汽车电气设备检修：刮水器构造与工作原理

为了保证汽车在雨天或雪天时驾驶员有良好的视线，确保其行驶安全，在汽车的风窗玻璃上装有刮水器。一般汽车的前风窗玻璃上都装有两个刮水片，部分汽车在后风窗玻璃上也装有一个刮水片，一些豪华轿车还装有与风窗刮水器一起开动的前照灯刮水器。

1.电动风窗刮水器的组成

电动风窗刮水器的组成如图8-1所示。蜗轮箱2与电动机合装在一起，并固定在底板3上，蜗轮的旋转运动通过曲柄4和6、连杆5和7、摆杆8和10等转变成为摆臂9和11的左右往复摆动，刮水片安装在两摆臂上。电动风窗刮水器的动力源是一微型直流电动机。通过传动机构，使刮水片在风窗玻璃外表面上往复摆动，以清除风窗玻璃上的雨水、积雪或灰尘。

图8-1 电动风窗刮水器的组成

1—直流电动机 2—蜗轮箱 3—底板 4、6—曲柄 5、7—连杆 8、10—摆杆 9、11—摆臂

2.刮水器电动机的变速及复位原理

刮水器电动机按其磁场结构不同分为绕线式和永磁式两种。永磁式刮水器电动机具有体积小、质量轻、噪声小、结构简单、可靠性强等优点，在国内外汽车上得到了广泛应用。永磁式刮水器电动机总成的结构如图8-2所示。

两种刮水器电动机总成在结构上的不同，主要表现在绕线式刮水器电动机的磁极上绕有串励和并励两个励磁绕组，其他部件的结构基本相同。刮水器在使用中应能根据雨雪的大小来调整刮水片的刮水速度，在雨小时使用低速刮水，雨大时使用高速刮水，因此需要电动机能够改变速度，以调整刮水片的刮水速度。

（1）永磁直流电动机的变速 目前刮水器电动机多采用永磁直流电动机，它的磁极为铁氧体永久磁铁，因为其磁场强弱是不能改变的，为了改变工作速度可采用三刷式电动机。图8-3所示为三刷式电动机的示意图。

图8-2 永磁刮水器电动机

1—永磁直流电动机 2—蜗轮、蜗杆减速器 3—输出轴（驱动刮水器）

图8-3 三刷式电动机

N、S—磁铁的北极与南极

B₁、B₂、B₃—电刷

电刷B₃为高、低速公用，电刷B₁用于低速，与电刷B₁位置相差60°处有一个用于高速的电刷B₂。电枢绕组采用对称叠绕式。

三刷电动机是利用三个电刷改变正负电刷之间串联的线圈数实现变速的。即在电动机外加电压U不变的情况下，改变电动机产生反电动势的大小，达到改变电动机转速的目的。其工作原理是，直流电动机工作时，在电枢内同时产生反电动势e，其方向与电枢电流的方向相反，要使电枢旋转，U必须大于e（即U＞e）。当电枢转速n上升时，反电动势也相应上升，只有当外加电压U几乎等于反电动势e（忽略电枢绕组的内部电压降）时，电动机的转速才趋于稳定。(www.xing528.com)

图8-4 三刷式电动机变速原理

1～6—换向片编号 ①～⑥—线圈组编号

K—开关 H—高速挡 L—低速挡 A—蓄电池

三刷电动机旋转时，电枢绕组所产生的反电动势方向如图8-4所示。图上所标的“+”、“-”代表该线圈产生的反电动势e的方向。当开关K拨向L时，电源电压U加在B₁和B₃之间，在电刷B₁和B₃之间有两条并联支路，一条支路由线圈①、⑥、⑤串联，另一条支路由线圈②、③、④串联。这两路线圈产生的全部反电动势与电源电压平衡后，电动机便稳定旋转，此时转速较低。当开关K拨向H时，电源电压加在电刷B₂和B₃之间，由图可见，电枢绕组一条支路由4个线圈②、①、⑥、⑤串联，另一条支路由两个线圈③、④串联。从各线圈产生的反电动势方向上可看出，线圈②与线圈①、⑥、⑤的反电动势方向相反，互相抵消后，每个支路均有两个线圈的反电动势与电源电压平衡，因而转速升高。可见两电刷间（能产生反电动势）的导体数减小，就会使电动机转速升高，因此改变导入电流的电刷就改变了电刷间有效导体的数目，从而达到电动机变速的目的。

另一种高低速的判定方法可以假设每个线圈的电阻为R，当开关分别打到高低速挡时计算连接在蓄电池两端的总电阻的大小，从而判定消耗功率的大小，以此来推断出刮水器电动机的高低速，这是一个比较简便的方法。

（2）刮水器的自动复位装置 刮水器是通过驱动齿轮的复位而被带动复位的。自动复位装置的结构如图8-5所示。在直流电动机减速器的蜗轮8（由尼龙制成，其轴驱动刮水器）上，嵌有铜环，铜环分成两个部分，其中面积较大的一片9与电动机的外壳相连接（即搭铁）；触点臂3、5用磷铜片或其他弹性材料制成，其端部分别铆有触点4、6。由于触点臂3、5具有弹性，因此当蜗轮8转动时，触点4、6与蜗轮8的端面（含铜环7、9）保持接触。

当电源开关接通，刮水器开关置于Ⅰ挡（低速挡）时，电流从蓄电池正极→电源总开关1→熔断器2→电刷B₃→电枢绕组→电刷B₁→接线柱②→接触片12→接线柱③→搭铁回到蓄电池的负极，形成回路，电动机以低速运转。

当刮水开关置于Ⅱ挡（高速挡）时，电流从蓄电池正极→电源总开关1→熔断器2→电刷B₃→电枢绕组→电刷B₂→接线柱④→接触片12→接线柱③→搭铁回到蓄电池负极，形成回路，电动机以高速运转。

图8-5 三刷电动机自动复位装置

1—电源总开关 2—熔断器 3、5—触点臂 4、6—触点 7、9—铜环 8—蜗轮 10—电枢 11—永久磁铁 12—接触片 A—蓄电池 B₁、B₂、B₃—电刷 C—刮水器开关 ①～④—接线柱

当刮水器开关推到0挡（关闭）时，如刮水器的刮水片没有停到规定的位置，由于触点6与铜环9接通，如图8-5b所示，电流将继续流入电枢。此时电流从蓄电池正极→电源总开关1→熔断器2→电刷B₃→电枢→电刷B₁→接线柱②→接触片12→接线柱①→触点臂5→触点6→铜环9→搭铁回到蓄电池负极、形成电路，电动机以低速运转直至蜗轮旋转到如图8-5a所示的规定位置，触点4和触点6通过铜环7接通，由于电枢转动时的惯性，电动机不能立即停下来，因而电动机以发电机运行而发电。因为电枢绕组产生的反电动势方向与外加电压方向相反，所以电流从电刷B₃→触点臂3→触点4→铜环7→触点6→触点臂5→接线柱①→接触片12→接线柱②→电刷B₁，形成回路，产生制动力矩，电动机迅速停止转动，使刮水片复位到风窗玻璃的下部。

另一种类型刮水器电动机的自动停位机构如图8-6所示，在连接刮水器摆杆的蜗轮1上装有铜环2。当把电动机电源开关推至关闭位置Ⅲ时，若蜗轮带动的刮水器摆杆不在风窗下缘位置时，铜环2的缺口便不在右边（见图8-6b），电枢线圈实际上并未断电，而由铜环2通过触点6、7维持其接通在低速状态（即接通B₁、B₂电刷）下工作。直到转至图8-6a所示位置时，电枢线圈才真正被断开，电动机只有在此位置上停位。此时，刮水器正处在风窗下缘。

图8-6 自动停位机构

a）停位位置 b）任一位置

1—蜗轮 2—铜环 3、4、5—触点臂 6、7、8—触点 9—换向器