雨刮電機控制原理

1、1）電動刮水器的作用 刮水器的作用是在雨雪天氣行車時， 清除擋風(fēng)玻璃上的雨水或積雪，確保駕 駛員有良好的視線。 2）電動刮水器基本結(jié)構(gòu) 汽車上采用的利水器，根據(jù)其動力不同可分為真空式、氣動式和電動式三種。 由于電動刮水器具有動力大，工作可靠，容易控制，且不受發(fā)動機工況影響等優(yōu) 點，目前被廣泛使用。所以，這里我們只介紹電動刮水器的結(jié)構(gòu)和工作原理。電 動刮水器是由微型直流電功機驅(qū)動， 通過聯(lián)動機構(gòu)，使擋風(fēng)玻璃外表面的刮水片 來回擺動，以掃除擋風(fēng)玻璃上的雨水、雪或灰塵。電動刮水器的基本結(jié)構(gòu)如圖9.1 所示。其驅(qū)動部分是由一個微型直流電動機 3、渦輪箱2與電動機合裝在一起并 固定在底板1上，渦輪的旋轉(zhuǎn)

2、運動經(jīng)曲柄4、6連桿5、7擺桿8 12等傳動機 構(gòu)轉(zhuǎn)換為柱復(fù)擺動，并通過擺臂9、10帶動刮水片II、13做往復(fù)擺動，其上的膠 皮便清除掉風(fēng)擋玻璃上阻礙視線的雜質(zhì)。 近年來在有些車輛上采用了柔性齒條傳動刮水器，其結(jié)構(gòu)如圖9. 2所示， 柔性齒條傳動機構(gòu)具有占用空間小、 噪聲低、便于刮水電動機布置等優(yōu)點?？梢?將電動機裝在維修空間比較大的地方，便于維護。柔性齒條由套管、芯軸、鋼絲 三部分組成。鋼絲以一定的螺距繞在柔性的芯軸上，使芯軸表面形成“齒形”， 與齒輪嚙合帶動刮水片做往復(fù)擺動刮水。 3）三刷永磁電動機 刮水器電動機按其磁場結(jié)構(gòu)來分，有并激磁式和永磁式兩種。日前采用永磁 式電動機較多，因它的磁

3、極為永久磁鐵.具有體積小、重量輕、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡 單、價格低廉等特點因而得到了廣泛使用。 （1）結(jié)構(gòu)：三刷永磁電動機因帶有 3個電刷而得名。由永久磁鐵（磁極）、電 樞（轉(zhuǎn)子）、3個電刷、殼體及驅(qū)動端蓋（與減速箱連為一體）等組成見圖9. 3和圖 9.4。磁極一般為鐵氧體材料制成的永久磁鐵， 數(shù)量為一對。電刷C為高速電刷， 亦稱為第三電刷，它與電刷 B的夾角為30度或60度。搭鐵電刷A可以直接搭 鐵，也可以經(jīng)刮水器開關(guān)搭鐵。 （2）變速原理：三刷永磁電動機是利用三個電刷在電路中改變正、負(fù)電刷之 間串連的線圈數(shù)目而實現(xiàn)變速的。電動機在運轉(zhuǎn)過程，電樞繞組將產(chǎn)生反電動勢， 相當(dāng)于并激直流電動機產(chǎn)生的感應(yīng)

4、電動勢， 其方向與電樞電流相反。 當(dāng)直流電動 機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時， 外加電源電壓應(yīng)等于電樞繞組的電壓降與反電動勢之和。 當(dāng)刮水 器開關(guān)的L擋閉合時，電刷B與A通電。兩電刷之間的8個電樞繞組構(gòu)成兩條并 聯(lián)支路， 兩個支路中各繞組的反電動勢相加， 兩支路的反電動勢值相等。 當(dāng)反電 動勢與電機內(nèi)部電壓降之和與電源電壓相等時， 電機進入穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)， 此時電 動機轉(zhuǎn)速較低，刮水片每分鐘刮動約 50次。當(dāng)刮水開關(guān)的 H 擋閉合時，電刷 C 與兩電刷之間的 8個繞組形成不對稱的兩個并聯(lián)支路， 一路是 5個繞組（6、7、8、 1、2 繞組）串聯(lián)，另一路是 3個繞組（3、4、5 繞組）串聯(lián)。而第一個支路中繞組 1

5、與繞組 2 的反電動勢方向相反， 相互抵消。 所以實際上每支路僅有 3 個繞組相串 聯(lián)，反電動勢減小。 由于電源電壓基本恒定不變， 繞組反電動勢與電機內(nèi)部電壓 降之和小于電源電壓， 只有提高反電動勢， 才能進入新的平衡狀態(tài)。 而反電動勢 與電動機的轉(zhuǎn)速成正比， 所以電動機轉(zhuǎn)速必將上升， 刮水片做高速運動， 每分鐘 約 70 次。這樣，三刷電機就會以兩種不同的轉(zhuǎn)速來工作。 4）自動停位機構(gòu)的工作原理 自動停位機構(gòu)的作用是： 當(dāng)駕駛員關(guān)閉刮水器開關(guān)， 刮水器停止工作時， 刮 水片應(yīng)能回到其行程的末端， 而不是在中間位置。 為此刮水器中安裝了復(fù)依開關(guān)， 圖 95 為復(fù)位開關(guān)工作原理圖，復(fù)位開關(guān)由刮水

6、電動機的變速器控制，使開關(guān) 只在刮水片到達其行程末端時才斷外。 當(dāng)駕駛員在刮水片處于中間位置斷開控制 開關(guān)時， 由于復(fù)位開關(guān)仍閉合， 故仍能連續(xù)給電動機電流， 直到刮水片到達下限 位置時凸輪才能將復(fù)位開關(guān)頂開， 使電動機停止。但是由于運動部件的慣件作用， 一旦凸輪轉(zhuǎn)過了觸點， 電機還是會繼續(xù)運轉(zhuǎn)， 刮水片往往還是不能準(zhǔn)確的停止在 確定的位置。為此，在自動停位機構(gòu)中又增加了電磁制動，以解決這個問題。 圖 96 所示為刮水器自動復(fù)位裝置的原理圖，在減速渦輪的端面上，鑲嵌 著接觸片 2、3，它們隨渦輪一起轉(zhuǎn)動，接觸片 2 與電機的外殼連接搭鐵，觸點 臂 5、7 上鉚接著觸點 4、6，由于觸點臂的彈性

7、作用，使觸點 4、6 始終保持與 接觸片有很好的接觸。當(dāng)電源開關(guān)11接通，并把刮水器開關(guān)拉到“I”擋時，其 工作電路如下：蓄電池正極開關(guān)11熔斷絲10 B3電刷電樞繞組 B1電刷接線柱接線柱搭鐵蓄電池負(fù)極，形成回路， 此時刮水電動機低速運轉(zhuǎn)。 當(dāng)駕駛員將刮水器開關(guān)推到“ 0”檔，欲關(guān)閉刮水器時，若刮水片不在停止 位置，渦輪端面電路的連接如圖 9. 6(b)所示，觸點6與接觸片2保持接觸，其 工作電路為：蓄電池正極開關(guān)11熔斷絲10電刷B3電樞繞組一 電刷B1接線柱接線柱接觸臂 7觸點6接觸片2 搭鐵蓄電池負(fù)極， 構(gòu)成回路， 這樣電機會繼續(xù)運轉(zhuǎn)， 直至刮水片到達停止位 置，渦輪的端面電路連接如圖

8、 9. 6(a)所示，回路中斷。但是由于慣性，電機還 會繼續(xù)運轉(zhuǎn)，此時電機的Bl與B3之間會產(chǎn)生電動勢，由于觸點 4、6同時與接 觸片7接觸，這個感生電動勢也構(gòu)成了回路。其電路為：電機的電刷B3觸 點臂5觸點4觸點6接觸臂7接線柱接線柱電刷 B1電動機電樞，在電動機內(nèi)部的電樞上有反向的電流通過.其產(chǎn)生的力矩與 運轉(zhuǎn)的慣性力矩方向相反， 會阻止電動機的運轉(zhuǎn)。 這個制動回路. 使電動機快速 的停止，刮水片便能夠準(zhǔn)確的停在風(fēng)擋玻璃下端指定的位置上。 5) 間歇式刮水器 汽車在小雨或者霧天行駛時， 刮水器即使以低速擋運轉(zhuǎn)， 由于水量很少， 會 與灰少形成泥水，也不易將車窗刮干凈，而且還會在風(fēng)擋玻璃上形

9、成些污跡， 影響駕駛員的視線， 嚴(yán)重時有可能刮傷玻璃。 所以，現(xiàn)代很多汽車的刮水器電路 中都采用了電子間歇控制系統(tǒng)， 在遇到達樣的天氣時， 使用間歇擋， 刮水片會間 隔2 12s運動一次。汽午的間歇式刮水器控制電路有多種形式，按間歇時間能 否調(diào)節(jié)分為可調(diào)節(jié)型和不可調(diào)行型兩種。 (1)不可調(diào)間歇控制電路。 刮水器間歇機構(gòu)一般利用電機的自動復(fù)位觸點.并利用阻容(R、C充放電的 半導(dǎo)體電路或者集成電路構(gòu)成。圖 9. 7所示為互補式間歇振蕩電路圖，其巾 K1 為常閉觸點，K2為常開觸點，其受繼電器J技制；自動停位開關(guān)3有兩個工作位 置，隨刮水器電動機的轉(zhuǎn)動而自動改變， 當(dāng)刮水片處于停止位置時， 開關(guān)

10、3的上 位接通，否則開關(guān) 3 的下位接通。當(dāng)刮水器開關(guān) 1 置于斷開位置“ 0”擋，間歇 開關(guān)5置于接通位置時，刮水器間歇運動的電路被接通。電源先向C充電，當(dāng)C 兩端電壓增加到一定值后，T1被導(dǎo)通，T2也隨之導(dǎo)通，繼電器J通電，常閉觸 點K1打開，常開觸點K2閉合，刮水器電機運轉(zhuǎn)。此時的電路為：蓄電池正極一 B3B1刮水繼電器J的常開觸點K2搭鐵一一蓄電池負(fù)極。 當(dāng)刮水電機轉(zhuǎn)動到使自動停位開關(guān) 3的下位接觸時，電容器C便通過二極管 D迅速放電，使三極管T1基極電位降低，從而T1、T2轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，通過繼電 器J的電流隨之中斷，常閉觸點 K1閉合，但由于此時自動停住開關(guān) 3的下位接 觸，故刮水電

11、機仍可繼續(xù)轉(zhuǎn)動， 直到刮水片擺回原位， 自動停位開關(guān) 3的上位接 通為止，電機才因電樞短路而停止。 接著電源又通過自動停位開關(guān) 3的上位觸點 向 C 充電，重復(fù)上述過程使刮水器橡皮刷間歇動作。 其停歇時間長短取決于 R1 C 電路的充電時間。 由上述工作原理可知， 這種電路保證了每個停歇周期內(nèi)， 刮水 片貝擺動一次。 圖9. 8所爾是NE555集成電路織成的振蕩電路。在刮水器運轉(zhuǎn)之前，刮水 片處于停止位置，并使自動停位開關(guān)的觸點S2,處于閉合狀態(tài)。當(dāng)駕駛員操作 刮水器開關(guān)在“0”擋，間歇開關(guān)3閉合時，集成電路NE555的3腳輸出高電位， 使繼電器4通電，常開觸點K1閉合，刮水電動機的電極B1經(jīng)

12、刮水開關(guān)2、觸點 K1 接地構(gòu)成回路，刮水器低速運轉(zhuǎn)。經(jīng)過一定時間后，刮水片離開停止位置， 自動停位開關(guān)5的觸點S1閉合，同時集成電路NE555根據(jù)內(nèi)部預(yù)先的設(shè)定，使 3腳輸出低電位，繼電器4斷電，常開觸點K1斷開，常閉觸點K2閉合。此時， 刮水電動機的電極B1經(jīng)刮水開關(guān)2、觸點K2、觸點S1接地，刮水電機繼續(xù)低速 運轉(zhuǎn)，直到自動停位開關(guān)5的觸點S2閉合，刮水電動機的電極B1、B3經(jīng)過常閉 觸點K2和觸點S2,連接在一起，構(gòu)成自動回路，使電機迅速停止運轉(zhuǎn)，刮水片 就停在了原始位置， 完成了一個工作循環(huán)。 刮水器工作的間歇時間是由集成電路 內(nèi)部設(shè)定的， 它決定了下一次運轉(zhuǎn)的時間間隔， 仍然由集成

13、電路的 3腳發(fā)出高電 位信號激發(fā)下一個工作循環(huán)。 (2)可調(diào)式間歇按制電路。 刮水器控制電路， 能使汽車的刮水器按雨量大小自動開閉， 并自動調(diào)節(jié)間歇 時間，稱為可調(diào)式間歇控制電路。圖 9. 9 所示是刮水器自動開閉與調(diào)速控制電 路。電路中S1、S2和S3組成在風(fēng)窗玻璃上的流量檢測電極，下雨時，雨水落在 檢測電極之間，使它們之間的阻值明顯減少，水流量越大，其阻值越小。 S1 與 S3之間的距離較近(約2. 5cm)，雨量較小時，雨水首先將 S1與S3連接，使T1 導(dǎo)通，繼電器J1吸合，P點接通，刮水器慢速刮水。雨量較大時，S1與S2之間 的電阻也會減小，使T2也導(dǎo)通，于是J2閉合，A點斷開，B點接通，刮水電機 快速運轉(zhuǎn)；雨停時，檢測電阻之間的阻值均增大， T1、 T2 截止，繼電器 J1、 J2 斷電，刮水器自動停止刮水。 僅供個人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。 For personal use only in study and research; not for commercial use. Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werd