Tài liệu Chương 4: Hệ thống khởi động điện - Hệ Thống Điện Động cơ và ô tô | Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long

Ngoài ra trong một số máy khởi động dùng trên động cơ xăng còn có nhiệm vụ tựđộng ngắn mạch điện trở phụ của hệ thông đánh lửa trong quá trình khởi động. Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!

Thông tin:
55 trang 3 tháng trước

Bình luận

Vui lòng đăng nhập hoặc đăng ký để gửi bình luận.

Tài liệu Chương 4: Hệ thống khởi động điện - Hệ Thống Điện Động cơ và ô tô | Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long

Ngoài ra trong một số máy khởi động dùng trên động cơ xăng còn có nhiệm vụ tựđộng ngắn mạch điện trở phụ của hệ thông đánh lửa trong quá trình khởi động. Tài liệu giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao. Mời bạn đọc đón xem!

32 16 lượt tải Tải xuống
CHƯƠNG 4:
HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG ĐIỆN
4.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại
4.1.1. Công dụng
Biến điện năng của ắc quy thành cơ năng để dẫn động trục khuỷu động cơ quay với
tốc độ ban đầu nhất định đủ để khởi động động cơ, sau đó động cơ sẽ làm việc tự lập.
Ngoài ra trong một số máy khởi động dùng trên động cơ xăng còn có nhiệm vụ tự
động ngắn mạch điện trở phụ của hệ thông đánh lửa trong quá trình khởi động.
Hình 4.1: Cấu tạo tổng quát của hệ thống khỏi động .
1. Máy khởi động; 2. Ắc quy; 3. Công tắc khởi động; 4. Rơ le (có thể là rơ le đóng
mạch hoặc rơ le bảo vệ khởi động )
4.1.2. Yêu cầu
men quay của máy khởi động phải thắng được men ma sát của động cơ,
mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay,
Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ ở tốc độ thấp nhất mà động
có thể nổ được.
Mô men truyền động đủ để khởi động động cơ.
Chỉ truyền động một chiều từ máy khởi động đến động cơ.
Bảo đảm sẳn sàng khởi động và khởi động được nhiều lần.
Có cấu tạo cứng vững, chịu được rung động, ăn mòn.
Trọng lượng và kích thước nhỏ gọn.
Ít chăm sóc, bảo dưỡng.
Bảng 4-1: Số vòng quay khởi động nhỏ nhất
Động cơ Số vòng quay khởi động nhỏ nhất (v/ph)
Động cơ đốt cháy bằng tia lửa
điện, piston tịnh tiến
60 - 90
Động cơ đốt cháy bằng tia lửa
điện, piston quay
150 - 180
Động cơ diesel có bugi xông 60 - 140
Động cơ diesel không có bugi
xông
100 - 200
Hình 4.2: Tóm tắt yêu cầu sự khởi động trên động cơ xăng
4.1.3. Phân loại
a. Theo điện áp danh định: Có hai loại
Máy khởi động 12V: Loại này công suất nhỏ, thường sử dụng trên xe du lịch,
hoặc những động cơ Diesel có công suất nhỏ.
Máy khởi động 24V: Loại này công suất lớn, thường dùng để khởi động động
cơ Diesel lắp trên xe tải, xe buýt hoặc xe chuyên dùng.
b. Theo cấu tạo động cơ điện
Máy khởi động kích thích bằng nam châm vĩnh cửu: Loại này kích thước nhỏ
gọn thường dùng trên động xăng (xe tô, động xăng một xy lanh, động
xăng có công suất nhỏ ...)
Máy khởi động kích thích kiểu điện từ: Loại này thường sử dụng trên ô tô du lịch,
ô tô tải, động cơ Diesel tàu thủy ..... Tùy theo cách đấu dây, có 3 loại:
Máy khởi động kích thích nối tiếp.
Máy khởi động kích thích song song.
Máy khởi động kích thích hỗn hợp.
c. Theo cách truyền động đến vành răng bánh đà
Loại truyền động trực tiếp với vành răng bánh đà
Truyền động quán tính
Truyền động cưỡng bức
Truyền động tổng hợp
Loại truyền động qua hộp giảm tốc
Truyền động bằng hệ bánh răng ăn khớp ngoài (loại máy khởi động hai
tầng).
Truyền động bằng hệ bánh răng hành tinh và vành răng ăn khớp trong.
Truyền động bằng dây xích (như xe Honda Dream II, DH-88 ...).
4.2. Động cơ điện một chiều:
4.2.1. Nguyên lý hoạt động
Đường sức từ sinh ra giữa cực bắc cực nam của nam châm. đi từ cực bắc
đến cực nam. Đặt một khung dây giữa từ trường của nam châm, khi dòng điện chạy
xuyên qua khung dây, từ thông sẽ xuyên qua khung dây. Chiều của đường sức từ sinh ra
trên khung dây được xác định bằng qui tắc vặn nút chai. Khi chiều của từ trường trùng
nhau, đường sức từ trở nên mạnh hơn (dày hơn). Khi chiều của từ trường đối ngược, thì
đường sức từ trở nên yếu đi (thưan). Bản chất của đường sức từ thường trở nên ngắn
đi cố đẩy những đường sức từ khác ra xa tạo ra lực. Lực sinh ra trên khung dây
cung cấp năng lượng làm quay động cơ điện.
Đặt hai đầu khung dây lên điểm tựa để thể quay. Tuy nhiên, chỉ thể
tiếp tục quay khi lực sinh ra theo chiều cũ.
Bằng cách gắn cổ góp và chổi than vào khung dây, dòng điện chạy qua dây dẫn từ
sau đến trước phía cực bắc, trong khi dòng điện chạy từ trước ra sau phía cực nam và duy
trì như vậy. Điều đó làm nam châm tiếp tục quay.
Hình 4.3: Từ trường và chuyển động quay của khung dây
Hình 4.4: Cổ góp và khung dây
Để ứng dụng thuyết này trong thực tế, trước tiên, người ta phải quấn nhiều
khung dây để tăng từ thông từ đó sinh ra mô men lớn. Tiếp theo, người ta đặt một lõi thép
bên trong các khung dây cũng nhằm tăng từ thông và tạo ra mô men lớn.
Thay s dụng nam châm vĩnh cửu, người ta thể dùng nam châm điện làm
phần cảm.
Quan hệ giữa cực từ của nam châm dòng điện chạy qua thể dùng qui tắc
bàn tay phải để giải thích. Hướng tất cả bốn ngón tay, trừ ngón tay cái của bàn tay phải theo
chiều của dòng điện đi qua cuộn dây. Khi đó ngón cái sẽ chỉ chiều của cực bắc.
Để tốc độ động cơ quay cao và quay êm, người ta dùng nhiều khung dây.
Từ những lý thuyết trên, người ta thiết kế nên máy khởi động trong thực tế.
Hình 4.5: Quấn nhiều khung dây trên rô to
4.2.2. Phân loại động cơ điện một chiều, sơ đồ đấu dây và đặc tính tốc độ-mô men
Động cơ điện một chiều kích thích song song:
Cuộn dây kích thích được nối song song với rô to, khi động cơ được cung cấp bởi
nguồn điện áp không đổi, thì từ thông trong mạch kích thích và số vòng quay rô to có thể
xem như không đổi. men quay của to tỷ lệ với dòng điện phần ứng, quan hệ giữa
mô men quay và tốc độ quay theo đường thẳng. Có thể xem như số vòng quay không đổi
khi phụ tải thay đổi, khả năng chịu quá tải kém. Do đó động điện một chiều kích
thích song song không được dùng trong động cơ khởi động.
Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp:
Trong động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp thì cuộn dây kích thích cuộn
dây phần ứng của rô to được đấu nối tiếp với nhau, và toàn bộ dòng điện phần ứng đều đi
ngang qua cuộn dây kích thích. Do đó khi mạch từ chưa bảo hòa thì từ thông trong mạch
kích thích sẽ tăng tỷ lệ với dòng điện phần ứng I , và mô men quay coi như tỷ lệ với bình
ư
phương của I .
ư
K: Hệ số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ điện.
Vì thế khi mang tải, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp phát triển mô men
quay ban đầu rất cao và sẽ giảm nhanh khi tốc độ quay của động cơ điện bắt đầu gia tăng.
Khả năng chịu quá tải lớn (ví dụ khimen tăng hai lần thì dòng điện phần ứng I tăng
ư
140%).
Do có đặc tính như vậy, động cơ điện kích thích nối tiếp đặc biệt tốt dùng cho máy
khởi động điện.
Nhưng loại động này nhược điểm số vòng quay khi chạy không tải rất
cao, có thể phá hỏng các dây quấn phần ứng do lực ly tâm.
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp:
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp tức là trong các cuộn dây kích thích có
một số cuộn được đấu nối tiếp và một số cuộn được đấu song song.Ví dụ như kiểu 3x1 có
3 cuộn dây đâu nối tiếp và một cuộn dây đấu song song.
Mục đích đấu dây như vậy nhằm làm giảm số vòng quay khi động điện chạy
không tải, giảm bớt hao mòn cho các ổ đỡ và an toàn cho dây quấn rôto .
Động cơ điện loại này có đặc tính kết hợp giữa động cơ điện kích thích nối tiếp và
động cơ điện kích thích song song. Loại này được dùng rộng rãi trên các máy khởi động
của xe du lịch.
Động cơ điện một chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu:
Loại động này đặc điểm cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, bởi từ
trường được sinh ra bởi các nam châm vĩnh cửu. Do đó từ thông trong mạch kích thích
không thay đổi trong suốt quá trình hoạt động của động cơ.không cuộn dây kích
thích do đó không có dòng điện kích thíchđiện trở thuần trong mạch kích thích. Toàn
bộ điện trở của động cơ đều giảm.
Hoạt động của động cơ điện một chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu cũng sử
dụng nguồn điện của ắc quy, và tương tự nđộng cơ điện ch thích song song.
Do có đặc điểm cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, động điện một chiều kích thích
bằng nam châm vĩnh cửu thường được sử dụng trên máy khởi động của động cơ xăng có
công suất nhỏ, động cơ xăng trên ô tô du lịch có dung tích khoảng 1,9 lít.
Hình 4.6: Các sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích thích điện từ
1. Ắc quy; 2. Công tắc; 3. Cuộn dây kích thích (phần cảm); 4. Rô to (phần ứng)
a) Đấu nối tiếp; b) Đấu song song; c) Đấu kết hợp
Hình 4.7: Đặc tính tốc độ và mô men của động cơ điện một chiều
a) Đấu song song; b) Kích thích bằng nam châm vĩnh cửu;
c) Đấu kết hợp d) Đấu nối tiếp
4.3. Cấu tạo máy khởi động điện
Các máy khởi động bao gồm các bộ phận chính sau đây:
Động cơ điện khởi động .
Rơ le gài khớp (Solenoid switch ).
Khớp truyền động.
Hình 4.8: Máy khởi động có bánh răng giảm tốc,
kích thích bằng nam châm vĩnh cửu
1. Cần gạt gài khớp; 2. Cuộn dây solenoid gài khớp và công tắc từ;
3. Khớp ly hợp một chiều; 4. Bánh răng giảm tốc (bánh răng hành tinh);
5. Rô tô; 6. Nam châm vĩnh cửu
4.3.1. Mô tơ máy khởi động
Stator ( phần cảm ):
Bao gồm thân của máy khởi động, các cực từ cuộn dây kích thích ( Hình 4.9).
Thân một ống thép được gia công mặt trong, bên trong gắn các khôi cực từ để giữ
các cuộn dây kích thích (thường có bốn khối cực từ) trên võ có gắn các ốc thau cách điện
để dẫn điện từ ắcquy vào.
Hình 4.9: Cấu tạo stator
1. Má cực; 2. Vỏ stator; 3. Chổi than; 4. Cuộn dây kích thích
Cực từ được chế tạo bằng thép ít cácbon để có đặc tính dẫn từ tốt và được bắt vào
bên trong thân bằng các vít đặc biệt.
Cuộn dây kích thích: nhiệm vụ tạo từ trường chính cho các khối cực, quấn
bằng những thanh đồng dẹp tiết diện lớn quanh các khối cực từ khoảng từ (4 10)
vòng. Phần này là cuộn dây kích thích nốì tiếp, còn cuộn dây kích thích song song có tiết
diện dây nhỏ, quấn nhiều vòng để đảm bảo cường độ từ cảm trên các cực từ là như nhau.
Dây kích thích phải lớn khi máy khởi độngm việc dòng điện tiêu thụ rất lớn (200A
800A) vàthể hơn nữa. Các cuộn dây kích thích kề nhau được quấn ngược chiều để
tuần tự tạo ra các cực bắc, nam khác trên thân máy có nhiệm vụ làm cầu nối liên lạc mạch
từ giữa các khối cực.
Ở các máy khởi động có công suât nhỏ, các cuộn dây kích thích được đấu nối tiếp,
còn máy khởi động công suất lớn trung bình các cuộn dây đấu song song - nối
tiếp.
Rô to (phần ứng):
Gồm trục máy khởi động, khối thép từ, dây quấn phần ứng, vành đổi điện (cổ
góp).
Khối thép từ thường được chế tạo bằng các thép điện kỹ thuật dày từ
(0,5mm1mm) hình dạng đặc biệt được ép lên trục to. Phía bên ngoài nhiều
rãnh dọc để quấn dây. Rô to được đỡ trên hai bạc thau và quay bên trong các khối cực của
stator với khe hở ít nhất đế giảm bớt tổn hao năng lượng từ trường.
Hình 4.10: Dây quấn trong rô to
Dây quấn trong to máy khởi động là các thanh đồng tiết diện nh chữ nhật.
Mỗi rãnh thường có hai dây và quấn sóng, các dây quấn được cách điện với lõi của rô to,
các đâu dây của các khung dây được hàn vào các lá góp bằng thau của cổ góp.
Cổ góp điện gồm nhiều góp bằng thau ghép quanh trục giữa các góp được
cách điện với nhau và cách điện với trục bằng mica.
Hình 4.11: Cấu tạo cổ góp điện
1. Rãnh dạng chữ V; 2. Mi ca cách điện; 3. Lá góp bằng đồng; 4. Ống.
a) Cổ góp; b) Cắt rãnh trên cổ góp.
Nắp của máy khỏi động:
Thường được đúc bằng gang hoặc nhôm, bên trong đóng các bạc thau để lắp
với trục to, trên nắp còn có các chốt định vị để ráp đúng vào vị trí của thân máy khởi
động.
Nắp phía bánh răng còn có gia công lỗ để gắn cần điều khiển khớp truyền động, vị
trí lắp rơ le gài khớp, các lỗ bulông để lắp vào vỏ bọc bánh đà của động cơ đốt trong.
Nắp phía cổ góp điện còn là nơi gắn các giá đở chổi than và lò xo. xo luôn ấn
chổi than tỳ vào cổ góp điện đúng với lực ép cần thiết để dẫn điện vào cuộn dây rô to.
Chổi điện:
Chổi điện đựơc chế tạo bằng bột than, bột đồng với thiếc, đồng với graphít, được
đúc ép thành khối dưới áp suất cao nhằm làm giảm điện trở riêng mức mài mòn của
chổi điện. Mỗi chổi điện được hàn dính liền với dây dẫn điện.
Hình 4.12: Chổi điện và giá đỡ
1. Lò xo chổi điện; 2. Giá đỡ chổi điện; 3. Cổ góp; 4. Chổi điện (chổi than)
Trong máy khởi động thường dùng 4 chổi điện được bố trí như (hình 4.12). Có hai
chổi điện dương được gắn vào giá đở chổi điện cách điện với thân máy, chổi điện
dương có nhiệm vụ dẫn điện từ cuộn dây kích thích vào dây quấn rô to. Hai chổi âm cũng
được gắn vào giá đỡ thường tiếp mát qua nắp của máy khởi động. Trên những máy
khởi động cố công suất lớn thường dùng hai chổi điện bố trí chung ở một vị trí, như vậy
trong máy khởi động có 8 chổi điện, hai cặp chổi điện âm và hai cặp chổi điện dương.
4.3.2. Rơ le gài khớp và công tắc từ
le dùng để chuyển dòng điện đến máy khởi động giá trị lớn khoảng
(200A800A) tùy theo công suất máy khởi động và có liên quan đến dòng điều khiển có
giá trị thấp. Dòng điều khiển giá trị thấp thể điều khiển bằng các công tắc khí
(công tắc khởi động, công tắc đánh lửa khởi động). Sự kết hợp của rơ le động cơ điện
khởi động thực hiện hai chức năng: Đẩy bánh răng dịch chuyển về phía trước để ăn khớp
vào vành răng bánh đà của động cơ đốt trong và đóng mạch cấp dòng điện cho máy khởi
động.
Lỏi sắt từ (1) thể di chuyển được bên trong thân le. Khoảng cánh giữa khối
thép từ (4) lỏi (1) chính là khoảng dịch chuyển của lỏi. Thân rơle, khối thép (4) lỏi
(1) tạo thành mạch từ. Trên thân của rơ le có quấn hai cuộn dây với số vòng dây bằng nhau,
tiết diện dây khác nhau và quấn cùng chiều. Cuộn dây hút (W ) và cuộn dây giữ (W ). Đầu
h g
nối chung của hai cuộn dây được cách mát dẫn ra ngoài để nối lên công tắc khởi động
(đầu 50), đầu còn lại của cuộn dây giữ (W ) được nối ra mát, và đầu còn lại của cuộn dây
g
hút (W ) được đấu nối tiếp với động cơ điện khởi động.
h
Hình 4.13: Rơ le gài khớp và công tắc từ
1. Lỏi sắt từ phần ứng; 2. Cuộn dây hút W ; 3. Cuộn dây giữ W ; 4. Khối thép từ;
h g
5. Các tiếp điểm tĩnh; 6. Đầu nối dây điện; 7. Đĩa tiếp điểm độn; 8. Lò xo hồi vị.
Tiếp điểm di động số (7) được cách điện với lỏi thép thể trượt được trên
lỏi, xo phía bên phải tiếp điểm tác dụng giảm va đập cho tiếp điểm (7) khi đóng
mạch. Tiếp điểm tĩnh (5) và đầu nối (6) được lắp cách điện với nhau và cách mát. Ngoài
ra một số le còn bố trí thêm một tiếp điểm phụ được đưa ra đầu nố (15a) để ngắn
mạch điện trở phụ của hệ thông đánh lửa trong quá trình khởi động.
Nguyên lý làm việc:
Khi ta ấn công tắc khởi động, đòng điện từ ắcquy sẽ chạy qua hai cuộn dây hút
cuộn dây giữ qua đầu nối chung (50). Dòng điện chạy qua cuộn dây giữ về mát trực tiếp,
dòng điện chạy qua cuộn dây hút vào mạch kích thích và qua rô to máy khởi động rồi về
mát. Cả hai cuộn dây cùng tạo ra từ trường mạnh hút lỏi thép từ phần ứng (1) di chuyển
qua phía phải để đóng đĩa tiếp điểm di động (7) vào tiếp điểm tĩnh (5). Dòng điện chính
từ ắc quy sẽ cung cấp vào máy khởi động qua đầu nối (6) và các tiếp điểm (7, 5) máy
khởi động sẽ quay nhanh. Đồng thời khi dịch chuyển như vậy lỏi (1) thông qua cần gạt sẽ
đẩy bánh răng vào vị trí ăn khớp với vành răng bánh đà.
Khi ngắt mạch công tắc khởi động, hai cuộn dây mất từ trường, lỏi thép (1), đĩa
tiếp điểm, bánh răng máy khởi động sẽ quay trở về vị trí ban đầu nhanh chóng nhờxo
hồi vị (8). Mạch điện bị cắt máy khởi động ngừng hoạt động.
Việc bố trí cuộn dây hút (W ) có tác dụng sau:
h
Nhằm tạo ra từ trường ban đầu đủ lớn để thắng được quán tính ì của các chi tiết
như: Lỏi (1), xo, khớp truyền động, cần gạt. Để dịch chuyển bánh răng ăn khớp với
vành răng bánh đà một cách nhanh chóng và đóng mạch tiếp điểm động (7).
Do cuộn dây hút (W ) được đấu nối tiếp với động cơ điện, trong giai đoạn đầu khi
h
cuộn dây hút (W ) chưa bị nối tắt,to máy khởi động sẽ quay lúc lắc một chútbánh
h
răng sẽ dễ lựa vào ăn khớp với vành răng bánh đà.
Khi tiếp điểm di động (7) đã đóng mạch điện chính, cuộn dây hút (W ) bị nối tắt
h
(cả hai đầu cuộn dây đều nối với dương ắcquy) để tiết kiệm năng lượng điện của ắc quy
vì lúc này chỉ cần lực hút của cuộn dây giữ (W ) làthể giữ được bánh răng ở vị trí ăn
g
khớp và tiếp điểm (7) ở vị trí đóng mạch.
4.3.3. Cơ cấu truyền động và ly hợp một chiều
a. Cơ cấu truyền động
cấu truyền men từ phần động điện đến bánh đà của động ô tô,
đồng thời làm nhiệm vụ bảo vệ cho động cơ điện.
Bánh răng của khớp truyền động chỉ được ăn khớp với vành răng bánh đà trong
lúc khởi động, vì vậy khi động cơ đã nổ thì khớp truyền động phải tự động tách ra.
Do tỷ số truyền từ bánh răng máy khởi động đến vành răng bánh đà rất lớn khoảng
(10:1 đến 15:1) hoặc hơn nữa. Do đó khi động cơ ô tô đã bắt đầu làm việc tự lập, số vòng
quay có thể đạt từ (500 1000) v/ph và hơn nữa.
Nếu lúc này bánh răng của khớp truyền động không kịp thời tách ra vẫn ăn
khớp với vành răng bánh đà, rô to của máy khởi động sẽ bị bánh đà động cơ cuốn theo và
quay với số vòng quay rất cao (10.000 20.000 )v/ph, với số vòng quay này thể làm
hỏng dây quấn rô to do lực ly tâm, làm cháy các ổ đở…
vậy các khớp truyền động phải tự động tách khỏi vành răng bánh đà khi động
cơ ô tô đã bắt đầu làm việc tự lập, hoặc khớp được làm theo kiểu truyền động một chiều.
b. Các phương pháp truyền động:
Tùy theo nguyên tắc truyền động người ta chia ra:
Truyền đông quán tính:
Bánh răng của khớp truyền động tự động di chuyển ra theo quán tính để ăn khớp
với vành răng bánh đà. Sau khi động bắt đầu làm việc tự lập, bánh răng của khớp
truyền động bị hất trở về vị trí ban đầu một cách tự động, đồng thời khớp truyền động
được chế tạo theo kiểu truyền động một chiều.
Truyền đông cơ khí cưỡng bức:
Khớp truyền động cùng với bánh răng khi di chuyển ra ăn khớp với vành răng
bánh đà, cũng như khi tách khỏi vành răng bánh đà đều chịu sự điều khiển cưỡng bức
(thường dùngle điện từ để điều khiển). Vì sự điều khiển cưỡng bức, sự tách khớp của
bánh răng thể không kịp thời ngay khi động bắt đầu làm việc tự lập. Do đó khớp
truyền động loại này thường làm theo kiểu truyền động một chiều. (có thể dùng khớp một
chiều kiểu con lăn, hoặc kiểu bánh cóc ...).
Truyền động tổng hợp:
Bánh răng di chuyển ra ăn khớp với vành răng bánh đà theo kiểu cưỡng bức,
nhưng tách khớp thì tự động như kiểu truyền động quán tính.
c. Ly hợp một chiều
Ly hợp một chiều kiểu con lăn:
Khớp truyền động một chiều kiểu con lăn thể dịch chuyển dọc theo rãnh xoắn
của trục rô to máy khởi động, rãnh then bên trong của vành đai dẫn động (6) ăn khớp với
then trên trục to, bạc thau (2) được ép chặt trênnh răng gối lên trục to. Vành
đai (6) có bốn rãnh vát bên trong đặt các con lăn (4), dưới tác động củaxo (3) các con
lăn bị đẩy về phía hẹp của rãnh. Phần hình trụ của bánh răng (8) được lắp bên trong vành
đai (6) tiếp xúc với các con lăn (4). Toàn bộ bánh răng, xo, con lăn được giữ bên
trong vành đai (6) nhờ vỏ che (7). Vòng dẫn hướng (12) lắp lỏng với phần đuôi hình trụ
của vành đai (6) và được giữ lại nhờ vòng hãm (1).
Hình 4.14: Khớp truyền động một chiêu kiểu con lăn.
1. Vòng hãm; 2. Bạc thau; 3. Lò xo; 4. Con lăn; 5. Lò xo gài khớp; 6. Vòng đai dẫn
động; 7. Vỏ che; 8. Bánh răng; 12. Vòng dẫn hướng; a. Chiều truyền động.
Rãnh then trên trục to khớp truyền động được làm xoắn để khi vào ăn khớp
với vành răng bánh đà, khớp truyền động vừa chuyển động tịnh tiến, vừa chuyển động
quay chậm bánh răng máy khởi động tự lựa vào ăn khớp với vành răng bánh đà dễ
dàng hơn. Lò xo gài khớp (5) có tác dụng giảm va đập cho bánh răng (8) khi vào khớp và
khi bị đẩy trở về vị trí ban đầu.
Khi máy khởi động làm việc, men xoắn từ trục rôto được truyền qua vành đai
dẫn động (6), qua con lăn (4) đến bánh răng (8). Khi bánh răng (8) đã vào khớp với vành
răng bánh đà, con lăn sẽ di chuyển về phía rãnh hẹp chốt chặt giữa vành đai (6) với
đuôi hình trụ của bánh răng (8). Mô men xoắn được truyền đến vành răng bánh đà động
cơ.
Khi động đã bắt đầu làm việc tự lập, bánh răng (8) trở thành bộ phận bị dẫn,
vành răng bánh đà trở thành bộ phận dẫn độngbánh răng (8) sẽ quay nhanh hơn vòng
đai (6). Lúc này con lăn (4) sẽ ép các xo (3) dịch chuyển về phía rộng của rãnh,
khớp bắt đầu quay trơn. Chuyển động quay của vành đai (6) và bánh răng (8) độc lập với
nhau.
4.3.4. Điều khiển máy khởi động:
Điều khiển kiểu trực tiếp: Đóng mạch điện máy khởi động, gài khớp trực tiếp bằng
cơ khí. Phương pháp này ít dùng.
Điều khiển gián tiếp: Thông qua các rơ le điện từ.
Công tắc khởi động kết hợp rơ le gài khớp.
Công tắc khởi động, rơ le đóng mạch hoặc rơ le bảo vệ kết hợp với rơ le gài
khớp.
4.3.5. Đặc tính máy khởi động điện
a. Sơ đồ tính toán
Để xác định các đặc tuyến bản của máy khởi động (chủ yếu phần động
điện), ta khảo sát mạch điện của một máy khởi động loại mắc nối tiếp. đồ tính toán
được trình bày trên hình 4.15.
Hình 4.15: Sơ đồ tính toán máy khởi động
b.Đặc tính và đánh giá hư hỏng thông qua các đặc tính
Đặc tính tốc độ máy khởi động n = f (I)
Sức điện động ngược Eng sinh ra trong cuộn dây phần ứng khi máy khởi động
quay:
Trong đó:
B Cường độ từ trường của nam châm.
L Chiều dài khung dây.
v Vận tốc dài khung dây,
P Số cặp cực.
Từ thông qua khung dây.
Tốc độ góc,
Bước cực,
n Số vòng quay rô to.
D Đường kính rô to.
Sức điện động ngược sinh ra ở phần ứng:
Trong đó: a Số đôi mạch mắc song song trong rô to.
C
e
Hằng số kết cấu,
N Số dây dẫn trong rô to.
Từ sơ đồ trên hình 4.15 ta có:
Đối với sơ đồ trên, theo định luật Kirchhoff, ta có thể viết:
Trong đó:
R
d
Điện trở dây cáp ắc quy.
R
Điện trở các cuộn dây rô to và stator.
Độ sụt áp trên chổi than.
= 1,3V đối với máy khởi động 12V.
= 2,5V đối với máy khởi động 24V.
E
ng
được xác định:
Hình 4.16: Đặc tính máy khởi động
chế độ tải nhỏ, mạch từ chưa bảo hòa, dòng điện qua máy khởi động nhỏ từ
thông của cuộn kích phụ thuộc tuyến tính vào cường độ dòng điện .
= (4.1)
Đặt: (4.2)
(4.3)
Từ (4.1), (4.2) và (4.3), ta có:
Vì vậy lúc này tốc độ phụ thuộc vào cường độ dòng điện theo quy luật hyperbol.
Ở chế độ tải lớn, dòng qua máy khởi động lớn và mạch từ bị bão hòa. Lúc này đặc
tuyến n = f(I) trở nên tuyến tính:
Dòng điện trongy khởi động lớn nhất khi bánh răng máy khởi động ăn khớp
với bánh đà. Lúc đó E = 0 và I = I .
ng nm
Đặc tính moment kéo M = f (I)
Moment kéo được tạo nên do lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường của các cuộn
kích và dòng điện trong các dây dẫn phần ứng (rô to).
Trong đó: F Tổng lực tác dụng lên các khung dây.
D Đường kính của rô to.
Với: f Lực tác dụng lên một khung.
N Số khung dây rô to.
Dòng điện chạy trong một khung dây.
Từ các công thức trên, ta xác định mô men M:
Khi tải nhỏ:
Khi tải lớn :
Mô men đạt cực đại khi n = 0. Như vậy, lúc tải nhỏ đặc tuyến phụ thuộc vào cường
độ dòng theo quy luật đường parabol khi tải lớn đặc tuyến chuyển sang dạng tuyến
tính (quy luật đường thẳng).
Đặc tính công suất P =f (I)
Công suất điện từ P là tích số giữa mô men kéo và vận tốc góc của rô to sẽ là, tức
là công suất do các lực điện từ làm quay rô to tạo nên.
Vận tốc góc:
với
Lấy đạo hàm phương trình P để tìm giá trị cực đại:
Khi n = 0 thì E = 0
ng
I
nm
dòng điện cực đại máy khởi động tiêu thụ khi bị hãm chặt. Thay giá
trị I vào phương trình P, ta được công suất điện từ cực đại.
pmax
Trong đó:
Công suất ắc quy đưa đến máy khởi động.
Mất mát công suất về điện do nhiệt sinh ra trên dây.
Công suất hữu ích.
Công suất mất mát do cơ khí (ổ bi, chổi than).
Công suất mất mát về từ, chủ yếu là dòng Fucô.
Hiệu suất của máy khởi động:
Đánh giá hư hỏng qua các đặc tính
Căn cứ vào các đặc tuyến, ta chia hoạt động của máy khởi động ra làm 3 chế độ:
Chế độ không tải ứng với máy khởi động quay tốc độ không tải n , lúc đó công
0
sinh ra đủ thắng P , P , P .
đ ck t
Chế độ công suất cực đại ứng với cường độ dòng điện gần bằng I
nm
/2.
Chế độ hãm chặt ứng với I = I , khi n = 0 và M= M .
nm max
Trên thực tế, ta thể ứng dụng các chế độ làm việc thứ nhất thứ ba để chẩn
đoán hư hỏng của máy khởi động.
chế độ thứ nhất, nếu tốc độ không tải đo được của máy khởi động nhỏ hơn giá
trị cho phép của nhà chế tạo n0 và cường độ dòng điện không tải lớn hơn bình thường thì
hư hỏng xảy ra chủ yếu ở phần cơ: Kiểm tra các ổ đỡ và chổi than.
chế độ thứ ba, nếu dòng ngắn mạch lớn hơn giá trị cho phép trong khi men
kéo nhỏ hơn thì hư hỏng chủ yếu xảy ra ở phần điện: Chập mạch các vòng dây hoặc chạm
mát.
4.3.6. Cấu tạo, hoạt động của một vài loại máy khởi động điện
a. y khởi động truyền động cưỡng bức, điều khiển gn tiếp, dẫn động trực tiếp
Các kiểu máy khởi động EF, DF, EB, GB, GF, JF, JD của hãng Bosch điều thuộc
loại này hoạt động tương tự như nhau. đây trình bày cấu tạo, nguyên hoạt
động của máy khởi động kiểu EF.
Nét đặc trưng của máy khởi động loại này động điện truyền động trực tiếp
đến vành răng bánh đà, toàn bộ le gài khớp, khớp truyền động dùng thực hiện chuyển
quay và dịch chuyển dọc trục của bánh răng và khớp một chiều kiểu con lăn.
Hoat động: (Hình 4.18)
máy khởi động truyền động cưỡng bức, toàn bộ hành trình ăn khớp tổng của
hành trình dọc trục và hành trình xoắn ốc.
Hình 4.17 : Máy khỏi động kiểu EF của Bosch.
1. Cuộn dây giữ (H); 2. Cuộn dây hút (E); 3. Lò xo phục hồi; 4. Cần gạ; 5. Lo xo ăn
khớp; 6. Vòng đai dẫn động; 7. Ly hợp kiểu con lăn; 8. Bánh răng; 9. Trục rô to; 10.
Vòng chặn; 11. Rãnh then xoắn ốc; 12. Rãnh dẫn hướng; 13. Đầu nối đến ắc quy;
14. Tiếp điểm; 15. Lò xo ngắt tiếp điểm; 16. Tiếp điểm di động; 17. Rơ le gài khớp; 18.
Nắp che phía cổ góp; 19. Gíá chổi than; 20. Chổi than; 21. Vành đổi điện; 22. Cực từ;
23. Rô to; 24. Vỏ máy khởi động; 25. Cuộn dây kích thích.
Hành trình dọc trục:
Khi đóng mạch công tắc khởi động (1), cuộn dây hút (E) cuộn dây giữ (H) của
rơ le khởi động được cung cấp điện từ ắc quy qua công, tắc (1) vào đầu nối (50) của máy
khởi động. Từ trường tổng của cả hai cuộn dây sẽ hút lỏi sắt của le kéo cần gạt (5)
chống lại lực phục hồi của xo (3). Cần gạt (5) thông qua vòng dẫn hướng xo ăn
khớp đẩy khớp truyền động (6) bánh răng (7) dịch chuyển về phía vành răng bánh đà
của độngđốt trong. Khớp truyền động và bánh răng đồng thời cũng xoay do tác dụng
của rãnh then xoắn ốc. Rô to của máy khởi động ở thời điểm này vẫn chưa quay bởi dòng
điện chính cung cấp cho mạch kích thích và rô to vẫn chưa được đóng mạch. Nhưng rô to
| 1/55

Preview text:

CHƯƠNG 4:
HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG ĐIỆN 4.1.
Công dụng, yêu cầu và phân loại 4.1.1. Công dụng
Biến điện năng của ắc quy thành cơ năng để dẫn động trục khuỷu động cơ quay với
tốc độ ban đầu nhất định đủ để khởi động động cơ, sau đó động cơ sẽ làm việc tự lập.
Ngoài ra trong một số máy khởi động dùng trên động cơ xăng còn có nhiệm vụ tự
động ngắn mạch điện trở phụ của hệ thông đánh lửa trong quá trình khởi động.
Hình 4.1: Cấu tạo tổng quát của hệ thống khỏi động .
1. Máy khởi động; 2. Ắc quy; 3. Công tắc khởi động; 4. Rơ le (có thể là rơ le đóng
mạch hoặc rơ le bảo vệ khởi động ) 4.1.2. Yêu cầu
Mô men quay của máy khởi động phải thắng được mô men ma sát của động cơ,
mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay, 
Máy khởi động phải quay được trục khuỷu động cơ ở tốc độ thấp nhất mà động cơ có thể nổ được. 
Mô men truyền động đủ để khởi động động cơ. 
Chỉ truyền động một chiều từ máy khởi động đến động cơ. 
Bảo đảm sẳn sàng khởi động và khởi động được nhiều lần. 
Có cấu tạo cứng vững, chịu được rung động, ăn mòn. 
Trọng lượng và kích thước nhỏ gọn. 
Ít chăm sóc, bảo dưỡng.
Bảng 4-1: Số vòng quay khởi động nhỏ nhất Động cơ
Số vòng quay khởi động nhỏ nhất (v/ph)
Động cơ đốt cháy bằng tia lửa 60 - 90 điện, piston tịnh tiến
Động cơ đốt cháy bằng tia lửa 150 - 180 điện, piston quay
Động cơ diesel có bugi xông 60 - 140
Động cơ diesel không có bugi 100 - 200 xông
Hình 4.2: Tóm tắt yêu cầu sự khởi động trên động cơ xăng 4.1.3. Phân loại
a. Theo điện áp danh định: Có hai loại
Máy khởi động 12V: Loại này có công suất nhỏ, thường sử dụng trên xe du lịch,
hoặc những động cơ Diesel có công suất nhỏ. 
Máy khởi động 24V: Loại này có công suất lớn, thường dùng để khởi động động
cơ Diesel lắp trên xe tải, xe buýt hoặc xe chuyên dùng.
b. Theo cấu tạo động cơ điện
Máy khởi động kích thích bằng nam châm vĩnh cửu: Loại này có kích thước nhỏ
gọn thường dùng trên động cơ xăng (xe mô tô, động cơ xăng có một xy lanh, động cơ
xăng có công suất nhỏ ...) 
Máy khởi động kích thích kiểu điện từ: Loại này thường sử dụng trên ô tô du lịch,
ô tô tải, động cơ Diesel tàu thủy ..... Tùy theo cách đấu dây, có 3 loại:
 Máy khởi động kích thích nối tiếp.
 Máy khởi động kích thích song song.
 Máy khởi động kích thích hỗn hợp.
c. Theo cách truyền động đến vành răng bánh đà
Loại truyền động trực tiếp với vành răng bánh đà
 Truyền động quán tính
 Truyền động cưỡng bức
 Truyền động tổng hợp 
Loại truyền động qua hộp giảm tốc
 Truyền động bằng hệ bánh răng ăn khớp ngoài (loại máy khởi động có hai tầng).
 Truyền động bằng hệ bánh răng hành tinh và vành răng ăn khớp trong.
 Truyền động bằng dây xích (như xe Honda Dream II, DH-88 ...). 4.2.
Động cơ điện một chiều:
4.2.1. Nguyên lý hoạt động
Đường sức từ sinh ra giữa cực bắc và cực nam của nam châm. Nó đi từ cực bắc
đến cực nam. Đặt một khung dây giữa từ trường của nam châm, khi dòng điện chạy
xuyên qua khung dây, từ thông sẽ xuyên qua khung dây. Chiều của đường sức từ sinh ra
trên khung dây được xác định bằng qui tắc vặn nút chai. Khi chiều của từ trường trùng
nhau, đường sức từ trở nên mạnh hơn (dày hơn). Khi chiều của từ trường đối ngược, thì
đường sức từ trở nên yếu đi (thưa hơn). Bản chất của đường sức từ thường trở nên ngắn
đi và cố đẩy những đường sức từ khác ra xa nó tạo ra lực. Lực sinh ra trên khung dây
cung cấp năng lượng làm quay động cơ điện.
Đặt hai đầu khung dây lên điểm tựa để nó có thể quay. Tuy nhiên, nó chỉ có thể
tiếp tục quay khi lực sinh ra theo chiều cũ.
Bằng cách gắn cổ góp và chổi than vào khung dây, dòng điện chạy qua dây dẫn từ
sau đến trước phía cực bắc, trong khi dòng điện chạy từ trước ra sau phía cực nam và duy
trì như vậy. Điều đó làm nam châm tiếp tục quay.
Hình 4.3: Từ trường và chuyển động quay của khung dây
Hình 4.4: Cổ góp và khung dây
Để ứng dụng lý thuyết này trong thực tế, trước tiên, người ta phải quấn nhiều
khung dây để tăng từ thông từ đó sinh ra mô men lớn. Tiếp theo, người ta đặt một lõi thép
bên trong các khung dây cũng nhằm tăng từ thông và tạo ra mô men lớn.
Thay vì sử dụng nam châm vĩnh cửu, người ta có thể dùng nam châm điện làm phần cảm.
Quan hệ giữa cực từ của nam châm và dòng điện chạy qua nó có thể dùng qui tắc
bàn tay phải để giải thích. Hướng tất cả bốn ngón tay, trừ ngón tay cái của bàn tay phải theo
chiều của dòng điện đi qua cuộn dây. Khi đó ngón cái sẽ chỉ chiều của cực bắc.
Để tốc độ động cơ quay cao và quay êm, người ta dùng nhiều khung dây.
Từ những lý thuyết trên, người ta thiết kế nên máy khởi động trong thực tế.
Hình 4.5: Quấn nhiều khung dây trên rô to
4.2.2. Phân loại động cơ điện một chiều, sơ đồ đấu dây và đặc tính tốc độ-mô men
Động cơ điện một chiều kích thích song song:
Cuộn dây kích thích được nối song song với rô to, khi động cơ được cung cấp bởi
nguồn điện áp không đổi, thì từ thông trong mạch kích thích và số vòng quay rô to có thể
xem như không đổi. Mô men quay của rô to tỷ lệ với dòng điện phần ứng, quan hệ giữa
mô men quay và tốc độ quay theo đường thẳng. Có thể xem như số vòng quay không đổi
khi phụ tải thay đổi, và khả năng chịu quá tải kém. Do đó động cơ điện một chiều kích
thích song song không được dùng trong động cơ khởi động. 
Động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp:
Trong động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp thì cuộn dây kích thích và cuộn
dây phần ứng của rô to được đấu nối tiếp với nhau, và toàn bộ dòng điện phần ứng đều đi
ngang qua cuộn dây kích thích. Do đó khi mạch từ chưa bảo hòa thì từ thông trong mạch
kích thích sẽ tăng tỷ lệ với dòng điện phần ứng Iư, và mô men quay coi như tỷ lệ với bình phương của Iư.
K: Hệ số phụ thuộc vào kết cấu của động cơ điện.
Vì thế khi mang tải, động cơ điện một chiều kích thích nối tiếp phát triển mô men
quay ban đầu rất cao và sẽ giảm nhanh khi tốc độ quay của động cơ điện bắt đầu gia tăng.
Khả năng chịu quá tải lớn (ví dụ khi mô men tăng hai lần thì dòng điện phần ứng Iư tăng 140%).
Do có đặc tính như vậy, động cơ điện kích thích nối tiếp đặc biệt tốt dùng cho máy khởi động điện.
Nhưng loại động cơ này có nhược điểm là số vòng quay khi chạy không tải rất
cao, có thể phá hỏng các dây quấn phần ứng do lực ly tâm. 
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp:
Động cơ điện một chiều kích thích hỗn hợp tức là trong các cuộn dây kích thích có
một số cuộn được đấu nối tiếp và một số cuộn được đấu song song.Ví dụ như kiểu 3x1 có
3 cuộn dây đâu nối tiếp và một cuộn dây đấu song song.
Mục đích đấu dây như vậy nhằm làm giảm số vòng quay khi động cơ điện chạy
không tải, giảm bớt hao mòn cho các ổ đỡ và an toàn cho dây quấn rôto .
Động cơ điện loại này có đặc tính kết hợp giữa động cơ điện kích thích nối tiếp và
động cơ điện kích thích song song. Loại này được dùng rộng rãi trên các máy khởi động của xe du lịch. 
Động cơ điện một chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu:
Loại động cơ này có đặc điểm cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, bởi vì từ
trường được sinh ra bởi các nam châm vĩnh cửu. Do đó từ thông trong mạch kích thích
không thay đổi trong suốt quá trình hoạt động của động cơ. Vì không có cuộn dây kích
thích do đó không có dòng điện kích thích và điện trở thuần trong mạch kích thích. Toàn
bộ điện trở của động cơ đều giảm.
Hoạt động của động cơ điện một chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu cũng sử
dụng nguồn điện của ắc quy, và tương tự như động cơ điện kích thích song song.
Do có đặc điểm cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn, động cơ điện một chiều kích thích
bằng nam châm vĩnh cửu thường được sử dụng trên máy khởi động của động cơ xăng có
công suất nhỏ, động cơ xăng trên ô tô du lịch có dung tích khoảng 1,9 lít.
Hình 4.6: Các sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích thích điện từ
1. Ắc quy; 2. Công tắc; 3. Cuộn dây kích thích (phần cảm); 4. Rô to (phần ứng)
a) Đấu nối tiếp; b) Đấu song song; c) Đấu kết hợp
Hình 4.7: Đặc tính tốc độ và mô men của động cơ điện một chiều
a) Đấu song song; b) Kích thích bằng nam châm vĩnh cửu;
c) Đấu kết hợp d) Đấu nối tiếp 4.3.
Cấu tạo máy khởi động điện
Các máy khởi động bao gồm các bộ phận chính sau đây: 
Động cơ điện khởi động . 
Rơ le gài khớp (Solenoid switch ).  Khớp truyền động.
Hình 4.8: Máy khởi động có bánh răng giảm tốc,
kích thích bằng nam châm vĩnh cửu
1. Cần gạt gài khớp; 2. Cuộn dây solenoid gài khớp và công tắc từ;
3. Khớp ly hợp một chiều; 4. Bánh răng giảm tốc (bánh răng hành tinh);
5. Rô tô; 6. Nam châm vĩnh cửu
4.3.1. Mô tơ máy khởi độngStator ( phần cảm ):
Bao gồm thân của máy khởi động, các cực từ và cuộn dây kích thích ( Hình 4.9).
Thân là một ống thép được gia công mặt trong, bên trong có gắn các khôi cực từ để giữ
các cuộn dây kích thích (thường có bốn khối cực từ) trên võ có gắn các ốc thau cách điện
để dẫn điện từ ắcquy vào.
Hình 4.9: Cấu tạo stator
1. Má cực; 2. Vỏ stator; 3. Chổi than; 4. Cuộn dây kích thích
Cực từ được chế tạo bằng thép ít cácbon để có đặc tính dẫn từ tốt và được bắt vào
bên trong thân bằng các vít đặc biệt.
Cuộn dây kích thích: Có nhiệm vụ tạo từ trường chính cho các khối cực, quấn
bằng những thanh đồng dẹp có tiết diện lớn quanh các khối cực từ khoảng từ (4 10)
vòng. Phần này là cuộn dây kích thích nốì tiếp, còn cuộn dây kích thích song song có tiết
diện dây nhỏ, quấn nhiều vòng để đảm bảo cường độ từ cảm trên các cực từ là như nhau.
Dây kích thích phải lớn vì khi máy khởi động làm việc dòng điện tiêu thụ rất lớn (200A
 800A) và có thể hơn nữa. Các cuộn dây kích thích kề nhau được quấn ngược chiều để
tuần tự tạo ra các cực bắc, nam khác trên thân máy có nhiệm vụ làm cầu nối liên lạc mạch từ giữa các khối cực.
Ở các máy khởi động có công suât nhỏ, các cuộn dây kích thích được đấu nối tiếp,
còn ở máy khởi động có công suất lớn và trung bình các cuộn dây đấu song song - nối tiếp.  Rô to (phần ứng):
Gồm có trục máy khởi động, khối thép từ, dây quấn phần ứng, vành đổi điện (cổ góp).
Khối thép từ thường được chế tạo bằng các lá thép điện kỹ thuật dày từ
(0,5mm1mm) có hình dạng đặc biệt được ép lên trục rô to. Phía bên ngoài có nhiều
rãnh dọc để quấn dây. Rô to được đỡ trên hai bạc thau và quay bên trong các khối cực của
stator với khe hở ít nhất đế giảm bớt tổn hao năng lượng từ trường.
Hình 4.10: Dây quấn trong rô to
Dây quấn trong rô to máy khởi động là các thanh đồng có tiết diện hình chữ nhật.
Mỗi rãnh thường có hai dây và quấn sóng, các dây quấn được cách điện với lõi của rô to,
các đâu dây của các khung dây được hàn vào các lá góp bằng thau của cổ góp.
Cổ góp điện gồm nhiều lá góp bằng thau ghép quanh trục giữa các lá góp được
cách điện với nhau và cách điện với trục bằng mica.
Hình 4.11: Cấu tạo cổ góp điện
1. Rãnh dạng chữ V; 2. Mi ca cách điện; 3. Lá góp bằng đồng; 4. Ống.
a) Cổ góp; b) Cắt rãnh trên cổ góp.
Nắp của máy khỏi động:
Thường được đúc bằng gang hoặc nhôm, bên trong có đóng các bạc thau để lắp
với trục rô to, trên nắp còn có các chốt định vị để ráp đúng vào vị trí của thân máy khởi động.
Nắp phía bánh răng còn có gia công lỗ để gắn cần điều khiển khớp truyền động, vị
trí lắp rơ le gài khớp, các lỗ bulông để lắp vào vỏ bọc bánh đà của động cơ đốt trong.
Nắp phía cổ góp điện còn là nơi gắn các giá đở chổi than và lò xo. Lò xo luôn ấn
chổi than tỳ vào cổ góp điện đúng với lực ép cần thiết để dẫn điện vào cuộn dây rô to.  Chổi điện:
Chổi điện đựơc chế tạo bằng bột than, bột đồng với thiếc, đồng với graphít, được
đúc ép thành khối dưới áp suất cao nhằm làm giảm điện trở riêng và mức mài mòn của
chổi điện. Mỗi chổi điện được hàn dính liền với dây dẫn điện.
Hình 4.12: Chổi điện và giá đỡ
1. Lò xo chổi điện; 2. Giá đỡ chổi điện; 3. Cổ góp; 4. Chổi điện (chổi than)
Trong máy khởi động thường dùng 4 chổi điện được bố trí như (hình 4.12). Có hai
chổi điện dương được gắn vào giá đở chổi điện có cách điện với thân máy, chổi điện
dương có nhiệm vụ dẫn điện từ cuộn dây kích thích vào dây quấn rô to. Hai chổi âm cũng
được gắn vào giá đỡ và thường tiếp mát qua nắp của máy khởi động. Trên những máy
khởi động cố công suất lớn thường dùng hai chổi điện bố trí chung ở một vị trí, như vậy
trong máy khởi động có 8 chổi điện, hai cặp chổi điện âm và hai cặp chổi điện dương.
4.3.2. Rơ le gài khớp và công tắc từ
Rơ le dùng để chuyển dòng điện đến máy khởi động có giá trị lớn khoảng
(200A800A) tùy theo công suất máy khởi động và có liên quan đến dòng điều khiển có
giá trị thấp. Dòng điều khiển có giá trị thấp có thể điều khiển bằng các công tắc cơ khí
(công tắc khởi động, công tắc đánh lửa khởi động). Sự kết hợp của rơ le và động cơ điện
khởi động thực hiện hai chức năng: Đẩy bánh răng dịch chuyển về phía trước để ăn khớp
vào vành răng bánh đà của động cơ đốt trong và đóng mạch cấp dòng điện cho máy khởi động.
Lỏi sắt từ (1) có thể di chuyển được bên trong thân rơ le. Khoảng cánh giữa khối
thép từ (4) và lỏi (1) chính là khoảng dịch chuyển của lỏi. Thân rơle, khối thép (4) và lỏi
(1) tạo thành mạch từ. Trên thân của rơ le có quấn hai cuộn dây với số vòng dây bằng nhau,
tiết diện dây khác nhau và quấn cùng chiều. Cuộn dây hút (Wh) và cuộn dây giữ (Wg). Đầu
nối chung của hai cuộn dây được cách mát vá dẫn ra ngoài để nối lên công tắc khởi động
(đầu 50), đầu còn lại của cuộn dây giữ (Wg) được nối ra mát, và đầu còn lại của cuộn dây hút (W )
h được đấu nối tiếp với động cơ điện khởi động.
Hình 4.13: Rơ le gài khớp và công tắc từ
1. Lỏi sắt từ phần ứng; 2. Cuộn dây hút Wh; 3. Cuộn dây giữ W ; 4. Khối thép từ; g
5. Các tiếp điểm tĩnh; 6. Đầu nối dây điện; 7. Đĩa tiếp điểm độn; 8. Lò xo hồi vị.
Tiếp điểm di động số (7) được cách điện với lỏi thép và có thể trượt được ở trên
lỏi, lò xo phía bên phải tiếp điểm có tác dụng giảm va đập cho tiếp điểm (7) khi đóng
mạch. Tiếp điểm tĩnh (5) và đầu nối (6) được lắp cách điện với nhau và cách mát. Ngoài
ra ở một số rơ le còn bố trí thêm một tiếp điểm phụ được đưa ra đầu nố (15a) để ngắn
mạch điện trở phụ của hệ thông đánh lửa trong quá trình khởi động. Nguyên lý làm việc:
Khi ta ấn công tắc khởi động, đòng điện từ ắcquy sẽ chạy qua hai cuộn dây hút và
cuộn dây giữ qua đầu nối chung (50). Dòng điện chạy qua cuộn dây giữ về mát trực tiếp,
dòng điện chạy qua cuộn dây hút vào mạch kích thích và qua rô to máy khởi động rồi về
mát. Cả hai cuộn dây cùng tạo ra từ trường mạnh hút lỏi thép từ phần ứng (1) di chuyển
qua phía phải để đóng đĩa tiếp điểm di động (7) vào tiếp điểm tĩnh (5). Dòng điện chính
từ ắc quy sẽ cung cấp vào máy khởi động qua đầu nối (6) và các tiếp điểm (7, 5) và máy
khởi động sẽ quay nhanh. Đồng thời khi dịch chuyển như vậy lỏi (1) thông qua cần gạt sẽ
đẩy bánh răng vào vị trí ăn khớp với vành răng bánh đà.
Khi ngắt mạch công tắc khởi động, hai cuộn dây mất từ trường, lỏi thép (1), đĩa
tiếp điểm, bánh răng máy khởi động sẽ quay trở về vị trí ban đầu nhanh chóng nhờ lò xo
hồi vị (8). Mạch điện bị cắt máy khởi động ngừng hoạt động.
Việc bố trí cuộn dây hút (Wh) có tác dụng sau:
Nhằm tạo ra từ trường ban đầu đủ lớn để thắng được quán tính ì của các chi tiết
như: Lỏi (1), lò xo, khớp truyền động, cần gạt. Để dịch chuyển bánh răng ăn khớp với
vành răng bánh đà một cách nhanh chóng và đóng mạch tiếp điểm động (7). Do cuộn dây hút (W )
h được đấu nối tiếp với động cơ điện, trong giai đoạn đầu khi
cuộn dây hút (Wh) chưa bị nối tắt, rô to máy khởi động sẽ quay lúc lắc một chút và bánh
răng sẽ dễ lựa vào ăn khớp với vành răng bánh đà.
Khi tiếp điểm di động (7) đã đóng mạch điện chính, cuộn dây hút (Wh) bị nối tắt
(cả hai đầu cuộn dây đều nối với dương ắcquy) để tiết kiệm năng lượng điện của ắc quy
vì lúc này chỉ cần lực hút của cuộn dây giữ (Wg) là có thể giữ được bánh răng ở vị trí ăn
khớp và tiếp điểm (7) ở vị trí đóng mạch.
4.3.3. Cơ cấu truyền động và ly hợp một chiều
a. Cơ cấu truyền động
Là cơ cấu truyền mô men từ phần động cơ điện đến bánh đà của động cơ ô tô,
đồng thời làm nhiệm vụ bảo vệ cho động cơ điện.
Bánh răng của khớp truyền động chỉ được ăn khớp với vành răng bánh đà trong
lúc khởi động, vì vậy khi động cơ đã nổ thì khớp truyền động phải tự động tách ra.
Do tỷ số truyền từ bánh răng máy khởi động đến vành răng bánh đà rất lớn khoảng
(10:1 đến 15:1) hoặc hơn nữa. Do đó khi động cơ ô tô đã bắt đầu làm việc tự lập, số vòng
quay có thể đạt từ (500 1000) v/ph và hơn nữa.
Nếu lúc này bánh răng của khớp truyền động không kịp thời tách ra mà vẫn ăn
khớp với vành răng bánh đà, rô to của máy khởi động sẽ bị bánh đà động cơ cuốn theo và
quay với số vòng quay rất cao (10.00020.000 )v/ph, với số vòng quay này có thể làm
hỏng dây quấn rô to do lực ly tâm, làm cháy các ổ đở…
Vì vậy các khớp truyền động phải tự động tách khỏi vành răng bánh đà khi động
cơ ô tô đã bắt đầu làm việc tự lập, hoặc khớp được làm theo kiểu truyền động một chiều.
b. Các phương pháp truyền động:
Tùy theo nguyên tắc truyền động người ta chia ra:
Truyền đông quán tính:
Bánh răng của khớp truyền động tự động di chuyển ra theo quán tính để ăn khớp
với vành răng bánh đà. Sau khi động cơ bắt đầu làm việc tự lập, bánh răng của khớp
truyền động bị hất trở về vị trí ban đầu một cách tự động, đồng thời khớp truyền động
được chế tạo theo kiểu truyền động một chiều.
Truyền đông cơ khí cưỡng bức:
Khớp truyền động cùng với bánh răng khi di chuyển ra ăn khớp với vành răng
bánh đà, cũng như khi tách khỏi vành răng bánh đà đều chịu sự điều khiển cưỡng bức
(thường dùng rơ le điện từ để điều khiển). Vì sự điều khiển cưỡng bức, sự tách khớp của
bánh răng có thể không kịp thời ngay khi động cơ bắt đầu làm việc tự lập. Do đó khớp
truyền động loại này thường làm theo kiểu truyền động một chiều. (có thể dùng khớp một
chiều kiểu con lăn, hoặc kiểu bánh cóc ...).
Truyền động tổng hợp:
Bánh răng di chuyển ra ăn khớp với vành răng bánh đà theo kiểu cưỡng bức,
nhưng tách khớp thì tự động như kiểu truyền động quán tính.
c. Ly hợp một chiều
Ly hợp một chiều kiểu con lăn:
Khớp truyền động một chiều kiểu con lăn có thể dịch chuyển dọc theo rãnh xoắn
của trục rô to máy khởi động, rãnh then bên trong của vành đai dẫn động (6) ăn khớp với
then trên trục rô to, bạc thau (2) được ép chặt trên bánh răng và gối lên trục rô to. Vành
đai (6) có bốn rãnh vát bên trong đặt các con lăn (4), dưới tác động của lò xo (3) các con
lăn bị đẩy về phía hẹp của rãnh. Phần hình trụ của bánh răng (8) được lắp bên trong vành
đai (6) và tiếp xúc với các con lăn (4). Toàn bộ bánh răng, lò xo, con lăn được giữ bên
trong vành đai (6) nhờ vỏ che (7). Vòng dẫn hướng (12) lắp lỏng với phần đuôi hình trụ
của vành đai (6) và được giữ lại nhờ vòng hãm (1).
Hình 4.14: Khớp truyền động một chiêu kiểu con lăn.
1. Vòng hãm; 2. Bạc thau; 3. Lò xo; 4. Con lăn; 5. Lò xo gài khớp; 6. Vòng đai dẫn
động; 7. Vỏ che; 8. Bánh răng; 12. Vòng dẫn hướng; a. Chiều truyền động.
Rãnh then trên trục rô to và khớp truyền động được làm xoắn để khi vào ăn khớp
với vành răng bánh đà, khớp truyền động vừa chuyển động tịnh tiến, vừa chuyển động
quay chậm và bánh răng máy khởi động tự lựa vào ăn khớp với vành răng bánh đà dễ
dàng hơn. Lò xo gài khớp (5) có tác dụng giảm va đập cho bánh răng (8) khi vào khớp và
khi bị đẩy trở về vị trí ban đầu.
Khi máy khởi động làm việc, mô men xoắn từ trục rôto được truyền qua vành đai
dẫn động (6), qua con lăn (4) đến bánh răng (8). Khi bánh răng (8) đã vào khớp với vành
răng bánh đà, con lăn sẽ di chuyển về phía rãnh hẹp và chốt chặt giữa vành đai (6) với
đuôi hình trụ của bánh răng (8). Mô men xoắn được truyền đến vành răng bánh đà động cơ.
Khi động cơ đã bắt đầu làm việc tự lập, bánh răng (8) trở thành bộ phận bị dẫn,
vành răng bánh đà trở thành bộ phận dẫn động và bánh răng (8) sẽ quay nhanh hơn vòng
đai (6). Lúc này con lăn (4) sẽ ép các lò xo (3) dịch chuyển về phía rộng của rãnh, và
khớp bắt đầu quay trơn. Chuyển động quay của vành đai (6) và bánh răng (8) độc lập với nhau.
4.3.4. Điều khiển máy khởi động:
Điều khiển kiểu trực tiếp: Đóng mạch điện máy khởi động, gài khớp trực tiếp bằng
cơ khí. Phương pháp này ít dùng. 
Điều khiển gián tiếp: Thông qua các rơ le điện từ.
 Công tắc khởi động kết hợp rơ le gài khớp.
 Công tắc khởi động, rơ le đóng mạch hoặc rơ le bảo vệ kết hợp với rơ le gài khớp.
4.3.5. Đặc tính máy khởi động điện
a. Sơ đồ tính toán
Để xác định các đặc tuyến cơ bản của máy khởi động (chủ yếu là phần động cơ
điện), ta khảo sát mạch điện của một máy khởi động loại mắc nối tiếp. Sơ đồ tính toán
được trình bày trên hình 4.15.
Hình 4.15: Sơ đồ tính toán máy khởi động
b.Đặc tính và đánh giá hư hỏng thông qua các đặc tính
Đặc tính tốc độ máy khởi động n = f (I)
Sức điện động ngược Eng sinh ra trong cuộn dây phần ứng khi máy khởi động quay: Trong đó: B
 Cường độ từ trường của nam châm. L  Chiều dài khung dây. v
 Vận tốc dài khung dây, P  Số cặp cực. 
 Từ thông qua khung dây.   Tốc độ góc,   Bước cực, n  Số vòng quay rô to. D  Đường kính rô to.
Sức điện động ngược sinh ra ở phần ứng: Trong đó: a
 Số đôi mạch mắc song song trong rô to. Ce  Hằng số kết cấu, N
 Số dây dẫn trong rô to.
Từ sơ đồ trên hình 4.15 ta có:
Đối với sơ đồ trên, theo định luật Kirchhoff, ta có thể viết: Trong đó:
Rd  Điện trở dây cáp ắc quy.
Rkđ  Điện trở các cuộn dây rô to và stator.
 Độ sụt áp trên chổi than.
= 1,3V đối với máy khởi động 12V.
= 2,5V đối với máy khởi động 24V. Eng được xác định:
Hình 4.16: Đặc tính máy khởi động
Ở chế độ tải nhỏ, mạch từ chưa bảo hòa, dòng điện qua máy khởi động nhỏ và từ
thông của cuộn kích phụ thuộc tuyến tính vào cường độ dòng điện . = (4.1) Đặt: (4.2) (4.3)
Từ (4.1), (4.2) và (4.3), ta có:
Vì vậy lúc này tốc độ phụ thuộc vào cường độ dòng điện theo quy luật hyperbol.
Ở chế độ tải lớn, dòng qua máy khởi động lớn và mạch từ bị bão hòa. Lúc này đặc
tuyến n = f(I) trở nên tuyến tính:
Dòng điện trong máy khởi động lớn nhất khi bánh răng máy khởi động ăn khớp
với bánh đà. Lúc đó E = 0 và I = I ng nm.
Đặc tính moment kéo M = f (I)
Moment kéo được tạo nên do lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường của các cuộn
kích và dòng điện trong các dây dẫn phần ứng (rô to). Trong đó: F
 Tổng lực tác dụng lên các khung dây. D
 Đường kính của rô to. Với: f
 Lực tác dụng lên một khung. N  Số khung dây rô to.
 Dòng điện chạy trong một khung dây.
Từ các công thức trên, ta xác định mô men M: Khi tải nhỏ: Khi tải lớn :
Mô men đạt cực đại khi n = 0. Như vậy, lúc tải nhỏ đặc tuyến phụ thuộc vào cường
độ dòng theo quy luật đường parabol và khi tải lớn đặc tuyến chuyển sang dạng tuyến
tính (quy luật đường thẳng).
Đặc tính công suất P =f (I)
Công suất điện từ P là tích số giữa mô men kéo và vận tốc góc của rô to sẽ là, tức
là công suất do các lực điện từ làm quay rô to tạo nên. Vận tốc góc: với
Lấy đạo hàm phương trình P để tìm giá trị cực đại: Khi n = 0 thì E = 0 ng
Inm là dòng điện cực đại mà máy khởi động tiêu thụ khi nó bị hãm chặt. Thay giá
trị Ipmax vào phương trình P, ta được công suất điện từ cực đại. Trong đó:
 Công suất ắc quy đưa đến máy khởi động.
 Mất mát công suất về điện do nhiệt sinh ra trên dây.  Công suất hữu ích.
 Công suất mất mát do cơ khí (ổ bi, chổi than).
 Công suất mất mát về từ, chủ yếu là dòng Fucô.
Hiệu suất của máy khởi động:
Đánh giá hư hỏng qua các đặc tính
Căn cứ vào các đặc tuyến, ta chia hoạt động của máy khởi động ra làm 3 chế độ: 
Chế độ không tải ứng với máy khởi động quay ở tốc độ không tải n ,0 lúc đó công
sinh ra đủ thắng Pđ , Pck , Pt. 
Chế độ công suất cực đại ứng với cường độ dòng điện gần bằng Inm/2. 
Chế độ hãm chặt ứng với I = Inm, khi n = 0 và M= Mmax.
Trên thực tế, ta có thể ứng dụng các chế độ làm việc thứ nhất và thứ ba để chẩn
đoán hư hỏng của máy khởi động.
Ở chế độ thứ nhất, nếu tốc độ không tải đo được của máy khởi động nhỏ hơn giá
trị cho phép của nhà chế tạo n0 và cường độ dòng điện không tải lớn hơn bình thường thì
hư hỏng xảy ra chủ yếu ở phần cơ: Kiểm tra các ổ đỡ và chổi than.
Ở chế độ thứ ba, nếu dòng ngắn mạch lớn hơn giá trị cho phép trong khi mô men
kéo nhỏ hơn thì hư hỏng chủ yếu xảy ra ở phần điện: Chập mạch các vòng dây hoặc chạm mát.
4.3.6. Cấu tạo, hoạt động của một vài loại máy khởi động điện
a. Máy khởi động truyền động cưỡng bức, điều khiển gián tiếp, dẫn động trực tiếp
Các kiểu máy khởi động EF, DF, EB, GB, GF, JF, JD của hãng Bosch điều thuộc
loại này và có hoạt động tương tự như nhau. Ở đây trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt
động của máy khởi động kiểu EF.
Nét đặc trưng của máy khởi động loại này là động cơ điện truyền động trực tiếp
đến vành răng bánh đà, toàn bộ rơ le gài khớp, khớp truyền động dùng thực hiện chuyển
quay và dịch chuyển dọc trục của bánh răng và khớp một chiều kiểu con lăn.
Hoat động: (Hình 4.18)
Ở máy khởi động truyền động cưỡng bức, toàn bộ hành trình ăn khớp là tổng của
hành trình dọc trục và hành trình xoắn ốc.
Hình 4.17 : Máy khỏi động kiểu EF của Bosch.
1. Cuộn dây giữ (H); 2. Cuộn dây hút (E); 3. Lò xo phục hồi; 4. Cần gạ; 5. Lo xo ăn
khớp; 6. Vòng đai dẫn động; 7. Ly hợp kiểu con lăn; 8. Bánh răng; 9. Trục rô to; 10. Vòng chặn; 11.
Rãnh then xoắn ốc; 12. Rãnh dẫn hướng; 13. Đầu nối đến ắc quy;
14. Tiếp điểm; 15. Lò xo ngắt tiếp điểm; 16. Tiếp điểm di động; 17. Rơ le gài khớp; 18.
Nắp che phía cổ góp; 19. Gíá chổi than; 20. Chổi than; 21. Vành đổi điện; 22. Cực từ;
23. Rô to; 24. Vỏ máy khởi động; 25. Cuộn dây kích thích.
Hành trình dọc trục:
Khi đóng mạch công tắc khởi động (1), cuộn dây hút (E) và cuộn dây giữ (H) của
rơ le khởi động được cung cấp điện từ ắc quy qua công, tắc (1) vào đầu nối (50) của máy
khởi động. Từ trường tổng của cả hai cuộn dây sẽ hút lỏi sắt của rơ le kéo cần gạt (5)
chống lại lực phục hồi của lò xo (3). Cần gạt (5) thông qua vòng dẫn hướng và lò xo ăn
khớp đẩy khớp truyền động (6) và bánh răng (7) dịch chuyển về phía vành răng bánh đà
của động cơ đốt trong. Khớp truyền động và bánh răng đồng thời cũng xoay do tác dụng
của rãnh then xoắn ốc. Rô to của máy khởi động ở thời điểm này vẫn chưa quay bởi dòng
điện chính cung cấp cho mạch kích thích và rô to vẫn chưa được đóng mạch. Nhưng rô to