Budowa i zasada działania silnika elektronarzędzia

Zacznijmy od małej wycieczki na szkolny kurs fizyki i przypomnijmy zasadę działania najprostszego silnika elektrycznego o tradycyjnej konstrukcji. Główne części klasycznego szczotkowanego silnika prądu stałego to:

  • stojan (cewka) jest stałą częścią w postaci pierścienia magnesów trwałych lub stalowego cylindra, na którym znajdują się uzwojenia głównego i dodatkowego bieguna (pełnią one funkcje elektromagnesów, które wytwarzają strumień magnetyczny);
  • wirnik (zwora) to wirująca część w postaci „bębna” z rdzeniem wykonanym z materiału ferromagnetycznego. W jego rowkach układane są miedziane sekcje uzwojenia;
  • kolektor jest cylindrem złożonym z wielu izolowanych od siebie miedzianych płyt, których liczba odpowiada liczbie sekcji na wirniku;
  • szczotki to małe części wykonane z grafitu. Są elektrycznie połączone i obciążone sprężyną, aby zapewnić stały i szczelny kontakt ślizgowy z kolektorem.
Urządzenie silnikowe kolektorowego.

Po włączeniu silnika prąd przepływa przez szczotki do kolektorowego, a stamtąd do uzwojenia twornika. Gdy prąd przepływa przez uzwojenie, generowane jest pole magnetyczne. Oddziałując ze stałym polem magnetycznym, które wytwarza stojan, wirnik obraca się, ponieważ bieguny o tej samej nazwie są odpychane, a przeciwne przyciągają się do siebie. Kiedy kolektor obraca się, który jest zamocowany na tym samym wale ze zworą, szczotki „przeskakują” z jednego pola kontaktowego na drugi. W tym przypadku zmienia się kierunek prądu w uzwojeniach wirnika, przeciwne bieguny mają tę samą nazwę, ponownie się odpychają - i obrót trwa. Tym samym kolektor jest jednym z najważniejszych elementów silnika szczotkowanego, ponieważ spełnia jednocześnie dwie ważne funkcje: zamienia prąd stały na prąd przemienny i jest jednocześnie czujnikiem obrotów wału.

Silniki tego projektu są stosunkowo proste i tanie. Jednak zespół szczotki zbierającej jest źródłem potencjalnych problemów. Tarcie między częściami oraz ciągłe zamykanie i otwieranie styków płytki prowadzi do szybkiego zużycia szczotek, wyładowań łukowych na stykach i nadmiernego nagrzewania silnika.

Różnica między silnikami bezszczotkowymi a silnikami konwencjonalnymi

Silniki zaworowe (bezszczotkowe, bezszczotkowe) działają na tych samych zasadach fizycznych, ale inaczej ułożone. Są jak „wywrócona na lewą stronę” wersja silników kolektorowych: magnesy są zamontowane na wirniku, a uzwojenia na nieruchomym stojanie. W ten sposób można po prostu przylutować przewody zasilające do uzwojenia i pozbyć się szczotek wraz ze wszystkimi ich wadami.

Bezszczotkowy silnik.

Jeżeli silnik komutatora zmienia kierunek prądu mechanicznie (gdy szczotka „przeskakuje” z jednej płytki stykowej na drugą), to w silniku zaworu odbywa się to za pomocą elektroniki. Otrzymując sygnały z czujnika (optycznego, magnetycznego lub efektu Halla), który „odczytuje” kąt obrotu wirnika, elektronika błyskawicznie przełącza bieguny, zmieniając kierunek przepływu prądu. Oznacza to, że zespół czujnika i tablicy sterowniczej pełni funkcje kolektorowego, ale bez strat mechanicznych i elektrycznych z powodu braku fizycznego kontaktu między ruchomymi i nieruchomymi częściami silnika elektrycznego.

Popularne wkrętaki bezszczotkowe

Zalety silników bezszczotkowych w teorii

Wiedząc, jak zbudowane są oba typy silników elektrycznych i jaka jest różnica między silnikami szczotkowymi a bezszczotkowymi, można wyciągnąć wnioski na temat ich zalet i wad.

Silniki bezszczotkowe:

  • mniejszy - brak kolektorowego pozwala skrócić długość silnika (przy mniej więcej tej samej średnicy) i zmniejszyć jego wagę;
  • bardziej niezawodny - zużycie mechaniczne jest prawie całkowicie nieobecne, a pył ścierny, który dostaje się do wnętrza obudowy, nie jest tak szkodliwy z powodu braku zespołu szczotki kolektorowej;
  • mniej ciepła - znacznie mniej ciepła jest wytwarzane podczas pracy dzięki znacznemu zmniejszeniu strat tarcia;
  • bardziej energooszczędny - straty elektryczne związane z przełączaniem są znacznie zmniejszone dzięki wymianie kolektorowego i szczotek na klucze elektroniczne. Sprawność silnika bezszczotkowego sięga 80% - 90% (w porównaniu do 65% - 75% dla silnika szczotkowego);
  • lepiej znoszą krótkie przeciążenia - podczas pracy pod dużym obciążeniem istnieje pewien „margines bezpieczeństwa”, który pozwala na krótki czas podnieść napięcie w obwodzie i zwiększyć wydzielanie ciepła z uzwojeń bez szkody dla silnika.

Zalety narzędzi bezszczotkowych w praktyce

Teoretyczne zalety opisane powyżej dają niesamowity efekt w praktyce. Wkrętaki z silnikami bezszczotkowymi :

  • mniejsze i lżejsze - różnica w wielkości i wadze silników pozwala producentom produkować lekkie i kompaktowe urządzenia, które są znacznie wygodniejsze w użyciu;
  • mocniejszy i bardziej pomysłowy - zastąpienie elementów mechanicznych elektronicznymi układami sterowania pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie energii i bardziej elastyczne sterowanie charakterystyką silnika;
  • Trwa dłużej na jednym ładowaniu - bezprzewodowe wkrętarki bezszczotkowe działają o 30% do 50% dłużej na zasilaniu akumulatorowym niż konwencjonalne wkrętarki elektryczne
  • nie przegrzewa się - nieznaczne wydzielanie ciepła z silnika zaworu pozwala na mniej przerw w pracy w celu schłodzenia narzędzia;
  • pracuje ciszej i płynniej - tarcie w zespole kolektor-szczotka nieuchronnie powoduje hałas i zwiększone wibracje, a silniki bezszczotkowe są pozbawione tej wady;
  • nie iskrzy - wkrętarki z silnikami zaworowymi mogą być używane podczas prac w pobliżu zbiorników paliwa lub butli z tlenem;
  • wymaga mniejszej konserwacji - można całkowicie zapomnieć o problemach związanych z doborem, zakupem i wymianą szczotek grafitowych ;
  • rzadziej zawodzi - brak pary ciernej szczotka-kolektor, odporność na duże obciążenia i odporność na kurz znacznie zwiększają niezawodność elektronarzędzia i znacznie wydłużają jego żywotność.

W skrócie o różnicy między silnikami bezszczotkowymi a konwencjonalnymi:


Dlaczego bezszczotkowe narzędzie jest tak drogie?

Dlaczego więc bezszczotkowy śrubokręt jest o wiele droższy niż podobne urządzenie z konwencjonalnym silnikiem? Jest ku temu kilka dobrych powodów. Wysoka cena wynika z obecności kilku drogich części i elementów.

  • Silne magnesy neodymowe wymagane do stworzenia kompaktowych wirników do silników bezszczotkowych są drogie. Są wytwarzane przy użyciu złożonego procesu technologicznego poprzez spiekanie drogich pierwiastków ziem rzadkich.
  • Wymagania jakościowe dla czujników są bardzo wysokie. Muszą być wyjątkowo niezawodne i możliwie jak najdokładniejsze, aby włączać i wyłączać dopływ prądu zsynchronizowanego z ruchem magnesów obracających się z dużą prędkością na wirniku.
  • Elektronika zdolna do napędzania silnika bezszczotkowego jest o rząd wielkości droższa niż porównywalne moduły szczotkowane. Z grubsza mówiąc, pracą wkrętarki bezszczotkowej steruje nie prymitywna płytka, a prawie mikroprocesor, który na bieżąco monitoruje wiele parametrów i zmienia je w locie, w zależności od tego, które zadanie ma w danym momencie najwyższy priorytet (maksymalna moc i moment obrotowy na wale, optymalne zużycie) zasilanie bateryjne lub zabezpieczenie przed przeciążeniem ).

Połączenie tych czynników powoduje, że narzędzia bezszczotkowe są tak drogie.

Ale tak skomplikowany i zaawansowany technologicznie konstrukcja ma również „efekt uboczny”. Narzędzia bezszczotkowe są drogie nie tylko w produkcji, ale także w naprawie. W przypadku uszkodzenia lub awarii główne części silnika bezszczotkowego (zwora i płytki elektroniczne) są wymieniane tylko na kompletne zespoły. Dlatego naprawa narzędzia bezszczotkowego często „leci za grosza”.

Czy warto kupić narzędzie bezszczotkowe?

Podsumowując, możemy stwierdzić, że silnik bezszczotkowy nie jest chwytem marketingowym, ale prawdziwą zaletą. Ale zakup narzędzia z takim silnikiem nie zawsze jest wskazany.

Jeśli planujesz zakup profesjonalnego narzędzia bezprzewodowego, warto przyjrzeć się bliżej urządzeniom bezszczotkowym. Mimo różnicy w cenie zakup jest uzasadniony, gdyż wkrętarki, szlifierki , wiertarki , Renovator i inny sprzęt, wyposażone w nowoczesne silniki bezszczotkowe, działają dłużej i nie „zabijają” tak szybko drogich akumulatorów .

Jednak wybierając narzędzie klasy hobbystycznej, nadal nie ma sensu przepłacać za „nowatorski” silnik. Przy sporadycznym użytkowaniu i pracy w spokojnym tempie w domu lub na wsi różnica w wydajności między wkrętarkami bezszczotkowymi a konwencjonalnymi będzie daleka od tak zauważalnej.