雨刮电机控制原理.docx
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雨刮电机控制原理.docx
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9.1.1电动刮水器结构原理
1)电动刮水器的作用
刮水器的作用是在雨雪天气行车时,清除挡风玻璃上的雨水或积雪,确保驾驶员有良好的视线。
2)电动刮水器基本结构
汽车上采用的利水器,根据其动力不同可分为真空式、气动式和电动式三种。
由于电动刮水器具有动力大,工作可靠,容易控制,且不受发动机工况影响等优点,目前被广泛使用。
所以,这里我们只介绍电动刮水器的结构和工作原理。
电动刮水器是由微型直流电功机驱动,通过联动机构,使挡风玻璃外表面的刮水片来回摆动,以扫除挡风玻璃上的雨水、雪或灰尘。
电动刮水器的基本结构如图9.1所示。
其驱动部分是由一个微型直流电动机3、涡轮箱2与电动机合装在一起并固定在底板1上,涡轮的旋转运动经曲柄4、6连杆5、7摆杆8、12等传动机
构转换为柱复摆动,并通过摆臂9、10带动刮水片ll、13做往复摆动,其上的胶皮便清除掉风挡玻璃上阻碍视线的杂质。
近年来在有些车辆上采用了柔性齿条传动刮水器,其结构如图9.2所示,柔性齿条传动机构具有占用空间小、噪声低、便于刮水电动机布置等优点。
可以将电动机装在维修空间比较大的地方,便于维护。
柔性齿条由套管、芯轴、钢丝三部分组成。
钢丝以一定的螺距绕在柔性的芯轴上,使芯轴表面形成“齿形”,与齿轮啮合带动刮水片做往复摆动刮水。
3)三刷永磁电动机
刮水器电动机按其磁场结构来分,有并激磁式和永磁式两种。
日前采用永磁式电动机较多,因它的磁极为永久磁铁.具有体积小、重量轻、噪声小、结构简单、价格低廉等特点因而得到了广泛使用。
(1)结构:
三刷永磁电动机因带有3个电刷而得名。
由永久磁铁(磁极)、电枢(转子)、3个电刷、壳体及驱动端盖(与减速箱连为一体)等组成见图9.3和图9.4。
磁极一般为铁氧体材料制成的永久磁铁,数量为一对。
电刷C为高速电刷,亦称为第三电刷,它与电刷B的夹角为30度或60度。
搭铁电刷A可以直接搭铁,也可以经刮水器开关搭铁。
(2)变速原理:
三刷永磁电动机是利用三个电刷在电路中改变正、负电刷之间串连的线圈数目而实现变速的。
电动机在运转过程,电枢绕组将产生反电动势,相当于并激直流电动机产生的感应电动势,其方向与电枢电流相反。
当直流电动机稳定运转时,外加电源电压应等于电枢绕组的电压降与反电动势之和。
当刮水器开关的L挡闭合时,电刷B与A通电。
两电刷之间的8个电枢绕组构成两条并联支路,两个支路中各绕组的反电动势相加,两支路的反电动势值相等。
当反电动势与电机内部电压降之和与电源电压相等时,电机进入稳定运转状态,此时电动机转速较低,刮水片每分钟刮动约50次。
当刮水开关的H挡闭合时,电刷C与两电刷之间的8个绕组形成不对称的两个并联支路,一路是5个绕组(6、7、8、1、2绕组)串联,另一路是3个绕组(3、4、5绕组)串联。
而第一个支路中绕组1与绕组2的反电动势方向相反,相互抵消。
所以实际上每支路仅有3个绕组相串联,反电动势减小。
由于电源电压基本恒定不变,绕组反电动势与电机内部电压降之和小于电源电压,只有提高反电动势,才能进入新的平衡状态。
而反电动势与电动机的转速成正比,所以电动机转速必将上升,刮水片做高速运动,每分钟约70次。
这样,三刷电机就会以两种不同的转速来工作。
4)自动停位机构的工作原理
自动停位机构的作用是:
当驾驶员关闭刮水器开关,刮水器停止工作时,刮水片应能回到其行程的末端,而不是在中间位置。
为此刮水器中安装了复依开关,图9.5为复位开关工作原理图,复位开关由刮水电动机的变速器控制,使开关只在刮水片到达其行程末端时才断外。
当驾驶员在刮水片处于中间位置断开控制开关时,由于复位开关仍闭合,故仍能连续给电动机电流,直到刮水片到达下限位置时凸轮才能将复位开关顶开,使电动机停止。
但是由于运动部件的惯件作用,一旦凸轮转过了触点,电机还是会继续运转,刮水片往往还是不能准确的停止在确定的位置。
为此,在自动停位机构中又增加了电磁制动,以解决这个问题。
图9.6所示为刮水器自动复位装置的原理图,在减速涡轮的端面上,镶嵌着接触片2、3,它们随涡轮一起转动,接触片2与电机的外壳连接搭铁,触点臂5、7上铆接着触点4、6,由于触点臂的弹性作用,使触点4、6始终保持与接触片有很好的接触。
当电源开关11接通,并把刮水器开关拉到“I”挡时,其工作电路如下:
蓄电池正极——开关11——熔断丝10——B3电刷——电枢绕组——B1电刷——接线柱②——接线柱③——搭铁——蓄电池负极,形成回路,此时刮水电动机低速运转。
当驾驶员将刮水器开关推到“0”档,欲关闭刮水器时,若刮水片不在停止位置,涡轮端面电路的连接如图9.6(b)所示,触点6与接触片2保持接触,其工作电路为:
蓄电池正极——开关11——熔断丝10——电刷B3——电枢绕组——电刷B1——接线柱②——接线柱①——接触臂7——触点6——接触片2——搭铁——蓄电池负极,构成回路,这样电机会继续运转,直至刮水片到达停止位置,涡轮的端面电路连接如图9.6(a)所示,回路中断。
但是由于惯性,电机还会继续运转,此时电机的Bl与B3之间会产生电动势,由于触点4、6同时与接触片7接触,这个感生电动势也构成了回路。
其电路为:
电机的电刷B3——触点臂5——触点4——触点6——接触臂7——接线柱①——接线柱②——电刷B1——电动机电枢,在电动机内部的电枢上有反向的电流通过.其产生的力矩与运转的惯性力矩方向相反,会阻止电动机的运转。
这个制动回路.使电动机快速的停止,刮水片便能够准确的停在风挡玻璃下端指定的位置上。
5)间歇式刮水器
汽车在小雨或者雾天行驶时,刮水器即使以低速挡运转,由于水量很少,会与灰少形成泥水,也不易将车窗刮干净,而且还会在风挡玻璃上形成—些污迹,影响驾驶员的视线,严重时有可能刮伤玻璃。
所以,现代很多汽车的刮水器电路中都采用了电子间歇控制系统,在遇到达样的天气时,使用间歇挡,刮水片会间隔2—12s运动一次。
汽午的间歇式刮水器控制电路有多种形式,按间歇时间能否调节分为可调节型和不可调行型两种。
(1)不可调间歇控制电路。
刮水器间歇机构一般利用电机的自动复位触点.并利用阻容(R、C)充放电的半导体电路或者集成电路构成。
图9.7所示为互补式间歇振荡电路图,其巾K1为常闭触点,K2为常开触点,其受继电器J技制;自动停位开关3有两个工作位置,随刮水器电动机的转动而自动改变,当刮水片处于停止位置时,开关3的上位接通,否则开关3的下位接通。
当刮水器开关1置于断开位置“0”挡,间歇开关5置于接通位置时,刮水器间歇运动的电路被接通。
电源先向C充电,当C两端电压增加到一定值后,T1被导通,T2也随之导通,继电器J通电,常闭触点K1打开,常开触点K2闭合,刮水器电机运转。
此时的电路为:
蓄电池正极——B3——B1——刮水继电器J的常开触点K2——搭铁——蓄电池负极。
当刮水电机转动到使自动停位开关3的下位接触时,电容器C便通过二极管D迅速放电,使三极管T1基极电位降低,从而T1、T2转为截止状态,通过继电器J的电流随之中断,常闭触点K1闭合,但由于此时自动停住开关3的下位接触,故刮水电机仍可继续转动,直到刮水片摆回原位,自动停位开关3的上位接通为止,电机才因电枢短路而停止。
接着电源又通过自动停位开关3的上位触点向C充电,重复上述过程使刮水器橡皮刷间歇动作。
其停歇时间长短取决于R1C电路的充电时间。
由上述工作原理可知,这种电路保证了每个停歇周期内,刮水片贝摆动一次。
图9.8所尔是NE555集成电路织成的振荡电路。
在刮水器运转之前,刮水片处于停止位置,并使自动停位开关的触点S2,处于闭合状态。
当驾驶员操作刮水器开关在“0”挡,间歇开关3闭合时,集成电路NE555的3脚输出高电位,使继电器4通电,常开触点K1闭合,刮水电动机的电极B1经刮水开关2、触点K1接地构成回路,刮水器低速运转。
经过一定时间后,刮水片离开停止位置,自动停位开关5的触点S1闭合,同时集成电路NE555根据内部预先的设定,使3脚输出低电位,继电器4断电,常开触点K1断开,常闭触点K2闭合。
此时,刮水电动机的电极B1经刮水开关2、触点K2、触点S1接地,刮水电机继续低速运转,直到自动停位开关5的触点S2闭合,刮水电动机的电极B1、B3经过常闭触点K2和触点S2,连接在一起,构成自动回路,使电机迅速停止运转,刮水片就停在了原始位置,完成了一个工作循环。
刮水器工作的间歇时间是由集成电路内部设定的,它决定了下一次运转的时间间隔,仍然由集成电路的3脚发出高电位信号激发下一个工作循环。
(2)可调式间歇按制电路。
刮水器控制电路,能使汽车的刮水器按雨量大小自动开闭,并自动调节间歇时间,称为可调式间歇控制电路。
图9.9所示是刮水器自动开闭与调速控制电路。
电路中S1、S2和S3组成在风窗玻璃上的流量检测电极,下雨时,雨水落在检测电极之间,使它们之间的阻值明显减少,水流量越大,其阻值越小。
S1与S3之间的距离较近(约2.5cm),雨量较小时,雨水首先将S1与S3连接,使T1导通,继电器J1吸合,P点接通,刮水器慢速刮水。
雨量较大时,S1与S2之间的电阻也会减小,使T2也导通,于是J2闭合,A点断开,B点接通,刮水电机快速运转;雨停时,检测电阻之间的阻值均增大,T1、T2截止,继电器J1、J2断电,刮水器自动停止刮水。
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