Стартеры с дополнительными встроенными редукторами и постоянными магнитами

Редукторы, встраиваемые в стартеры, разделяются на три основных типа: цилиндрический с внешним зацеплением, цилиндрический с внутренним зацеплением и планетарный. Редукторы выполняются одноступенчатыми с прямозубыми шестернями.

Конструкция стартеров с цилиндрическими редукторами с внешним зацеплением представлена на рис. 4. Редуктор расположен в корпусе 23. Преимуществом цилиндрического редуктора с внешним зацеплением является технологичность изготовления его зубчатых колес. К недостаткам относится увеличение высоты стартера по сравнению с высотой стартера без редуктора из-за смещения осей стартерного электродвигателя и привода на 30—50 мм. Появление радиальной нагрузки на якорь электродвигателя требует применения подшипников качения.




В стартерах с цилиндрическими редукторами, имеющими внутреннее зацепление, смещение осей электродвигателя и привода меньше, что облегчает компоновку стартера на двигателе. К недостаткам можно отнести повышенную сложность изготовления зубчатых колес, воздействие радиальной нагрузки на вал электродвигателя.

Планетарный редуктор между приводом и валом электродвигателя имеет внешнее зубчатое колесо, закрепленное в корпусе 9 (рис. 5) редуктора, в котором в подшипнике вращается водило 10 с шестернями-сателлитами 11. Стартерам с планетарным редуктором свойственна соосность осей электродвигателя и привода, что упрощает компоновку стартера на двигателе взамен стартеров без дополнительного редуктора. Планетарный редуктор не увеличивает радиальную нагрузку на вал электродвигателя, что дает возможность применять для вала якоря подшипники скольжения. Технология изготовления таких редукторов сложнее, однако сборка их проще благодаря соосности основных узлов стартера.




Внешнее зубчатое колесо изготовляется из пластической массы (типа полиамид 66, иногда с добавками графита) или методом порошковой металлургии. Сателлиты, прессованные из порошка, вращаются на осях в подшипниках скольжения или в игольчатых подшипниках. Последние предпочтительнее, так как обеспечивают больший КПД редуктора. Ось сателлита одновременно является внутренней обоймой игольчатого подшипника. Это предъявляет высокие требования к материалу и точности изготовления осей. Центральное зубчатое колесо выполняется как одно целое с валом якоря или может быть съемным. Для получения минимальных механических потерь и обеспечения высокого срока службы редукторов предъявляются повышенные требования к точности изготовления зубчатых колес и других деталей редукторов. С той же целью применяют высококачественные смазочные материалы. Передаточное число редуктора обычно находится в диапазоне 3-5.

Якорь стартера с редуктором имеет конструктивные особенности. Обмотка якоря пропитана компаундом, уменьшающим вероятность его разноса. В связи с повышенной частотой вращения якоря он обязательно подвергается динамической балансировке. Для снижения потерь на гистерезис и вихревые токи пакет якоря собирают из пластин тонколистовой (толщина 0,5 мм) электротехнической стали.

В связи с уменьшенной металлоемкостью и повышенной удельной мощностью стартеры с редуктором обладают большей тепловой напряженностью по сравнению со стартерами без редуктора.

Наиболее ответственным в стартерах с редуктором является щеточно-коллекторный узел. Плотность тока под щетками в режиме максимальной мощности в 1,5-2,5 раза превышает плотность тока у обычных стартеров. В таких условиях требуется применение специальных щеток с повышенным содержанием графита на сбегающем крае. Это увеличивает сопротивление коммутируемой цепи, улучшает коммутацию. Кроме того, применяется сдвиг щеток против направления вращения на 0,3-0,5 коллекторного деления. В итоге обеспечивается снижение интенсивности изнашивания щеток и коллектора до уровня стартеров без редукторов.


Электростартер, показанный на рис. 5, имеет электромагнитное возбуждение, некоторые современные стартеры мощностью 1-2 кВт -от постоянных магнитов. Используются постоянные магниты из феррита стронция, которые имеют повышенную коэрцитивную силу по сравнению с магнитами из феррита бария. Повышенная коэрцитивная сила увеличивает стойкость магнитов против размагничивания реакцией якоря в момент включения стартера, когда действует сила тока короткого замыкания. Для повышения стойкости к размагничиванию применяют, например, специальную обработку сбегающего участка магнита, приводящую к дополнительному местному повышению коэрцитивной силы, увеличивают число полюсов до шести или применяют экранирование сбегающей части полюса магнитным шунтом, замыкающим часть магнитного потока якоря.

Стартер со встраиваемым редуктором имеет массу на 30-50 % меньшую, чем стартеры обычной конструкции за счет повышения частоты вращения вала электродвигателя в 3-5 раз. Однако встраиваемый редуктор несколько увеличивает длину (по оси) стартера. Для ограничения длины применяют укороченный привод, в котором функцию буферной пружины выполняет пружинный рычаг, или располагают буферную пружину в тяговом реле стартера. Кроме того, длину стартеров мощностью 2-2,5 кВт уменьшают за счет углубления ступицы крышки со стороны коллектора и размещения вкладыша вала в цилиндрической выемке в торце коллектора.

Стартер с редуктором, особенно планетарным, более сложен. Он имеет большее число деталей и более трудоемок в изготовлении. Снижение трудоемкости достигается автоматизацией изготовления ряда деталей, сборки узлов и всего стартера.

Если стартер имеет мощность до 1 кВт, то редуктор встраивают в стартер редко, так как усложнение конструкции не компенсируется малым снижением металлоемкости. Стартеры такой мощности выполняются с возбуждением от постоянных ферростронциевых магнитов. Появились стартеры с возбуждением от постоянных магнитов высоких энергий, изготовленных на базе сплава железо-неодим-бор. Такие магниты называются ’’Магнаквенч". Стартеры без редуктора с магнитами на базе сплава железо-неодим-бор имеют существенно меньшие массу и объем, чем стартеры с электромагнитным возбуждением. Энергоемкость магнитов "Магнаквенч" находится в пределах 100-290 кДж/м³, тогда как у магнитов из феррита стронция - 22-30 кДж/м³. Сплав железо-неодим-бор дорогостоящий, оксидируется на воздухе, восприимчив к температуре. Для предотвращения оксидирования изготовляют эпоксидно-клееные магниты, в которых зерна сплава обволакиваются компаундом, герметически изолирующим их от воздействия окружающей среды.