Уже несколько лет мы наблюдаем, как бесщёточные двигатели начинают доминировать в сфере беспроводных приводов для профессионального инструмента. Это здорово, но в чём проблема? Разве это так важно, если я могу закрутить тот самый шуруп по дереву? Хм, да. Между щёточными и бесщёточными двигателями есть существенные различия и последствия.
Прежде чем мы углубимся в двухфутовые щёточные и бесщёточные двигатели, давайте сначала разберёмся в основах принципа работы двигателей постоянного тока. Когда речь идёт о приводных двигателях, всё связано с магнитами. Противоположно заряженные магниты притягиваются. Основная идея двигателя постоянного тока заключается в том, чтобы удерживать противоположный электрический заряд вращающейся части (ротора) притянутым к неподвижному магниту (статору), находящемуся перед ним, тем самым непрерывно тяну его вперёд. Это немного похоже на то, как если бы я клал перед собой пончик «Бостон Баттер Донатс» на палочке, когда бегу — я всё время пытаюсь его схватить!
Вопрос в том, как заставить пончики двигаться. Простого способа сделать это не существует. Всё начинается с набора постоянных магнитов. Набор электромагнитов меняет заряд (меняет полярность) при вращении, поэтому всегда есть постоянный магнит с противоположным зарядом, который может двигаться. Кроме того, аналогичный заряд, испытываемый электромагнитной катушкой при изменении заряда, отталкивает её. Когда мы рассматриваем коллекторные и бесколлекторные двигатели, ключевым моментом является то, как электромагнит меняет полярность.
В коллекторном двигателе четыре основных компонента: постоянные магниты, якорь, коммутирующие кольца и щётки. Постоянный магнит образует внешнюю часть механизма и не вращается (статор). Один из них заряжен положительно, а другой — отрицательно, создавая постоянное магнитное поле.
Якорь представляет собой катушку или ряд катушек, которые при подаче напряжения становятся электромагнитом. Якорь также является вращающейся частью (ротором), обычно изготовленной из меди, но может быть использован и алюминий.
Кольцо коллектора крепится к катушке якоря двумя (двухполюсная конфигурация), четырьмя (четырехполюсная конфигурация) или более компонентами. Они вращаются вместе с якорем. Угольные щетки остаются на месте и передают заряд на каждый коллектор.
После подачи напряжения на якорь заряженная катушка притягивается к противоположно заряженному постоянному магниту. Когда кольцо коллектора над ней также вращается, оно перемещается от соединения одной угольной щетки к другой. Когда оно достигает следующей щетки, оно получает обратную полярность и теперь притягивается другим постоянным магнитом, одновременно отталкиваясь тем же видом электрического заряда. Очевидно, когда коллектор достигает отрицательной щетки, он теперь притягивается положительным постоянным магнитом. Коллектор прибывает вовремя, чтобы образовать соединение с положительной щеткой электрода и следовать за отрицательным постоянным магнитом. Щетки расположены парами, поэтому положительная катушка будет притягиваться к отрицательному магниту, а отрицательная катушка будет притягиваться к положительному магниту одновременно.
Я словно якорь, гоняющийся за бостонским пончиком с маслом. Я был близок к этому, но потом передумал и выбрал более полезный смузи (моя полярность или желание изменилось). В конце концов, пончики калорийны и жирны. Теперь я гоняюсь за смузи, отталкиваясь от бостонского крема. Когда я дошёл до этого, я понял, что пончики гораздо лучше смузи. Пока я нажимаю на курок, каждый раз, когда я добираюсь до следующей кисти, я буду менять своё решение и одновременно гнаться за понравившимися объектами по безумному кругу. Это идеальное приложение для людей с СДВГ. К тому же, нас там двое, поэтому за бостонскими пончиками и смузи всегда кто-то из нас с энтузиазмом, но нерешительно.
В бесщёточном двигателе коллектор и щётки убираются, и появляется электронный контроллер. Постоянный магнит теперь выполняет функцию ротора и вращается внутри, а статор теперь состоит из внешней неподвижной электромагнитной катушки. Контроллер подаёт питание на каждую катушку в зависимости от заряда, необходимого для притяжения постоянного магнита.
Помимо электронного перемещения зарядов, контроллер также может генерировать аналогичные заряды для противодействия постоянным магнитам. Поскольку заряды одного типа противоположны друг другу, это толкает постоянный магнит. Ротор движется под действием тянущей и толкающей сил.
В данном случае постоянные магниты движутся, и теперь они — я и мой партнёр по бегу. Мы больше не меняем представление о том, чего хотим. Вместо этого мы знали, что я хочу пончики «Бостон Баттер Донатс», а мой партнёр — смузи.
Электронные контроллеры позволяют нашим завтракам двигаться перед нами, а мы всё время стремимся к одному и тому же. Контроллер также отодвигает то, что нам не нужно, чтобы подтолкнуть нас.
Коллекторные двигатели постоянного тока относительно просты и дешевы в производстве (хотя медь не подешевела). Поскольку бесщёточный двигатель требует электронного коммуникатора, вы фактически пытаетесь встроить компьютер в беспроводной инструмент. Именно поэтому стоимость бесщёточных двигателей возрастает.
Благодаря конструктивным особенностям бесщёточные двигатели имеют множество преимуществ перед коллекторными. Большинство из них связаны с потерей щёток и коллекторов. Поскольку для передачи заряда щётка должна контактировать с коллектором, это также вызывает трение. Трение снижает достижимую скорость и одновременно генерирует тепло. Это похоже на езду на велосипеде с лёгким нажатием тормозов. Если ваши ноги прилагают одинаковое усилие, ваша скорость замедлится. И наоборот, если вы хотите поддерживать скорость, вам нужно получить больше энергии от ваших ног. Вы также будете нагревать обода из-за тепла трения. Это означает, что по сравнению с коллекторными двигателями бесщёточные двигатели работают при более низкой температуре. Это обеспечивает им более высокую эффективность, поэтому они преобразуют больше электроэнергии в электрическую энергию.
Угольные щётки также со временем изнашиваются. Именно это приводит к появлению искр внутри некоторых инструментов. Для поддержания работоспособности инструмента щётки необходимо периодически менять. Бесщёточные двигатели не требуют такого обслуживания.
Хотя бесщёточные двигатели требуют электронных контроллеров, роторно-статорная комбинация более компактна. Это позволяет снизить вес и уменьшить габариты. Именно поэтому мы видим множество инструментов, таких как ударный гайковерт Makita XDT16, обладающий сверхкомпактной конструкцией и высокой мощностью.
Похоже, существует недопонимание относительно бесщёточных двигателей и крутящего момента. Конструкция щёточного или бесщёточного двигателя сама по себе не отражает величину крутящего момента. Например, фактический крутящий момент первой ударной дрели Milwaukee M18 был меньше, чем у предыдущей модели со щёткой.
Однако в конце концов производитель осознал несколько очень важных вещей. Электроника, используемая в бесщёточных двигателях, может обеспечить большую мощность при необходимости.
Поскольку бесщёточные двигатели теперь используют передовое электронное управление, они могут определять, когда начинают замедляться под нагрузкой. Пока аккумулятор и двигатель находятся в пределах допустимого диапазона температур, электроника бесщёточного двигателя может запрашивать и получать больший ток от аккумулятора. Это позволяет таким инструментам, как бесщёточные дрели и пилы, поддерживать более высокую скорость под нагрузкой. Это повышает их скорость. Обычно она значительно выше. Примерами таких инструментов являются Milwaukee RedLink Plus, Makita LXT Advantage и DeWalt Perform and Protect.
Эти технологии позволяют эффективно интегрировать двигатели, аккумуляторы и электронику инструмента в единую систему для достижения оптимальной производительности и времени работы.
Коммутация — изменение полярности заряда — запуск бесщёточного двигателя и поддержание его вращения. Далее необходимо контролировать скорость и крутящий момент. Скорость можно регулировать, изменяя напряжение на статоре бесщёточного двигателя постоянного тока. Модуляция напряжения с более высокой частотой позволяет лучше контролировать скорость двигателя.
Для управления крутящим моментом, когда моментная нагрузка двигателя превышает определённый уровень, можно снизить напряжение статора. Конечно, это вводит ключевые требования: мониторинг двигателя и наличие датчиков.
Датчики Холла — это недорогой способ определения положения ротора. Они также могут определять скорость по времени и частоте переключения датчика времени.
Примечание редактора: ознакомьтесь со статьей «Что такое бесщеточный двигатель без датчиков», чтобы узнать, как передовая технология двигателей BLDC меняет электроинструменты.
Сочетание этих преимуществ даёт ещё один эффект — более длительный срок службы. Хотя гарантия на щёточные и бесщёточные двигатели (и инструменты) внутри одного бренда обычно одинакова, можно рассчитывать на более длительный срок службы бесщёточных моделей. Обычно он может превышать гарантийный срок на несколько лет.
Помните, я говорил, что электронные контроллеры фактически встраивают компьютеры в ваши инструменты? Бесщёточные двигатели также являются прорывом в развитии интеллектуальных инструментов, влияющим на отрасль. Без использования бесщёточных двигателей в электронном виде технология управления одной кнопкой Milwaukee не работала бы.
В рабочее время Кенни глубоко исследует практические ограничения различных инструментов и сравнивает их. После работы его главным приоритетом становится вера и любовь к семье. Обычно он работает на кухне, катается на велосипеде (он триатлонист) или водит друзей на рыбалку в залив Тампа.
В целом в Соединённых Штатах по-прежнему наблюдается нехватка квалифицированных рабочих. Некоторые называют это «дефицитом навыков». Хотя получение четырёхлетнего университетского диплома может показаться «последним писком моды», последние результаты опроса Бюро статистики труда показывают, что такие квалифицированные специалисты, как сварщики и электрики, снова заняли лидирующие позиции [...]
Ещё в 2010 году мы писали об улучшенных аккумуляторах с использованием графеновой нанотехнологии. Это совместный проект Министерства энергетики США и компании Vorbeck Materials. Учёные используют графен, чтобы заряжать литий-ионные аккумуляторы за минуты, а не за часы. Прошло немало времени. Хотя графен ещё не применён, мы вернулись с некоторыми из новейших литий-ионных аккумуляторов […]
Повесить тяжёлую картину на сухую стену несложно. Однако важно сделать это качественно. Иначе придётся покупать новую раму! Просто вкрутить шуруп в стену недостаточно. Нужно знать, как не полагаться на [...]
Нередко возникает необходимость проложить под землей электрические провода напряжением 120 В. Возможно, вам понадобится обеспечить электропитанием сарай, мастерскую или гараж. Также часто используется для питания фонарных столбов или электроприводов ворот. В любом случае вам следует знать некоторые требования к подземной проводке, чтобы соответствовать [...]
Спасибо за объяснение. Я давно задавался этим вопросом, поскольку большинство людей выступают за бесщёточные двигатели (по крайней мере, как аргумент в пользу более дорогих электроинструментов и дронов).
Хочу узнать: Контроллер тоже измеряет скорость? Разве это не обязательно для синхронизации? Есть ли в нём датчики Холла, которые считывают (вращают) магниты?
Не все бесщёточные двигатели лучше всех щёточных. Я хочу сравнить время работы аккумулятора Gen 5X с его предшественником X4 при умеренных и высоких нагрузках. В любом случае, щётки практически никогда не являются фактором, ограничивающим срок службы. Исходная частота вращения двигателя беспроводных инструментов составляет примерно 20 000–25 000 об/мин. Благодаря смазанному планетарному редуктору передаточное отношение составляет примерно 12:1 на высшей передаче и примерно 48:1 на низшей. Спусковой механизм и подшипники ротора двигателя, поддерживающие ротор с частотой 25 000 об/мин в запылённом потоке воздуха, обычно являются слабыми местами.
Как партнёр Amazon, мы можем получать доход, когда вы переходите по ссылке Amazon. Спасибо, что помогаете нам делать то, что нам нравится.
Pro Tool Reviews — успешное онлайн-издание, публикующее обзоры инструментов и новости отрасли с 2008 года. В современном мире интернет-новостей и онлайн-контента мы видим, что всё больше профессионалов ищут информацию о большинстве основных электроинструментов, которые они покупают, в интернете. Это вызвало наш интерес.
Важно отметить одну важную вещь, касающуюся Pro Tool Reviews: мы ориентированы на профессиональных пользователей инструментов и бизнесменов!
Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам наилучший пользовательский опыт. Информация из файлов cookie хранится в вашем браузере и выполняет ряд функций, например, распознаёт вас при повторном посещении нашего веб-сайта и помогает нашей команде понять, какие разделы веб-сайта вам наиболее интересны и полезны. Ознакомьтесь с нашей полной политикой конфиденциальности.
Строго необходимые файлы cookie всегда должны быть включены, чтобы мы могли сохранять ваши предпочтения в отношении настроек файлов cookie.
Если вы отключите этот файл cookie, мы не сможем сохранить ваши настройки. Это означает, что вам придётся включать или отключать файлы cookie каждый раз при посещении этого сайта.
Gleam.io — это позволяет нам предлагать подарки, собирая анонимную информацию о пользователях, например, о количестве посещений сайта. За исключением случаев добровольного предоставления персональных данных для ручного ввода подарков, никакие персональные данные не собираются.
Время публикации: 31 августа 2021 г.