第二節 起動機的結構、工作原理及特性

本節介紹目前使用最廣的電磁操縱強制嚙合式起動機，其結構如圖2-2所示。

圖2-2 強制嚙合式起動機的結構

1—回位彈簧 2—保持線圈 3—吸引線圈 4—電磁開關殼體 5—觸點 6—接線柱 7—接觸盤 8—后端蓋 9—電刷彈簧 10—換向器 11—電刷 12—磁極 13—磁極鐵心 14—電樞 15—磁場繞組 16—移動襯套 17—緩沖彈簧 18—單向離合器 19—電樞軸花鍵 20—驅動齒輪 21—罩蓋 22—制動盤 23—傳動套筒 24—撥叉

一、直流電動機

1.直流電動機的工作原理

（1）電磁轉矩的產生 直流電動機依靠帶電導體在磁場中受磁場力的作用而產生電磁轉矩，其工作原理如圖2-3所示。

圖2-3 直流電動機工作原理

1—負極電刷 2—換向器銅片 3—正極電刷 4—電樞繞組

電源的直流電通過電刷和換向銅片引入電樞繞組，電樞繞組電流的方向為a→b→c→d，電樞繞組的兩匝邊便受磁場力F的作用而形成電磁轉矩M（圖2-3a）。在M的作用下，電樞繞組轉動，當ab匝邊轉到下半平面、cd匝邊轉到上半平面時，a端換向片與d端換向片交換所接觸的電刷，使電樞繞組的電流換向（d→c→b→a），電樞繞組兩匝邊受磁場力F作用所形成的電磁轉矩M的方向保持不變（圖2-3b）。在方向不變的電磁轉矩M作用下，電樞便可持續轉動。

可見，直流電動機換向器的作用就是將電源的直流電轉換為電樞繞組內的交流電，使電樞電流及時換向，以使電樞產生一個方向不變的電磁轉矩。

實際直流電動機為了能產生足夠大且穩定的電磁轉矩，其電樞采用多匝繞組串聯而成，并由多片換向銅片組成換向器。

根據安培定律，可以推導出直流電動機通電后所產生的電磁轉矩M與磁極的磁通量Φ和電樞電流IS之間的關系：

M=CmΦIS

Cm為電動機的結構常數，它與電動機磁極對數P、電樞繞組導線總根數Z及電樞繞組電路的支路對數a等有關（Cm=PZ/2πa）。

（2）直流電動機的工作過程 通電的直流電動機其電樞在電磁轉矩M的作用下轉動起來時，電樞繞組就因切割磁力線而產生電動勢Ef，此電動勢與電樞電流IS的方向相反（圖2-3），故稱其為反電動勢。Ef與磁極的磁通量Φ和電樞的轉速n成正比：

Ef=CeΦn式中的Ce為電動機結構常數（Ce=PZ/60a）。因此，當直流電動機轉動起來之后，其電樞回路的電壓平衡方程為

U=Ef+ISRS

式中，RS為電樞回路的電阻，它包括電樞繞組的電阻和電刷與換向器的接觸電阻。

在直流電動機剛接通電源的瞬間，電樞轉速n為0，Ef也為0，電樞繞組通過最大電流（Ism=U/RS），并產生最大的電磁轉矩Mmax，Mmax大于電動機的阻力矩MZ，電樞開始轉動并加速。隨著電樞轉速的上升，Ef增大，電樞電流IS便開始下降，電磁轉矩M也就隨之下降。當M下降至與MZ相平衡（M=MZ）時，電樞就在此轉速下穩定運轉。

如果直流電動機在穩定運轉狀態下負載增大（M<MZ），就會出現如下的變化：

n↓→Ef↓→IS↑→M↑→M=MZ，于是，電動機在新的轉速下穩定運轉。

如果直流電動機的工作負載減小（M>MZ），則出現如下的變化：

n↑→Ef↑→IS↓→M↓→M=MZ，電動機又在新的轉速下穩定運轉。

可見，直流電動機具有自動調節轉矩功能，工作時當負載突然變化時，可通過轉速、電流和轉矩的自動變化來平衡負載的改變，使之能在新的轉速下穩定工作。

2.直流電動機的構造

直流電動機由電樞、磁極、換向器、電刷與刷架及其它附件組成，如圖2-4所示。

圖2-4 直流電動機的組成部件

1—前端蓋 2—電刷與刷架 3—磁極繞組 4—磁極鐵心 5—電動機殼體 6—電樞總成 7—后端蓋

（1）電樞總成電樞總成的作用是通入電流后，在磁極磁場的作用下產生一個方向不變的電磁轉矩。電樞總成由電樞軸、鐵心、電樞繞組及換向器等組成，如圖2-5所示。

圖2-5 電樞總成

1—換向器銅片 2—云母片 3—電樞鐵心 4—電樞繞組 5—電樞軸

電樞鐵心用多片內外圓均帶槽、表面絕緣的硅鋼片疊成，通過內圓花鍵槽固定在電樞軸上，外圓槽內繞有電樞繞組；電樞繞組一般用較粗的扁銅線，采用波繞法繞制，各繞組的端子與換向器銅片焊接，使各電樞繞組形成串聯。

換向器由銅片和云母片疊壓而成，壓裝于電樞軸的一端，云母片使銅片間、銅片與軸之間均絕緣。根據電刷材質的不同，換向器銅片之間的云母片有低于銅片和與銅片平齊兩種。云母片低于銅片的主要是為了避免銅片磨損后云母片外突而造成電刷與換向器接觸不良；云母片與銅片平齊則主要是防止電刷粉末落入銅片之間的槽中而造成短路。國產起動機直流電動機的電刷較軟，換向器云母片一般不低于銅片，但許多進口汽車起動機的直流電動機其電刷較硬，換向器云母片通常是低于銅片。

（2）磁極 磁極用于在電動機內形成一個磁場，勵磁式電動機的磁極由鐵心和磁極繞組構成，用螺釘固定在電動機殼體上。為增大電磁轉矩，一般采用4個磁極，有的大功率起動機采用6個磁極。磁極繞組也是用粗扁銅線繞制而成，與電樞繞組采用串聯方式，如圖2-6所示。

圖2-6 磁極繞組的連接

a）四磁場繞組串聯 b）磁場繞組兩兩串聯后再并聯

（3）電刷與刷架 電刷用銅粉和石墨壓制而成，石墨中加入銅粉是為了減小電阻和增加耐磨性。刷架多為柜式，刷架上的盤形彈簧用于將電刷緊緊地壓在換向器銅片上（圖2-7）。在4個電刷架中，其中一對電刷架與機殼直接相通而構成了電動機內部電路搭鐵。有的電動機則是通過磁場繞組的一端與機殼連接實現內部電路搭鐵，這種電動機的所有電刷架都與機殼絕緣。

（4）軸承與端蓋 電動機軸承安裝于前后端蓋上，端蓋與機殼用螺栓固定。普通起動機的電動機一般采用青銅石墨滑動軸承或鐵基含油滑動軸承；減速起動機由于其電樞的轉速很高，電動機軸承一般采用滾柱軸承或滾珠軸承。

圖2-7 電刷與刷架

1—電刷 2—盤形彈簧 3—柜式電刷架 4—換向器 5—起動機前端蓋

二、傳動機構

普通起動機傳動機構的主要組成部件是單向離合器，減速起動機則增加了一組減速齒輪。

1.單向離合器

單向離合器的作用是起動時將電動機的電磁轉矩傳遞給發動機飛輪，而在發動機起動后，就立即打滑，以防止發動機飛輪帶動電動機高速旋轉而造成電動機電樞飛散事故。起動機單向離合器常見的有滾柱式、摩擦片式、扭簧式、棘輪式等幾種形式。

（1）滾柱式單向離合器 滾柱式單向離合器有十字腔和十字塊兩種結構形式，如圖2-8所示。

圖2-8 滾柱式單向離合器

a）十字腔形式 b）十字塊形式

1—傳動套筒 2—移動襯套 3—緩沖彈簧 4—帶十字腔座圈 5—滾柱 6—帶柄驅動齒輪 7—罩殼 8—卡簧 9—彈簧及活柱 10—驅動齒輪 11—單向離合器外殼 12—十字塊 13—護蓋 14—彈簧座 15—墊圈

滾柱式單向離合器的兩種結構形式其工作原理相似。以十字塊式為例（圖2-8b），單向離合器的外殼11與驅動齒輪10連為一體，外殼和十字塊12裝配后形成四個楔形槽，槽中有四個滾柱，滾柱的直徑大于槽窄端又小于槽寬端，彈簧及活柱將滾柱推向槽窄端，使得滾柱與十字塊及外殼表面有較小的摩擦力。十字塊與傳動套筒1剛性連接，傳動套筒安裝在電樞軸花鍵部位，使單向離合器總成可軸向移動和隨軸轉動。

圖2-9 滾柱式單向離合器工作原理

a）起動時傳遞電磁轉矩 b）起動后打滑

1—十字塊 2—彈簧及活柱 3—楔形槽 4—單向離合器外殼 5—驅動齒輪 6—飛輪 7—活柱 8—滾柱

起動時，電樞軸通過花鍵帶動傳動套筒而使十字塊轉動，十字塊相對于外殼順時針轉動，使滾柱在小摩擦力的作用下滾向槽窄端而被卡緊，外殼隨十字塊一起轉動，電動機的電磁轉矩就通過單向離合器傳遞給了驅動齒輪（圖2-9a）。發動機一旦起動，發動機飛輪帶動驅動齒輪旋轉，使外殼的轉速高于十字塊，十字塊相對于外殼的逆時針轉動使滾柱滾向槽寬端而打滑（圖2-9b），從而避免了發動機飛輪帶動起動機電樞高速旋轉而造成“飛散”事故的危險。

滾柱式單向離合器結構簡單緊湊，在中小功率的起動機上被廣泛采用，但在傳遞較大轉矩時，滾柱容易變形而卡死。因此，滾柱式單向離合器不適用于較大功率的起動機。

（2）摩擦片式單向離合器 摩擦片式單向離合器也有兩種結構形式，如圖2-10所示。

圖2-10 摩擦片式單向離合器

a）外接合鼓驅動式 b）齒輪柄驅動式

1—限位套 2—襯套 3—驅動齒輪 4—限位螺母 5—彈性墊圈 6—壓環 7—調整墊圈 8—從動摩擦片 9、15—卡環 10—主動摩擦片 11—內接合鼓 12—緩沖彈簧 13—傳動套筒 14—移動襯套 16—外接合鼓 17—驅動齒輪柄 18—小彈簧 19—電樞軸

以外接合鼓驅動式為例（圖2-10a），傳動套筒13安裝在電樞軸右螺旋花鍵部位，其外圓則通過三線螺旋花鍵與內接合鼓11連接，當內接合鼓與傳動套筒之間有相對轉動時，內接合鼓就會產生軸向移動；內接合鼓外圓上有凹槽，與主動摩擦片10的內突齒相配合；從動摩擦片有外突齒，插入外接合鼓16的槽中，外接合鼓與驅動齒輪3連為一體；傳動套筒自左向右還裝有彈性墊圈5、壓環6和調整墊圈7，端部用限位螺母4軸向固定。

起動時，起動機電樞帶動傳動套筒轉動，內接合鼓的慣性作用使其與傳動套筒之間產生相對的轉動，內接合鼓軸向左移，將主、從動摩擦片壓緊。這時，電動機的電磁力矩就通過單向離合器傳遞給驅動齒輪。發動機一旦起動，發動機飛輪帶動驅動齒輪高速轉動，使內接合鼓的轉速高于傳動套筒的轉速，內接合鼓與傳動套筒之間產生了與起動時相反的相對轉動，使內接合鼓軸向右移，這時，主、從動摩擦片間的壓力消失而打滑，從而避免了起動機電樞被發動機帶動而超速旋轉的危險。

在起動時，如果因發動機起動阻力矩過大而使驅動齒輪未能帶動發動機飛輪轉動時，就會因內接合鼓與傳動套筒之間仍存在的相對轉動而使內接合鼓繼續左移，使摩擦片的壓緊力繼續增大，導致彈性墊圈在壓環凸緣的壓迫下彎曲；當彈性墊圈彎曲到一定程度時，內接合鼓的左端頂到了彈性墊圈上而不能再左移，使主、從動摩擦片的壓力不再增加，傳遞的轉矩也就不再增大，從而避免了電動機因負載過大而被燒壞的危險。

摩擦片式單向離合器可以傳遞較大的轉矩，用于功率較大的起動機。摩擦片式單向離合器所傳遞的最大轉矩會因摩擦片的磨損（使彈性墊圈的最大變形量減小）而降低，因此，在使用中需要經常進行檢修和調整，其結構也比較復雜。

（3）扭簧式單向離合器 扭簧式單向離合器的結構如圖2-11所示。

圖2-11 扭簧式單向離合器結構

1—襯套 2—驅動齒輪 3—擋圈 4—月形圈 5—扭力彈簧 6—護套 7—墊圈 8—傳動套筒 9—緩沖彈簧 10—移動襯套 11—卡簧

傳動套筒8與起動機電樞以螺旋花鍵連接，驅動齒輪柄松套在傳動套筒上，月形圈4限制了驅動齒輪和傳動套筒之間的軸向相對移動，但不妨礙其相對轉動。扭力彈簧包在驅動齒輪柄和傳動套筒的外圓表面，彈簧的兩端各有1/4圈內徑較小，分別箍緊在驅動齒輪柄和傳動套筒上。

起動時，扭力彈簧在其兩端摩擦力的作用下被扭緊，整個彈簧緊箍在驅動齒輪柄和傳動套筒上而傳遞轉矩。發動機發動后，由于驅動齒輪轉速高于電樞的轉速，扭力彈簧放松，使驅動齒輪在傳動套筒上滑轉。

扭簧式單向離合器結構簡單，使用壽命長，但由于扭力彈簧的軸向尺寸較大，故不宜在小型起動機上裝用。

2.減速機構

減速起動機在電樞和驅動齒輪之間設有減速機構，速比一般為2～4。起動機增設了減速機構后，可采用小型高速低轉矩的電動機，電動機電流也可減小。因此，減速起動機的體積小、重量輕而便于安裝；起動性能提高，減小了蓄電池的負擔。

減速起動機減速機構有外嚙合式、內嚙合式和行星齒輪嚙合式，如圖2-12所示。

圖2-12 減速起動機減速機構的類型

a）外嚙合式 b）內嚙合式 c）行星齒輪嚙合式

1—主動齒輪 2—從動齒輪 3—齒圈 4—行星輪 5—行星架

（1）外嚙合式減速機構 外嚙合式減速機構傳動中心距較大，受起動機結構的限制，其減速比不能太大，因此，一般只在小功率的起動機上應用。外嚙合式減速機構的從動齒輪的輪齒通常是制在單向離合器的殼體上。一些外嚙合式減速機構的主、從動齒輪之間還用一個惰輪進行過渡傳動，以使電磁開關鐵心與驅動齒輪同軸心，電磁開關鐵心的移動可直接推動驅動齒輪軸向移動而與飛輪嚙合，無需撥叉，這種起動機的外形與普通起動機會有較大的差別。

（2）內嚙合式減速機構 內嚙合式減速機構傳動中心距小，可以有較大的減速比，故可適用于較大功率的起動機。內嚙合式減速起動機的驅動齒輪軸向移動需用撥叉撥動，因此，內嚙合式減速起動機的外形與普通起動機相似。

（3）行星齒輪嚙合式減速機構 行星齒輪傳動具有結構緊湊、傳動比大、效率高的特點。行星齒輪嚙合式起動機由于輸出軸與電樞軸同心、同旋向，電樞軸無徑向載荷，可使整機尺寸減小；除了增加行星齒輪減速機構的差別，行星齒輪式減速起動機其它軸向位置上的結構與普通起動機相同，因此，這些配件是可以通用的。

三、電磁開關

1.電磁開關的結構

電磁開關主要由吸引線圈、保持線圈、活動鐵心、接觸盤、觸點等組成，典型的電磁開關結構如圖2-13所示。

圖2-13 電磁開關的結構

a）內部結構 b）外觀

1、13—主接線柱 2—附加電阻短路接線柱 3—導電片 4—接觸盤 5—磁軛 6—吸引線圈及保持線圈 7—接觸盤推桿 8—活動鐵心 9—回位彈簧 10—調節螺釘 11—撥叉 12—電磁開關接線柱

電磁開關兩主接線柱1、13分別連接蓄電池和電動機，兩主接線柱的另一端（電磁開關內部）是相應的觸點，由接觸盤4將其接通；電磁開關接線柱內部連接著吸引線圈和保持線圈，外部通過電路連接起動開關或起動繼電器；柴油發動機、電子點火式（點火線圈無附加電阻）汽油發動機的起動機，其電磁開關無附加電阻短路接線柱。電磁開關活動鐵心8右端通過螺釘連接撥叉11，左端連接接觸盤的推桿（或與推桿保持一定的間隙）。當活動鐵心被電磁開關線圈吸動左移時，就會帶動撥叉和接觸盤。

2.電磁開關的工作原理

電磁開關內的吸引線圈與電動機串聯，保持線圈與電動機并聯，其工作原理如圖2-14所示。

圖2-14 電磁開關的工作原理

a）結構簡圖 b）電路原理圖

1—電源接線柱 2—接觸盤 3—磁軛 4—電磁開關接線柱 5—活動鐵心 6—拉桿 7—撥叉 8—保持線圈 9—吸引線圈 10—接電動機 11—電磁開關觸點

電磁開關接線柱接通電源（接通起動開關）時，吸引線圈和保持線圈同時通電，兩線圈產生的磁力使活動鐵心克服回位彈簧彈力而左移，帶動撥叉和接觸盤動作，將驅動齒輪撥向飛輪齒圈，當驅動齒輪與發動機飛輪嚙合時，接觸盤接通電動機電路。

電動機通電工作時，吸引線圈已被接觸盤短路，但保持線圈仍然通電，所產生的磁力使鐵心保持在移動的位置。

斷開起動開關瞬間，接觸盤還未回位，電源通過接觸盤使電磁開關兩線圈仍然通電，但此時吸引線圈是反向電流，所產生的磁力與保持線圈的磁力互相抵消，活動鐵心便在回位彈簧彈力的作用下退回，使驅動齒輪和接觸盤退回原處，電動機斷電，起動機停止工作。

四、起動機的工作特性

1.轉矩特性

起動機的轉矩特性是指其電動機所產生的電磁力矩M與其電樞電流IS的關系：M=f（IS）。從直流電動機的工作原理中，我們已知電動機產生的電磁力矩與電樞電流和磁極磁通量成正比（M=CmISΦ）。對于串勵式電動機，磁場繞組的勵磁電流Ij=IS，而磁極磁通量Φ在磁極未飽和時與勵磁電流成正比（Φ=CIj），于是就有

M=CmISCIj=C″IS2

直流串勵式電動機的轉矩特性曲線如圖2-15所示。在磁極未飽和的情況下，串勵式直流電動機的電磁轉矩M與電樞電流IS平方成正比，在磁極飽和時，M才與電樞電流IS成正比。與并勵式直流電動機相比，在相同IS的情況下，直流串勵式電動機可以產生較大的電磁轉矩，這是起動機采用串勵式直流電動機的原因之一。

2.機械特性

起動機的機械特性是指其電動機的轉速隨電磁轉矩變化的規律：n=f（M）。根據電樞繞組反電動勢的關系式Ef=CeΦn和電動機電路電壓電流平衡關系式U=Ef+IS（RS+Rj），可得到直流串勵式電動機的轉速n與IS關系如下：

串勵式電動機在磁極未飽時，Φ將隨IS的增大而增大，同時IS（RS+Rj）也增大，因此，電樞轉速n隨IS（M）增大下降較快。根據n與IS的關系得到機械特性曲線如圖2-16所示。

從機械特性看出，直流串勵式電動機具有輕載轉速高、重載轉速低的特點。重載轉速低，可以保證電動機在起動（重載）時不會超出允許的功率而燒毀，使起動安全可靠。這是起動機采用串勵式直流電動機的又一原因。串勵式直流電動機在輕載或空載時轉速很高，容易造成“飛散”事故，因此，對于功率較大的串勵式直流電動機，不允許在輕載或空載下運行。

圖2-16 直流串勵式電動機機械特性曲線

3.起動機的功率及其影響因素

（1）起動機的功率 起動機的功率P可由下式確定：

式中MS——起動機輸出轉矩（N·m）；

nS——起動機的轉速（r/min）；

P——起動機的功率（kW）。

由上式和串勵式直流電動機的轉矩特性及機械特性，可得其特性曲線如圖2-17所示。

起動機在全制動（nS=0）和空載（MS=0）時，其功率均為0，而在IS接近全制動電流一半時其輸出功率最大。起動機工作時間短暫，允許在最大的功率狀態下工作，因此，起動機起動時的輸出功率一般也就是電動機的最大功率或接近于最大功率。

（2）影響起動機功率的因素 起動機的工作電流很大，起動機電源內阻及起動電路電阻對電動機的輸入功率會有很大的影響。

圖2-17 起動機特性曲線

1）接觸電阻和導線電阻。接觸電阻包括起動電路導線與蓄電池極樁、起動機接線柱以及電動機內電刷與換向器等的接觸電阻。接觸電阻大、導線截面積小或過長，都會造成較大的電壓降而使起動機功率下降。

2）蓄電池容量。蓄電池的容量小，其內阻較大，起動時，加在電動機上的端電壓就低，故會使起動機的功率下降。

3）環境溫度。溫度低時，蓄電池的容量下降，內阻增大，故也會使起動機的功率下降。

4.起動機基本參數的確定

（1）起動機功率的選擇 起動機的功率根據發動機起動所需功率選取，它取決于發動機的起動阻力矩MQ和最低起動轉速nQ，并可由下式計算：

發動機的起動阻力矩是指在最低起動轉速時的發動機阻力矩，主要包括氣缸氣體壓縮阻力矩、運動件的摩擦阻力矩和慣性力矩。

發動機的最低起動轉速是指起動時，能保證進入氣缸內的混合氣在壓縮終了時具有一定的溫度和良好的霧化，使發動機能可靠點火工作所需的最低轉速。汽油發動機的最低起動轉速為50～70r/min，而柴油發動機的起動轉速不低于100～200r/min。

溫度為0℃時發動機起動所需功率可由如下的經驗公式推算：

汽油發動機：P=（0.18～0.22）L

柴油發動機：P=（0.74～1.1）L

式中L——發動機的工作容積（L）；

P——起動機功率（kW）。

（2）傳動比選擇 起動機與發動機之間的最佳傳動比應能保證發動機可靠起動，同時能使起動機達到最大功率。在實際選擇中，由于受飛輪齒圈和驅動齒輪的結構限制，傳動比往往稍小于最佳值。這種選擇結果，使起動機在工作時并沒有達到最大功率，但起動機的轉矩增大，對起動是有利的。起動機與發動機的傳動比一般在如下范圍內選擇：

汽油發動機：13～17

柴油發動機：8～10

（3）蓄電池容量的選擇 起動機的功率確定以后，可以按如下經驗公式確定蓄電池的容量：

式中U——起動機額定電壓（V）；

P——起動機額定功率（kW）；

C——蓄電池額定容量（A·h）。

對于大功率起動機（7.0～10kW），蓄電池的容量可以選擇比計算值小一些。

五、起動機的控制電路

起動機的控制電路大致分為起動開關直接控制、起動繼電器控制和具有驅動保護功能的繼電器控制等三種形式。

1.起動開關直接控制的起動機控制電路

由起動開關直接通斷電磁開關電路的起動機控制電路原理如圖2-18所示。

圖2-18 ST614型起動機控制電路原理

1—驅動齒輪 2—回位彈簧 3—撥叉 4—活動鐵心 5—保持線圈 6—吸引線圈 7—電磁開關接線柱 8—起動開關 9—熔斷器 10—電流表 11—蓄電池 12—電動機 13、16—觸點及接線柱 14—接觸盤 15—磁軛

接通起動開關，電磁開關通電，電流通路：蓄電池正極→接線柱16→電流表→熔斷器→起動開關→接線柱7→吸引線圈→接線柱13→電動機磁場和電樞繞組→搭鐵→蓄電池負極。

此時吸引線圈和保持線圈產生的磁力方向相同，在兩線圈磁力的共同作用下，使活動鐵心克服彈簧力右移，帶動撥叉將驅動齒輪推向飛輪。與此同時，活動鐵心將接觸盤頂向觸點。當驅動齒輪與飛輪嚙合時，接觸盤將電磁開關觸點13、16接通，使電動機通電，其電樞產生正常電磁轉矩，并通過傳動裝置帶動發動機轉動。這時，吸引線圈被接觸盤短路，活動鐵心靠保持線圈的磁力保持在移動的位置。

發動機起動后，在斷開起動開關瞬間，接觸盤仍在接觸位置，此時電磁開關線圈電流：蓄電池正極→接線柱16→接觸盤→接線柱13→吸引線圈→保持線圈→搭鐵→蓄電池負極。此時吸引線圈與保持線圈磁力互相抵消，活動鐵心便在彈簧力作用下回位，使驅動齒輪退出；與此同時，接觸盤也回位，切斷起動機電路，起動機停止工作。

在起動機驅動齒輪嚙入飛輪齒圈過程中，由于吸引線圈的電流流經電動機，電樞產生較小的電磁轉矩，可使驅動齒輪在緩慢轉動中與飛輪嚙合，避免了頂齒和沖擊。

2.增設起動繼電器的起動機控制電路

由于電磁開關通電電流較大（達35～45A），起動開關直接控制會使開關觸點容易燒蝕。為此，一些汽車的起動電路中增設了起動繼電器，用以保護起動開關。起動繼電器控制的起動機電路一例如圖2-19所示。

起動繼電器觸點常開，串聯在起動機電磁開關電源電路中；起動繼電器線圈電路由點火開關（起動檔）控制其通斷。

起動時，點火開關撥至起動檔，起動繼電器線圈通電，其電流通路：蓄電池正極→電動機接線柱9→電流表→點火開關（起動觸點）→起動繼電器線圈→搭鐵→蓄電池負極。起動繼電器線圈通電產生電磁力將觸點吸合，接通起動機電磁開關電路，起動機便開始工作。

由于點火開關的起動觸點只是控制流經起動繼電器線圈的較小的電流，開關觸點就不容易燒蝕，延長了點火開關的使用壽命。

圖2-19 QD124型起動機控制電路

1—起動繼電器 2—點火開關 3—吸引線圈 4—保持線圈 5—活動鐵心 6—撥叉 7—接觸盤推桿 8—接觸盤 9—電動機接線柱 10—蓄電池接線柱

3.具有驅動保護功能的起動機控制電路

一些起動機控制電路具有驅動保護功能，其作用是：使起動機在發動機起動后立刻自動停止工作，以避免起動機較長時間空轉而消耗電能，且增加起動機的磨損；使起動機在發動機工作時，即使誤接通起動開關也不會通電工作，以免打壞驅動齒輪和飛輪齒圈。

（1）增設安全繼電器的起動機驅動保護電路 日本日產汽車起動機控制電路增設一個安全繼電器，用以實現起動機驅動保護功能，其電路原理如圖2-20所示。

安全繼電器為常閉觸點，串聯在起動繼電器的線圈電路中，用于控制起動繼電器線圈電流。安全繼電器觸點K1未打開時的電流通路：蓄電池正極→S1→S2→接線柱S→K1→起動繼電器線圈3→搭鐵→蓄電池負極。安全繼電器的兩個線圈同時通電時，才能將其觸點K1打開。安全繼電器線圈1由起動開關控制，在接通起動開關時通電，其電流通路：蓄電池正極→S1→S2→接線柱S→線圈1→R2→搭鐵→蓄電池負極。安全繼電器線圈2由發電機中點電壓控制，在發動機起動后，發電機的中點電壓使磁場與充電指示燈繼電器觸點K4閉合，安全繼電器線圈2通電，其電流通路：發電機正極→K4→接線柱L→線圈2→R1→搭鐵→發電機負極。

起動時，電源開關S1和起動開關S2接通，此時，安全繼電器只有線圈1通電，因而K1保持閉合，于是起動繼電器線圈3通電而使其觸點K2閉合，接通起動機電磁開關電路，起動機開始工作。發動機起動后，發電機便正常發電，發電機中點電壓使磁場與充電指示燈繼電器觸點K4閉合，安全繼電器線圈2也通電，如果此時起動開關還未斷開，安全繼電器觸點K1就會在線圈1和線圈2磁力的共同作用下被吸開，使起動繼電器線圈3斷電，觸點K2張開，切斷了起動機電磁開關電路，起動機便自動停止工作。

在發動機工作時，如果誤接通起動開關，安全繼電器兩線圈同時通電，使其觸點K1斷開，起動繼電器線圈不能通電，因此起動機不會工作。

（2）用充電指示燈繼電器控制的起動機驅動保護電路 一些汽車直接用充電指示燈繼電器控制起動繼電器線圈電路，實現驅動保護控制功能。圖2-21所示的是在解放CA1091汽車上所用的起動機控制電路。

圖2-20 增設安全繼電器的起動機驅動保護電路

1、2—安全繼電器線圈 3—起動繼電器線圈 4—起動機電磁開關吸引線圈 5—起動機電磁開關保持線圈 6—起動機電樞 7—起動機磁場繞組 8—充電指示燈繼電器線圈 9—充電指示燈 S1—電源開關 S2—起動開關 K1—安全繼電器觸點 K2—起動繼電器觸點 K3—起動機電磁開關觸點 K4—充電指示燈繼電器觸點

組合繼電器中安裝有充電指示燈繼電器和起動繼電器，充電指示燈和起動繼電器線圈L1均通過充電指示燈繼電器常閉觸點K2搭鐵，使充電指示燈繼電器不僅可控制充電指示燈，同時也可控制起動繼電器線圈L1的通斷，使之具有驅動保護作用。

起動時，點火開關撥至Ⅱ檔（起動檔），點火開關的1號與4號接線柱接通，使組合繼電器中的起動繼電器線圈L1通電，其電流通路：蓄電池正極→起動機電源接線柱→30A熔絲→電流表→點火開關→組合繼電器SW接線柱→L1→K2→組合繼電器E接線柱（搭鐵）→蓄電池負極。起動繼電器線圈L1通電后產生磁力吸合觸點K1，接通了起動機電磁開關電路，使起動機通電工作。

圖2-21 解放CA1091汽車起動機控制電路

1—蓄電池 2—組合繼電器 3—點火開關 4—點火線圈 5—斷電器觸點 6—發電機 7—電流表 8—起動機

發動機起動后，發電機的中點電壓使充電指示燈繼電器線圈L2通電產生電磁力吸開K2，這時，除了充電指示燈因斷電而熄滅外，起動繼電器線圈L1也因K2斷開而斷電，其觸點K1斷開，使起動機電磁開關斷電，起動機自動停止工作。

在發動機工作時，發電機中點電壓使充電指示燈繼電器觸點K2保持在斷開狀態，因此，即使點火開關誤撥至起動檔，起動機也不會通電工作。

六、其它類型的起動機

1.電樞移動式起動機

（1）結構特點 電樞移動式起動機的電樞可軸向移動，起動機不工作時在回位彈簧彈力作用下，電樞與磁極錯開一定的距離。驅動齒輪固定在電樞軸上，其軸向移動靠電樞的移動實現。磁極除有主磁場繞組外，還有兩個導線較細但匝數較多、電阻較大的副磁場繞組。兩副繞組一個與電動機并聯，起吸引電樞軸向移動和保持電樞在移動位置的作用；另一個與電動機的電樞繞組串聯，主要用于吸引電樞軸向移動。

（2）工作原理 電樞移動式起動機的工作原理如圖2-22所示。

圖2-22 電樞移動式起動機工作原理

a）起動機未工作時 b）起動機進入工作過程 c）起動機工作時

1—起動開關 2—電磁線圈 3—觸點 4—接觸橋 5—并聯副磁場繞組 6—串聯副磁場繞組 7—主磁場繞組 8—擋片 9—扣爪 10—電樞回位彈簧 11—換向器端面凸緣 12—電樞 13—磁極 14—摩擦片式單向離合器

起動時，接通起動開關1，電磁線圈2通電后產生的磁力吸引接觸橋4左移，但由于扣爪9頂住了擋片8，使得接觸橋只是單邊接觸，接通副磁場繞組（圖2-22b）。

兩個副磁場繞組通電后，使磁極產生的電磁力吸引電樞向左軸向移動。由于這時電樞已有較小的電流通過而開始低速轉動，使得驅動齒輪在慢慢轉動中與飛輪齒圈嚙合，從而避免了頂齒和沖擊。當電樞移動至使驅動齒輪與飛輪完全嚙合時，換向器端面凸緣11將扣爪頂起，使擋片8脫扣，接觸橋下邊也接觸，于是起動機的主電路接通（圖2-22c），電動機產生正常的電磁轉矩驅動發動機。此時，串聯的副磁場繞組6被短路（主磁場繞組7的電阻很小，可以忽略），由并聯副磁場繞組及主磁場繞組的電磁力保持電樞在移動后的位置。

發動機起動后，摩擦片式單向離合器打滑，電動機空載運行，電樞轉速上升，電樞繞組產生的反電動勢增大，使電樞及主磁場繞組電流減小，磁極磁力減弱。當磁力減弱至小于電樞回位彈簧的作用力時，電樞就右移回位，驅動齒輪與飛輪齒圈脫離，而扣爪也回到鎖止位置。關閉起動開關后，起動機便停止轉動。

電樞移動式起動機的結構較為復雜，不宜在傾斜度較大的場合下工作。

2.磁極移動式起動機

（1）結構特點 美國摩托克拉夫（Motocraft）公司生產的磁極移動式起動機如圖2-23所示。其中一個磁極鐵心是活動的，鐵心上除了一組磁場繞組外，還有一個保持線圈5，通電時用來吸動活動鐵心并保持活動鐵心的位置。活動磁極鐵心移動時可使磁場繞組中的一個常閉觸點1打開，以改變磁場繞組的連接方式；同時，通過與之連接的撥叉推動驅動齒輪軸向移動。

圖2-23 磁極移動式起動機

1—觸點 2—磁場繞組 3—磁極活動鐵心 4—撥叉銷軸 5—保持線圈 6—撥叉 7—復位彈簧 8—驅動齒輪 9—單向離合器 10—端蓋 11—起動機殼體 12—電樞總成 13—電刷 14—電刷彈簧

（2）工作原理 磁極移動式起動機電路原理如圖2-24所示。起動時，接通起動開關，起動繼電器觸點閉合，使起動機內部通電。磁場繞組10和保持線圈7產生的磁力使活動鐵心移動，通過撥叉將驅動齒輪推向飛輪齒圈。在驅動齒輪完全嚙合前，觸點6處于閉合狀態，電動機內部電路如圖2-25a所示，構成一復勵式電動機。串接的磁場繞組11、12的電流較小，而并接的磁場繞組10電流較大，因此轉速較低，加之磁場繞組13產生相反方向的磁場，使電樞轉動受到一個阻力，更進一步降低了電樞的轉速，從而保證驅動齒輪在慢慢轉動中嚙入飛輪齒圈，使嚙合容易且較為柔和。

圖2-24 磁極移動式起動機電路原理

1—起動機 2—起動繼電器 3—起動開關 4—蓄電池 5—磁極活動鐵心 6—觸點 7—保持線圈 8—電刷 9—電樞 10、11、12、13—磁場繞組

當驅動齒輪完全嚙入后，觸點6被斷開，這時，構成了串勵式電動機，電路如圖2-25b所示。這時，電樞便產生正常的電磁轉矩驅動發動機。起動過程中，保持線圈7的磁力保持活動鐵心的位置，使驅動齒輪保持嚙合、觸點6保持斷開，使起動機保持在正常工作狀態。

圖2-25 磁極移動式起動機磁場繞組連接方式

a）觸點打開前 b）觸點打開后

圖注同圖2-24

發動機起動后，斷開起動開關，起動繼電器斷電，起動機也斷電，活動鐵心在回位彈簧彈力的作用下復位，帶動單向離合器和驅動齒輪回位，觸點6又閉合，起動機停止工作。

3.永磁式起動機

（1）結構特點 永磁式起動機的磁極采用了鐵氧體或釹鐵硼永磁材料，由于無需勵磁繞組，簡化了起動機的結構，起動機的體積相對較小、重量也可相應減輕。

（2）永磁式起動機實例 德國博世公司生產的DW1.4型永磁行星齒輪嚙合式減速起動機其磁極采用了永久磁鐵，起動機的結構如圖2-26所示。

圖2-26 DW1.4型永磁行星齒輪嚙合式減速起動機

1——電刷 2—球軸承 3—換向器 4—導線插頭 5—電磁開關 6—永久磁鐵磁極 7—撥叉 8—行星齒輪減速器 9—驅動齒輪 10—軸承 11—單向離合器 12—電樞總成 13—行星輪 14—主動齒輪（太陽輪） 15—齒圈 16—撥叉環

起動機的磁極由6塊永磁鐵組成，通過彈性保持片將永久磁鐵固定在機殼內，6塊永磁鐵N、S極交錯排列，形成3對磁極。起動機的工作原理與勵磁式起動機相同。