3.2 直流电动机（课件） 《汽车常规电气设备构造与维修》同步教学（高教版）

。 3.2 直流电动机 一、直流串励式电动机的构造 直流串励式电动机主要由电枢、磁极、机壳、端盖、电刷与电刷架等部件组成。如图3-3所示。 1．电枢 电枢是电动机的转子，用来产生电磁转矩。它由铁心、绕组、换向器和电枢轴等组成，如图3-4所示。 (1)铁心： 铁心由硅钢片冲制叠压而成。为减少涡流损失(磁损)，硅钢片两侧涂有绝缘漆或经氧化处理，铁心外圆冲有线槽，以便安放电枢绕组。 (2)绕组： 起动机要产生较大的转矩，而供电电压又很低，因此电枢绕组的电流都很大，电枢绕组都是用较粗的矩形裸铜线绕制而成。为了防止裸体导线短路，在铁心与铜线之间、铜线与铜线之间用绝缘性能较好的复合绝缘纸隔开。电枢绕组各线圈的端头都焊在换向器铜片的凸缘上，通过电刷将蓄电池的电流引入。 (3)换向器： 电枢绕组各线圈的端头均焊接在换向器的换向片上，通过换向器和电刷将蓄电池的电流引进来，并适时地改变电枢绕组中电流的方向。它由一定数量的燕尾形铜片压装而成。铜片与铜片之间、铜片与压环、轴套之间均用云母(或硬塑料)绝缘。铜片的一端有焊接电枢绕组端头的凸缘。为了避免电刷磨损的粉末落人铜片间形成短路，起动机的铜片间云母不割低。 (4)电枢轴： 电枢轴一般用优质钢材制成。除了固装铁心和换向器外，还伸出一定长度的花键及阶梯光轴，用以套装传动机构和在端盖上作支承用。 2．磁极 磁极的作用是建立磁场。它由磁极铁心和励磁绕组组成。为了增加起动转矩，磁极数一般为4个，功率大于7．35kW的起动机有用6个磁极的。 （1）铁心：用低碳钢制成，呈靴形，以便使磁场合理分布和便于绕组安装。铁心用螺钉固定在起动机外壳上。 （2）绕组：绕组用裸体扁铜线绕制，匝间用复合绝缘纸绝缘。外部用无碱玻璃纤维带包扎，并经浸漆烘干，套装在铁心上。励磁绕组的线匝绕向，必须保证通电后产生N、S交叉排列的极性，如图3-5 a）所示。并通过机壳形成磁路，如图3-5 b）所示。 图3-5励磁绕组的排列与磁极磁路 a)励磁绕组的排列 b)磁极磁路 绕组的连接方式有两种，即串联和串并联，如图3-6所示，采用串并联连接，电动机的总电阻较小，工作时可获得更大的电流，提高输出功率。 3．机壳 机壳是起动机的外壳，也是电动机的磁路部分，如图3-7。它由低碳钢板卷压焊接成圆筒形状或由无缝钢管加工而成，内部固定磁极，在它的一端开有检查电刷与换向器的窗口，平时用防尘箍密封。机壳中部装有一个与之绝缘的电流输人接线柱，机壳两端止上有组装定位销或缺口。 4．端盖 端盖有两个。后端又称驱动盖，用以安装起动机和容纳传动机构，用灰铸铁铸造，有安装凸缘和螺栓孔，因轴较长，故在其中间加有一中间支承。前端盖一般用钢板压制，盖中均压装青铜石墨轴承或铁基含油轴承，外围有两个螺孔，起动机装配时，用两个螺栓将前、后端盖及外壳联为一体。 5．电刷与电刷架 电刷与换向器配合，将电流引入电枢绕组。它由铜粉与石墨粉压制而成，一般含铜80％～90％，呈棕红色，其顶部有软铜引线。 电刷架多制成框式，固定在前端盖上，正极电刷架与前端盖绝缘，负极电刷架直接搭铁，电刷架上装有弹力较强的盘形弹簧。电刷及电刷架的组合，如图3-8所示。 二、直流串励式电动机的工作原理 1．工作原理 直流电动机是将电能转换为机械能，并产生转矩的设备。它是根据载流导体在磁场中受力的原理设计而成的。 图3-9是直流电动机的工作原理图。图中永久磁铁作磁极，产生磁场，在磁场中放置一个能绕其轴旋转的线圈。线圈的两端各连接一个随线圈转动的半圆形换向片，与换向片接触的电刷固定不动，它们经导线与蓄电池的两极连接。 图3-9直流电动机的工作原理 a)线匝中电流方向为a→d b)线匝中电流方向为d→a 接通电源，在线圈中就有电流通过，电流方向如图所示。根据左手定则可知，此时线圈将产生逆时针方向转矩。当线圈转过180°的，虽然线圈在磁场中的位置发生了变化，但各边的电流方向，在换向片的作用下，也随之改变，即在N极和S极下导线中电流的方向保持不变。故电磁转矩的方向并不改变，线圈将继续旋转。 汽车上实际应用的电动机，为了获得较大的功率和转矩，获得比较平稳的转速，增加了线圈的数量与换向片数。同时，为了提高磁感应强度，并获得理想的电机特性，采用由励磁绕组电流产生的电磁场。 2．转矩与电压平衡方程 （1）直流电动机的转矩 电动机的电磁转矩M取决于磁通φ、电枢电流Is的乘积，即M= CmφIs 　 式中Cm—电机结构常数 由此可见，电机动机转矩的大小与电枢电流Is和磁极磁通φ的乘成正比。 （2）电压平衡方程式 电机接通电源时，绕组中有电流通过，产生转矩使电枢旋转，而电枢旋转时，其绕组又会切割磁力线。根据电磁感应定律，将产生一个与电枢电流方向相