本文原題目是：“以鐵代銅--解決起動(dòng)機(jī)銑齒問題的簡(jiǎn)單方法”，刊登在《汽車電器》2007年7期上，原是用鐵絲代替銅絲繞制電磁開關(guān)的吸引線圈，但鐵絲漆包線要定制，價(jià)格上就沒有優(yōu)勢(shì)了，而且鐵絲較硬不易繞制，因此還是用較小規(guī)格的銅漆包線繞吸引線圈，經(jīng)實(shí)際試用效果很好。所以對(duì)原文作了修改，去掉了以鐵代銅。
摘 要 : 介紹一種把電磁開關(guān)中吸引線圈的首端與保持線圈的首端分開，各自獨(dú)立設(shè)置接線柱對(duì)外引出的起動(dòng)機(jī)，從而用極其簡(jiǎn)單的方法解決了銑齒問題。詳述其工作原理，提供了改裝方法。
關(guān) 鍵 詞 :起動(dòng)機(jī);電磁開關(guān);銑齒
目前國產(chǎn)商用車上起動(dòng)機(jī)的銑齒故障較為頻發(fā)，故障現(xiàn)象是在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪輪不能與發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪齒環(huán)嚙合，起動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪齒環(huán)端面摩擦，發(fā)出強(qiáng)烈打齒聲，發(fā)動(dòng)機(jī)無法起動(dòng)。此時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪相當(dāng)于銑刀在銑削飛輪齒，因此把這種故障稱為銑齒，其后果是飛輪齒環(huán)被銑壞，有時(shí)驅(qū)動(dòng)齒輪也同時(shí)報(bào)廢，更換飛輪齒環(huán)費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，還影響汽車正常運(yùn)行。
由于國內(nèi)對(duì)此問題沒有很好研究，對(duì)其產(chǎn)生的原因也不甚清楚，修理銑齒故障，一般都是更換飛輪齒環(huán)，新?lián)Q的飛輪齒環(huán)使用一段時(shí)間后又會(huì)損壞，從而銑齒成了汽車行業(yè)的老大難問題，無法從根本上解決之。
如何用更簡(jiǎn)單、低成本的方法來解決起動(dòng)機(jī)的銑齒問題，令汽車電機(jī)研發(fā)、制造者不斷探索和開發(fā)新技術(shù)新產(chǎn)品，誰在這方面領(lǐng)先，誰就能占領(lǐng)更大的市場(chǎng)。目前博世、法雷奧、電裝等世界著名汽車電機(jī)制造商，都采用了二級(jí)嚙合的可慢轉(zhuǎn)起動(dòng)機(jī)。而且第一級(jí)都采用了串入限流電阻的方法來使起動(dòng)機(jī)慢轉(zhuǎn)， 以便能隨時(shí)叉開頂齒，等齒輪嚙合后，才進(jìn)人第二級(jí)接入額定電壓全力驅(qū)動(dòng)，同時(shí)切除或短接限流電阻。
采用這種方法后，雖然解決了銑齒問題，但卻使起動(dòng)機(jī)的電磁開關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，可靠性降低，成本增加，筆者也曾研制過帶限流電阻的電磁開關(guān)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的問題依然存在，因此必須尋找更好的解決銑齒問題的方法。
對(duì)此筆者已研究10多年，從尋找銑齒原因到采取預(yù)防措施，現(xiàn)在又研制出了新一代避免銑齒的起動(dòng)機(jī)(專利號(hào):200610040946.6 ， 經(jīng)國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)質(zhì)審查，全世界范圍內(nèi)未見有類似專利，于2010年11月03日授予發(fā)明專利權(quán))，其最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本下降可靠性提高。
現(xiàn)在常用的強(qiáng)制嚙合的起動(dòng)機(jī)，由電磁開關(guān)、直流電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)嚙合機(jī)構(gòu)三大部分組成。電磁開關(guān)中吸引線圈與保持線圈的首端連接在一起作為電源端，吸引線圈的尾端與直流電動(dòng)機(jī)的電源端連接，保持線圈的尾端搭鐵，這樣吸引線圈的工作電流要通過直流電動(dòng)機(jī)，如果能利用吸引線圈的工作電流來使直流電動(dòng)機(jī)慢轉(zhuǎn)，將是目前起動(dòng)機(jī)的各種慢轉(zhuǎn)方法中最簡(jiǎn)單可靠的。但起動(dòng)機(jī)慢轉(zhuǎn)的必要條件是通過直流電動(dòng)機(jī)的電流要大于其空載電流，而強(qiáng)制嚙合的起動(dòng)機(jī)其電磁開關(guān)中吸引線圈的工作電流難以達(dá)到這個(gè)要求。為了保證起動(dòng)結(jié)束后起動(dòng)機(jī)能及時(shí)停止工作，電磁開關(guān)中吸引線圈與保持線圈的匝數(shù)是相等或非常接近的，當(dāng)電磁開關(guān)線圈電源端斷電后，線圈本身并沒有馬上斷電。此時(shí)吸引線圈的尾端將從已接通的電磁開關(guān)主觸點(diǎn)上獲得電源而反向供電，這樣吸引線圈與保持線圈成串聯(lián)狀態(tài)，通過的電流相等，但方向相反，2個(gè)線圈產(chǎn)生的電磁力相互抵消，使電磁開關(guān)電磁吸力消失，動(dòng)鐵心復(fù)位，主觸點(diǎn)斷開，直流電動(dòng)機(jī)斷電，起動(dòng)機(jī)停止工作。如果2個(gè)線圈的匝數(shù)不相等，相互抵消電磁力后，還有剩余電磁力，就會(huì)造成動(dòng)鐵心不復(fù)位，主觸點(diǎn)不斷開，起動(dòng)機(jī)無法停止工作。
由于吸引線圈與保持線圈的匝數(shù)必須相等，而保持線圈還要考慮電流密度在安全范圍內(nèi)，對(duì)于電壓24V的起動(dòng)機(jī)，保持線圈的匝數(shù)一般要達(dá)到200匝左右，方能滿足安全電流密度要求，那么吸引線圈的匝數(shù)也要在200匝左右。這樣吸引線圈因匝數(shù)多，電阻大，工作電流不會(huì)大于直流電動(dòng)機(jī)的空載電流，直流電動(dòng)機(jī)不能慢轉(zhuǎn)，有時(shí)在空載狀態(tài)雖然能慢轉(zhuǎn)，但當(dāng)起動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)齒輪頂著發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪齒環(huán)時(shí)，就不能慢轉(zhuǎn)了。
雖然可以用增大吸引線圈線徑的方法來增大其工作電流，但這樣勢(shì)必造成電磁開關(guān)體積增大，所用材料增加，成本上升。另一方面由于電流增加，線圈匝數(shù)卻不能減少，因此電磁力增加，又會(huì)造成驅(qū)動(dòng)齒輪對(duì)飛輪齒環(huán)的沖擊力增加而損壞齒輪，因此僅僅用增大吸引線圈線徑的方法，實(shí)際上行不通。
日本三菱電機(jī)株式會(huì)社研制的減速型起動(dòng)機(jī)，采用適當(dāng)減少吸引線圈的匝數(shù)，并適當(dāng)加大其線徑的方法來增大它的工作電流，以此來使直流電動(dòng)機(jī)慢轉(zhuǎn)。不過吸引線圈的匝數(shù)不能減得太多，一般控制在50匝以內(nèi)，必須保證在起動(dòng)結(jié)束時(shí)，吸引線圈與保持線圈產(chǎn)生的電磁力相抵后，剩余電磁力不足以讓電磁開關(guān)的動(dòng)鐵心保持在吸合位置。所以吸引線圈工作電流的增加是極其有限的，當(dāng)使用日久，飛輪齒環(huán)端面出現(xiàn)凹凸不平的傷痕后，因轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大，直流電動(dòng)機(jī)就有可能無法慢轉(zhuǎn)，就會(huì)出現(xiàn)頂齒情況。目前國內(nèi)生產(chǎn)的中大功率減速型起動(dòng)機(jī)，大都采用這種方法，加上國內(nèi)的制造工藝粗糙，頂齒故障不可避免。因此某些減速型起動(dòng)機(jī)依然保留嚙合彈簧，以防萬一不能慢轉(zhuǎn)時(shí)，利用嚙合彈簧來進(jìn)行強(qiáng)制嚙合。但保留嚙合彈簧后又會(huì)引發(fā)銑齒故障。
為了改善這種減速型起動(dòng)機(jī)的慢轉(zhuǎn)性能， 日本三菱電機(jī)株式會(huì)社又進(jìn)行了改進(jìn)，在驅(qū)動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)方向一面的齒端上也倒角， 以求讓驅(qū)動(dòng)齒輪滑過傷痕處。實(shí)際上改善慢轉(zhuǎn)性能的最好方法是增加慢轉(zhuǎn)電流，因此該方法只能緩解，不能從根本上解決問題。
從上述可知，吸引線圈既不能大幅減少匝數(shù)，也不能大幅加大線徑，也就無法大幅增加其工作電流，而制約因素恰恰是吸引線圈與保持線圈之間要相互抵消電磁力。如果能讓2個(gè)線圈之間不存在相互抵消電磁力的問題，那么吸引線圈增加工作電流將成為現(xiàn)實(shí)。
筆者經(jīng)反復(fù)研究，終于攻破了這個(gè)難題。就是把電磁開關(guān)中的吸引線圈首端與保持線圈的首端分開，各自獨(dú)立設(shè)置接線柱對(duì)外引出，使電磁開關(guān)上有2個(gè)線圈接線柱。用特制的起動(dòng)繼電器或改變目前起動(dòng)電路的傳統(tǒng)接線方式，來分別控制吸引線圈與保持線圈，使2個(gè)線圈無法形成反向供電回路，也就不存在相互抵消電磁力的問題，就可以把吸引線圈的匝數(shù)大幅減少，使其電阻減小， 電流增大，就可以讓直流電動(dòng)機(jī)慢轉(zhuǎn)了。而且在保證電磁開關(guān)的吸合電壓滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，吸引線圈可減至數(shù)十匝，工作電流已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直流電動(dòng)機(jī)的空載電流，既達(dá)到了使直流電動(dòng)機(jī)慢轉(zhuǎn)之目的，又大幅降低了成本。因?yàn)槲€圈的用銅量只有原來的一半甚至三分之一。該技術(shù)不僅適用于普通直驅(qū)型起動(dòng)機(jī)，同樣適用于各種減速型起動(dòng)機(jī)。至此起動(dòng)機(jī)的銑齒問題，用極其簡(jiǎn)單的低成本的方法得到了解決。特別是在銅價(jià)高漲， 同行業(yè)之間又主要靠?jī)r(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的今天， 提高性能又能降低成本，必將大大提高競(jìng)爭(zhēng)力。
改進(jìn)方法一
如圖1所示，在原起動(dòng)繼電器上增加了第二輸出接線柱17，在其動(dòng)觸橋14與第二輸出接線柱17之間用軟導(dǎo)線18連接，起動(dòng)繼電器的主觸點(diǎn)輸出接線柱16與起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)上的吸引線圈接線柱2連接，第二輸出接線柱17與電磁開關(guān)上的保持線圈接線柱3連接，也即在起動(dòng)機(jī)與起動(dòng)繼電器之間有2根連接導(dǎo)線。
圖1
當(dāng)鑰匙開關(guān)起動(dòng)檔19閉合接通，起動(dòng)繼電器線圈13通電，使起動(dòng)繼電器動(dòng)鐵心12移動(dòng)，帶動(dòng)起動(dòng)繼電器動(dòng)觸橋14，把起動(dòng)繼電器主觸點(diǎn)電源接線柱15與起動(dòng)繼電器主觸點(diǎn)輸出接線柱16接通，使起動(dòng)繼電器主觸點(diǎn)輸出接線柱16得電，同時(shí)第二輸出接線柱17也得電，而使起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)中的吸引線圈4與保持線圈5同時(shí)通電，兩線圈產(chǎn)生的電磁吸力使動(dòng)鐵心6移動(dòng)。吸引線圈4的工作電流通過直流電動(dòng)機(jī)9，由于此電流大于直流電動(dòng)機(jī)9的空載電流，因而直流電動(dòng)機(jī)9開始慢轉(zhuǎn)，帶動(dòng)單向離合器10慢轉(zhuǎn)，同時(shí)動(dòng)鐵心6拉動(dòng)撥叉11把單向離合器10推向發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒環(huán)，單向離合器10上的驅(qū)動(dòng)齒輪在慢轉(zhuǎn)情況下與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合，然后動(dòng)觸橋8在動(dòng)鐵心6的推動(dòng)下與主觸點(diǎn)電源接線柱1、主觸點(diǎn)輸出接線柱7接通，直流電動(dòng)機(jī)9接通額定電壓進(jìn)人全力驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，此時(shí)電磁開關(guān)中的吸引線圈4被短接，無電流通過。
起動(dòng)結(jié)束后，鑰匙開關(guān)起動(dòng)檔19斷開，起動(dòng)繼電器線圈13斷電，起動(dòng)繼電器動(dòng)觸橋14與起動(dòng)繼電器主觸點(diǎn)電源接線柱15、起動(dòng)繼電器主觸點(diǎn)輸出接線柱16斷開，第二輸出接線柱17斷電，起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)中的保持線圈5也斷電，此時(shí)電磁開關(guān)動(dòng)觸橋8還未脫離主觸點(diǎn)電源接線柱1與主觸點(diǎn)輸出接線柱7，這樣吸引線圈4的尾端還與蓄電池20的正極接通，但由于與吸引線圈首端接線柱2連接的起動(dòng)繼電器主觸點(diǎn)輸出接線柱16與起動(dòng)繼電器的動(dòng)觸橋14已斷開，吸引線圈4的反向供電回路被切斷，吸引線圈4雖帶電，但沒有電流通過，因此電磁開關(guān)的電磁吸力消失，動(dòng)鐵心6復(fù)位，動(dòng)觸橋8與主觸點(diǎn)電源接線柱1、主觸點(diǎn)輸出接線柱7斷開，直流電動(dòng)機(jī)
9斷電，起動(dòng)機(jī)停止工作。
很明顯， 只要切斷起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)吸引線圈4的反向供電回路，吸引線圈4與保持線圈5的匝數(shù)即使相差很大，起動(dòng)機(jī)也可以正常停機(jī)。
改進(jìn)方法二
以上方法需要特制的起動(dòng)繼電器，但通過對(duì)電磁開關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使保持線圈的工作電流控制在l0A內(nèi)，就可以采用普通的起動(dòng)繼電器，保持線圈由車上的鑰匙開關(guān)起動(dòng)檔直接控制，如圖2所示。
圖2
當(dāng)鑰匙開關(guān)起動(dòng)檔19閉合，起動(dòng)繼電器線圈13與起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)的保持線圈5同時(shí)通電，起動(dòng)繼電器的動(dòng)觸橋14把起動(dòng)繼電器主觸點(diǎn)電源接線柱15、起動(dòng)繼電器主觸點(diǎn)輸出接線柱16接通，起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)中的吸引線圈4通電，其電流通過直流電動(dòng)機(jī)9，直流電動(dòng)機(jī)9帶動(dòng)單向離合器10慢轉(zhuǎn)，使驅(qū)動(dòng)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒環(huán)嚙合，然后電磁開關(guān)的動(dòng)觸橋8把主觸點(diǎn)電源接線柱1與主觸點(diǎn)輸出接線柱7接通，直流電動(dòng)機(jī)9全力驅(qū)動(dòng)。此時(shí)電磁開關(guān)中的吸引線圈4被短接而無電流通過。
起動(dòng)結(jié)束后，鑰匙開關(guān)起動(dòng)檔19斷開，起動(dòng)繼電器線圈13與起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)中的保持線圈5同時(shí)斷電，因此起動(dòng)繼電器的動(dòng)觸橋14與起動(dòng)繼電器的主觸點(diǎn)電源接線柱15、起動(dòng)繼電器的主觸點(diǎn)輸出接線柱16斷開。同時(shí)起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)的動(dòng)觸橋8與主觸點(diǎn)電源接線柱1、主觸點(diǎn)輸出接線柱7也斷開，直流電動(dòng)機(jī)9斷電，起動(dòng)機(jī)停止工作。在此，起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)中的吸引線圈4與保持線圈5是分開控制的，無法形成反向供電回路。
上述這種起動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是電磁開關(guān)依然是單觸點(diǎn)的，制造工藝基本不變，保持了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)，保證了可靠性，不用嚙合彈簧，解決了銑齒問題，慢轉(zhuǎn)電流大不會(huì)出現(xiàn)頂齒問題，又降低了成本，其性能已明顯超越了目前國內(nèi)中大功率減速起動(dòng)機(jī)的兩大主流產(chǎn)品，仿三菱型起動(dòng)機(jī)與博世型起動(dòng)機(jī)。因?yàn)榉氯庑推饎?dòng)機(jī)慢轉(zhuǎn)電流小，還存在頂齒問題。而博世型起動(dòng)機(jī)保留嚙合彈簧，還存在銑齒問題。而本專利技術(shù)能保證做到不頂齒也不銑齒。
實(shí)際應(yīng)用
采用上述技術(shù)改制的起動(dòng)機(jī)經(jīng)裝車使用后，不再發(fā)生銑齒故障，也就意味著不再損壞飛輪齒環(huán)，深受駕駛員歡迎，為了讓更多的駕駛員盡早應(yīng)用這種新技術(shù)，在此介紹一下在解放商用車上利用原裝起動(dòng)機(jī)的改裝方法。該車裝用的起動(dòng)機(jī)主要有鳳城的5.2kw與神電的6kw起動(dòng)機(jī)，前者空載電流80A，后者空載電流90A，因都是直驅(qū)型起動(dòng)機(jī)，慢轉(zhuǎn)電流要求較大，暫取慢轉(zhuǎn)電流為空載電流的3倍，分別是240A、270A，據(jù)此計(jì)算出的吸引線圈電阻分別為0.1歐姆、0.09歐姆，選用直徑1.04mm耐溫180度的銅漆包線，根據(jù): R— 電阻，S— 截面積，p— 電阻率、L— 長(zhǎng)度 計(jì) 算 出 的長(zhǎng)度分別為4.85 m與4.37m。
具體改裝時(shí)，先把電磁開關(guān)鐵殼撬開，取出線圈，然后利用原來的保持線圈漆包線，先繞保持線圈，再用上述計(jì)算好的漆包線繞制吸引線圈。在膠木蓋原線圈接線柱對(duì)稱位置鉆一孔，安置一個(gè)與原線圈接線柱相同規(guī)格的螺栓，作為另一個(gè)線圈接線柱。
平頭解放商用車上的大功率起動(dòng)繼電器裝在駕駛室后的支架上，有2種形式。其中一種的線圈接線柱為2個(gè)小螺栓，另一種的線圈接線柱為一個(gè)二線插接器，應(yīng)采用前者，即共有4個(gè)接線柱螺栓的起動(dòng)繼電器來改裝。撬開起動(dòng)繼電器的鐵殼，把線圈的一端在擋鐵上搭鐵，這就空出一個(gè)小接線柱，作為第二輸出接線柱，用軟導(dǎo)線(發(fā)電機(jī)電刷上的連接線)焊接在動(dòng)觸橋與第二輸出接線柱之間。軟導(dǎo)線的長(zhǎng)度要保證動(dòng)觸橋移動(dòng)自如，但也不要太長(zhǎng)，膠木蓋內(nèi)部通過軟導(dǎo)線的地方，可適當(dāng)挖出一個(gè)小槽。
電磁開關(guān)與起動(dòng)繼電器都改裝好后，還要對(duì)單向離合器作改造，使單向器上的嚙合彈簧失效不能壓縮，可把單向器上的撥叉擋圈用電焊焊牢。
裝車按圖1接線，把原來連接起動(dòng)繼電器線圈的搭鐵線，直接連接在起動(dòng)繼電器外殼的固定螺栓上，再用一根1平方的導(dǎo)線，連接起動(dòng)繼電器的第二輸出接線柱與起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)的保持線圈接線柱，用原來的粗導(dǎo)線連接起動(dòng)繼電器的主觸點(diǎn)輸出接線柱與起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)上的吸引線圈接線柱，全部連接好檢查無誤后，就可以通電試用了。
其它車型的改裝與此類似，但必須采用像解放商用車那樣的大功率起動(dòng)繼電器，慢轉(zhuǎn)電流為空載電流的2.5--3倍，連接電磁開關(guān)吸引線圈接線柱的導(dǎo)線不能小于2.5平方。
聲明
因該技術(shù)是專利，在沒有得到筆者授權(quán)的情況下，只能參照上述介紹作改裝之用，不可據(jù)此生產(chǎn)產(chǎn)品銷售。
參考文獻(xiàn):
吳建剛 .起動(dòng)機(jī)銑齒故障的原因及解決方法【J].汽車電器 ， 2002，(6):51一52.
田有太 .一種對(duì)起動(dòng)機(jī)通病的解決方法之探討〔J].汽車電 器 ， 2003，(3):5.7
吳建剛 .對(duì)解決起動(dòng)機(jī)銑齒問題的進(jìn)一步探討〔J〕.汽車電 器 ， 2004，(5):49一51.
吳建剛 .幾種起動(dòng)機(jī)電磁開關(guān)專利技術(shù)【J〕.汽車電器，2006 、 (9):13一16.
博世(BOSCH)公司著.魏春源等譯.汽車電氣與電子「M 〕. 北 京:北京理工大學(xué)出版社，2004.230一234.
