1.串励式直流电动机的结构

直流电动机是将电能转变为机械能的装置。它是根据载流导体在磁场中受到电磁力作用而发生运动的原理工作的。汽车起动机一般均采用串励式直流电动机。

直流电动机主要由电枢、磁极、电刷及机壳等部件组成，如图4-3所示。其中，电枢绕组与磁场绕组串联的直流电动机称为串励式直流电动机。

图4-3　直流电动机的构造

1—前端盖；2—电刷和电刷架；3—磁场绕组；4—磁极铁芯；5—机壳；6—电枢；7—后端盖

1）电枢

电枢是直流电动机的旋转部分，由电枢轴、换向器、电枢铁芯、电枢绕组等组成。电枢的结构如图4-4所示，它的作用是通入电流后，在磁极磁场的作用下产生电磁转矩。

电枢铁芯用多片互相绝缘的硅钢片叠成，通过内圆花键固定在电枢轴上，外圆槽内绕有电枢绕组。为了得到较大的转矩，流经电枢绕组的电流很大，一般为200～600 A，因此电枢绕组采用横截面积较大的矩形裸铜线绕制。

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。换向器由铜质换向片和云母片叠压而成，压装于电枢轴的一端。云母片使换向片间、换向片与轴之间均绝缘，如图4-5所示。

2）磁极

图4-4　电枢的结构

1—换向器；2—电枢铁芯；3—电枢绕组；4—电枢轴；5—电枢叠片

图4-5　换向器的结构

1—铜质换向片；2—云母片

磁极的作用是产生电枢转动时所需要的磁场，它由铁芯和磁场绕组构成，并通过螺钉固定在机壳内部，如图4-6所示。一般采用四个磁极，大功率起动机有时采用六个磁极。磁场绕组也是用粗扁铜线绕制而成的，与电枢绕组串联。四个磁场绕组的连接方式有两种：一种是四个绕组串联后再与电枢绕组串联，如图4-7（a）所示；另一种是两个绕组分别串联后并联，然后再与电枢绕组串联，如图4-7（b）所示。磁场绕组一端接在外壳的绝缘接线柱上，另一端与两个非搭铁电刷相连。

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图4-6　磁极

图4-7 磁场绕组的连接方式

1—负电刷；2—正电刷；3—磁场绕组；4—接线柱；5—换向器

3）电刷组件

电刷组件的功用是将电源电压引入电枢绕组，它主要由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，如图 4-8 所示。电刷和换向器配合使用以连接磁场绕组和电枢绕组的电路，并使电枢轴上的电磁力矩保持固定方向。电刷用铜粉与石墨粉压制而成，电刷架固定在电刷端盖上，电刷安放在电刷架内。

图4-8　电刷组件

1，5—正电刷；2—电刷架；3，4—负电刷；6—换向器

以四磁极电动机为例，其中两个电刷与机壳绝缘，电流通过这两个电刷进入电枢绕组；另外两个为搭铁电刷。直接固定在支架或端盖上的电刷称为负电刷架，安装在负电刷架内的电刷称为负电刷；电刷架与电刷支架或端盖之间安装有绝缘垫片的电刷架称为正电刷架，安装在正电刷架内的电刷称为正电刷。

4）机壳

起动机的机壳是电动机的磁极和电枢的安装机体，大多数一端有四个检查窗口，便于进行电刷和换向器的维护。机壳中部有一个电流输入接线柱，并在内部与磁场绕组的一端相连。起动机一般采用青铜石墨轴承或铁基含油滑动轴承。减速起动机由于电枢的转速较高，采用滚柱轴承或滚珠轴承。电刷装在前端盖内，后端盖上有拨叉座，盖口有凸缘和安装螺孔，还有拧紧中间轴承板的螺钉孔。

2.串励式直流电动机的工作原理

直流电动机是根据通电导体在磁场中受电磁力作用而发生运动的原理制成的，其工作原理如图4-9所示。

图4-9　直流电动机的工作原理

1—电枢绕组；2—负电刷；3—换向片；4—正电刷

电动机工作时，电流通过电刷和换向片流入电枢绕组。如图4-9（a）所示，换向片A与正电刷接触，换向片B与负电刷接触，绕组中的电流从a→d，根据左手定则判定绕组匝边ab、cd均受电磁力F的作用，由此产生逆时针方向的电磁转矩M，使电枢转动；当电枢转过180°后，换向片A与负电刷接触，换向片B与正电刷接触，电流改由d→a，如图4-9（b）所示，但电磁转矩M的方向不变，电枢仍按逆时针方向继续转动。

由此可见，直流电动机的换向器可将电源提供的直流电转换成电枢绕组所需的交流电，以保证电枢产生的电磁转矩的方向保持不变，从而使其旋转方向不变。实际的直流电动机为了产生足够大且转速稳定的电磁力矩，其电枢上绕有很多组线圈，换向器的换向片也随之相应增加。