ВРемонт.su — ремонт фото видео аппаратуры, бытовой техники, обзор и анализ рынка сферы услуг

Якорь электродвигателя автомобильного стартера, устройство и принцип работы

Рис. 1. Роторный узел стартера BOSCH-DW: 12/1.1. 1 — первичный вал (вал электродвигателя); 2 — ламельный коллектор; 3 — якорная обмотка; 4 — магнитопровод якоря; 5 — продольная балансировочная выборка; 6 — паз якорного магнитопровода; 7 — фиксатор планетарной шестерни; 8 — ведущая шестерня планетарного редуктора (на валу электродвигателя); 9 — неподвижная планетарная шестерня; 10 — поводковая муфта; 11 — муфта свободного хода (МСХ); 12 — шестерня МСХ; 13 — проточка под запорное пружинное кольцо; 14 — крышка запорного пружинного кольца; 15 — запорное пружинное кольцо; 16 — вторичный (выходной) вал стартера.

Якорь электродвигателя стартера BOSCH-DW: 12/1.1 является составной частью роторного узла (рис. 1). Якорь состоит из магнитопровода 4, рабочей якорной обмотки 3, ламельного коллектора 2 и вала вращения 1.

Магнитопровод собран из 64 магнито-мягких пластин толщиной 0,46 мм, изолированных друг от друга лаком, спрессованных и склеенных в единое цельное тело. В магнитопровод запрессован вал 1 вращения, на одном конце которого нарезано 11 зубцов ведущей шестерни 8, а на другом установлен 28-ламельный коллектор 2. Магнитопровод якоря имеет 28 пазов 6, расположенных точно напротив ламелей.

В каждый паз магнитопровода вложено по два токопроводящих стержня рабочей обмотки, которые таким образом образуют двухстержневую (парную) полурамку. Каждый стержень — это половина U-образного витка, изогнутого по шаблону и вложенного в пазы якорного магнитопровода с лобной стороны в сторону коллектора. На ламелях концы U-образ-ных витков попарно свариваются контактной электросваркой, при этом на якоре образуется 28 якорных рамок, соединенных последовательно и замкнутых в кольцо.

Рис. 2. Последовательность подсоединения витков якорной обмотки к ламелям коллектора (стартер BOSCH-DW: 12/1.1): 1. 28 -номера ламелей (коллектор развернут); желтый цвет — щетки КЩМ в положении якоря на рис. 3; красный и синий цвет — зоны действия южного и северного полюсов статорных магнитов; « • » — стержни якорных витков.

U-образные витки уложены в пазы за пять обходов по окружности якоря. На рис. 2 схематически показана последовательность подсоединения U-образных витков к коллекторным ламелям при первом (сплошные линии) и втором (штриховые) обходах окружности якоря. Из рисунка очевиден порядок сборки якорной обмотки:

• первая волна — задействованы ламели 1-6-11-16-21-26-3;
• вторая волна — ламели 3-8-13-18-23-28-5;
• третья волна — ламели 5-10-15-20-25-2-7;
• четвертая волна — ламели 7-12-17-22-27-4-9;
• пятая волна — задействованы ламели 9-14-19-24-1.

Ясно, что начало первого витка и конец последнего 28-го коротко-замкнуты на одну (условно первую) ламель коллектора, так как они уложены в один (условно первый) паз якорного магнитопровода.

Таким образом из 28 U-образных токопроводящих круговых рамок складывается последовательная волновая коротко-замкнутая пятиобходная якорная обмотка на якоре барабанного типа.

Рис. 3. Схема электрических и магнитных цепей стартера BOSCH-DW: 12/1.1

Следует заметить, что в данном случае число якорных рамок, равное 28, не кратно числу статорных полюсов, которых шесть. Здесь важно другое: при любой конструкции барабанного якоря ширина каждой его токопроводящей рамки должна быть равна ширине полюсного деления на статоре (полюсное деление n — расстояние между центрами соседних разноименных магнитных полюсов, см. рис. 3). Этим обеспечивается наибольшее пото-косцепление между магнитным полем статора и витками якорной обмотки, чем в свою очередь достигается максимальный КПД электродвигателя. В конструкции стартера BOSCH-DW: 12/1.1 сказанное достигается охватом одной токопроводящей рамкой сразу четырех якорных полюсов. Так как четыре якорных полюса по ширине совпадают с шириной одного полюса на статоре, то потокосцепление полное.

Еще одной особенностью конструкции якоря является то, что четыре несимметрично расположенных щетки коллекторно-щеточного механизма делят обмотку якоря на четыре ветви, не равных по числу витков. При этом электрическая схема включения ветвей получается такой, как показано на рис. 3.

Из рисунка видно, что рабочий ток якоря протекает по ветвям а b и с d, в каждой из которых по четыре витка. Таким образом, во время работы электродвигателя под рабочим током якоря находится только 8 стержней из 56 или 4 рамки из 28. Остальные рамки в формировании крутящего момента электродвигателя участия не принимают до тех пор, пока при повороте якоря их положение не станет рабочим.

Для каждого рабочего положения рамок создается момент вращения электродвигателя стартера: М_ст= 8FR, где 8 — число стержней, включенных в работу; F — сила электромагнитного взаимодействия электрического тока якоря и магнитного поля статора; R — средний радиус якорной рамки.

Во время работы электродвигателя происходит переключение витков якорной обмотки с помощью коллекторно-щеточного механизма.

Щетки относительно магнитной системы статора и внешней электрической цепи всегда неподвижны. Это обеспечивает постоянство крутящего момента электродвигателя как по направлению, так и по величине. Максимальный крутящий момент электродвигателя в заторможенном стартере BOSCH-DW:12/1.1 около 15 Нм.

Еще одной интересной особенностью описываемого стартерного электродвигателя является наличие на его статоре «неработающих» постоянных магнитов. Действительно, как следует из положения якоря, показанного на рис. 3 под полюсами N1 и S3, витки якорной обмотки в секциях (28. 20) и (14. 6) короткозамкнуты соединительными проводами Б+ и Б- между щетками ad и cb. Ясно, что закороченные секции якорной обмотки нерабочие. Казалось бы, можно допустить, что и полюса N1 и S3 нерабочие. Однако магнитная система статора рассчитана и сконструирована таким образом, что эти полюса выполняют три рабочие функции: обеспечивают равномерное распределение главного магнитного поля по всему круговому периметру воздушного зазора между статорными магнитами и магнитопроводом якоря; оптимизируют положение физической нейтрали магнитного поля якоря относительно щеток коллекторно-щеточного механизма и, таким образом, являются компенсационными (дополнительными) полюсами; уменьшают противоэлектродвижущую силу на щетках, улучшая коммутацию. В этой связи сами щетки несколько развернуты (на угол 12°) относительно геометрической нейтрали статорных полюсов в сторону против вращения якоря.

И последнее. Якорь современного электростартера обязательно точно балансируется. Эта технологическая операция стала необходимой, так как электродвигатель стартеров нового поколения высокооборотистый. Балансировку реализуют проточкой якоря после того, как он окончательно собран и залит эпоксидным компаундом. Точная доводка балансировки осуществляется с помощью продольных выборок на полюсах якорного магнитопровода (см. рис. 1). Выборки прорезаются алмазным кругом.

Якорь стартера: сердце системы электропуска двигателя

В каждом автомобиле есть специальный узел для запуска двигателя — стартер. Важным компонентом стартера является якорь — ротор электродвигателя, крутящий момент которого обеспечивает пуск мотора. О том, что такое якорь стартера, как он устроен и работает, а также о его ТО и ремонте читайте в статье.

Назначение якоря стартера

Во всех современных автомобилях используется система электропуска двигателя, в основе которой лежит электрический стартер — электромотор постоянного тока специальной конструкции, приводящий во вращение коленчатый вал двигателя и его основные системы. Как и во всяком электродвигателе, в стартере есть неподвижная часть — статор, и подвижная — ротор, который по давно сложившейся традиции принято называть якорем. Статор представляет собой многовитковую обмотку (которая называется обмоткой возбуждения), расположенную на стенке корпуса стартера, а якорь является более сложной и функциональной деталью.

Якорь стартера выполняет несколько функций:

• Создание магнитного поля, которое при взаимодействии с магнитным полем статора (обмотки возбуждения) приводит якорь во вращение;
• Передача крутящего момента на коленчатый вал двигателя;
• Объединение всех компонентов — обмотки, коллектора, деталей привода — в единую конструкцию.

Несмотря на разнообразие существующих сегодня стартеров, они имеют принципиально одинаковые якоря, причем конструкция якоря за последние полвека не претерпела принципиальных изменений.

Типы и конструкция якорей стартера

Конструктивно якорь стартера состоит из четырех основных деталей:

• Вал якоря;
• Сердечник;
• Обмотка;
• Коллекторный узел;

Вал якоря является несущим элементом якоря. Он изготавливается из стали, в его двух или трех точках выполняются посадочные места под подшипники (это могут быть подшипники скольжения — втулки, или подшипники качения). На удлиненной стороне вала выполняются шлицы для передачи крутящего момента на привод стартера, эти шлицы в зависимости от типа привода могут быть прямыми или косозубым (спиралеобразным).

Сердечник собирается из пакета металлических пластин, жестко монтируемых на валу. Сердечник имеет цилиндрическую форму, на его внешней поверхности выполнены пазы для прокладки витков обмотки. Монтаж сердечника выполняется на шлицы, выполненные на валу, это обеспечивает конструкции необходимую жесткость и предотвращает от проворачивания сердечника на валу при больших нагрузках.

Обмотка выполняется толстым медным проводом большого сечения, причем возможны два варианта: неизолированный провод прямоугольного сечения и изолированный провод круглого сечения. Прямоугольный провод используется в якорях стартеров большой мощности, так как по ним во время пуска двигателя могут протекать токи в 600-800 и более ампер. Изолированный провод применяется в обмотках маломощных стартеров. В якорях с обмоткой из прямоугольного провода изоляция выполняется из гибкого листового материала, которым обматываются проводники в пазах сердечника. Обмотка является одновитковой, так как она состоит из некоторого количества проводников (обычно не более 12-15), проложенных в сердечнике петлями, каждая такая петля является одним витком. Части обмотки, выходящие за сердечник (со стороны коллектора и с обратной стороны) зафиксированы бандажами — кольцами из изоляционного материала с пропиткой смолами, скобами и т.д.

Коллекторный узел служит для подачи тока на витки обмотки в таком порядке, чтобы вокруг обмотки возникало магнитное поле определенной формы. Коллектор состоит из ряда медных пластин, с которыми соединены концы витков обмотки (соединение выполняется пайкой). Между пластинами якоря предусмотрены зазоры, заполненные изолирующим материалом с высоким показателем диэлектрической проницаемости. Медные контакты имеют низкое электрическое сопротивление, поэтому хорошо передают ток на обмотку, также они имеют хороший контакт с медно-графитовыми щетками.

В настоящее время существует два типа коллекторов:

• Цилиндрический — коллектор выполнен в виде цилиндра, на наружной поверхности которого расположены контактные площадки;
• Торцевой — коллектор выполнен в виде круга, сегментами которого являются контактные площадки.

Соответственно, в стартере с цилиндрическим коллектором щетки имеют радиальное расположение (упираются в коллектор по радиусам), в стартере с торцевым якорем щетки расположены вдоль оси якоря. Цилиндрический коллектор более надежен, однако торцевой коллектор экономит место и позволяет уменьшить габариты стартера.

Якорь в сборе устанавливается в корпус стартера, он удерживается двумя или тремя подшипникам — два подшипника в торцах вала (в задней стенке корпуса стартера и в передней крышке привода стартера), еще один подшипник используется в качестве промежуточной опоры для якорей увеличенной длины. Обычно используются подшипники скольжения (втулки), так как они более просты, надежны и могут без труда выдерживать значительные нагрузки. В не которых стартерах применяются подшипники качения — роликовые или шариковые.

Вопросы ТО и ремонта якоря стартера

Стартер современных легковых автомобилей обычно не нуждается в специальном техническом обслуживании — необходимо лишь периодически проверять его крепление и общее состояние. В грузовых автомобилях используются более мощные стартеры, поэтому каждые ТО-2 обязательно проверяется состояние коллектора и щеток, при необходимости они очищаются от загрязнений. По мере износа заменяются щетки стартера, а также проводится регулировка привода.

Якорь стартера прост по конструкции и надежен, однако в нем могут возникать различные неисправности:

• Деформация вала и, как следствие, заклинивание якоря в корпусе стартера;
• Обрыв витков обмотки;
• Пробой изоляции витков обмотки, что может привести к межвитковому замыканию или замыканию обмотки на якорь (и, соответственно, на массу);
• Повреждение и износ коллектора, в том числе распайка соединений пластин с проводниками, расплавление пластин коллектора;
• Механический износ или поломка шлицев под привод стартера.

Во всех этих случаях наблюдаются характерные признаки, свидетельствующие о проблеме. Например, при деформации якоря стартер может не работать или создавать шум (при задевании обмоткой статора или корпуса), при замыканиях витков снижается мощность стартера или он работает неравномерно, при износе коллектора также снижается эффективность работы стартера и т.д. Однако точно определить причину неисправности можно только при разборке стартера, смотре якоря и его проверки специальными приборами.

Большинство неисправностей якоря сложно устранить самостоятельно без специальных измерительных приборов и инструментов, поэтому при любых поломках имеет смысл обратиться к специалистам. Чаще всего бывает дешевле и проще заменить вышедший из строя якорь на новый, что сэкономит немало времени и сил.

Для продления ресурса стартера и его якоря следует придерживаться известных рекомендаций по бережному пуску двигателя, а при первых признаках неисправности следует обратиться в автосервис, так как поломка стартера может привести к самым неприятным последствиям.