性定义：U不变（对12V系列为14V，对24V系列规定为28V），其输出电流I与转速n之间的关系如图1-32所示。结论：空载转速n1：满载转速n2交流发电机具有限制输出电流的能力交流发电机的输出特性曲线二、交流发电机的特性1/15/2023限流保护原理：（1）定子绕组的阻抗Z随转速升高而增大

Z=感抗XL=2πƒL（2）电枢反应增强使磁场削弱定子绕组的电感感应电动势的频率ƒ=pn/601/15/20232.空载特性定义：研究发电机空载运行时，U=f（n）之间的关系结论：判断低速充电性能的好坏。输出电压随转速升高而升高。交流发电机空载特性曲线1/15/20233.外特性定义：转速一定时，U=f（I）之间的关系。结论：必须配用电压调节器。怕短路。（特别是发电机在高速失载时，端电压会急剧升高，致使电气设备中的电子元件有被击穿的危险）。交流发电机外特性曲线1/15/20231/15/2023交流发电机的电压调节器由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为1．7～3，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。1/15/20231、电压调节器的分类电子调节器按所匹配的交流发电机搭铁型式可分为：内搭铁型调节器外搭铁型调节器交流发电机电压调节器按工作原理可分为：触点式电压调节器晶体管调节器集成电路调节器电脑控制调节器1/15/2023触点式电压调节器通过触点开闭，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小；晶体管调节器、集成电路调节器等利用大功率三极管的导通和截止，接通和断开磁场电路，来改变磁场电流If大小。1/15/202392

发动机电脑控制的调节器下图为广州本田雅阁轿车直列4缸发动机配用的发电机调节器电路图，发电机整流器为八管。调节器为内装式外搭铁型，由发电机电脑控制。

在汽车电路中有一个负载检测仪，检测电路中总电流负载大小，送信号导电脑，调节器C接线端子送发电机电压信号到电脑，电脑根据这两个信号判断磁场电路应该接通还是断开，输出控制信号到FR端子，驱动调节器的控制电路，适时地接通和断开磁场绕组电路，以此控制发电机的输出电压。1/15/2023广州本田雅阁发电机及调节器电路广州本田发动机及调节器电路图1/15/2023电路分析发电机的拆装演示启动系统检修1、在启动发动机时，只听到“咔嗒”声，发动机无法起动，分析原因，怎么检测？2、启动时，无任何反应，发动机无法起动，分析原因？3、发动机起动几次才能起动发动机，试分析原因？4、起动机旋转，但是发动机无法起动？5、怎么保养起动机？都有哪些项目？6、怎么检查起动机运转无力？7、启动电路分析8、飞轮齿圈缺齿问题9、起动机就车拆装应注意哪些问题？10、起动机的拆装演示启动系统组成和结构工作原理工作过程典型启动电路故障分析启动系基本概述一、启动系的作用把汽车发动机曲轴在外力作用下，从开始转动到怠速运转的全过程，称为发动机的起动。启动系的作用是将蓄电池的电能转换为机械能，产生扭矩，用来启动发动机。启动系统的组成与结构1/15/2023二、启动系的组成汽车启动系的主电路由蓄电池、起动机、点火开关（或起动开关）、导线等组成。有的在电路中装有控制继电器（或组合继电器）作为对驱动电路的保护。在有的汽车上，装有起动电压转换开关和起动预热器起动机与曲轴的传动比，汽油机的一般为13~17，柴油机一般为8~10。启动系统的组成与结构1/15/2023三、起动机的组成及分类

1．按控制方法的不同机械控制起动机电磁控制起动机

2．按传动机构啮入方式强制啮合式起动机惯性啮合式起动机电枢移动式起动机减速式起动机外啮合式内啮合式行星齿轮啮合式永磁起动机启动系统的组成与结构1/15/2023

汽车发动机进入正常的工作循环必须借助外力来启动。现代汽车发动机的启动方法大都采用电启动。电启动简单可靠，操纵方便，可随时工作，便于远距离控制。电启动是以蓄电池为电源，以直流电动机为动力，通过传动机构和控制装置进行工作。将直流电动机、传动机构和控制装置组装为一体，称为启动机。其结构如图所示。

四、启动机的组成

起动机一般由三个部分组成：直流串励式电动机、传动机构、控制装置，如图所示。1081．

磁极

磁极的作用是产生电枢转动时所需要的磁场，它由固定在机壳上的磁极铁心和磁场绕组组成。励磁绕组一端接在外壳的绝缘接线柱上，另一端与两个非搭铁电刷相连。磁极励磁绕组的接法a)四个绕组相互串联；b)两个绕组串联后再并联1/15/2023磁极：由固定在机壳上磁极铁心和磁场绕组组成，其作用是建立磁场：一般采用4个（2对）磁极，大功率起动机采用6个磁极1/15/20232．电枢

作用：产生电磁转矩。如图所示为电枢总成，由外圆带槽的硅钢片叠成的铁心和电枢绕组组成，磁场绕组和电枢绕组一般采用矩形断面的裸铜线绕制。换向器装在电枢轴上，它由许多换向片组成。换向片嵌装在轴套上，各换向片之间均用云母绝缘。1/15/20232.换向器作用：

可将电源提供的直流电转换成电枢绕组所需的交变直流电，以保证电枢所产生的电磁力矩的方向保持不变，使其产生定向转动。但实际的直流电动机为了产生足够大且转速稳定的电磁力矩，其电枢上绕有很多组线圈，换向器的铜片也随其相应增加。121/15/2023a）电枢总成b）换向器结构1．电枢轴2．电枢绕组3．电枢铁芯4．换向器铜片5．换向片6．轴套7．压环8．焊线凸缘图2-6电枢的结构

图2-6电枢的结构

1/15/20233．电刷

电刷和换向器配合使用用来连接磁场绕组和电枢绕组的电路，并使电枢轴上的电磁力矩保持固定方向。

电刷装在端盖上的电刷架中，电刷弹簧使电刷与换向片之间具有适当的压力以保持配合。电刷及电刷架的组合1/15/2023电刷组件结构1．负电刷架2．正电刷架图2-8电刷组件结构1/15/20234．机壳是电动机的磁极和电枢的安装机体，其中有的一端有四个检查窗口，便于进行电刷和换向器的维护，同时起动机的电磁开关也安装在机壳上，其上有一绝缘接线端，是电动机电流的引入线。1/15/2023直流电动机的工作原理

直流电动机是将电能转变为机械能的设备，它是根据载流导体在磁场中将受到的电磁力作用而发生运动的原理进行工作的。

如图所示为串励直流电动机的机械特性。当电枢电流增大使用电磁转矩增大时，直流电动机转速急剧下降。这种转矩增大而转速急剧下降的特性称为软特性。启动机工作特性曲线可见：启动机特性

（1）当I=I0时（启动机空转），输出转矩M=0，输出功率P=0，转速n达到最大值nmax。（2）当I=Imax，时（启动机制动），输出转矩M=Mmax，输出功率P=0，转速n=0，Mmax称为最大输出转矩。

（3）当I

≈1/2Imax，时（启动机制动），输出转矩P=Pmax，Pmax称为最大输出功率。122直流电动机转矩自动调节原理根据上述原理分析，电枢在电磁力矩M作用下产生转动，由于绕组在转动同时切割磁力线而产生感生电动势，并根据右手规则判定其方向与电枢电流IS的方向相反，故称反电动势Ef。反电动势Ef与磁极的磁通量φ和电枢的转速n成正比Ef=CeφnU=Ef+IsRs直流电动机在工作过程中负载增大，就会出现如下的变化：M<Mz→n↓→Ef↓→Is↑→M↑→M=Mz，达到新的稳定；或直流电动机的工作负载减小，则出现如下的变化：M>Mz→n↑→Ef↑→Is↓→M↓→M=Mz，达到新的稳定。1/15/2023123传动机构传动机构的作用是：发动机起动时，通过驱动齿轮与飞轮齿圈啮合，将电起动机的转矩传给曲轴；发动机起动后，将驱动齿轮和电枢轴的联结切断防