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 цилиндрическим редуктором с внешним зацеплением представлена на рис. 18. Редуктор расположен в корпусе 2З (рис . 18).

Преимуществом цилиндрического редуктора с внешним зацеплением является технологичность изготовления его зубчатых колес. К недостаткам относится увеличение высоты стартера по сравнению со стартерами без редуктора из-за смещения осей стартерного электродвигателя и привода на 30÷50 мм. Появление радиальной нагрузки на вал якоря электродвигателя требует применения подшипников качения.

В стартерах с цилиндрическими редукторами, имеющими внутреннее зацепление, меньше смещение осей электродвигателя и привода, что облегчает компоновку стартера на двигателе. Недостатки - повышенная сложность изготовления зубчатых колес, присутствие радиальной нагрузки на вал электродвигателя.

Планетарный редуктор между приводом и валом электродвигателя (рис. 19) состоит из внешнего зубчатого колеса, закрепленного в корпусе 9 редуктора, в котором в подшипнике вращается водило 10 с зубчатыми колесами (сателлитами) 11.

Планетарный редуктор обеспечивает соосность осей электродвигателя и привода, чем упрощается компоновка стартера на двигателе взамен стартеров без дополнительного редуктора. Планетарный редуктор не создает радиальную нагрузку на вал электродвигателя, что дает возможность применять для вала якоря подшипники скольжения. Технология изготовления деталей таких, редукторов сложнее, однако сборка проще благодаря соосности основных узлов стартера.

Внешнее зубчатое колесо изготавливается из пластмассы типа Полиамид-66, иногда с добавками графита или методом порошковой металлургии. Сателлиты, прессованные из порошкового материала, вращаются на осях в подшипникахскольжения или в игольчатых подшипниках. Последние предпочтительнее, так как обеспечивают больший КПД редуктора.

Ось сателита одновременно является внутренней обоймой игольчатого подшипника. Это предъявляет высокие требования с 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 предъявляются повышенные требования к точности изготовления зубчатых колес и других деталей редуктора. С той же целью применяют высококачественные смазочные материалы.

Передаточное отношение редуктора обычно составляет 3÷5. Якорь стартера с редуктором имеет конструктивные особенности. Обмотка якоря пропитана компаундом, уменьшающим вероятность его разноса. 8 связи с повышенной частотой вращения якорь 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 на щетках из-за увеличения быстроходности и уменьшенной длины якоря в режиме максимальной мощности в 1,5÷2,5 раза превышает плотность тока у обычных стартеров. В таких условиях требуется применение специальных щеток, имеющих на сбегающем крае повышенное содержание графита. 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 уменьшение изнашивания щеток и коллектора до уровня стартеров без редукторов.

Стартер на рис. 19 имеет электромагнитное возбуждение, а некоторые современные стартеры мощностью 1-2 кВт - возбуждение 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 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 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 количество деталей и более трудоемок в изготовлении. Снижение трудоемкости достигается автоматизацией изготовления ряда деталей, сборки узлов и всего стартера.

При мощности до 1 кВт редуктор в стартер встраивают 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 высокой энергии, изготовленных из сплава железо-неодим-бор. Такие магниты называются «Магнаквенч». Стартер без редуктора с магнитами железо-неодим-бор существенно меньше по массе и объему стартера с электромагнитным возбуждением. Энергия магнитов «Магнаквенч» лежит в пределах 100÷290 кДж/м^З, тогда как у магнитов из феррита стронция - 22-30 кДж/м^З.

Сплав железо-неодим-бордорог, кроме того, он окисляется на воздухе и восприимчив к воздействию температуры. Для предотвращения окисления изготавливают эпоксидно-клееные магниты, в которых зерна сплава обволакиваются компаундом, герметически изолирующим их от воздействия окружающей среды.