汽車起動機與發電機的結構特征研究范文

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1汽車起動用電動機———起動機

1．1直流電動機

電動機產生旋轉動力，一般運用串勵型直流電動機，尤其是適用于某些大功率機車發動機，因為它可以更好地適應負荷的變化。電動機的并勵型磁場線圈在電壓恒定的條件下，磁密度隨著激磁電流的改變而產生的變化很小，這便實現了電機的平穩運行。但在負荷變強之時，串勵磁場線圈可能會增強電動機之前所保持的磁通，進而導致轉矩變大、轉速減小。換句話說，轉速變低轉矩會變大，轉速提升轉矩變小。這種機械特點非常適用于轎車發動機的發動，同時還能保證電動機的平穩運行。

1．2單向離合器

離合器實現了電動機與發動機的適時分離，小齒輪與轉輪只在初期嚙合，當發動機達到一定轉速并可繼續自行轉動后，它們便分離。當電機轉速小于飛輪轉速之時，發動機可以自行切斷它們之間的關聯，這時發動機轉矩便不再反傳給起動機，從而保證了電樞在超速運行的情況下不會受損。

1．3控制開關

控制裝置包括開關盒與控制組兩部分，開關盒主要實現蓄電池與電機電控按鈕的接通與斷開，開關盒里面配有動、靜觸點，并由原來的機械操控變成現在的電磁控制，同時對電路進行保護。電起動經典結構如圖1所示。

2機車起動機輕型化

上世紀中期，起動機輸入電壓大幅提升，由6V變為12V，這便意味著通電電流的變小，由此完成了起動機的輕型化轉變。上世紀60年代又實現了軸承構架的變革，構架原料的改變大大降低了起動機的重量。當時的構架基本采用價格相對較高的鋁材料來制造，這是因為:(1)模型鑄造技術的提升;(2)變形測量技術的提升;(3)應力測量技術水準的提升;(4)后續工作中切割加工速度提升等。起動機不斷變輕變形進程可如圖2所示。1970年后，針對寒冷區域機車自起動和追求更輕型的目標要求，安裝在電動機和小齒輪兩者之間的減速設備———行星齒輪減速型機車起動機出現，尤以小轎車中最為常見，如圖3所示。1980年以后，永磁勵磁起動機出現，并電動機機身進行改進，當時鐵氧體永磁材料電動機風靡一時。但為了起動機更加時尚先進，同時為做到上面所說的串復勵直流電動機的軟性，必須要對起動機進行結構改裝，因此設計出配置軸型磁場構架，如圖4所示。在磁極輔助區域，電流產生磁場的電樞反應變強，所以大電流區的轉矩也隨之增大，同時小電流區隨著轉速的增加增磁作用開始減弱，平均磁通量降低，電機開始高速運轉狀態。此外，在負荷變大電流增強的時候，因為電樞反應中磁場會減弱磁體的能量并可致使其消磁，所以這就需要抗消磁能力強硬且磁能聚集量大的永磁性材料，比如稀土材料。自此之后，結構上基本沒有大的變動，但實現大轉動比、小電機長度、直徑以及磁體的高性能等，進而實現起動機不斷變小變強的追求一直是未來的發展趨勢。

3交流發電機

起初，在轎車中安裝發電機是為了給電池充電并獲取較大的輸出電流。20世紀初，Dynamo直流型發電機出現并盛行半個世紀之久，直到1960年之后，全球發達國家的轎車擁有量大幅提高，機車在城市中低速運轉時間較長，同時機車起動次數增加，因此導致蓄電池常常蓄不足電量，所以對直流型發電機提出更高要求，要求其不僅能輸出更大功率，還要縮短蓄電池充滿電所需時長。這一情況增加了電機在發動機內安裝的難度，因為發電機體積與重量增加了。同時，汽車產業在不斷向前發展的進程中，對發動機轉速的可變動范圍的要求也越來越大。在發動機高速運轉的情況下，發電機換向比較困難且換向器和電刷之間會產生大量的火花，還可能導致發電機難以正常運行。所以，為適應現代機車的發展需求，交流型發電機開始登上舞臺，直流型發電機逐漸退出市場。交流型發電機比直流型發電機有更多更好的變現，不僅能保持體積小巧、重量輕盈、比功率大、使用年限長，同時還有良好的低速充電性能，因此被廣泛應用。近幾十年來，汽車產業迅猛發展，交流型發電機也隨之不斷改進與變革。比如:最初的觸點與晶體管式的電壓調控裝置比較大，難以和發電機配套工作，但是集成電路電壓調控裝置出現后便改變了這一狀況，因為它有更小的體積以及更加優秀的功能。再有，6管硅整流型發電機到8管硅整流型發電機的演變等等。隨著汽車產業的不斷發展，車身空調、燃料系統電子化、廢氣凈化以及電動構造的增加，汽車的耗電量也隨之增加，所以輸出的電流以及發電機發熱量也在不斷增加。所以，對調壓裝置及二極管半導體等工作的溫度環境提出了更高的要求，如何快速有效地冷卻發電機開始為人研究。研究期間，先后出現了將風扇安裝在皮帶輪一側的外扇型冷卻裝置以及將風扇安裝在轉子兩側的內扇型冷卻裝置，其中內扇型冷卻裝置在1980年后開始流行。因為皮帶輪可以在較高的轉速下工作，同時可提供更大的轉動比，所以冷卻效率得以提升。從機械方面講，交流發電機屬于發動機構造的范疇，其效率提升可直接減少燃料費用的支出。通常情況下，交流型發電機的效率提高30個百分點，發動機燃料損耗可降低1個百分點。所以，體積更小、性能更加卓越的雙內風扇雙風管道的交流型發電機迅速崛起。如今，水冷式交流型發電機問世，它對定子線圈和二極管等部件的冷卻有更加明顯的作用，同時它不借助冷卻風就能大幅降低因轉子運作而產生的噪音。不僅如此，它還能有效緩解燃料成本增加與用電量增大的問題，所以它頻現于高級轎車之中。

4組合式起動機/發電機裝置

如今汽車行業比較喜歡把交流型發電機和起動機組裝成一個整體。比如美國德爾福Enetgen系統，一般在發電機安置區裝有組合起動裝置，同時能輸出約5KW的功率，其研發的“停止－起動”裝置在汽車行進過程中遇到紅燈時會斷開離合器，發動機也會自行熄火，這能有效減少機車低速行駛過程中的燃料損耗及廢氣排放。當信號燈變為綠色時，只要輕踩油門，發動機又會被迅速喚醒。不僅如此，當發動機停止工作時，發電機仍能支持空調工作并保證車內舒適度。俄羅斯西方科技大學在和JMEPOH的科研合作中，對伏爾加汽車制造廠制造的伐斯型汽車完成了“起動－發電一體化”設備的研發，即CRY研發［2］。CRY是汽車電源機組，主要包括變換器和無換向器電機兩部分，整套還包括電力電容器和保證系統正常運行的調控元件，CRY可與電源電壓變換器同時工作。CRY在電動機和發電機兩種工作環境下，可產生12V與42V的車載兩級電壓。電機安放于傳動箱和圓筒體之間的特定區域內。為了有效冷卻電機中的定子，在電機內設置冷卻液流轉專用的冷卻溝，而電機轉子作為發動機飛輪被直接安放于曲軸一端。以上設備可完成大功率的雙向傳遞工作，同時保證低速工作時曲軸扭轉的穩定性，減少曲軸振動與噪音。因為離合器溫度較高，同時油泄露、磨損以及含塵比例等對其提出了更高要求，所以不能用帶有換向器的電機工作。如果運用非同步電機，則需要克服轉子在狹小空間內散熱的難題，因此在帶整流橋永磁同步電機研發的基礎上研制出“起動－發電一體化”設備。但由于配高橋頑力磁鋼永磁體電機制造費用較高，所以采用可逆向、無觸點、可同步的感應子型電動機，因為它的轉子軸無繞組、帶齒輪，同時損耗最低。而定子內部則安置了同心線圈型多相繞組，構架及制造流程簡單，同時其端部沒有交叉還能保證電機的平穩運行。

5小結

如今，汽車電氣構造的變革不僅影響汽車的發展進程，還要依托電子科技、材料加工技術以及電腦解析技能等優勢，若沒有這些科學技術作為基礎，汽車部件制造產業不會有很大發展。利用這些新技術可以加強交流型發電機與起動機等汽車部件的創新、變革與完善，大力發展汽車工業，促進汽車工業的現代化進程發展。

本文作者：魏玉單位：三門峽職業技術學院