Fig. 33Decomposition of the starter
1 直流電動機的結構與原理
（1） 直流電動機的結構
電動機的作用是將蓄電池輸入的電能轉換為機械能，產生電磁轉矩。直流電動機由電樞、磁極、電刷、殼體等主要部件構成，如圖34所示。
電樞 Armature
磁場繞組 Excitation winding
電刷 Brushes
殼體 Motor cover
圖34直流電動機結構圖
Fig. 34Component of DC motor① 電樞。電樞是直流電動機的旋轉部分，包括電樞軸、換向器、電樞鐵心、電樞繞組等部分。為了獲得足夠的轉矩，通過電樞繞組的電流一般很大（汽油機為200～600 A，柴油機可達1 000 A），因此電樞一般采用較粗的矩形裸銅線繞製而成，如圖35所示。
1—主軸 Spindle
2—轉子鐵芯 Rotor core
3—轉子繞組 Rotor winding
4—換向器 Commutator
圖35電樞
Fig. 35Armature圖36換向器
Fig. 36Commutator
換向器由銅質換向片和雲母片疊壓而成，且雲母片的高度略低於銅質換向片的高度，為了避免電刷磨損的粉末落入換向片之間造成短路，起動機換向片間的雲母的高度一般不能過低，如圖36所示。電樞繞組各線圈的端頭均焊接在換向器片上，通過換向器和電刷將蓄電池的電流傳遞給電樞繞組，並適時地改變電樞繞組中電流的流向。
② 磁極。其作用是通入電流後產生一個磁場，它由鐵心和磁場繞組構成，並通過螺釘固定在電動機殼體上。為增大電磁轉矩，一般采用四個磁極，大功率起動機有時采用六個磁極。磁場繞組也是用粗扁銅線繞製而成，與電樞繞組采用串聯方式，如圖37所示。
磁場繞組 Excitation winding磁極鐵芯 Pole core機殼 Stator frame
圖37磁極繞組
Fig. 37Excitation winding
現在轎車也有采用永磁式直流電動機，該直流電動機是采用永久磁鐵作磁通源。永磁式直流電動機容易達到無刷無接觸運行。但永磁材料由於質硬，很難進行機械加工，因而一般來說永磁式電動機的製造成本比電磁式高。而電磁式比永磁式多了一項激磁損耗。
③ 電刷與電刷架。電刷架一般為框式結構，其中正極刷架與端蓋絕緣，負極刷架通過機殼直接搭鐵。電刷置於電刷架中，正電刷與勵磁繞組的末端相連，負電刷與電刷架搭鐵。電刷由銅粉與石墨粉壓製而成呈棕紅色。電刷與電刷架的結構如圖38所示。
1—電刷 Brush
2—電刷架 Brush holder
3—電刷彈簧 Brush spring
圖38電刷與電刷架
Fig. 38Brush & brush holder（2） 直流電動機的工作原理
圖39直流電機工作原理
Fig. 39Working principle of DC motor
直流電動機的基本工作原理是通電的導體在磁場中會受電磁力作用，電磁力的方向遵循左手定則。如圖39所示，兩片換向片分別與環狀線圈的兩端連接，電刷一端與兩換向器片相接觸，另一端分別接蓄電池的正極和負極。在環狀線圈中電流的方向交替變化，用左手定則判斷可知，環狀線圈在電磁力矩作用下按順時針方向連續轉動。這樣在電源連續對電動機供電時，其線圈就不停地按同一方向轉動。為了增大輸出力矩並使運轉均勻，實際的電動機中電樞采用多匝線圈，隨線圈匝數的增多換向片的數量也要增多。
2 傳動機構
起動機的傳動機構由驅動齒輪、單向離合器、撥叉、齧合彈簧等組成，安裝在起動機軸的花鍵部分。
起動時，傳動機構使驅動齒輪沿起動機軸花鍵槽外移與飛輪齒圈齧合，將電動機產生的力矩通過飛輪傳遞給發動機曲軸，使發動機起動；起動後，飛輪轉速提高，將通過驅動齒輪帶動電動機軸高速旋轉，引起電動機超速。
因此，在發動機起動後，傳動機構應使驅動齒輪與電動機脫開，防止電動機超速。
（1） 單向離合器
傳動機構中，結構和工作情況比較複雜的是單向離合器，它的作用是傳遞電動機轉矩起動發動機，而在發動機起動後自動打滑，保護起動機電樞不致超速飛車。常用的單向離合器主要有以下幾種：
① 滾柱式單向離合器
整個單向離合器總成利用傳動導管套在電樞軸的花鍵上，離合器總成在推動凸緣7的作用下，可以在軸上移動，也可以隨軸轉動，如圖310所示。
1—外殼 Shell2—滾柱擋板 Roller retainer3—滾柱彈簧 Roller spring
4—銅套 Bushing5—驅動齒輪 Pinion gear6—滾柱 Roller
7—推動凸緣 Drive flange8—緩衝彈簧 Mesh spring9—離合器外環 Clutch housing
圖310滾柱式單向離合器
Fig. 310Roller type overrunning clutch發動機起動時，撥叉將離合器總成沿電樞軸花鍵推出，驅動齒輪5與發動機飛輪齒圈齧合，同時起動機通電，轉矩由電樞軸傳遞到離合器外環9，滾柱彈簧3壓迫滾柱6滾向逐漸收縮的豁口，滾柱楔緊驅動齒輪。這樣，驅動齒輪5和離合器外環9鎖定在一起，起動機轉矩傳遞到發動機飛輪齒圈而起動發動機。
當發動機起動並以自身動力運轉時，發動機飛輪齒圈企圖拖動驅動齒輪以比起動機電樞軸快得多的速度旋轉，在摩擦力的作用下，滾柱滾到楔形槽寬敞的空隙部分。從而釋放驅動齒輪，使驅動齒輪軸可以相對於電樞自由打滑。這樣轉矩就不能從驅動齒輪傳到電樞，從而防止了電樞超速飛散的危險。
② 摩擦片式單向離合器
摩擦片式單向離合器多用於柴油發動機使用的功率較大的起動機上。圖311所示為摩擦片式單向離合器的結構。
1、11—驅動齒輪 Driving gear
2—減震彈簧 Damping spring
3—小彈簧 Small spring
4—主動片 Active friction plate
5—壓環 Pressing ring
6—彈性圈 Elastic ring
7、10—外結合鼓 External drum
8—被動片 Passive friction plate
9—內結合鼓 Internal drum
12—飛輪 Flywheel
圖311摩擦片式單向離合器
Fig. 311Friction disc type overrunning clutch發動機起動後內接合鼓開始瞬間是靜止的，在慣性力作用下，內接合鼓由於花鍵套筒的旋轉而左移，從而使主、被動摩擦片壓緊而傳力，電樞轉矩最終傳給驅動齒輪。發動機起動後，飛輪齒圈的轉速高於驅動齒輪，於是內接合鼓又沿傳動套筒的螺旋花鍵右移，使主、被動摩擦片出現間隙而打滑，避免了電樞超速飛散。
摩擦片式離合器可以傳遞較大轉矩，並能在超載時自動打滑，但由於摩擦片易磨損，需經常檢查調整，其結構也較複雜。
③ 彈簧式單向離合器
圖312所示為彈簧式單向離合器的結構。起動發動機時，電樞軸帶動花鍵套筒8稍有轉動，扭力彈簧5順著其螺旋方向將齒輪柄與花鍵套筒8包緊，起動機轉矩經扭力彈簧4傳給驅動齒輪2起動發動機。發動機起動後，驅動齒輪轉速高於花鍵套筒，扭力彈簧放鬆，驅動齒輪與花鍵套筒鬆脫打滑，發動機的轉矩不能傳給電動機電樞。
1—襯套 Bushing2—驅動齒輪 Driving gear
3—擋圈 Retaining ring4—月形圈 Lunar ring
5—扭力彈簧 Torsion spring6—護套 Sheath
7—墊圈 Washer8—傳動套筒 Drive bushing
9—緩衝彈簧 Buffer spring10—移動襯套 Movable bushing
11—卡簧 Circlip
圖312彈簧式單向離合器
Fig. 312Spring type overrunning clutch彈簧式單向離合器結構簡單，壽命長，成本低。但其軸向尺寸較大，因此主要用在一些大功率起動機上。
（2） 撥叉
撥叉的作用是使離合器做軸向移動，將驅動齒輪齧入和脫離飛輪齒環。汽車上采用的撥叉一般有機械式撥叉和電磁式撥叉兩種（機械式撥叉目前已經被淘汰）。電磁式撥叉結構如圖313所示。
1—調節螺杆 Adjusting screw
2—定位螺釘 Setting screw
3—限位螺母 Limit nut
4—撥叉 Shift lever
圖313撥叉
Fig. 313Shift lever 這種電磁式撥叉用外殼封裝於起動機殼體上，由可動部分和靜止部分組成。可動部分包括撥叉和電磁鐵心，兩者之間用螺杆活動地聯接。靜止部分包括繞在電磁鐵心鋼套外的線圈、撥叉軸和回位彈簧。電磁式撥叉的結構緊湊，操作省力又方便，還不受安裝位置的限製。
發動機起動時，按下按鈕或起動開關，線圈通電產生電磁力將鐵心吸入，於是帶動撥叉轉動，由撥叉頭推出離合器，使驅動齒輪齧入飛輪齒環。發動機起動後，隻要鬆開按鈕和開關線圈就斷電，電磁力消失，在回位彈簧的作用下，鐵心退出撥叉返回，撥叉頭將打滑工況下的離合器撥回，驅動齒輪脫離飛輪齒環。
3 操縱機構
目前起動機的操縱機構普遍采用電磁開關式。電磁開關的作用是控製起動機驅動齒輪與飛輪的齧合與分離，以及電動機電路的通斷。電磁開關主要由吸拉線圈、保持線圈、活動鐵心、接觸盤、觸點等組成，如圖314所示。
1—電磁線圈 Solenoid
2、3、4—接線柱 Terminal
5—接觸盤 Contact disc
6—活動鐵芯 Plunger
7—回位彈簧 Return spring
圖314電磁開關結構圖
Fig. 314Structure of solenoid switch以圖315為例說明電磁開關的工作原理。
（1） 接通起動開關，電磁開關通電，其電流路徑為：
① 電源→起動機開關→繼電器13的線圈→搭鐵→蓄電池負極，繼電器13的觸點2、3閉合。
② 蓄電池1正極→繼電器觸點2→繼電器觸點3→吸拉線圈4→直流電機磁場繞組和電樞繞組→搭鐵→蓄電池負極。
1—蓄電池 Battery
2、3—繼電器觸點 Relay contact
4—吸拉線圈 Pullin winding
5—保持線圈 Holdin winding
6—活動鐵芯 Plunger
7—回位彈簧 Return spring
8—接觸盤 Contact disc
9、10—接線柱 Terminal
11—撥叉 Shift lever
12—驅動齒輪 Driving gear
13—繼電器 Relay
圖315電磁開關控製原理
Fig. 315Principle of solenoid switch③ 蓄電池1正極→繼電器觸點2→繼電器觸點3→保持線圈5→搭鐵→蓄電池負極。
此時吸拉線圈4和保持線圈5產生的磁力方向相同，在兩線圈磁力的共同作用下，使活動鐵心6克服彈簧力左移，帶動撥叉11將驅動齒輪推向飛輪，與此同時，活動鐵心將接觸盤8頂向觸點。當驅動齒輪與飛輪齧合時，接觸盤8將觸點9、10接通，使起動機通入起動電流，產生正常電磁轉矩起動發動機。接觸盤接通觸點時，吸引線圈被短路，活動鐵心靠保持線圈的磁力保持在吸合的位置。
（2） 起動後，在斷開起動開關的瞬間，接觸盤仍在接觸位置，此時電磁開關線圈電流為：
蓄電池1正極→接線柱9→接觸盤8→接線柱10→吸拉線圈4→保持線圈5→搭鐵→蓄電池負極。
由於吸拉線圈產生了與保持線圈相反方向的磁通，兩線圈磁力互相抵消，活動鐵心在彈簧力的作用下回位，使驅動齒輪退出。與此同時，接觸盤也回位，切斷起動機電路，起動機便停止工作。
三、 減速起動機
減速起動機在電樞和驅動齒輪之間裝有一級減速齒輪，它的優點是：采用了小型高速低轉矩的電動機，使得起動機的體積小、重量輕而便於安裝；提高了起動機的起動轉矩而有利於發動機的起動；電樞軸較短而不易彎曲。減速齒輪的結構簡單、效率高，保證了良好的機械性能。
減速起動機的減速機構有外齧合式、內齧合式和行星齒輪齧合式三種。
1 外齧合式減速起動機
外齧合式減速起動機的結構如圖316所示。外齧合式減速機構在電樞軸和起動機驅動齒輪之間用惰輪作過渡傳動，電磁開關鐵心與驅動齒輪同軸，它直接推動驅動齒輪進入齧合，無須撥叉，因此起動機的外形與普通的起動機有較大的差別。外齧合式減速機構的傳動中心距較大，受起動機結構的限製，其減速比不能太大，一般在小功率的起動機上應用。
圖316外齧合式減速起動機
Fig. 316External deceleration starter
2 內齧合式減速起動機
圖317所示為內齧合式減速起動機原理圖。內齧合式減速機構傳動中心距小，可以有較大的減速比，故可適用於較大功率的起動機。內齧合式減速機構的驅動齒輪仍用撥叉撥動進入齧合，因此起動機的外形與普通起動機相似。
圖317內齧合式減速起動機
Fig. 317Internal deceleration starter
3 行星齒輪齧合式減速起動機
行星齒輪齧合式起動機一例如圖318所示。行星齒輪傳動具有結構緊湊、傳動比大、效率高的特點。行星齒輪齧合式起動機由於輸出軸與電樞軸同軸、同旋向，電樞軸無徑向載荷，可使整機尺寸減小。除了增加行星齒輪減速機構的差別，行星齒輪式減速起動機其他軸向位置上的結構與普通起動機相同，因此配件可以是通用的。
圖318行星齒輪式減速起動機
Fig. 318Planetary gear deceleration starter
四、 起動機的使用與維護
為了延長起動機的使用壽命，並保證能迅速、可靠、安全地工作，使用起動機必須注意以下幾點:
（1） 起動機的安裝：起動機安裝麵和凸緣止口（徑向定位麵）與發動機缸體或變速箱的安裝麵必須有良好的接觸，不得有油汙和鏽蝕，起動機安裝中心必須與發動機安裝中心一致；安裝螺釘固定時，必須同時緊固，切忌先緊固好其中一隻，然後再緊固其他，造成安裝中心偏移；起動機固定後，不可再用工具強行撬動起動機，以免破壞起動機的安裝接觸麵和對中性。
（2） 線束的連接：電磁開關接線柱的M10螺母擰緊力矩一般取14.7～17.7 N·m，力矩過小會引起線束鬆動，引起發熱，增加電路壓降，影響起動性能，甚至造成打火燒蝕。力矩過大則會導致擰斷接線柱。
（3） 蓄電池的使用：必須按設計要求選擇電瓶，並經常保持電瓶有良好的放電性能。一旦發現電瓶損壞，必須及時更換，否則大電流通過時內阻使線路壓降大大增加，影響起動機的輸出功率。
（4） 起動機正常工作時間為1.5～2 s，最長工作時間每次不得超過5 s，如果大於5 s還未發動，必須中斷起動，間隔20～30 s後再次起動。如3次不能正常發動，必須檢查線路或發動機是否有故障，排除故障後再可起動。
（5） 起動電路的檢查：一般電瓶端電壓小於12 V時不得強行起動（解釋：蓄電池荷電量100%時電壓在12.78 V左右，在理論上要求蓄電池荷電量低於95%時不得起動，而此時蓄電池電壓在12.14 V左右），必須在電瓶重新充電恢複正常電壓後才能起動。
（6） 由於起動機一般安裝在發動機旁邊，有相當高的環境溫度，要避免熱態下整車泡進水中，引起零部件受損。
（7） 經常檢查電路各節點及接插件，如有生鏽、腐蝕或鬆動，應及時排除，以免電路發熱，產生過大電路壓降，影響起動機正常工作。
（8） 如整車配有中間繼電器控製起動機電磁開關，中間繼電器主觸點電流容量不能小於50 A，並保證其工作可靠性 （能及時通斷），同時繼電器的軸向安裝方向盡量采取水平放置並與汽車行駛方向垂直，避免汽車行駛振動過程中繼電器誤接通。
（9） 發動機長時間不工作時，盡量不要將鑰匙停留在“ON”位置上，否則就會導致蓄電池的電全部放完。當點火開關鑰匙旋轉到“START”位置之前，一定要把換擋杆放在空擋位置。
（10） 點火起動時不要踩油門踏板。
（11） 個別車型起動機在使用一段時間後，由於齒輪箱內環境影響，造成電機驅動軸上油汙、塵埃結聚，引起驅動齒輪複位遲緩而被飛輪反帶產生瞬時響聲，但不會影響起動性能。消除此響聲的最好辦法：將電機拆下，在驅動軸上加少許中性機油清洗汙漬後即可恢複（切不可使用汽油清洗）。
一、 起動機不解體檢測
進行起動機的解體之前，最好進行不解體檢測，通過不解體的性能檢測大致可以找出故障。起動機組裝完畢之後也應進行性能檢測，以保證起動機正常運行。在進行以下的檢測時，應盡快完成，以免燒壞電動機中的線圈。
1 吸拉線圈性能測試
斷開直流電機磁極與電磁開關C端子的連接線，將蓄電池正極接電磁開關50端子，負極接C端子，如圖319所示。驅動齒輪應能伸出，否則表明其功能不正常。
2 保持線圈性能測試
保持線圈性能測試接線方法如圖320所示，在驅動齒輪移出之後從端子C上拆下導線。驅動齒輪仍能保留在伸出位置，否則表明保持線圈損壞或接地不正確。
圖319吸拉線圈性能測試
Fig. 319Performance test of pullin winding
圖320保持線圈性能測試
Fig. 320Performance test of holdin winding
3 驅動齒輪複位測試