本文原題目是：“以鐵代銅--解決起動機銑齒問題的簡單方法”，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的吸引線圈，但鐵絲漆包線要定制，價格上就沒有優(yōu)勢了，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)實際試用效果很好。所以對原文作了修改，去掉了以鐵代銅。
摘 要 : 介紹一種把電磁開關中吸引線圈的首端與保持線圈的首端分開，各自獨立設置接線柱對外引出的起動機，從而用極其簡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 鍵 詞 :起動機;電磁開關;銑齒
目前國產(chǎn)商用車上起動機的銑齒故障較為頻發(fā)，故障現(xiàn)象是在起動發(fā)動機時，起動機的驅動齒輪輪不能與發(fā)動機的飛輪齒環(huán)嚙合，起動機高速旋轉，驅動齒輪與飛輪齒環(huán)端面摩擦，發(fā)出強烈打齒聲，發(fā)動機無法起動。此時驅動齒輪相當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，有時驅動齒輪也同時報廢，更換飛輪齒環(huán)費時又費力，還影響汽車正常運行。
由于國內(nèi)對此問題沒有很好研究，對其產(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)使用一段時間后又會損壞，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。
如何用更簡單、低成本的方法來解決起動機的銑齒問題，令汽車電機研發(fā)、制造者不斷探索和開發(fā)新技術新產(chǎn)品，誰在這方面領先，誰就能占領更大的市場。目前博世、法雷奧、電裝等世界著名汽車電機制造商，都采用了二級嚙合的可慢轉起動機。而且第一級都采用了串入限流電阻的方法來使起動機慢轉， 以便能隨時叉開頂齒，等齒輪嚙合后，才進人第二級接入額定電壓全力驅動，同時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，但卻使起動機的電磁開關結構復雜化，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，結構復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。
對此筆者已研究10多年，從尋找銑齒原因到采取預防措施，現(xiàn)在又研制出了新一代避免銑齒的起動機(專利號:200610040946.6 ， 經(jīng)國家知識產(chǎn)權局實質審查，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)，其最大特點是結構簡單成本下降可靠性提高。
現(xiàn)在常用的強制嚙合的起動機，由電磁開關、直流電動機、傳動嚙合機構三大部分組成。電磁開關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機的電源端連接，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機，如果能利用吸引線圈的工作電流來使直流電動機慢轉，將是目前起動機的各種慢轉方法中最簡單可靠的。但起動機慢轉的必要條件是通過直流電動機的電流要大于其空載電流，而強制嚙合的起動機其電磁開關中吸引線圈的工作電流難以達到這個要求。為了保證起動結束后起動機能及時停止工作，電磁開關中吸引線圈與保持線圈的匝數(shù)是相等或非常接近的，當電磁開關線圈電源端斷電后，線圈本身并沒有馬上斷電。此時吸引線圈的尾端將從已接通的電磁開關主觸點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個線圈產(chǎn)生的電磁力相互抵消，使電磁開關電磁吸力消失，動鐵心復位，主觸點斷開，直流電動機斷電，起動機停止工作。如果2個線圈的匝數(shù)不相等，相互抵消電磁力后，還有剩余電磁力，就會造成動鐵心不復位，主觸點不斷開，起動機無法停止工作。
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)，對于電壓24V的起動機，保持線圈的匝數(shù)一般要達到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，工作電流不會大于直流電動機的空載電流，直流電動機不能慢轉，有時在空載狀態(tài)雖然能慢轉，但當起動機的驅動齒輪頂著發(fā)動機的飛輪齒環(huán)時，就不能慢轉了。
雖然可以用增大吸引線圈線徑的方法來增大其工作電流，但這樣勢必造成電磁開關體積增大，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，又會造成驅動齒輪對飛輪齒環(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，實際上行不通。
日本三菱電機株式會社研制的減速型起動機，采用適當減少吸引線圈的匝數(shù)，并適當加大其線徑的方法來增大它的工作電流，以此來使直流電動機慢轉。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)，必須保證在起動結束時，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的動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，當使用日久，飛輪齒環(huán)端面出現(xiàn)凹凸不平的傷痕后，因轉動阻力增大，直流電動機就有可能無法慢轉，就會出現(xiàn)頂齒情況。目前國內(nèi)生產(chǎn)的中大功率減速型起動機，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機依然保留嚙合彈簧，以防萬一不能慢轉時，利用嚙合彈簧來進行強制嚙合。但保留嚙合彈簧后又會引發(fā)銑齒故障。
為了改善這種減速型起動機的慢轉性能， 日本三菱電機株式會社又進行了改進，在驅動齒輪的旋轉方向一面的齒端上也倒角， 以求讓驅動齒輪滑過傷痕處。實際上改善慢轉性能的最好方法是增加慢轉電流，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。
筆者經(jīng)反復研究，終于攻破了這個難題。就是把電磁開關中的吸引線圈首端與保持線圈的首端分開，各自獨立設置接線柱對外引出，使電磁開關上有2個線圈接線柱。用特制的起動繼電器或改變目前起動電路的傳統(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，就可以讓直流電動機慢轉了。而且在保證電磁開關的吸合電壓滿足行業(yè)標準的情況下，吸引線圈可減至數(shù)十匝，工作電流已遠遠超過直流電動機的空載電流，既達到了使直流電動機慢轉之目的，又大幅降低了成本。因為吸引線圈的用銅量只有原來的一半甚至三分之一。該技術不僅適用于普通直驅型起動機，同樣適用于各種減速型起動機。至此起動機的銑齒問題，用極其簡單的低成本的方法得到了解決。特別是在銅價高漲， 同行業(yè)之間又主要靠價格競爭的今天， 提高性能又能降低成本，必將大大提高競爭力。
改進方法一
如圖1所示，在原起動繼電器上增加了第二輸出接線柱17，在其動觸橋14與第二輸出接線柱17之間用軟導線18連接，起動繼電器的主觸點輸出接線柱16與起動機電磁開關上的吸引線圈接線柱2連接，第二輸出接線柱17與電磁開關上的保持線圈接線柱3連接，也即在起動機與起動繼電器之間有2根連接導線。
圖1
當鑰匙開關起動檔19閉合接通，起動繼電器線圈13通電，使起動繼電器動鐵心12移動，帶動起動繼電器動觸橋14，把起動繼電器主觸點電源接線柱15與起動繼電器主觸點輸出接線柱16接通，使起動繼電器主觸點輸出接線柱16得電，同時第二輸出接線柱17也得電，而使起動機電磁開關中的吸引線圈4與保持線圈5同時通電，兩線圈產(chǎn)生的電磁吸力使動鐵心6移動。吸引線圈4的工作電流通過直流電動機9，由于此電流大于直流電動機9的空載電流，因而直流電動機9開始慢轉，帶動單向離合器10慢轉，同時動鐵心6拉動撥叉11把單向離合器10推向發(fā)動機飛輪齒環(huán)，單向離合器10上的驅動齒輪在慢轉情況下與發(fā)動機飛輪齒環(huán)嚙合，然后動觸橋8在動鐵心6的推動下與主觸點電源接線柱1、主觸點輸出接線柱7接通，直流電動機9接通額定電壓進人全力驅動狀態(tài)，帶動發(fā)動機起動，此時電磁開關中的吸引線圈4被短接，無電流通過。
起動結束后，鑰匙開關起動檔19斷開，起動繼電器線圈13斷電，起動繼電器動觸橋14與起動繼電器主觸點電源接線柱15、起動繼電器主觸點輸出接線柱16斷開，第二輸出接線柱17斷電，起動機電磁開關中的保持線圈5也斷電，此時電磁開關動觸橋8還未脫離主觸點電源接線柱1與主觸點輸出接線柱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連接的起動繼電器主觸點輸出接線柱16與起動繼電器的動觸橋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，因此電磁開關的電磁吸力消失，動鐵心6復位，動觸橋8與主觸點電源接線柱1、主觸點輸出接線柱7斷開，直流電動機
9斷電，起動機停止工作。
很明顯， 只要切斷起動機電磁開關吸引線圈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，起動機也可以正常停機。
改進方法二
以上方法需要特制的起動繼電器，但通過對電磁開關的優(yōu)化設計，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繼電器，保持線圈由車上的鑰匙開關起動檔直接控制，如圖2所示。
圖2
當鑰匙開關起動檔19閉合，起動繼電器線圈13與起動機電磁開關的保持線圈5同時通電，起動繼電器的動觸橋14把起動繼電器主觸點電源接線柱15、起動繼電器主觸點輸出接線柱16接通，起動機電磁開關中的吸引線圈4通電，其電流通過直流電動機9，直流電動機9帶動單向離合器10慢轉，使驅動齒輪與發(fā)動機飛輪齒環(huán)嚙合，然后電磁開關的動觸橋8把主觸點電源接線柱1與主觸點輸出接線柱7接通，直流電動機9全力驅動。此時電磁開關中的吸引線圈4被短接而無電流通過。
起動結束后，鑰匙開關起動檔19斷開，起動繼電器線圈13與起動機電磁開關中的保持線圈5同時斷電，因此起動繼電器的動觸橋14與起動繼電器的主觸點電源接線柱15、起動繼電器的主觸點輸出接線柱16斷開。同時起動機電磁開關的動觸橋8與主觸點電源接線柱1、主觸點輸出接線柱7也斷開，直流電動機9斷電，起動機停止工作。在此，起動機電磁開關中的吸引線圈4與保持線圈5是分開控制的，無法形成反向供電回路。
上述這種起動機的優(yōu)點是電磁開關依然是單觸點的，制造工藝基本不變，保持了結構簡單、工作可靠的特點，保證了可靠性，不用嚙合彈簧，解決了銑齒問題，慢轉電流大不會出現(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)中大功率減速起動機的兩大主流產(chǎn)品，仿三菱型起動機與博世型起動機。因為仿三菱型起動機慢轉電流小，還存在頂齒問題。而博世型起動機保留嚙合彈簧，還存在銑齒問題。而本專利技術能保證做到不頂齒也不銑齒。
實際應用
采用上述技術改制的起動機經(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用這種新技術，在此介紹一下在解放商用車上利用原裝起動機的改裝方法。該車裝用的起動機主要有鳳城的5.2kw與神電的6kw起動機，前者空載電流80A，后者空載電流90A，因都是直驅型起動機，慢轉電流要求較大，暫取慢轉電流為空載電流的3倍，分別是240A、270A，據(jù)此計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— 長度 計 算 出 的長度分別為4.85 m與4.37m。
具體改裝時，先把電磁開關鐵殼撬開，取出線圈，然后利用原來的保持線圈漆包線，先繞保持線圈，再用上述計算好的漆包線繞制吸引線圈。在膠木蓋原線圈接線柱對稱位置鉆一孔，安置一個與原線圈接線柱相同規(guī)格的螺栓，作為另一個線圈接線柱。
平頭解放商用車上的大功率起動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個小螺栓，另一種的線圈接線柱為一個二線插接器，應采用前者，即共有4個接線柱螺栓的起動繼電器來改裝。撬開起動繼電器的鐵殼，把線圈的一端在擋鐵上搭鐵，這就空出一個小接線柱，作為第二輸出接線柱，用軟導線(發(fā)電機電刷上的連接線)焊接在動觸橋與第二輸出接線柱之間。軟導線的長度要保證動觸橋移動自如，但也不要太長，膠木蓋內(nèi)部通過軟導線的地方，可適當挖出一個小槽。
電磁開關與起動繼電器都改裝好后，還要對單向離合器作改造，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，把原來連接起動繼電器線圈的搭鐵線，直接連接在起動繼電器外殼的固定螺栓上，再用一根1平方的導線，連接起動繼電器的第二輸出接線柱與起動機電磁開關的保持線圈接線柱，用原來的粗導線連接起動繼電器的主觸點輸出接線柱與起動機電磁開關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繼電器，慢轉電流為空載電流的2.5--3倍，連接電磁開關吸引線圈接線柱的導線不能小于2.5平方。
聲明
因該技術是專利，在沒有得到筆者授權的情況下，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。
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