4.2 起动机用直流电动机,4.2.1直流电动机的工作原理,图4-6 直流电动机工作原理,4.2.2直流电动机的结构组成,起动机的直流电动机主要由定子、转子、换向器、电刷及端盖等组成，如图4-7所示图4-7 起动机用直流电动机结构,1.定子,定子亦称磁极，其作用是产生磁场，分励磁式和永磁式两类为增大转矩，汽车起动机通常采用四个磁极，两对磁极相对交错安装，定子与转子铁心形成的磁力线回路如图4-8所示，低碳钢板制成的机壳是磁路的一部分图4-8 电动机磁路,（1）励磁式定子励磁式电动机定子铁心为低碳钢，铁心磁场要靠绕在外面的励磁绕组通电建立为使电动机磁通能按设计要求分布，将铁心制成如图4-9所示的形状，并用埋头螺栓紧固在机壳上励磁绕组由扁铜带（矩形截面）绕制而成，其匝数一般为6～10匝；铜带之间用绝缘纸绝缘，并用白布带以半叠包扎法包好后浸上绝缘漆烘干而成图4-9 励磁式电动机定子,采用励磁式定子的电动机，其励磁绕组与转子串联连接，故称串励式电动机具体连接如图4-10所示，先将励磁绕组两两串联后并联再与电枢（转子）绕组串联图4-10 串励式电动机,（2）永磁式定子永磁式电动机（图4-11）不需要电磁绕组，可节省材料，而且能使电动机磁极的径向尺寸减小；在输出特性相同的情况下其质量比励磁定子式电动机可减轻30％以上。
图4-11 永磁式电动机,条形永久磁铁可用冷粘接法粘在机壳内壁上或用片状弹簧均匀地固装在起动机机壳内表面上由于结构尺寸及永磁材料性能限制，永磁起动机的功率一般不大于2kW2.转子,转子亦称电枢（图4-12），由电枢轴、铁心、电枢绕组和换向器等组成转子的作用是产生电磁转矩图4-12 转子（亦称电枢）实物照片,典型起动机转子结构如图4-13所示转子铁心由硅钢片叠成后固定在转子轴上铁心外围均匀地开有线槽，用以放置转子绕组；转子绕组由较大矩形截面的铜带或粗铜线绕制而成图4-13 起动机转子,在铁心线槽口两侧，用轧纹将转子绕组挤紧以免转子高速旋转时由于惯性作用将绕组甩出，转子绕组的端头均匀地焊在换向片上为防止铜制绕组短路，在铜线与铜线之间及铜线与铁心之间用性能良好的绝缘纸隔开减速型起动机转子速度较普通型转子转速提高了50％～70％，绝缘性能及动平衡要求均较高，因此采用环氧树脂涂封或耐热尼龙纸作为转子槽绝缘纸换向器由铜片和云母叠压而成，压装于电枢轴前端，铜片间绝缘，铜片与轴之间也绝缘，换向片与线头采用锡焊连接减速型起动机的换向器用塑料取代了云母，换向片与线头采用了银铜硬钎焊，既耐高速又耐高温考虑到云母的耐磨性较好，当换向片磨损以后，云母片就会凸起，影响电刷与换向片的接触，因此，有些起动机的换向片之间的云母片较换向片割低0.5～0.8 mm。
转子轴驱动端制有螺旋形花键，用以套装传动机构中的单向离合器转子与定子铁心之间的气隙，普通起动机一般为0.5～0.8 mm，减速型起动机一般为0.4～0.5 mm3.电刷端盖,电刷端盖（图4-14）一般用浇铸或冲压法制成，盖内装有四个电刷架及电刷，其中两只搭铁电刷利用与端盖相通的电刷架搭铁另外两只电刷的电刷架则与端盖绝缘，绝缘电刷引线与励磁绕组的一个端头相连接，如图4-10和图4-15所示图4-14电刷端盖实物,起动机电刷通常用铜粉（80％～90％）和石墨粉压制而成，以减少电阻并提高耐磨性电刷架上有盘形弹簧，用以压紧电刷图4-15 起动机用电刷及端盖,4.驱动端盖,驱动端盖上有拨叉座和驱动齿轮行程调整螺钉，还有支撑拨叉的轴销孔为了避免电枢轴弯曲变形，一些起动机装有中间支撑板端盖及中间支撑板上的轴承多用青铜石墨轴承或铁基含油轴承轴承一般采用滑动式，以承受起动机工作时的冲击性载荷有些减速型起动机采用球轴承两端盖与机壳靠两个较长的穿心连接螺栓将起动机组装成一个整体端盖与机壳之间的接合面上一般制有定位用安装记号4.2.3直流电动机工作特性,直流电动机按励磁方式可分为永磁式和电磁式两大类，电磁式按励磁绕组与电枢绕组的连接关系又可分并励式、串励式和复励式三种，如图4-16所示。
a）永磁式 （b）并励式 （c）串励式 （d）复励式 图4-16 直流电动机类型,图4-17 直流电动机机械特性比较,永磁式直流电动机磁极磁通工作时保持不变并励式直流电动机励磁绕组与电枢绕组联在同一电源上，若外电压不变、励磁电阻不变，则每极磁通也基本不变故永磁式、并励式电动机转速与转矩之间的关系基本相同转速将随转矩的增加而近似地按线性规律下降，但下降很小即它们具有较“硬”的机械特性，适应性能较差永磁、并励式直流电动机常用于减速型起动机串励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相串联，电枢电流等于励磁绕组电流，并与总电流相等串励式直流电动机具有起动转矩大，轻载转速高，重载转速低，短时间内能输出最大功率等特点，具有较“软”的机械特性，因此特别适合应用于直接驱动式起动机复励式电动机的磁极上有两组励磁绕组，一组同电枢串联，另一组则同电枢并联复励式电动机在空载运行的情况下与并励电动机相似，加了负载后，串励绕组的磁场将随负载的增加而加强，运行情况接近串励电动机因此它的机械特性比并励式软，较串励式硬复励式直流电动机被一些大功率起动机所采用图4-17 直流电动机机械特性比较,4.2.4起动机与发动机、蓄电池的匹配,1.起动机的功率及其影响因素,1）起动机的功率,图4-18 起动机特性曲线,,起动机在全制动（ ＝0）和空载（ ＝0）时，其功率均为0，而在接近全制动电流一半时其输出功率最大。
起动机工作时间短暂（仅几秒钟），允许在最大的功率状态下工作因此，起动机的额定功率一般也就是电动机的最大功率或接近于最大功率2）影响起动机功率的因素,起动机的工作电流很大（达几百安培），蓄电池、起动机电源内阻及起动电路电阻对电动机的输出功率会有很大影响1）接触电阻和导线电阻 （2）蓄电池容量 （3）环境温度2.起动机基本参数的确定,1）起动机功率的选择,起动机的功率P（kW）应根据发动机起动所需功率选取，它取决于发动机的起动阻力矩 （N·m）和最低起动转速 （r／min），并可由下式计算：,,,,发动机的起动阻力矩是指在最低起动转速时的发动机阻力矩，主要包括气缸气体压缩阻力矩、运动件的摩擦阻力矩和惯性力矩发动机的最低起动转速是指起动时能保证进入气缸内的混合气在压缩终了时具有一定的温度和良好的雾化，能使发动机可靠点火发动所需的最低转速汽油发动机的最低起动转速为50～70r／min，而柴油发动机的最低起动转速为100～200r／min温度为0℃时发动机起动所需功率可由经验公式推算： 汽油发动机： P＝（0.18～0.22） L 柴油发动机： P＝（0.74～1.1） L,2）传动比选择,起动机与发动机的传动比一般在如下范围内选择：汽油发动机为13～17，柴油发动机为8～10。
3）蓄电池容量的选择,起动机的功率确定以后，可以按经验公式确定蓄电池的容量：,,式中 U——起动机额定电压（Ⅴ）； P——起动机额定功率（kW）； C——蓄电池额定容量（A·h）对于大功率起动机（7.0～10kW），蓄电池的容量可以选择比计算值小一些。