任務3汽車車用電動機

1、控制脈沖頻率，可控制電機轉速。定子上有六個或四個，它的定子具有均任務3.3汽車車用電動機4.3.1 步進電機1.概述一般電動機都是連續(xù)旋轉， 而步進電動卻是一步一 步轉動的，故叫步進電動機。步進電機是利用電磁鐵的 作用原理，將脈沖信號轉換為線位移或角位移的電機。 每來一個電脈沖，步進電機轉動一定角度，帶動機械移 動一小段距離。步進電動機又稱為脈沖電動機，是數字 控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號變 換為相應的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，圖4-29是步進電機的實物。步進電機的特點是：來一個脈沖，轉一個步距角。 改變脈沖順序，可改變轉動方向。步進電機有勵磁式和反應式兩種。兩種

2、的區(qū)別在于勵磁式步進電機的轉子上有勵磁線 圈，反應式步進電機的轉子上沒有勵磁線圈。下面以反應式步進電機為例說明步進電機的結構和工作原理。2.結構步進機主要由兩部分構成： 定子和轉子。它們均由磁性材料構成， 磁極，磁極上繞有繞組。如圖 4-30所示是反應式步進電動機結構示意圖 勻分布的六個磁極，磁極上繞有繞組。兩個相對的磁極組成一組。4-31(a)所示。由于勵磁磁 通力圖沿磁阻最小路徑通過，因此對轉子產生電磁吸力， 迫使轉子齒轉動，當轉子轉到與定子齒對齊位置時，因轉子只受徑向力而無切線力，故轉矩為零，轉子被鎖定在這個位置上。 如圖4-31( b)所示。由此可見：錯齒是使步進電機旋轉的根本原因。I

3、f f)1 10r ! r0(a)(b)圖4-31三相反應式步進電機工作原理圖3. 幾個概念步距角3 (步距)：當輸入一個電脈沖時所轉過的一個固定角度。單：每次只有一相繞組通電；雙：每次有兩相繞組通電；拍：通電次數(即從一種通電狀態(tài)轉到另一種通電狀態(tài))。4. 三相單三拍A相繞組通電，B、C相不通電。由于在磁場作用下，轉子總是力圖旋轉到磁阻最小的 位置，故在這種情況下，轉子必然轉到4-32( a)圖所示位置：1、3齒與A、A 極對齊。同理，B相通電時，轉子會轉過 30角，如圖4-32 (b)所示，2、4齒和B、B 磁極軸 線對齊。當C相通電時，轉子再轉過 30角，如圖4-32 (c)所示，1、3

4、齒和C 、C磁極軸線 對齊。這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。按A.B - C A r的順序給三相繞組輪流通電，轉子便一步一步轉動起來。每一拍轉過30 (步距角),每個通電循環(huán)周期(3拍)轉過90(一個齒距角)。(a) A相通電(b) B相通電(c) C相通電圖4-32 三相單三拍通電方式時轉子的位置5. 三相六拍三相六拍按AABBBC-C CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲 得更精確的控制特性。A相通電，轉子1、3齒與A、A對齊。如同4-33 ( a)所示。A、B相同時通電，A、A磁極拉住1、3齒，B、B磁

5、極拉住2、4齒，轉子轉過15 , 到達左圖所示位置。如同4-33 ( b)所示。B相通電，轉子2、4齒與B、B對齊,又轉過15。如同4-33 (C)所示。B、C相同時通電，C、C磁極拉住1、3齒,B、B磁極拉住2、4齒，轉子再轉過 15。如同4-33（d）所示。三相六拍反應式步進電動機的一個通電循環(huán)周期如下：A AB B BC C、CA，每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉子轉過15 （步距角），一個通電循環(huán)周期（6拍）轉子轉過90 （齒距角）。與單三拍相比，六拍驅動方式的步進角更小，更適用于需要精確定位的控 制系統(tǒng)中。（a） A相通電（b） A、B相同時通電（c） B相通電（d） B、C同時通電圖4

6、-33三相六拍通電方式時轉子的位置6. 三相雙三拍三相雙三拍按 AB BC CA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時通電。 與單三拍方式相似，雙三拍驅動時每個通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉子轉過30 （步距角），一個通電循環(huán)周期（3拍）轉子轉過90 （齒距角）。從以上對步進電機三種驅動方式的分析可得步距角計算公式：3600Zm(4-14)式中：1 步距角z轉子齒數M每個通電循環(huán)周期的拍數實用步進電機的步距角多為3和1.5 。為了獲得小步距角，電機的定子、轉子都做成多齒齒距角，如圖 4-34是齒距角9，齒數是40的步進電動機（360 /40=9）；定子仍是6個磁極，但每個磁極表面加工有五

7、個和轉子一樣的齒。步進電機具有結構簡單、維護方面、精確度高、起動靈敏、停車準確等性能。需要說明 的是電脈沖不能直接控制步進電機，必須采用脈沖控制器將電脈沖按通電方式進行分配而后經過功率放大器放大到足夠的功率，才能驅動步進電機工作。步進電機的工作過程如圖 4-35所示。7.步進電機在汽車上的應用怠速就是汽車發(fā)動后溫度上升到正常溫度，發(fā)動機處于空擋時穩(wěn)定的最低轉速。此時混合氣燃燒所做的功，只是用以克服發(fā)動機的內部阻力。怠速一般均在1000r/min以內。不同的車輛，怠速略有不同，應以其標明的怠速數值為 準。在使用汽車時，發(fā)動機怠速運轉的時間越占30%。怠速轉速的高低直接影響燃油消耗和尾氣排放。怠速

8、過高，耗油量增加；怠速過低，發(fā)動機轉速不穩(wěn)，容易熄火。在汽車上，利用步進電動機作為怠速控制閥的主要執(zhí)行部件，實現怠速控制。步進電動機式怠速控制閥是目前世界上電噴發(fā)動機中應用最多的一種怠速控制裝置。它用于控制汽車進氣系統(tǒng)旁通空氣通道的開度，從而調節(jié)旁通通道的進氣量，使發(fā)動機轉速達到所要求的目標值。如圖4-36所示為步進電動機式怠速控制示意圖。汽車行駛時，發(fā)動機所需的大流量空 氣由氣缸吸氣行程吸入， 從主空氣通道經節(jié)氣門通過。節(jié)氣門開度越大，進入空氣越大?？?氣進入多少由發(fā)動機的單片機經空氣流量傳感器檢測得出，然后按空氣與汽油的理想混合比例（質量比14.7 : 1）計算噴油量，由噴油量噴入進氣管。

9、混合氣越多，燃燒后產生的壓力 越大，發(fā)動機轉速就越高。當汽車暫停行駛時，節(jié)氣門關閉，為了維持發(fā)動機怠速運轉，發(fā)動機所需的小流量空氣 從旁通通道入口流入，經步進電動機式怠速控制閥從旁路通道出口流入發(fā)動機。步進電動機式怠速控制閥由步進電動機、閥桿、控制閥和閥座組成。 轉子的正轉或反轉運動經閥桿（絲桿）轉換成向前或向后的直線伸縮運動，閥桿每旋轉1圈，伸縮1個螺距;控制閥與閥桿相連，為凸圓錐狀；閥座為凹圓錐狀。當控制閥座推進時，通氣橫截面積減小， 反之通氣橫截面積增大，從而達到控制怠速通氣量的目的。怠速控制均采用發(fā)動機轉速反饋閉環(huán)控制方式，即發(fā)動機轉速傳感器將發(fā)動機的實際轉速和目標轉速進行比較， 根據

10、比較的差值確定使發(fā)動機達到目標值的控制量，并通過執(zhí)行機 構對發(fā)動機怠速進行校正。旁通通逍節(jié)pi步進電動機閥桿挖制閥陽驅圖4-37刮水器的作用實情圖4-36步進電動機式怠速控制示意圖4.3.3永磁式電動機在汽車上的典型應用1. 刮水器電動機1）刮水器的作用刮水器的作用除去擋風玻璃上的水、雪及沙塵，保證在不良天氣時駕駛員仍具有良好的視線。如圖4-37所示是刮水器的作用實情。2）刮水器電動機結構刮水器電動機結構由刮水電動機、傳動機構、控制裝置、刮臂和刮片等組成。如圖4-38所示。1、5-刷架；2、4、6-擺桿；3、7、8-拉桿；9-蝸輪；10-蝸桿；11-電動機；12-底板圖4-38刮水器電動機結構

11、3）刮水器工作過程直流電動機旋轉時， 通過蝸輪蝸桿減速使蝸輪上偏心相連的拉桿作往復運動，再通過拉桿和擺桿帶動左右兩刷架作往復擺動，實現刮雨水、雪灰塵。電動刮水器通過對電動機進行控制可實現變速刮水。電動刮水器有自動復位裝置，任意時刻關閉刮水器時， 刮水片均能停永磁式刮水電動機變速原理是利用三個電刷來改變正負電刷之間串聯(lián)的線圈數，實現變速。永磁電動機工作時， 在電樞內同時產生反電動勢，其方向與電樞電流的方向相反。要使電動機旋轉，外加電壓必須克服反電動勢的作用。當電動機轉速升高時，反電動勢增加，只有當外加電壓等于反電動勢時，電樞的轉速才能穩(wěn)定。其工作原理如圖4-40所示。74+d%rBi為低速運轉電

12、刷，B2為高速運轉電刷，B3為公共電刷，Bi、B2安裝相差60。直流 電動機工作時，在電樞中所有線圈中同時產生反電動勢，每一個小線圈都產生相等的反電動勢E=Cen,其方向如圖4-40 （b）所示。當開關拔向“ L”時，電源電壓加在 Bi和B3之間，由于、和、組成 兩條并聯(lián)支路，支路中串聯(lián)的線圈（導體）均有效線圈，串聯(lián)線圈（導體）數相對較多（每 條支路串聯(lián)3組繞組），總反電動勢為3Ce，由公式（4-7）和（4-8）可知電動機的轉速為n= U - I aRa，在電壓u和直流電動機定型的條件下，la （）、Ra、Ce都是常數，此時電3Ce動機以較低轉速運轉。當開關拔向“ H”時，電源電壓加在 B2和

13、B3之間，由于線圈和產生方向相反的電動勢，互相抵消，故組成兩條并聯(lián)支路，串聯(lián)線圈（導體、數相對較少（每條支路串聯(lián)2U _ I R組繞組、，總反電動勢為2Ce，電動機的轉速為 n= 。電動機以較高轉速運轉。2CE*2. 電動門鎖電動機門鎖電機是永磁式雙向電機，用于車門的控制。通過改變電機的電流方向，使其旋轉 方向改變，控制車門打開或關閉。電動門鎖電動機工作原理圖如圖4-41所示。以鎖車為例說明控制過程。當門鎖主開關轉到鎖止位置時，觸點1閉合，門鎖繼電器的鎖止線圈通電，觸點5閉合。各門鎖電動機通電，電流方向：蓄電池+ t熔斷器（右門鎖主開關1宀門鎖繼電器鎖止線圈通t搭鐵。此時觸點5閉合，使得電流同

14、時流動，其電流方向為：蓄電池熔斷器（右、T觸點5t最下面導線T分流到四個電動機T觸點7 T搭鐵。此時電動機旋轉將車門鎖上。圖4-41 電動門鎖電動機工作原理圖3. 電動車窗電動機電動車窗電機通常采用永磁式雙向電機，用于車窗玻璃的控制。利用開關改變電機電 樞電流的方向即可改變其旋轉方向使車窗玻璃上升或下降。電動車窗電機工作原理圖如圖4-42所示。以左后門窗為例說明其控制過程。設點火開關已接通。當主控開關的左后窗開關撥到Up時，電動機通電，電流方向：蓄電池點火開關t電路斷路器t左后門窗Up t左后門窗電動機（電流水平從左到右Down （有兩個）t搭鐵（第四個水平線上的搭鐵）。此時電動機旋轉，帶動左

15、后窗玻璃上升。當主控開關的左后窗開關撥到Down時，電流反向（學生自己可以指出），此時電動機 反向旋轉，帶動左后門窗玻璃下降。圖4-42電動車窗電機工作原理圖（福特公司的車窗控制電路）4. 鼓風電動機鼓風電動機是汽車空調專用的電動機，其作用是促進空調內外氣體的交換，達到制冷、 供暖、除霜和通風的目的。鼓風電動機采用永磁式三速電機，多數安裝在暖風機總成內，與其安裝在一起的還有 調速電阻總成，如圖 4-43所示。鼓風電動機的控制開關安裝在儀表板上，開關通過控制調 速電阻來控制電機的轉速。匿風機總成搭鉄線段風機圖4-43鼓風電動機安裝位置鼓風電動機工作原理如圖 4-44所示。（1）開關置低速檔。將鼓風機開關1置“低（Low ） ”，此時電機串入三個電阻，其電樞電壓最低，電機以低速運轉。