1. Principio de funcionamiento de un motor de arranque

1.1 Principios electromagnéticos básicos

• El estator (que genera el campo magnético) crea un… Campo magnético permanente (generado por imanes permanentes o devanados de campo electrificados)
• Cuando la corriente fluye a través de las bobinadas del rotor (armadura), estas se convierten en conductores que transportan corriente. Están sometidas a fuerzas electromagnéticas en el campo magnético del estator, lo que genera un par electromagnético que hace girar al rotor
• Para garantizar que la dirección del par permanezca constante, el commutador y los cepillos funcionan de forma coordinada Convierte la corriente continua externa en corriente alterna en las bobinas del rotor, lo que provoca que este gire de manera continua.

1.2 Características del motor de arranque

• En un motor de devanado en serie, el devanado del campo y el devanado de la armadura están dispuestos juntos Conectados en serie, de modo que la corriente fluye a través de ambos simultáneamente.
• Características del par: El par electromagnético T ∝ I² (donde I representa la corriente), lo que significa que el par aumenta de manera significativa a medida que aumenta la corriente. Esto lo hace idóneo para situaciones de alta carga durante el arranque.
• Características de velocidad: La velocidad n ∝ U/I (donde U representa la tensión), lo que significa que la velocidad aumenta a medida que disminuye la carga. En las fases finales del arranque, a medida que el motor realiza su propio trabajo y la carga disminuye, la velocidad del motor aumenta sin que se produzca sobrecarga.

1.3 Proceso operativo completo

1. Encienda el interruptor de arranque (como el botón de encendido de un automóvil) para que se active el sistema de arranque Dispositivo de control (interruptor electromagnético). La bobina de atracción y la bobina de retención generan una fuerza magnética que tira del núcleo.
2. El motor acciona el mecanismo de transmisión (el piñón) para que se enganche con el engranaje anular del volante de inercia del motor; esto sirve para evitar que el motor funcione en vacío o que los cambios se atasen.
3. Cuando el núcleo se desplaza hasta su posición límite, se conecta el circuito principal del motor (batería → devanado del motor), lo que hace que este gire, impulsando al volante a través del piñón, quien a su vez hace girar el cigüeñal.
4. Después de que el motor se enciende y su velocidad supera la del motor eléctrico, el embrague unidireccional del mecanismo de transmisión se desconecta para evitar daños al motor debido a la resistencia generada por la marcha atrás.
5. Suelte el interruptor de arranque; de esta manera, el interruptor electromagnético se desactivará, lo que hará que el piñón regrese a su posición original y que el motor se detenga.

2. Puntos clave en el diseño de los motores de arranque

2.1 Información de diseño: Aclarar los requisitos iniciales

• Par máximo de arranque del motor Teng (dependiente del cilindrado, la relación de compresión y la temperatura de arranque en frío; por ejemplo, aproximadamente de 50 a 80 N·m para un motor de gasolina de 1,5 litros)
• Velocidad mínima de inicio nmin (aproximadamente de 50 a 100 revoluciones por minuto para los motores de gasolina, y de 150 a 300 revoluciones por minuto para los motores diésel)
• Tensión de alimentación U: 12 V para automóviles de pasajeros y 24 V para vehículos comerciales y maquinaria pesada
• Entorno operativo Medidas de protección contra factores externos como la temperatura (entre -40 °C y 85 °C), las vibraciones, la humedad, etc.

2.2 Diseño de parámetros fundamentales

importante; Basándose en los requisitos de entrada, calcule los parámetros clave del motor:

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2.3 Diseño de los componentes clave elementos

(1) Diseño de motores de corriente continua

• Estator (parte que genera el campo magnético):
  • Modo de excitación: excitación en serie (modo habitual); el devanado de excitación está conectado en serie Conectado en serie con el armazón, está enrollado con alambre grueso (para corrientes elevadas) y presenta un número reducido de vueltas (lo que disminuye la resistencia)
  • Diseño de circuitos magnéticos: el núcleo está laminado con chapas de acero al silicio, lo que reduce las pérdidas por corrientes parásitas, asegura la intensidad del campo magnético (compatible con la corriente y el número de espirales) y evita la saturación magnética (que afectaría la potencia de salida en par).
• Rotor (armadura):
  • Enrollamiento: se realizan múltiples vueltas de las bobinas Conectados en paralelo (lo que aumenta la capacidad de corriente) y su sección transversal… La sección transversal del cable debe ser capaz de soportar corrientes elevadas a corto plazo (como 200 A)
  • Commutador: de cobre; el número de láminas es igual al número de vueltas del devanado, lo que asegura una commutación fiable y evita la erosión causada por chispas excesivas
  • Núcleo de hierro: chapas de acero al silicio laminadas; el diseño de las ranuras debe equilibrar el espacio necesario para el enrobo y la superficie del circuito magnético.
• Cepillos y rodamientos:
  • Cepillos: Utilizar una aleación de grafito y cobre (proporciona un buen rendimiento) La conductividad y la resistencia al desgaste deben ser adecuadas, y la presión debe ser moderada: si es demasiado fuerte, el material se desgastará rápidamente; si es demasiado débil, se producirá un contacto inadecuado
  • Rodamientos: Para operaciones a corto plazo, se pueden seleccionar rodamientos deslizantes (de bajo costo) o rodamientos ruedantes (para escenarios que requieren alta fiabilidad).

(2) Diseño del mecanismo de transmisión

• Reducción: Generalmente se trata de un engranaje de espurón; la relación de reducción i debe ser tal que coincida con la velocidad del motor y la del volante de inercia (por ejemplo, si el motor gira a 800 revoluciones por minuto y el volante de inercia a 80 revoluciones por minuto, entonces i = 10)
• Embrague de una sola dirección: Común Se utilizan únicamente tipos con ruedas rodantes (estructura simple) o placas de fricción (transmisión de gran par), para garantizar una separación automática después del arranque del motor (cuando la velocidad supera la del motor), con el fin de evitar daños debido a la sobrevelocación del mismo.

(3) Co Diseño de dispositivos de control

• Diseño de la bobina: Co Contiene una bobina de atracción (corriente alta, que atrae el núcleo de hierro) y una bobina de retención (corriente baja, que mantiene la conexión entre las partes), lo que garantiza una atracción fiable con voltajes de 12 V o 24 V
• Co Diseño de interfaz: El elemento principal… Los contactos deben resistir corrientes de cientos de amperios (están hechos de una aleación de plata, resistente a la ablación), y el cable auxiliar también debe cumplir con estos requisitos Contactos CO Controla el encendido y apagado de la bobina
• Desplazamiento mecánico: La distancia que debe recorrer el núcleo de hierro debe ser precisa, a fin de garantizar que los engranajes se enganchen completamente antes de que se produzca cualquier movimiento adicional Se conecta al circuito principal para evitar que los dientes castañeteen.

2.4 Fiabilidad y medio ambiente Diseño de adaptabilidad mental

• Rendimiento en bajas temperaturas: La tensión de la batería disminuye en condiciones de baja temperatura (por ejemplo, una batería de 12 V puede descender a 9 V a -30 °C). Es necesario optimizar la resistencia de las bobinas, ya sea reduciendo la longitud del hilo o aumentando su sección transversal Área de conexión) para garantizar una salida de par suficiente incluso a bajas tensiones.
• Vibraciones y golpes: Es necesario reforzar la estructura de montaje (por ejemplo, utilizando soportes rígidos), y también ajustar adecuadamente el espacio entre los rodamientos y las ruedas dentadas Capaz de prevenir las convulsiones provocadas por las vibraciones.
• Sobrecarga a corto plazo: El motor está diseñado para funcionar de forma temporalmente limitada (generalmente por un período no superior a 30 segundos). No se requiere un sistema complejo de disipación del calor, pero debe garantizarse que el aislamiento de los devanados resista temperaturas elevadas (por ejemplo, 150 °C).