Od kilku lat obserwujemy, jak silniki bezszczotkowe zaczynają dominować w napędach narzędzi bezprzewodowych w branży profesjonalnych narzędzi. To świetnie, ale co w tym takiego wielkiego? Czy to naprawdę ważne, skoro potrafię wkręcić ten wkręt do drewna? hmm, tak. Istnieją znaczące różnice i efekty w przypadku silników szczotkowych i bezszczotkowych.
Zanim zagłębimy się w dwustopniowe silniki szczotkowe i bezszczotkowe, najpierw poznajmy podstawową wiedzę na temat rzeczywistej zasady działania silników prądu stałego. Jeśli chodzi o silniki napędowe, wszystko jest związane z magnesami. Przeciwnie naładowane magnesy przyciągają się. Podstawowym pomysłem silnika prądu stałego jest utrzymanie przeciwnego ładunku elektrycznego obracającej się części (wirnika) przyciąganego do nieruchomego magnesu (stojana) przed nim, dzięki czemu jest on ciągle ciągnięty do przodu. To trochę jak położenie pączka Boston Butter Donut na patyku przed sobą, kiedy biegnę — będę próbował go złapać!
Pytanie brzmi, jak utrzymać pączki w ruchu. Nie ma prostego sposobu, aby to zrobić. Zaczyna się od zestawu magnesów trwałych (permanent magnets). Zestaw elektromagnesów zmienia ładunek (odwracając biegunowość) podczas obrotu, więc zawsze istnieje magnes trwały o przeciwnym ładunku, który może się poruszać. Ponadto podobny ładunek doświadczany przez cewkę elektromagnetyczną podczas jej zmiany będzie odpychał cewkę. Kiedy patrzymy na silniki szczotkowe i silniki bezszczotkowe, kluczem jest to, w jaki sposób elektromagnes zmienia biegunowość.
W silniku szczotkowym występują cztery podstawowe elementy: magnesy trwałe, wirniki, pierścienie komutacyjne i szczotki. Magnes trwały stanowi zewnętrzną część mechanizmu i nie porusza się (stojan). Jeden jest naładowany dodatnio, a drugi ujemnie, tworząc stałe pole magnetyczne.
Wirnik to cewka lub szereg cewek, które stają się elektromagnesem po wzbudzeniu. Jest to również część obrotowa (rotor), zwykle wykonana z miedzi, ale można również użyć aluminium.
Pierścień komutatora jest przymocowany do cewki wirnika w dwóch (konfiguracja 2-biegunowa), czterech (konfiguracja 4-biegunowa) lub większej liczbie komponentów. Obracają się one wraz z wirnikiem. Na koniec szczotki węglowe pozostają na miejscu i przenoszą ładunek do każdego komutatora.
Gdy wirnik zostanie pobudzony, naładowana cewka zostanie pociągnięta w kierunku przeciwnie naładowanego magnesu trwałego. Gdy pierścień komutatora nad nim również się obraca, przesuwa się on od połączenia jednej szczotki węglowej do następnej. Gdy dociera do następnej szczotki, otrzymuje odwrócenie biegunowości i jest teraz przyciągany przez inny magnes trwały, jednocześnie odpychany przez ten sam rodzaj ładunku elektrycznego. Namacalnie, gdy komutator dociera do ujemnej szczotki, jest teraz przyciągany przez dodatni magnes trwały. Komutator przybywa na czas, aby utworzyć połączenie z dodatnią szczotką elektrody i podążać za ujemnym magnesem trwałym. Szczotki są w parach, więc dodatnia cewka będzie przyciągana w kierunku ujemnego magnesu, a ujemna cewka będzie przyciągana w kierunku dodatniego magnesu w tym samym czasie.
To tak, jakbym była cewką wirnika goniącą za pączkiem Boston Butter. Byłam blisko, ale potem zmieniłam zdanie i zaczęłam gonić za zdrowszym smoothie (zmieniła się moja polaryzacja lub pragnienie). W końcu pączki są bogate w kalorie i tłuszcz. Teraz gonię za smoothie, jednocześnie odsuwając się od kremu Boston. Kiedy tam dotarłam, zdałam sobie sprawę, że pączki są o wiele lepsze od smoothie. Dopóki naciskam na spust, za każdym razem, gdy dotrę do następnego pędzla, zmienię zdanie i jednocześnie będę gonić za przedmiotami, które lubię, w gorączkowym kręgu. To ostateczne zastosowanie ADHD. Ponadto jest nas tam dwoje, więc pączki Boston Butter i smoothie są zawsze entuzjastycznie gonione przez jednego z nas, ale niezdecydowanego.
W silniku bezszczotkowym tracisz komutator i szczotki, a zyskujesz sterownik elektroniczny. Magnes trwały działa teraz jak wirnik i obraca się wewnątrz, podczas gdy stojan składa się teraz z zewnętrznej stałej cewki elektromagnetycznej. Sterownik dostarcza energię do każdej cewki na podstawie ładunku wymaganego do przyciągnięcia magnesu trwałego.
Oprócz elektronicznego przemieszczania ładunków, kontroler może również dostarczać podobne ładunki, aby przeciwdziałać magnesom trwałym. Ponieważ ładunki tego samego rodzaju są przeciwne do siebie, popycha to magnes trwały. Teraz wirnik porusza się z powodu sił przyciągania i popychania.
W tym przypadku magnesy trwałe się poruszają, więc teraz są moim partnerem do biegania i mną. Nie zmieniamy już idei tego, czego chcemy. Zamiast tego wiedzieliśmy, że ja chcę Boston Butter Donuts, a mój partner chce smoothie.
Kontrolery elektroniczne pozwalają naszym śniadaniowym przyjemnościom poruszać się przed nami, a my cały czas dążymy do tych samych rzeczy. Kontroler również umieszcza rzeczy, których nie chcemy, z tyłu, aby zapewnić pchanie.
Silniki szczotkowe DC są stosunkowo proste i tanie w produkcji (chociaż miedź nie stała się tańsza). Ponieważ silnik bezszczotkowy wymaga komunikatora elektronicznego, tak naprawdę zaczynasz budować komputer w narzędziu bezprzewodowym. To jest powód podnoszenia kosztów silników bezszczotkowych.
Ze względu na względy konstrukcyjne silniki bezszczotkowe mają wiele zalet w porównaniu z silnikami szczotkowymi. Większość z nich jest związana z utratą szczotek i komutatorów. Ponieważ szczotka musi stykać się z komutatorem, aby przenieść ładunek, powoduje to również tarcie. Tarcie zmniejsza osiągalną prędkość i jednocześnie generuje ciepło. To jak jazda na rowerze z lekkimi hamulcami. Jeśli Twoje nogi używają tej samej siły, Twoja prędkość zwolni. I odwrotnie, jeśli chcesz utrzymać prędkość, musisz uzyskać więcej energii z nóg. Będziesz również nagrzewać obręcze z powodu ciepła tarcia. Oznacza to, że w porównaniu z silnikami szczotkowymi, silniki bezszczotkowe pracują w niższej temperaturze. Daje im to wyższą wydajność, więc zamieniają więcej energii elektrycznej na energię elektryczną.
Szczotki węglowe również z czasem się zużywają. To powoduje iskrzenie wewnątrz niektórych narzędzi. Aby narzędzie działało, szczotkę należy od czasu do czasu wymienić. Silniki bezszczotkowe nie wymagają tego rodzaju konserwacji.
Chociaż silniki bezszczotkowe wymagają sterowników elektronicznych, połączenie wirnika/stojana jest bardziej kompaktowe. Daje to możliwość zmniejszenia wagi i zmniejszenia rozmiaru. Dlatego widzimy wiele narzędzi, takich jak wkrętarka udarowa Makita XDT16 o ultrakompaktowej konstrukcji i dużej mocy.
Wydaje się, że istnieje nieporozumienie dotyczące silników bezszczotkowych i momentu obrotowego. Sama konstrukcja silnika szczotkowego lub bezszczotkowego nie wskazuje wielkości momentu obrotowego. Na przykład rzeczywisty moment obrotowy pierwszej wiertarki udarowej Milwaukee M18 Fuel był mniejszy niż w poprzednim modelu szczotkowym.
Jednak ostatecznie producent zdał sobie sprawę z kilku bardzo istotnych rzeczy. Elektronika stosowana w silnikach bezszczotkowych może zapewnić tym silnikom większą moc, gdy jest to potrzebne.
Ponieważ silniki bezszczotkowe wykorzystują teraz zaawansowaną kontrolę elektroniczną, mogą one wyczuć, kiedy zaczynają zwalniać pod obciążeniem. Dopóki akumulator i silnik mieszczą się w zakresie temperatury specyfikacji, elektronika silnika bezszczotkowego może żądać i otrzymywać więcej prądu z akumulatora. Pozwala to narzędziom takim jak wiertarki i piły bezszczotkowe utrzymywać wyższe prędkości pod obciążeniem. Dzięki temu są szybsze. Zazwyczaj jest to znacznie szybsze. Niektóre przykłady to Milwaukee RedLink Plus, Makita LXT Advantage i DeWalt Perform and Protect.
Technologie te umożliwiają bezproblemową integrację silników, akumulatorów i układów elektronicznych narzędzia w spójny system, co pozwala uzyskać optymalną wydajność i czas pracy.
Komutacja — zmiana biegunowości ładunku — uruchomienie silnika bezszczotkowego i utrzymanie go w ruchu. Następnie należy kontrolować prędkość i moment obrotowy. Prędkość można kontrolować, zmieniając napięcie stojana silnika BLDC. Modulacja napięcia przy wyższej częstotliwości pozwala na większą kontrolę prędkości silnika.
Aby kontrolować moment obrotowy, gdy obciążenie momentem obrotowym silnika wzrośnie powyżej pewnego poziomu, można zmniejszyć napięcie stojana. Oczywiście wprowadza to kluczowe wymagania: monitorowanie silnika i czujniki.
Czujniki efektu Halla zapewniają niedrogi sposób wykrywania położenia wirnika. Mogą również wykrywać prędkość na podstawie czasu i częstotliwości przełączania czujnika czasu.
Uwaga redaktora: Przeczytaj nasz artykuł Czym jest silnik bezszczotkowy bez czujnika, aby dowiedzieć się, w jaki sposób zaawansowana technologia silników BLDC zmienia elektronarzędzia.
Połączenie tych korzyści ma jeszcze jeden efekt — dłuższą żywotność. Chociaż gwarancja na silniki szczotkowe i bezszczotkowe (oraz narzędzia) w ramach marki jest zwykle taka sama, można oczekiwać dłuższej żywotności modeli bezszczotkowych. Zwykle może to być kilka lat po okresie gwarancji.
Pamiętasz, jak powiedziałem, że elektroniczne kontrolery to w zasadzie komputery w twoich narzędziach? Silniki bezszczotkowe są również punktem przełomowym dla inteligentnych narzędzi, które mają wpływ na branżę. Bez polegania silników bezszczotkowych na komunikacji elektronicznej technologia jednego przycisku Milwaukee nie działałaby.
Podczas pracy Kenny głęboko bada praktyczne ograniczenia różnych narzędzi i porównuje różnice. Po wyjściu z pracy jego priorytetem jest wiara i miłość do rodziny. Zazwyczaj będziesz w kuchni, jeździł na rowerze (jest triatlonistą) lub zabierał ludzi na całodniowe łowienie ryb w zatoce Tampa.
W Stanach Zjednoczonych jako całości nadal brakuje wykwalifikowanych pracowników. Niektórzy nazywają to „luką umiejętności”. Chociaż uzyskanie 4-letniego dyplomu uniwersyteckiego może wydawać się „w modzie”, najnowsze wyniki badania przeprowadzonego przez Biuro Statystyki Pracy pokazują, że wykwalifikowane branże, takie jak spawacze i elektrycy, ponownie zajmują [...]
Już w 2010 roku pisaliśmy o lepszych bateriach wykorzystujących nanotechnologię grafenu. Jest to współpraca Departamentu Energii i Vorbeck Materials. Naukowcy wykorzystują grafen, aby umożliwić ładowanie baterii litowo-jonowych w ciągu minut, a nie godzin. Minęło trochę czasu. Chociaż grafen nie został jeszcze wdrożony, wracamy z kilkoma najnowszymi bateriami litowo-jonowymi […]
Zawieszenie ciężkiego obrazu na ścianie z płyt gipsowo-kartonowych nie jest bardzo trudne. Musisz jednak upewnić się, że zrobisz to dobrze. W przeciwnym razie kupisz nową ramę! Samo przykręcenie śruby do ściany nie wystarczy. Musisz wiedzieć, jak nie polegać na [...]
Nie jest rzadkością, że chcesz położyć przewody elektryczne 120 V pod ziemią. Możesz chcieć zasilić swój szopę, warsztat lub garaż. Innym powszechnym zastosowaniem jest zasilanie latarni ulicznych lub silników drzwi elektrycznych. W obu przypadkach powinieneś zrozumieć pewne wymagania dotyczące okablowania podziemnego, aby spełnić [...]
Dzięki za wyjaśnienie. To jest coś, nad czym zastanawiałem się od dawna, widząc, że większość ludzi opowiada się za bezszczotkowymi (przynajmniej używanymi jako argument za droższymi elektronarzędziami i dronami).
Chcę wiedzieć: Czy kontroler również wyczuwa prędkość? Czy nie trzeba tego robić, aby się zsynchronizować? Czy ma elementy Halla, które wyczuwają (obracają) magnesy?
Nie wszystkie silniki bezszczotkowe są lepsze od wszystkich silników szczotkowych. Chcę zobaczyć, jak żywotność baterii Gen 5X wypada w porównaniu z poprzednikiem X4 przy umiarkowanych i dużych obciążeniach. W każdym razie szczotki prawie nigdy nie są czynnikiem ograniczającym żywotność. Oryginalna prędkość silnika narzędzi bezprzewodowych wynosi około 20 000 do 25 000. A dzięki smarowanemu zestawowi przekładni planetarnych redukcja wynosi około 12:1 na wysokim biegu i około 48:1 na niskim biegu. Mechanizm spustowy i łożyska wirnika silnika, które podtrzymują wirnik 25 000 obr./min w strumieniu zakurzonego powietrza, są zwykle słabymi punktami.
Jako partner Amazon możemy otrzymywać przychody, gdy klikniesz na link Amazon. Dziękujemy za pomoc w robieniu tego, co lubimy robić.
Pro Tool Reviews to udana publikacja internetowa, która od 2008 r. dostarcza recenzje narzędzi i wiadomości z branży. W dzisiejszym świecie wiadomości internetowych i treści online odkrywamy, że coraz więcej profesjonalistów bada online większość głównych elektronarzędzi, które kupują. To wzbudziło nasze zainteresowanie.
W przypadku Pro Tool Reviews należy zwrócić uwagę na jedną ważną rzecz: jesteśmy nastawieni na profesjonalnych użytkowników narzędzi i biznesmenów!
Ta strona internetowa używa plików cookie, abyśmy mogli zapewnić Ci najlepsze wrażenia użytkownika. Informacje o plikach cookie są przechowywane w Twojej przeglądarce i pełnią pewne funkcje, takie jak rozpoznawanie Cię, gdy wracasz na naszą stronę internetową i pomaganie naszemu zespołowi w zrozumieniu części strony internetowej, które uważasz za najciekawsze i najbardziej przydatne. Zapraszamy do zapoznania się z naszą pełną polityką prywatności.
Pliki cookie niezbędne powinny być zawsze włączone, abyśmy mogli zapisać Twoje preferencje dotyczące ustawień plików cookie.
Jeśli wyłączysz ten plik cookie, nie będziemy mogli zapisać Twoich preferencji. Oznacza to, że musisz ponownie włączyć lub wyłączyć pliki cookie za każdym razem, gdy odwiedzasz tę witrynę.
Gleam.io — pozwala nam to na oferowanie prezentów, które zbierają anonimowe informacje o użytkownikach, takie jak liczba odwiedzających witrynę. O ile dane osobowe nie zostaną dobrowolnie przekazane w celu ręcznego wprowadzania prezentów, żadne dane osobowe nie zostaną zebrane.
Czas publikacji: 31-08-2021