雨刮电机控制原理

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。