第一節 起動機的構造

在電磁控制式起動系統中，蓄電池是動力電源，起動機是將電能轉換為機械能并將機械能傳遞到發動機飛輪的動力轉換與傳遞裝置，起動繼電器和點火開關是控制裝置。其中，起動機是起動系統的核心裝置，其結構與性能直接影響汽車的使用。

一、起動機的分類

汽車用起動機種類繁多，形式各異，分類方法各不相同。電磁控制式起動機可按起動機的總體結構和傳動機構的嚙入方式進行分類。

1. 按起動機的總體結構分類

按總體結構不同，起動機可分為電磁式、永磁式和減速式起動機。

1）電磁式起動機。電動機的磁場為電磁場的起動機。電磁場是指由線圈通電而在鐵心中產生的磁場。

2）減速式起動機。傳動機構設有減速裝置的起動機。其電動機一般采用高速小型電動機，質量和體積比電磁式起動機減小30%～35%，主要用于小轎車和輕型越野汽車。

3）永磁式起動機。電動機磁場由永久磁鐵產生永磁磁場的起動機。由于磁極由永磁材料（鐵氧體或釹鐵硼等）制成，無需磁場繞組，因此電動機結構簡化、體積小、質量小。主要用于小轎車。

2. 按傳動機構嚙入方式分類

按傳動機構嚙入方式不同，起動機可分為強制嚙合式、電樞移動式和同軸移動式起動機。

1）強制嚙合式起動機。利用電磁力拉動杠桿機構，使驅動齒輪強制嚙入飛輪齒圈的起動機。其主要優點是工作可靠性高，因此當今汽車廣泛采用。

2）電樞移動式起動機。利用磁極產生的電磁力使電樞產生軸向移動，從而將驅動齒輪嚙入飛輪齒圈的起動機。其特點是結構復雜，適用于大功率發動機汽車。

3）同軸移動式起動機。利用電磁開關推動電樞軸孔內的嚙合推桿移動，使驅動齒輪嚙入飛輪齒圈的起動機。主要用于大功率發動機汽車，如斯泰爾車系起動機。

各型電磁式起動機的結構大同小異，都是由直流電動機、傳動裝置和控制裝置三部分組成，如圖2-2所示。右下部分是直流電動機，左下部分的單向離合器和移動叉是傳動裝置，上半部分的電磁開關是控制裝置。

二、直流電動機結構特點

直流電動機是將電能轉換為機械能的裝置。起動機用直流電動機也是由磁極、電樞、電刷組件和殼體等部件組成。

1. 磁極的特點

磁極由鐵心和磁場繞組兩部分組成（永磁式直流電動機的磁場為永磁磁場。由永久磁鐵產生，無需磁場繞組）。鐵心用低碳鋼制成馬蹄形，并用螺釘固定在電動機殼體的內壁上，如圖2-3所示，磁場繞組套裝在鐵心上。磁極的功用是產生磁場。電磁式直流電動機的磁場為電磁場，當磁場繞組接通電流時，在磁極的鐵心中就會產生磁場，即電磁場。

起動機用直流電動機的顯著特點是磁極多、磁場繞組的橫截面積大，目的是增大起動機的電磁轉矩。起動機一般都采用4個磁極，功率超過7kW的起動機一般采用6個磁極。磁場繞組一般用矩形漆包銅線繞制，QD1215型起動機采用了1.25mm×5.5mm扁銅線，并與電樞繞組串聯，如圖2-4所示。

磁場繞組的連接方式有兩種：一種是4個繞組串聯后再與電樞繞組串聯，如圖2-4a所示；另一種是兩個磁場繞組串聯后再并聯，然后再與電樞繞組串聯，如圖2-4b所示。當今汽車起動機普遍采用后一種連接方式，其目的是減小電阻，增大電流和電磁轉矩。無論采用哪一種連接方式，其磁場繞組通電產生的磁極都必須滿足N、S極相間排列的要求。

2. 電樞的特點

電樞主要由電樞鐵心、電樞繞組和換向器組成，其結構如圖2-5a所示。電樞的功用是產生電磁轉矩。

電樞鐵心由相互絕緣的硅鋼片疊裝而成，其圓周上制有安放電樞繞組的線槽，內孔借花鍵槽壓裝在電樞軸上。電樞繞組繞制在電樞鐵心的線槽內，繞組兩端分別焊接在換向器的銅片上。為了獲得較大的電磁轉矩，流經電樞繞組的電流很大（小功率起動機300A左右，大功率起動機800A以上）。因此，電樞繞組采用橫截面積較大的扁或圓漆包銅線繞制。

換向器的功用是保證電樞繞組產生的電磁轉矩的方向保持不變。換向器由截面呈燕尾形的銅片圍合而成，如圖2-5b所示。燕尾形銅片稱為換向片，換向片與換向片、換向片與軸套以及換向片與壓環之間均用云母絕緣。

3. 電刷組件的特點

電刷組件由電刷、電刷架和電刷彈簧組成，結構如圖2-6所示。電刷組件的功用是將直流電引入電樞繞組。

電刷用銅粉與石墨粉混合后模壓而成，起動機電刷中銅的質量分數為80%左右，石墨的質量分數為20%左右。加入較多銅粉的目的是減小電阻，提高導電性能，石墨可提高耐磨性能。電刷安裝在電刷支架（簡稱電刷架）內，借彈簧張力緊壓在換向器上，電刷彈簧的壓力一般為12～15 N。

一臺起動機有4只電刷架。電刷架直接固定或通過絕緣墊片固定在換向器端蓋上。直接固定在換向器端蓋上的電刷架，稱為負電刷架，安裝在負電刷架內的電刷稱為負電刷；電刷架與換向器端蓋之間安裝有絕緣墊片，電刷架與換向器端蓋絕緣的電刷架，稱為正電刷架，安裝在正電刷架內的電刷稱為正電刷。

4. 殼體與端蓋的特點

起動機的殼體由電動機殼體、驅動端蓋和換向器端蓋三部分組成。電動機殼體用低碳鋼板卷焊或鑄鐵澆鑄而成，用于固定磁極和構成導磁回路；驅動端蓋和換向器端蓋一般都用砂型澆鑄而成，用于安裝支承電樞和離合器總成。電動機殼體上設有一個接線端子，該端子與磁場繞組的一端連接。

直流電動機的工作原理與電工學所述完全相同，故不贅述。

三、傳動裝置的結構原理

起動機的傳動裝置由單向離合器和移動叉組成。單向離合器的功用是單方向傳遞力矩，即起動發動機時，將電動機的驅動轉矩傳遞給發動機曲軸（傳遞動力）；當發動機起動后又能自動打滑（切斷動力），以免損壞電動機。因為發動機飛輪與起動機驅動齒輪之間的傳動比為1∶10～1∶15，當發動機起動后，如果動力聯系不及時切斷，飛輪就會帶動電樞以8000～15000r/min的轉速高速旋轉，從而導致電樞繞組從鐵心槽中甩出而損壞電樞。

起動機采用的離合器有滾柱式、彈簧式和摩擦片式三種。滾柱式和彈簧式離合器主要用于功率較小的汽油機起動機，摩擦片式離合器能夠傳遞較大的轉矩，主要用于柴油機起動機。

（一）滾柱式單向離合器的結構

滾柱式單向離合器的結構如圖2-7所示。傳動導管與外座圈制成一體，外座圈內圓制成十字形空腔。驅動齒輪另一端的內座圈伸入外座圈的空腔內，將十字形空腔分割成楔形腔室，如圖2-8所示。

滾柱有4～6只，安放在楔形腔室內。彈簧一端套有彈簧帽，并安放在外座圈的徑向小孔中。彈簧帽壓在滾柱上，彈簧另一端壓在鐵皮外殼上，鐵皮外殼將內、外座圈卷壓包裝在一起。當起動機尚未投入工作時，彈簧張力將滾柱壓向楔形室較窄一端。

傳動導管套裝在電樞軸上，導管內加工有內螺旋鍵槽，與電樞軸上的外螺旋鍵槽配合而傳遞動力。驅動齒輪與內座圈制成一體，并套裝在電樞軸的光軸部分，既可軸向移動，也可繞軸轉動。

（二）滾柱式單向離合器的工作原理

1）起動發動機時傳遞動力。起動發動機時，駕駛人操縱點火起動開關，在控制裝置（電磁開關）的作用下，移動叉下端便撥動離合器向車后移動，驅動齒輪與發動機飛輪齒圈進入嚙合。當電動機驅動轉矩小于發動機阻力轉矩時，電樞軸僅帶動傳動導管與外座圈轉動，此時驅動齒輪、內座圈和飛輪并不轉動，在內座圈與滾柱之間的摩擦力矩和彈簧力矩作用下，滾柱滾向楔形室較窄一側并將外座圈與內座圈卡成一體，如圖2-9a所示，動力便經電樞軸、傳動導管和外座圈、滾柱、內座圈和驅動齒輪傳遞到發動機飛輪齒圈。

當電動機驅動轉矩達到或超過發動機阻力轉矩時，驅動齒輪便帶動飛輪旋轉，直到發動機被起動為止。在起動發動機時，離合器驅動齒輪為主動部件，發動機飛輪為被動部件。

2）起動發動機后切斷動力。發動機起動后，曲軸在活塞的作用下高速旋轉，發動機飛輪轉為主動部件，單向離合器驅動齒輪轉為被動部件。由于飛輪齒圈與驅動齒輪之間的傳動比較大，因此發動機一旦被起動，飛輪就會帶動驅動齒輪高速旋轉。由于驅動齒輪轉速遠遠高于電樞軸轉速，因此內座圈與滾柱之間的摩擦力矩便使滾柱克服彈簧力矩滾向楔形室較寬一側，如圖2-9b所示，滾柱將在內、外座圈之間跳躍滾動，發動機的動力不會傳遞給電樞軸，即動力聯系切斷。此時電樞軸僅由電樞繞組產生的電磁轉矩驅動而空轉，從而避免電樞超速旋轉而損壞。

四、控制裝置的結構原理

起動機的控制裝置包括電磁開關、起動繼電器和點火起動開關等。電磁開關與起動機安裝在一起。起動機的控制電路大同小異，電磁式起動機的控制電路如圖2-10所示。

（一）電磁開關

電磁開關的功用是控制電動機主電路的接通與切斷。

1）電磁開關結構組成。電磁開關由電磁鐵機構和電動機開關兩部分組成。

電磁鐵機構由固定鐵心、活動鐵心、吸引線圈和保持線圈等組成。固定鐵心與活動鐵心安裝在一個銅套內。固定鐵心固定不動，活動鐵心可在銅套內做軸向移動。活動鐵心前端固定有推桿，推桿前端安裝有開關觸盤6；活動鐵心后端用調節螺釘和連接銷與移動叉連接。銅套外面安裝有一個復位彈簧，其作用是使活動鐵心等可移動部件復位。

電磁開關接線座上一般設有4個接線端子，如圖2-11b所示。

電動機開關由開關觸盤和觸點組成。觸盤固定在活動鐵心推桿的前端；兩個觸點分別與磁場端子C和電源端子30的螺柱制成一體。在開關觸點旁邊，設有一個小銅片制成的附加電阻短路開關，并與接線端子15a相連，該銅片的端面應稍微偏后于電動機開關觸點所在的平面，以便觸盤接通開關觸點時，短路開關能可靠接通，使附加電阻能被短路。

2）電磁開關的工作原理。當吸引線圈和保持線圈通電產生的磁通方向相同時，其電磁吸力便吸引活動鐵心向前移動，直到推桿前端的觸盤將電動機開關觸點接通使電動機主電路接通為止。

當吸引線圈和保持線圈通電產生的磁通方向相反時，其電磁吸力相互抵消，在復位彈簧的張力作用下，活動鐵心等可移動部件自動復位，觸盤與觸點斷開，電動機主電路切斷。

（二）起動繼電器

起動繼電器的結構如圖2-10左上角部分所示，它由電磁鐵機構和觸點總成組成。電磁鐵機構的線圈分別與殼體上的點火開關端子IG和搭鐵端子E連接，固定觸點與起動機端子S連接，活動觸點經觸點臂和支架與蓄電池端子BAT連接。起動繼電器的觸點為常開觸點，當線圈通電時，繼電器鐵心產生電磁吸力將觸點吸閉，從而將繼電器控制的吸引線圈和保持線圈電路接通。

起動繼電器觸點的閉合電壓12V電器系統為6.0～7.6V，24V電器系統為14～16V；斷開電壓12V電器系統為3.0～5.5V，24V電器系統為4.5～8V。