Стартеры с постоянными магнитами
Сильные магниты стали недорогими в производстве, и оказалось, что они вполне применимы для автомобильных стартеров.
Изготовить магнит и собрать корпус с магнитами гораздо проще, чем мотать обмотку возбуждения, поэтому стартеры на постоянных магнитах быстро вытеснили устаревшие конструкции с обмотками возбуждения.
Стартеры на постоянных магнитах получились маленькими, легким и достаточно сильными, для уверенного запуска двигателей.
Так выглядят магниты для стартера. Они очень похожи, но на самом деле они разные.
Очень похожие магниты, но разные, они должны быть двух типов – Юг – Север и Север –Юг.
В корпусе стартера магниты расставлены строго определенным способом.
Если магниты неправильно подобраны (при ремонте), стартер может вообще не закрутиться. Если магниты неправильно расставлены, стартер закрутится в другую сторону.
Картинка совершенно условно показывает, что магнитная система для вращения якоря в другую строну повернута нат 90 градусов.
Как правильно подобрать и расставить магниты в корпусе стартера?
Для создания правильного магнитного поля в корпусе стартера нужны магниты двух типов. Один тип — южный полюс внутри, а северный снаружи, другой тип зеркальный — южный полюс снаружи, северный внутри
Все магниты имеют одинаковую форму, но намагничены по разному.
Если магниты выпали, то можно установить или приклеить их на место.
Ставится один магнит, а рядом с ним противоположный. Все магниты в корпусе должны стоять относительно щеточного узла точно в том положении, как стояли, если они окажутся сдвинутыми на один шаг, то вращение получится в другую сторону.
При расстановке магнитов, лучше иметь рядом рабочий образец корпуса.
Расположение магнитов через один, не единственно возможное, бывает и другое, например, два одинаковых рядом и два других на противоположной стороне, в любом случае найдется симметрия. Расположение магнитов подсказывает расположение щеток: + — + — или + + — — Сравните расстановку магнитов с правильно собранным рабочим корпусом. Или перед разборкой определите и зарисуйте расстановку магнитов.
Как определить одинаковые магниты или разные?
Разные магниты, развернутые внутренняя сторона к внешней стороне отталкиваются
Одинаковые магниты, развернутые внутренняя сторона к внешней стороне притягиваются
Какой магнит нужно поставить если отвалился только один?
Частая поломка – стартер начинает заедать и вообще престает работать. Стартер «берет на себя».
Если остался именно этот магнит, то его можно смело приклеить,
Если магнит сломан и его надо заменить, то сначала надо определить какой нужен. Магнитов не меньше четырех. Остается пара и один. Берем любой магнит и пробуем как он взаимодействует с оставшимися. Надо подобрать такой же, как оставшийся без пары.
Чем приклеить оторванный магнит?
Опыт показал, что поксипол держит вполне надежно.
Прежде чем разводить поксипол, нужно тщательно очистить и обезжирить место на корпусе и сам магнит. На время застывания клея надо подобрать какие — нибудь проставочки по размеру между соседними магнитами, чтобы новый манит не сдвинулся в сторону.
Источник
Стартеры с постоянными магнитами
Стартеры с постоянными магнитами начали появляться на транспортных средствах с конца 80-х. Два главных преимущества этих двигателей по сравнению с обычными типами — меньший вес и меньший размер. Это делает стартер с постоянными магнитами популярным выбором для изготовителей транспортного средства, так как из-за компактности современных автомобилей меньше места остается для электрических систем двигателя. Сокращение веса вносит вклад и в сокращение потребления топлива.
Доступные в настоящее время стандартные стартеры с постоянными магнитами подходят для использования на двигателях внутреннего сгорания с рабочим объемом примерно до 2 литров. Они имеют номинальную мощность порядка 1 кВт. Типичный пример — стартер компании Lucas модели M78R/M80R, показанный на рисунке.
Рис. Стартер M78R/M80R (Lucas): 1 — соленоид; 2 — узел щеткодержателя; 3 — набор сменных щеток; 4 — якорь; 5 — стопорное кольцо; 6 — ярмо и резиновая прокладка; 7 — вал привода и набор крепления подшипника; 8 — узел приводного механизма; 9 — набор втулок; 10 — узел мотора и набор деталей планетарного механизма
Принцип действия данного стартера похож на обычный для мотора стартера с предустановкой зацепления. Главное же различие состоит в замене обмоток возбуждения и полюсных башмаков высококачественными постоянными магнитами. Сокращение веса составляет до 15%, и диаметр корпуса может быть настолько же уменьшен.
Постоянные магниты обеспечивают постоянное возбуждение, и было бы логичным ожидать, что скорость и крутящий момент будут постоянными.
Однако из-за падения напряжения батареи под нагрузкой и низкого сопротивления отмоток якоря характеристики стартера сопоставимы с электродвигателями сериесного типа. В некоторых случаях между главными магнитами устанавливают концентраторы магнитного потока. Из-за эффекта деформирования магнитного поля характеристика стартера подобна мотору сериесного типа.
Разработки некоторых изготовителей коснулись и конструкции щеток. Используется обычная смесь меди и графита, но щетки делаются из двух половинок, имеющих более высокое содержание меди в зоне передачи мощности и более высокое содержание графита в зоне коммутации.
Это увеличивает срок службы и снижает падение напряжения, увеличивая мощность стартера.
Для более мощных применений были разработаны стартеры с постоянными магнитами, имеющие промежуточную передачу. Это позволяет якорю вращаться с более высокой скоростью (что увеличивает эффективность), а крутящий момент обеспечивается за счет редуктора. Существуют стартеры с постоянными магнитами и промежуточной передачей мощностью около 1,7 кВт, подходящие для двигателей внутреннего сгорания с объемом цилиндров до 3 литров или дизельных двигателей до 1,6 литра. Этот тип стартера с постоянными магнитами может дать экономию веса до 40%. Принцип действия такого стартера подобен обычному стартеру с предварительной установкой зацепления. Промежуточная передача выполняется планетарной.
Ведущая шестерня планетарного механизма находится на валу якоря, а поводок, связывающей шестерни-сателлиты, является приводом стартера. Кольцевое зубчатое колесо остается неподвижным и, кроме того, действует как промежуточная опора якоря. Такое устройство шестерен дает отношение редукции приблизительно 5:1. Оно может быть рассчитано по формуле:
отношение редукции = A/S,
где А — число зубцов на кольцевом венце, S — число зубцов на ведущей шестерне.
Кольцевое зубчатое колесо в некоторых типах стартеров изготавливается из полиамидного компаунда с минеральными добавками, чтобы повысить его прочность и износостойкость. Шестерни якоря и сателлиты — из обычной стали. Такая комбинация материалов обеспечивает тихую и эффективную работу редуктора.
Источник
Стартеры: как они устроены и как их ремонтировать
Стартер – самая «женская» деталь автомобиля! Ведь считается, что именно электрический запуск двигателя позволил прекрасному полу всерьез сесть за руль, ибо до его изобретения машину заводили ручной рукояткой, что было под силу не каждому мужику… При этом как механизм стартер не по-женски надежен и предсказуем, благодаря неженской же грубости и простоте конструкции, а поэтому редко доставляет проблемы владельцу новой машины в течение 3-5 лет её службы. Хотя немолодой стартер, конечно же, имеет право покапризничать, поскольку жизнь его нелегка! Узнаем, как он устроен, а после теоретической подготовки исследуем и отремонтируем захандривший «пускач».
История появления стартера
И значально автомобиль был рожден без стартера — двигатели запускались заводной рукояткой, и это считалось нормой. Собственно, у машин зари автомобилизации хватало других, более насущных проблем, на фоне которых вращение ручки перед поездкой было не самой существенной. Однако тяжелый и небезопасный запуск мотора вручную был все же очевидным узким местом первых самобеглых повозок, и в 1911 году американский инженер-механик Чарльз Кеттеринг предложил конструкцию электрического стартера. А уже в 1912 году был выпущен первый автомобиль, заводящийся изобретением Кеттеринга – Cadillac Model 30.
Впрочем, несмотря на это, технической революции не произошло – что можно проследить хотя бы по знаменитому Ford T, который, выпускаясь миллионными тиражами, заводился ручкой вплоть до 1919 года… Собственно, причина заключалась в немалой степени в том, что Чарльз Кеттеринг, коронованный как изобретатель стартера, предложил компании Cadillac совсем не ту конструкцию, что применяется повсеместно в наши дни!
Его конструкция была сложна и ненадежна, поскольку стартер после запуска мотора не отсоединялся от коленвала, а переключался в режим генератора, и ведущие американские автоконцерны той эпохи отнеслись к идее прохладно. Причина же поддержки изобретения Кеттеринга Кадиллаком крылась в личности основателя фирмы Генри Лиланда, чей близкий друг в 1910 году был серьезно травмирован обратным рывком заводной рукоятки при слишком раннем зажигании и в результате скончался.
Лиланд поклялся, что альтернатива ручному запуску будет найдена, и с распростертыми объятиями встретил Кеттеринга, чей стартер в рекламном проспекте «Model 30» пафосно назвал «World Wonder» – «мировым чудом»!
Техническая же мини-революция в автопроме благодаря стартеру все же случилась – но четырьмя годами позже, в 1916-ом. А именно, когда еще один американский инженер Винсент Гуго Бендикс предложил разделить генератор и стартер на два отдельных узла, и подключать последний к двигателю лишь кратковременно – с помощью обгонной муфты, известной и по сей день как «бендикс».
Конструкция стартера
Все автомобильные стартеры очень похожи друг на друга. Разобрался в устройстве любого – считай, разберешься во всех. Хоть Матиза, хоть Камаза…
Основа любого стартера – простейший электромотор. Подача тока на ротор (он же – «якорь») осуществляется мощными медно-графитовыми щетками, а магнитная сила статора обеспечивается либо электромагнитами, либо постоянными магнитами. Электрические схемы большинства современных стартеров не имеют принципиальных отличий – все стартеры к электросистеме автомобиля подсоединяются в трех точках – силовой плюс от аккумулятора, масса через корпус, и управляющий плюс от замка зажигания. Различается, по сути, только мощность, выраженная в габаритах.
На цилиндрическом корпусе стартера выделяется «бочонок» меньшего размера – это так называемое «втягивающее реле». Оно выполняет две функции – собственно, подает питание на стартер, имея мощнейшие контакты, выдерживающие токи в сотни ампер, а также осуществляет сцепление вала стартера с валом двигателя через рычаг-«коромысло» и обгонную муфту- «бендикс».
Муфта эта работает по принципу классической велосипедной втулки – то есть стартер может крутить мотор, а вот уже запустившийся мотор не будет «тащить за собой» стартер, раскручиваясь на губительных для него высоких оборотах.
Наглядная 3D-анимация конструкции стартера
Более заметные отличия одной модели стартера от другой заключаются в конструкции передней опоры ротора. Классическое устройство – это когда ось ротора установлена в стартере на двух подшипниках – опорных втулках из бронзо-графитного сплава. Втулки эти находятся, соответственно, в передней и задней крышках стартера.
В принципе, эта «двухопорная» конструкция – наиболее надежная и правильная. Но нередко встречаются «одноопорные» стартеры (на гаражном жаргоне их частенько не слишком корректно именуют БЕЗопорными), в которых задняя опора вала ротора находится, как и положено, в задней же крышке стартера, а вот передняя крышка отсутствует вовсе.
В этом случае передней опорой становится картер сцепления двигателя или картер КПП, куда запрессована опорная втулка. Стартер устанавливается на свое место в машине – и вал опирается на две втулки, как и дóлжно. Как правило, такое решение применяют с целью уменьшения габаритов узлов, и в принципе, пока все исправно, оно ничуть не хуже классического. Но если передняя опорная втулка в картере КПП разбивается, её замену произвести уже гораздо сложнее – делается это на машине и порой в весьма неудобных условиях. Тогда как в двухопорном стартере втулки меняются на верстаке, где все на виду и легкодоступно.
Еще один принципиальный конструктивный момент, отличающий модели стартеров друг от друга – редуктор. Вернее, его отсутствие или наличие, а в случае наличия – тип. Дело в том, что передача крутящего момента с ротора стартера на маховик мотора может осуществляться напрямую или через редуктор, встроенный в стартер.
Вариант «напрямую» – это когда шестерня «бендикса», вращающая венец маховика двигателя, находится прямо на оси ротора стартера. Такая конструкция достаточно архаична, характерна избыточными габаритами и весом, а также огромным потребляемым током, но еще встречается. Гораздо эффективнее, легче и компактнее редукторные стартеры. В них момент передается на венец маховика либо через одну промежуточную шестерню, либо через планетарную передачу с еще большим замедлением.
«Планетарные» стартеры встречаются сегодня наиболее часто. С ними для запуска двигателя достаточно аккумулятора, чуть ли не в два раза меньшей емкости и пускового тока, нежели требовалось для того же мотора при стартере, работающем напрямую.
Пример ремонта стартера
От теории перейдем к реальному агрегату, требующему ремонта. В нашем случае симптомы неисправности были такими – стартер стал вращать мотор очень вяло, вне зависимости от степени заряженности батареи. При этом, будучи демонтированным с двигателя и подключенным пусковыми проводами к батарее, вращался бодро. Отлаженный мотор худо-бедно умудрялся запускаться даже при столь вялом вращении, но в какой-то момент стартер встал окончательно и испустил дымок.
После снятия задней крышки из корпуса стартера высыпалось с пару столовых ложек черной пыли. Стало быть, первый диагноз – щетки. Извлекаем щеточный узел, снимаем корпус с магнитами (который автоэлектрики между собой называют «колбой»), и вынимаем ротор.
После продувки всех деталей сжатым воздухом и промывки в бензине стало видно, что щетки изношены практически полностью, а их останки почти закорочены графитовым порошком. Сила пружин, прижимающих остатки щеток, ослабла, сопротивление контакта возросло, произошел разогрев щеткодержателей и пружин до посинения, оплавления, смыкания витков и зависания щеток.
Берем в руки щеточный узел, как образец, и отправляемся в ближайшую контору по ремонту стартеров и генераторов, где просим подобрать аналогичную деталь. Обходится нам щеточный узел в сборе в 400 рублей, что при стоимости нового стартера от 4 до 5 тысяч совсем недорого!
Очищаем ротор и оцениваем состояние коллектора – контактного кольца, по которому работают щетки. Износ заметен невооруженным глазом (на фото показан стрелками), но коллектор способен еще поработать после замены щеток. Обходимся без проточки, зачищая его мелкой наждачной бумагой – этого достаточно.
Вообще же, износ коллектора ротора – серьезная проблема. В принципе, при нормальных условиях коллектор любого стартера способен сменить пару комплектов щеток, но если его контактные ламели сильно истончились – ротор идет в утиль. Деталь эта дорогая, приобрести её отдельно непросто, да и менять рационально разве что на халяву – если подвернется аналогичный стартер с живым ротором из старых запасов автохлама у себя или у друзей… Ибо при напрочь убитом коллекторе на стартере обычно уже живого места нет.
Осматриваем обгонную муфту, иначе – «бендикс» (название, кстати, пошло от фирмы-производителя Bendix). Вращаем его шестерню вручную. В одну сторону крутится, в другую – нет. Двигаем вперед-назад по оси вала – ходит легко, без заеданий. В нашем случае с «бендиксом» все окей, так и должно быть.
Между тем выход из строя обгонной муфты – тоже серьезная неисправность, поскольку купить нужную модификацию легко только для стартеров распространенных моделей – с поиском «бендикса» могут возникнуть проблемы… Главная же типичная причина неисправности муфты – это износ пружин и роликов внутри неё, из-за чего она проскальзывает, не блокируясь при вращении в рабочем направлении. В итоге стартер жужжит и вертится, а коленвал стоит. Эта неисправность диагностируется легко – «бендикс» проворачивается вручную в обе стороны, тогда как должен вращаться лишь в одном направлении. По-хорошему, обгонная муфта в таком случае подлежит замене, поскольку имеет неразборную конструкцию. Хотя некоторые энтузиасты развальцовывают её корпус, растягивают «стоптавшиеся» пружинки, нарезают новые ролики из каленых прутков, но результат этой возни чаще всего недолговечен.
Поскольку ротор извлечен, попутно оцениваем состояние планетарного редуктора. Вынимаем шестерни, промываем бензином, осматриваем. Все в порядке, претензий к редуктору нет. Наносим на шестерни и их подшипники легкий слой смазки ШРУС.
Отметим, что редуктор – достаточно надежный узел стартера. Бывает, что срезаются оси шестерней-саттелитов или лопается внешнее зубчатое кольцо – но происходит это редко и чаще всего из-за изначальных дефектов металла или его обработки, а не из-за нагрузок при повседневной работе. К примеру, в планетарных редукторах стартеров внешнее зубчатое кольцо, называемое «короной», часто бывает сделано из пластика и вполне долговечно (в нашем случае, как видно на фото ниже, «корона» металлическая).
В качестве же смазки редуктора в идеале требуются специальные составы для планетарных передач или особые консистентные низкотемпературные составы, но они недешевы и редки – их нерационально покупать для разовой работы, где из всей дорогущей тубы вам понадобится один грамм. Поэтому вполне допустимо применить распространенную смазку для ШРУСов или хорошую импортную смазку для подшипников ступиц. Главное, наносить её в очень небольшом количестве – набивать редуктор не нужно! Обилие сильно густеющего на морозе литола, продавливаясь между зубами шестерен, вызывает избыточный скачок тока и даже грозит разорвать пластиковую «корону»…
Теперь предстоит работа похитрее. Неразумно будет не оценить состояние контактов втягивающего реле, раз стартер снят и распотрошен. Но если для разборки стартера нам потребовались лишь ключи на 8, на 10, и крестовая отвертка, то открыть тяговое реле удастся лишь 100-ваттным паяльником. Из реле выходят провода, проходят насквозь через контактные пистоны в крышке, и пропаиваются снаружи. Поэтому после отворачивания двух крестовых винтиков крышки, поднять её удастся, только разогрев поочередно припой на двух контактах, показанных на фото стрелками. На самом деле это несложная процедура, и её можно проделывать при необходимости многократно.
Нам повезло – контакты в порядке. Слегка освежаем их, пошуровав комочком наждачной бумаги, зажатым в «утконосах». После этого поочередно разогреваем паяльником проходные пистоны на крышке, и резко хлопаем крышкой по столу – по инерции из пистонов вылетают остатки расплавленного припоя, отверстия освобождаются, и теперь крышку можно снова надеть на торчащие провода и запаять обратно.
Кстати, серьезной ошибкой автовладельцев, проводящих ремонт и профилактику стартера своими руками, является смазка сердечника втягивающего реле. В этом узле смазка не нужна совсем – максимум, можно слегка мазануть сердечник и его гнездо моторным маслом и протереть почти насухо – чисто ради уменьшения вероятности коррозии. А любые консистентные смазки в этом узле противопоказаны – на морозе даже самые лучшие и холодостойкие из них способны заклинить сердечник. В зазоре втягивающего реле должно быть чисто и сухо!
Собираем стартер в обратном порядке, не забыв смазать (тоже без фанатизма!) заднюю втулку ротора. Можно устанавливать агрегат на машину? Можно, но сперва проделаем еще одну штуку!
Дело в том, что в новоприобретенном щеточном узле щетки – ровные параллелепипеды. А коллектор – цилиндрический, да еще и приобретший от износа форму не совсем правильного цилиндра. И, по-хорошему, рабочие грани щеток должны иметь полукруглые выборки для увеличения площади контакта, плюс должны притереться к реальному профилю коллектора.
Поэтому чтобы первые включения стартера на двигателе не породили избыточный разогрев коллектора и щеток из-за прохождения большого тока через уменьшенное пятно контакта, мы проведем легкую притирку. Возьмем провода для «прикуривания», и с их помощью подключим стартер, лежащий на столе, к аккумулятору, и покрутим минутку-другую вхолостую с перерывами.
Вот теперь – все. Ставим стартер на двигатель и наслаждаемся быстрым и уверенным запуском.
Источник