第二节 起动机的结构、工作原理及特性

本节介绍目前使用最广的电磁操纵强制啮合式起动机，其结构如图2-2所示。

图2-2 强制啮合式起动机的结构

1—回位弹簧 2—保持线圈 3—吸引线圈 4—电磁开关壳体 5—触点 6—接线柱 7—接触盘 8—后端盖 9—电刷弹簧 10—换向器 11—电刷 12—磁极 13—磁极铁心 14—电枢 15—磁场绕组 16—移动衬套 17—缓冲弹簧 18—单向离合器 19—电枢轴花键 20—驱动齿轮 21—罩盖 22—制动盘 23—传动套筒 24—拨叉

一、直流电动机

1.直流电动机的工作原理

（1）电磁转矩的产生 直流电动机依靠带电导体在磁场中受磁场力的作用而产生电磁转矩，其工作原理如图2-3所示。

图2-3 直流电动机工作原理

1—负极电刷 2—换向器铜片 3—正极电刷 4—电枢绕组

电源的直流电通过电刷和换向铜片引入电枢绕组，电枢绕组电流的方向为a→b→c→d，电枢绕组的两匝边便受磁场力F的作用而形成电磁转矩M（图2-3a）。在M的作用下，电枢绕组转动，当ab匝边转到下半平面、cd匝边转到上半平面时，a端换向片与d端换向片交换所接触的电刷，使电枢绕组的电流换向（d→c→b→a），电枢绕组两匝边受磁场力F作用所形成的电磁转矩M的方向保持不变（图2-3b）。在方向不变的电磁转矩M作用下，电枢便可持续转动。

可见，直流电动机换向器的作用就是将电源的直流电转换为电枢绕组内的交流电，使电枢电流及时换向，以使电枢产生一个方向不变的电磁转矩。

实际直流电动机为了能产生足够大且稳定的电磁转矩，其电枢采用多匝绕组串联而成，并由多片换向铜片组成换向器。

根据安培定律，可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量Φ和电枢电流IS之间的关系：

M=CmΦIS

Cm为电动机的结构常数，它与电动机磁极对数P、电枢绕组导线总根数Z及电枢绕组电路的支路对数a等有关（Cm=PZ/2πa）。

（2）直流电动机的工作过程 通电的直流电动机其电枢在电磁转矩M的作用下转动起来时，电枢绕组就因切割磁力线而产生电动势Ef，此电动势与电枢电流IS的方向相反（图2-3），故称其为反电动势。Ef与磁极的磁通量Φ和电枢的转速n成正比：

Ef=CeΦn式中的Ce为电动机结构常数（Ce=PZ/60a）。因此，当直流电动机转动起来之后，其电枢回路的电压平衡方程为

U=Ef+ISRS

式中，RS为电枢回路的电阻，它包括电枢绕组的电阻和电刷与换向器的接触电阻。

在直流电动机刚接通电源的瞬间，电枢转速n为0，Ef也为0，电枢绕组通过最大电流（Ism=U/RS），并产生最大的电磁转矩Mmax，Mmax大于电动机的阻力矩MZ，电枢开始转动并加速。随着电枢转速的上升，Ef增大，电枢电流IS便开始下降，电磁转矩M也就随之下降。当M下降至与MZ相平衡（M=MZ）时，电枢就在此转速下稳定运转。

如果直流电动机在稳定运转状态下负载增大（M<MZ），就会出现如下的变化：

n↓→Ef↓→IS↑→M↑→M=MZ，于是，电动机在新的转速下稳定运转。

如果直流电动机的工作负载减小（M>MZ），则出现如下的变化：

n↑→Ef↑→IS↓→M↓→M=MZ，电动机又在新的转速下稳定运转。

可见，直流电动机具有自动调节转矩功能，工作时当负载突然变化时，可通过转速、电流和转矩的自动变化来平衡负载的改变，使之能在新的转速下稳定工作。

2.直流电动机的构造

直流电动机由电枢、磁极、换向器、电刷与刷架及其它附件组成，如图2-4所示。

图2-4 直流电动机的组成部件

1—前端盖 2—电刷与刷架 3—磁极绕组 4—磁极铁心 5—电动机壳体 6—电枢总成 7—后端盖

（1）电枢总成电枢总成的作用是通入电流后，在磁极磁场的作用下产生一个方向不变的电磁转矩。电枢总成由电枢轴、铁心、电枢绕组及换向器等组成，如图2-5所示。

图2-5 电枢总成

1—换向器铜片 2—云母片 3—电枢铁心 4—电枢绕组 5—电枢轴

电枢铁心用多片内外圆均带槽、表面绝缘的硅钢片叠成，通过内圆花键槽固定在电枢轴上，外圆槽内绕有电枢绕组；电枢绕组一般用较粗的扁铜线，采用波绕法绕制，各绕组的端子与换向器铜片焊接，使各电枢绕组形成串联。

换向器由铜片和云母片叠压而成，压装于电枢轴的一端，云母片使铜片间、铜片与轴之间均绝缘。根据电刷材质的不同，换向器铜片之间的云母片有低于铜片和与铜片平齐两种。云母片低于铜片的主要是为了避免铜片磨损后云母片外突而造成电刷与换向器接触不良；云母片与铜片平齐则主要是防止电刷粉末落入铜片之间的槽中而造成短路。国产起动机直流电动机的电刷较软，换向器云母片一般不低于铜片，但许多进口汽车起动机的直流电动机其电刷较硬，换向器云母片通常是低于铜片。

（2）磁极 磁极用于在电动机内形成一个磁场，励磁式电动机的磁极由铁心和磁极绕组构成，用螺钉固定在电动机壳体上。为增大电磁转矩，一般采用4个磁极，有的大功率起动机采用6个磁极。磁极绕组也是用粗扁铜线绕制而成，与电枢绕组采用串联方式，如图2-6所示。

图2-6 磁极绕组的连接

a）四磁场绕组串联 b）磁场绕组两两串联后再并联

（3）电刷与刷架 电刷用铜粉和石墨压制而成，石墨中加入铜粉是为了减小电阻和增加耐磨性。刷架多为柜式，刷架上的盘形弹簧用于将电刷紧紧地压在换向器铜片上（图2-7）。在4个电刷架中，其中一对电刷架与机壳直接相通而构成了电动机内部电路搭铁。有的电动机则是通过磁场绕组的一端与机壳连接实现内部电路搭铁，这种电动机的所有电刷架都与机壳绝缘。

（4）轴承与端盖 电动机轴承安装于前后端盖上，端盖与机壳用螺栓固定。普通起动机的电动机一般采用青铜石墨滑动轴承或铁基含油滑动轴承；减速起动机由于其电枢的转速很高，电动机轴承一般采用滚柱轴承或滚珠轴承。

图2-7 电刷与刷架

1—电刷 2—盘形弹簧 3—柜式电刷架 4—换向器 5—起动机前端盖

二、传动机构

普通起动机传动机构的主要组成部件是单向离合器，减速起动机则增加了一组减速齿轮。

1.单向离合器

单向离合器的作用是起动时将电动机的电磁转矩传递给发动机飞轮，而在发动机起动后，就立即打滑，以防止发动机飞轮带动电动机高速旋转而造成电动机电枢飞散事故。起动机单向离合器常见的有滚柱式、摩擦片式、扭簧式、棘轮式等几种形式。

（1）滚柱式单向离合器 滚柱式单向离合器有十字腔和十字块两种结构形式，如图2-8所示。

图2-8 滚柱式单向离合器

a）十字腔形式 b）十字块形式

1—传动套筒 2—移动衬套 3—缓冲弹簧 4—带十字腔座圈 5—滚柱 6—带柄驱动齿轮 7—罩壳 8—卡簧 9—弹簧及活柱 10—驱动齿轮 11—单向离合器外壳 12—十字块 13—护盖 14—弹簧座 15—垫圈

滚柱式单向离合器的两种结构形式其工作原理相似。以十字块式为例（图2-8b），单向离合器的外壳11与驱动齿轮10连为一体，外壳和十字块12装配后形成四个楔形槽，槽中有四个滚柱，滚柱的直径大于槽窄端又小于槽宽端，弹簧及活柱将滚柱推向槽窄端，使得滚柱与十字块及外壳表面有较小的摩擦力。十字块与传动套筒1刚性连接，传动套筒安装在电枢轴花键部位，使单向离合器总成可轴向移动和随轴转动。

图2-9 滚柱式单向离合器工作原理

a）起动时传递电磁转矩 b）起动后打滑

1—十字块 2—弹簧及活柱 3—楔形槽 4—单向离合器外壳 5—驱动齿轮 6—飞轮 7—活柱 8—滚柱

起动时，电枢轴通过花键带动传动套筒而使十字块转动，十字块相对于外壳顺时针转动，使滚柱在小摩擦力的作用下滚向槽窄端而被卡紧，外壳随十字块一起转动，电动机的电磁转矩就通过单向离合器传递给了驱动齿轮（图2-9a）。发动机一旦起动，发动机飞轮带动驱动齿轮旋转，使外壳的转速高于十字块，十字块相对于外壳的逆时针转动使滚柱滚向槽宽端而打滑（图2-9b），从而避免了发动机飞轮带动起动机电枢高速旋转而造成“飞散”事故的危险。

滚柱式单向离合器结构简单紧凑，在中小功率的起动机上被广泛采用，但在传递较大转矩时，滚柱容易变形而卡死。因此，滚柱式单向离合器不适用于较大功率的起动机。

（2）摩擦片式单向离合器 摩擦片式单向离合器也有两种结构形式，如图2-10所示。

图2-10 摩擦片式单向离合器

a）外接合鼓驱动式 b）齿轮柄驱动式

1—限位套 2—衬套 3—驱动齿轮 4—限位螺母 5—弹性垫圈 6—压环 7—调整垫圈 8—从动摩擦片 9、15—卡环 10—主动摩擦片 11—内接合鼓 12—缓冲弹簧 13—传动套筒 14—移动衬套 16—外接合鼓 17—驱动齿轮柄 18—小弹簧 19—电枢轴

以外接合鼓驱动式为例（图2-10a），传动套筒13安装在电枢轴右螺旋花键部位，其外圆则通过三线螺旋花键与内接合鼓11连接，当内接合鼓与传动套筒之间有相对转动时，内接合鼓就会产生轴向移动；内接合鼓外圆上有凹槽，与主动摩擦片10的内突齿相配合；从动摩擦片有外突齿，插入外接合鼓16的槽中，外接合鼓与驱动齿轮3连为一体；传动套筒自左向右还装有弹性垫圈5、压环6和调整垫圈7，端部用限位螺母4轴向固定。

起动时，起动机电枢带动传动套筒转动，内接合鼓的惯性作用使其与传动套筒之间产生相对的转动，内接合鼓轴向左移，将主、从动摩擦片压紧。这时，电动机的电磁力矩就通过单向离合器传递给驱动齿轮。发动机一旦起动，发动机飞轮带动驱动齿轮高速转动，使内接合鼓的转速高于传动套筒的转速，内接合鼓与传动套筒之间产生了与起动时相反的相对转动，使内接合鼓轴向右移，这时，主、从动摩擦片间的压力消失而打滑，从而避免了起动机电枢被发动机带动而超速旋转的危险。

在起动时，如果因发动机起动阻力矩过大而使驱动齿轮未能带动发动机飞轮转动时，就会因内接合鼓与传动套筒之间仍存在的相对转动而使内接合鼓继续左移，使摩擦片的压紧力继续增大，导致弹性垫圈在压环凸缘的压迫下弯曲；当弹性垫圈弯曲到一定程度时，内接合鼓的左端顶到了弹性垫圈上而不能再左移，使主、从动摩擦片的压力不再增加，传递的转矩也就不再增大，从而避免了电动机因负载过大而被烧坏的危险。

摩擦片式单向离合器可以传递较大的转矩，用于功率较大的起动机。摩擦片式单向离合器所传递的最大转矩会因摩擦片的磨损（使弹性垫圈的最大变形量减小）而降低，因此，在使用中需要经常进行检修和调整，其结构也比较复杂。

（3）扭簧式单向离合器 扭簧式单向离合器的结构如图2-11所示。

图2-11 扭簧式单向离合器结构

1—衬套 2—驱动齿轮 3—挡圈 4—月形圈 5—扭力弹簧 6—护套 7—垫圈 8—传动套筒 9—缓冲弹簧 10—移动衬套 11—卡簧

传动套筒8与起动机电枢以螺旋花键连接，驱动齿轮柄松套在传动套筒上，月形圈4限制了驱动齿轮和传动套筒之间的轴向相对移动，但不妨碍其相对转动。扭力弹簧包在驱动齿轮柄和传动套筒的外圆表面，弹簧的两端各有1/4圈内径较小，分别箍紧在驱动齿轮柄和传动套筒上。

起动时，扭力弹簧在其两端摩擦力的作用下被扭紧，整个弹簧紧箍在驱动齿轮柄和传动套筒上而传递转矩。发动机发动后，由于驱动齿轮转速高于电枢的转速，扭力弹簧放松，使驱动齿轮在传动套筒上滑转。

扭簧式单向离合器结构简单，使用寿命长，但由于扭力弹簧的轴向尺寸较大，故不宜在小型起动机上装用。

2.减速机构

减速起动机在电枢和驱动齿轮之间设有减速机构，速比一般为2～4。起动机增设了减速机构后，可采用小型高速低转矩的电动机，电动机电流也可减小。因此，减速起动机的体积小、重量轻而便于安装；起动性能提高，减小了蓄电池的负担。

减速起动机减速机构有外啮合式、内啮合式和行星齿轮啮合式，如图2-12所示。

图2-12 减速起动机减速机构的类型

a）外啮合式 b）内啮合式 c）行星齿轮啮合式

1—主动齿轮 2—从动齿轮 3—齿圈 4—行星轮 5—行星架

（1）外啮合式减速机构 外啮合式减速机构传动中心距较大，受起动机结构的限制，其减速比不能太大，因此，一般只在小功率的起动机上应用。外啮合式减速机构的从动齿轮的轮齿通常是制在单向离合器的壳体上。一些外啮合式减速机构的主、从动齿轮之间还用一个惰轮进行过渡传动，以使电磁开关铁心与驱动齿轮同轴心，电磁开关铁心的移动可直接推动驱动齿轮轴向移动而与飞轮啮合，无需拨叉，这种起动机的外形与普通起动机会有较大的差别。

（2）内啮合式减速机构 内啮合式减速机构传动中心距小，可以有较大的减速比，故可适用于较大功率的起动机。内啮合式减速起动机的驱动齿轮轴向移动需用拨叉拨动，因此，内啮合式减速起动机的外形与普通起动机相似。

（3）行星齿轮啮合式减速机构 行星齿轮传动具有结构紧凑、传动比大、效率高的特点。行星齿轮啮合式起动机由于输出轴与电枢轴同心、同旋向，电枢轴无径向载荷，可使整机尺寸减小；除了增加行星齿轮减速机构的差别，行星齿轮式减速起动机其它轴向位置上的结构与普通起动机相同，因此，这些配件是可以通用的。

三、电磁开关

1.电磁开关的结构

电磁开关主要由吸引线圈、保持线圈、活动铁心、接触盘、触点等组成，典型的电磁开关结构如图2-13所示。

图2-13 电磁开关的结构

a）内部结构 b）外观

1、13—主接线柱 2—附加电阻短路接线柱 3—导电片 4—接触盘 5—磁轭 6—吸引线圈及保持线圈 7—接触盘推杆 8—活动铁心 9—回位弹簧 10—调节螺钉 11—拨叉 12—电磁开关接线柱

电磁开关两主接线柱1、13分别连接蓄电池和电动机，两主接线柱的另一端（电磁开关内部）是相应的触点，由接触盘4将其接通；电磁开关接线柱内部连接着吸引线圈和保持线圈，外部通过电路连接起动开关或起动继电器；柴油发动机、电子点火式（点火线圈无附加电阻）汽油发动机的起动机，其电磁开关无附加电阻短路接线柱。电磁开关活动铁心8右端通过螺钉连接拨叉11，左端连接接触盘的推杆（或与推杆保持一定的间隙）。当活动铁心被电磁开关线圈吸动左移时，就会带动拨叉和接触盘。

2.电磁开关的工作原理

电磁开关内的吸引线圈与电动机串联，保持线圈与电动机并联，其工作原理如图2-14所示。

图2-14 电磁开关的工作原理

a）结构简图 b）电路原理图

1—电源接线柱 2—接触盘 3—磁轭 4—电磁开关接线柱 5—活动铁心 6—拉杆 7—拨叉 8—保持线圈 9—吸引线圈 10—接电动机 11—电磁开关触点

电磁开关接线柱接通电源（接通起动开关）时，吸引线圈和保持线圈同时通电，两线圈产生的磁力使活动铁心克服回位弹簧弹力而左移，带动拨叉和接触盘动作，将驱动齿轮拨向飞轮齿圈，当驱动齿轮与发动机飞轮啮合时，接触盘接通电动机电路。

电动机通电工作时，吸引线圈已被接触盘短路，但保持线圈仍然通电，所产生的磁力使铁心保持在移动的位置。

断开起动开关瞬间，接触盘还未回位，电源通过接触盘使电磁开关两线圈仍然通电，但此时吸引线圈是反向电流，所产生的磁力与保持线圈的磁力互相抵消，活动铁心便在回位弹簧弹力的作用下退回，使驱动齿轮和接触盘退回原处，电动机断电，起动机停止工作。

四、起动机的工作特性

1.转矩特性

起动机的转矩特性是指其电动机所产生的电磁力矩M与其电枢电流IS的关系：M=f（IS）。从直流电动机的工作原理中，我们已知电动机产生的电磁力矩与电枢电流和磁极磁通量成正比（M=CmISΦ）。对于串励式电动机，磁场绕组的励磁电流Ij=IS，而磁极磁通量Φ在磁极未饱和时与励磁电流成正比（Φ=CIj），于是就有

M=CmISCIj=C″IS2

直流串励式电动机的转矩特性曲线如图2-15所示。在磁极未饱和的情况下，串励式直流电动机的电磁转矩M与电枢电流IS平方成正比，在磁极饱和时，M才与电枢电流IS成正比。与并励式直流电动机相比，在相同IS的情况下，直流串励式电动机可以产生较大的电磁转矩，这是起动机采用串励式直流电动机的原因之一。

2.机械特性

起动机的机械特性是指其电动机的转速随电磁转矩变化的规律：n=f（M）。根据电枢绕组反电动势的关系式Ef=CeΦn和电动机电路电压电流平衡关系式U=Ef+IS（RS+Rj），可得到直流串励式电动机的转速n与IS关系如下：

串励式电动机在磁极未饱时，Φ将随IS的增大而增大，同时IS（RS+Rj）也增大，因此，电枢转速n随IS（M）增大下降较快。根据n与IS的关系得到机械特性曲线如图2-16所示。

从机械特性看出，直流串励式电动机具有轻载转速高、重载转速低的特点。重载转速低，可以保证电动机在起动（重载）时不会超出允许的功率而烧毁，使起动安全可靠。这是起动机采用串励式直流电动机的又一原因。串励式直流电动机在轻载或空载时转速很高，容易造成“飞散”事故，因此，对于功率较大的串励式直流电动机，不允许在轻载或空载下运行。

图2-16 直流串励式电动机机械特性曲线

3.起动机的功率及其影响因素

（1）起动机的功率 起动机的功率P可由下式确定：

式中MS——起动机输出转矩（N·m）；

nS——起动机的转速（r/min）；

P——起动机的功率（kW）。

由上式和串励式直流电动机的转矩特性及机械特性，可得其特性曲线如图2-17所示。

起动机在全制动（nS=0）和空载（MS=0）时，其功率均为0，而在IS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，允许在最大的功率状态下工作，因此，起动机起动时的输出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，起动机电源内阻及起动电路电阻对电动机的输入功率会有很大的影响。

图2-17 起动机特性曲线

1）接触电阻和导线电阻。接触电阻包括起动电路导线与蓄电池极桩、起动机接线柱以及电动机内电刷与换向器等的接触电阻。接触电阻大、导线截面积小或过长，都会造成较大的电压降而使起动机功率下降。

2）蓄电池容量。蓄电池的容量小，其内阻较大，起动时，加在电动机上的端电压就低，故会使起动机的功率下降。

3）环境温度。温度低时，蓄电池的容量下降，内阻增大，故也会使起动机的功率下降。

4.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MQ和最低起动转速nQ，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，使发动机能可靠点火工作所需的最低转速。汽油发动机的最低起动转速为50～70r/min，而柴油发动机的起动转速不低于100～200r/min。

温度为0℃时发动机起动所需功率可由如下的经验公式推算：

汽油发动机：P=（0.18～0.22）L

柴油发动机：P=（0.74～1.1）L

式中L——发动机的工作容积（L）；

P——起动机功率（kW）。

（2）传动比选择 起动机与发动机之间的最佳传动比应能保证发动机可靠起动，同时能使起动机达到最大功率。在实际选择中，由于受飞轮齿圈和驱动齿轮的结构限制，传动比往往稍小于最佳值。这种选择结果，使起动机在工作时并没有达到最大功率，但起动机的转矩增大，对起动是有利的。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：13～17

柴油发动机：8～10

（3）蓄电池容量的选择 起动机的功率确定以后，可以按如下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。

五、起动机的控制电路

起动机的控制电路大致分为起动开关直接控制、起动继电器控制和具有驱动保护功能的继电器控制等三种形式。

1.起动开关直接控制的起动机控制电路

由起动开关直接通断电磁开关电路的起动机控制电路原理如图2-18所示。

图2-18 ST614型起动机控制电路原理

1—驱动齿轮 2—回位弹簧 3—拨叉 4—活动铁心 5—保持线圈 6—吸引线圈 7—电磁开关接线柱 8—起动开关 9—熔断器 10—电流表 11—蓄电池 12—电动机 13、16—触点及接线柱 14—接触盘 15—磁轭

接通起动开关，电磁开关通电，电流通路：蓄电池正极→接线柱16→电流表→熔断器→起动开关→接线柱7→吸引线圈→接线柱13→电动机磁场和电枢绕组→搭铁→蓄电池负极。

此时吸引线圈和保持线圈产生的磁力方向相同，在两线圈磁力的共同作用下，使活动铁心克服弹簧力右移，带动拨叉将驱动齿轮推向飞轮。与此同时，活动铁心将接触盘顶向触点。当驱动齿轮与飞轮啮合时，接触盘将电磁开关触点13、16接通，使电动机通电，其电枢产生正常电磁转矩，并通过传动装置带动发动机转动。这时，吸引线圈被接触盘短路，活动铁心靠保持线圈的磁力保持在移动的位置。

发动机起动后，在断开起动开关瞬间，接触盘仍在接触位置，此时电磁开关线圈电流：蓄电池正极→接线柱16→接触盘→接线柱13→吸引线圈→保持线圈→搭铁→蓄电池负极。此时吸引线圈与保持线圈磁力互相抵消，活动铁心便在弹簧力作用下回位，使驱动齿轮退出；与此同时，接触盘也回位，切断起动机电路，起动机停止工作。

在起动机驱动齿轮啮入飞轮齿圈过程中，由于吸引线圈的电流流经电动机，电枢产生较小的电磁转矩，可使驱动齿轮在缓慢转动中与飞轮啮合，避免了顶齿和冲击。

2.增设起动继电器的起动机控制电路

由于电磁开关通电电流较大（达35～45A），起动开关直接控制会使开关触点容易烧蚀。为此，一些汽车的起动电路中增设了起动继电器，用以保护起动开关。起动继电器控制的起动机电路一例如图2-19所示。

起动继电器触点常开，串联在起动机电磁开关电源电路中；起动继电器线圈电路由点火开关（起动档）控制其通断。

起动时，点火开关拨至起动档，起动继电器线圈通电，其电流通路：蓄电池正极→电动机接线柱9→电流表→点火开关（起动触点）→起动继电器线圈→搭铁→蓄电池负极。起动继电器线圈通电产生电磁力将触点吸合，接通起动机电磁开关电路，起动机便开始工作。

由于点火开关的起动触点只是控制流经起动继电器线圈的较小的电流，开关触点就不容易烧蚀，延长了点火开关的使用寿命。

图2-19 QD124型起动机控制电路

1—起动继电器 2—点火开关 3—吸引线圈 4—保持线圈 5—活动铁心 6—拨叉 7—接触盘推杆 8—接触盘 9—电动机接线柱 10—蓄电池接线柱

3.具有驱动保护功能的起动机控制电路

一些起动机控制电路具有驱动保护功能，其作用是：使起动机在发动机起动后立刻自动停止工作，以避免起动机较长时间空转而消耗电能，且增加起动机的磨损；使起动机在发动机工作时，即使误接通起动开关也不会通电工作，以免打坏驱动齿轮和飞轮齿圈。

（1）增设安全继电器的起动机驱动保护电路 日本日产汽车起动机控制电路增设一个安全继电器，用以实现起动机驱动保护功能，其电路原理如图2-20所示。

安全继电器为常闭触点，串联在起动继电器的线圈电路中，用于控制起动继电器线圈电流。安全继电器触点K1未打开时的电流通路：蓄电池正极→S1→S2→接线柱S→K1→起动继电器线圈3→搭铁→蓄电池负极。安全继电器的两个线圈同时通电时，才能将其触点K1打开。安全继电器线圈1由起动开关控制，在接通起动开关时通电，其电流通路：蓄电池正极→S1→S2→接线柱S→线圈1→R2→搭铁→蓄电池负极。安全继电器线圈2由发电机中点电压控制，在发动机起动后，发电机的中点电压使磁场与充电指示灯继电器触点K4闭合，安全继电器线圈2通电，其电流通路：发电机正极→K4→接线柱L→线圈2→R1→搭铁→发电机负极。

起动时，电源开关S1和起动开关S2接通，此时，安全继电器只有线圈1通电，因而K1保持闭合，于是起动继电器线圈3通电而使其触点K2闭合，接通起动机电磁开关电路，起动机开始工作。发动机起动后，发电机便正常发电，发电机中点电压使磁场与充电指示灯继电器触点K4闭合，安全继电器线圈2也通电，如果此时起动开关还未断开，安全继电器触点K1就会在线圈1和线圈2磁力的共同作用下被吸开，使起动继电器线圈3断电，触点K2张开，切断了起动机电磁开关电路，起动机便自动停止工作。

在发动机工作时，如果误接通起动开关，安全继电器两线圈同时通电，使其触点K1断开，起动继电器线圈不能通电，因此起动机不会工作。

（2）用充电指示灯继电器控制的起动机驱动保护电路 一些汽车直接用充电指示灯继电器控制起动继电器线圈电路，实现驱动保护控制功能。图2-21所示的是在解放CA1091汽车上所用的起动机控制电路。

图2-20 增设安全继电器的起动机驱动保护电路

1、2—安全继电器线圈 3—起动继电器线圈 4—起动机电磁开关吸引线圈 5—起动机电磁开关保持线圈 6—起动机电枢 7—起动机磁场绕组 8—充电指示灯继电器线圈 9—充电指示灯 S1—电源开关 S2—起动开关 K1—安全继电器触点 K2—起动继电器触点 K3—起动机电磁开关触点 K4—充电指示灯继电器触点

组合继电器中安装有充电指示灯继电器和起动继电器，充电指示灯和起动继电器线圈L1均通过充电指示灯继电器常闭触点K2搭铁，使充电指示灯继电器不仅可控制充电指示灯，同时也可控制起动继电器线圈L1的通断，使之具有驱动保护作用。

起动时，点火开关拨至Ⅱ档（起动档），点火开关的1号与4号接线柱接通，使组合继电器中的起动继电器线圈L1通电，其电流通路：蓄电池正极→起动机电源接线柱→30A熔丝→电流表→点火开关→组合继电器SW接线柱→L1→K2→组合继电器E接线柱（搭铁）→蓄电池负极。起动继电器线圈L1通电后产生磁力吸合触点K1，接通了起动机电磁开关电路，使起动机通电工作。

图2-21 解放CA1091汽车起动机控制电路

1—蓄电池 2—组合继电器 3—点火开关 4—点火线圈 5—断电器触点 6—发电机 7—电流表 8—起动机

发动机起动后，发电机的中点电压使充电指示灯继电器线圈L2通电产生电磁力吸开K2，这时，除了充电指示灯因断电而熄灭外，起动继电器线圈L1也因K2断开而断电，其触点K1断开，使起动机电磁开关断电，起动机自动停止工作。

在发动机工作时，发电机中点电压使充电指示灯继电器触点K2保持在断开状态，因此，即使点火开关误拨至起动档，起动机也不会通电工作。

六、其它类型的起动机

1.电枢移动式起动机

（1）结构特点 电枢移动式起动机的电枢可轴向移动，起动机不工作时在回位弹簧弹力作用下，电枢与磁极错开一定的距离。驱动齿轮固定在电枢轴上，其轴向移动靠电枢的移动实现。磁极除有主磁场绕组外，还有两个导线较细但匝数较多、电阻较大的副磁场绕组。两副绕组一个与电动机并联，起吸引电枢轴向移动和保持电枢在移动位置的作用；另一个与电动机的电枢绕组串联，主要用于吸引电枢轴向移动。

（2）工作原理 电枢移动式起动机的工作原理如图2-22所示。

图2-22 电枢移动式起动机工作原理

a）起动机未工作时 b）起动机进入工作过程 c）起动机工作时

1—起动开关 2—电磁线圈 3—触点 4—接触桥 5—并联副磁场绕组 6—串联副磁场绕组 7—主磁场绕组 8—挡片 9—扣爪 10—电枢回位弹簧 11—换向器端面凸缘 12—电枢 13—磁极 14—摩擦片式单向离合器

起动时，接通起动开关1，电磁线圈2通电后产生的磁力吸引接触桥4左移，但由于扣爪9顶住了挡片8，使得接触桥只是单边接触，接通副磁场绕组（图2-22b）。

两个副磁场绕组通电后，使磁极产生的电磁力吸引电枢向左轴向移动。由于这时电枢已有较小的电流通过而开始低速转动，使得驱动齿轮在慢慢转动中与飞轮齿圈啮合，从而避免了顶齿和冲击。当电枢移动至使驱动齿轮与飞轮完全啮合时，换向器端面凸缘11将扣爪顶起，使挡片8脱扣，接触桥下边也接触，于是起动机的主电路接通（图2-22c），电动机产生正常的电磁转矩驱动发动机。此时，串联的副磁场绕组6被短路（主磁场绕组7的电阻很小，可以忽略），由并联副磁场绕组及主磁场绕组的电磁力保持电枢在移动后的位置。

发动机起动后，摩擦片式单向离合器打滑，电动机空载运行，电枢转速上升，电枢绕组产生的反电动势增大，使电枢及主磁场绕组电流减小，磁极磁力减弱。当磁力减弱至小于电枢回位弹簧的作用力时，电枢就右移回位，驱动齿轮与飞轮齿圈脱离，而扣爪也回到锁止位置。关闭起动开关后，起动机便停止转动。

电枢移动式起动机的结构较为复杂，不宜在倾斜度较大的场合下工作。

2.磁极移动式起动机

（1）结构特点 美国摩托克拉夫（Motocraft）公司生产的磁极移动式起动机如图2-23所示。其中一个磁极铁心是活动的，铁心上除了一组磁场绕组外，还有一个保持线圈5，通电时用来吸动活动铁心并保持活动铁心的位置。活动磁极铁心移动时可使磁场绕组中的一个常闭触点1打开，以改变磁场绕组的连接方式；同时，通过与之连接的拨叉推动驱动齿轮轴向移动。

图2-23 磁极移动式起动机

1—触点 2—磁场绕组 3—磁极活动铁心 4—拨叉销轴 5—保持线圈 6—拨叉 7—复位弹簧 8—驱动齿轮 9—单向离合器 10—端盖 11—起动机壳体 12—电枢总成 13—电刷 14—电刷弹簧

（2）工作原理 磁极移动式起动机电路原理如图2-24所示。起动时，接通起动开关，起动继电器触点闭合，使起动机内部通电。磁场绕组10和保持线圈7产生的磁力使活动铁心移动，通过拨叉将驱动齿轮推向飞轮齿圈。在驱动齿轮完全啮合前，触点6处于闭合状态，电动机内部电路如图2-25a所示，构成一复励式电动机。串接的磁场绕组11、12的电流较小，而并接的磁场绕组10电流较大，因此转速较低，加之磁场绕组13产生相反方向的磁场，使电枢转动受到一个阻力，更进一步降低了电枢的转速，从而保证驱动齿轮在慢慢转动中啮入飞轮齿圈，使啮合容易且较为柔和。

图2-24 磁极移动式起动机电路原理

1—起动机 2—起动继电器 3—起动开关 4—蓄电池 5—磁极活动铁心 6—触点 7—保持线圈 8—电刷 9—电枢 10、11、12、13—磁场绕组

当驱动齿轮完全啮入后，触点6被断开，这时，构成了串励式电动机，电路如图2-25b所示。这时，电枢便产生正常的电磁转矩驱动发动机。起动过程中，保持线圈7的磁力保持活动铁心的位置，使驱动齿轮保持啮合、触点6保持断开，使起动机保持在正常工作状态。

图2-25 磁极移动式起动机磁场绕组连接方式

a）触点打开前 b）触点打开后

图注同图2-24

发动机起动后，断开起动开关，起动继电器断电，起动机也断电，活动铁心在回位弹簧弹力的作用下复位，带动单向离合器和驱动齿轮回位，触点6又闭合，起动机停止工作。

3.永磁式起动机

（1）结构特点 永磁式起动机的磁极采用了铁氧体或钕铁硼永磁材料，由于无需励磁绕组，简化了起动机的结构，起动机的体积相对较小、重量也可相应减轻。

（2）永磁式起动机实例 德国博世公司生产的DW1.4型永磁行星齿轮啮合式减速起动机其磁极采用了永久磁铁，起动机的结构如图2-26所示。

图2-26 DW1.4型永磁行星齿轮啮合式减速起动机

1——电刷 2—球轴承 3—换向器 4—导线插头 5—电磁开关 6—永久磁铁磁极 7—拨叉 8—行星齿轮减速器 9—驱动齿轮 10—轴承 11—单向离合器 12—电枢总成 13—行星轮 14—主动齿轮（太阳轮） 15—齿圈 16—拨叉环

起动机的磁极由6块永磁铁组成，通过弹性保持片将永久磁铁固定在机壳内，6块永磁铁N、S极交错排列，形成3对磁极。起动机的工作原理与励磁式起动机相同。