Od kilku lat obserwujemy, jak silniki bezszczotkowe zaczynają dominować w napędach narzędzi akumulatorowych w branży profesjonalnych narzędzi. To świetnie, ale o co tyle szumu? Czy to naprawdę ważne, skoro potrafię wkręcić wkręt do drewna? Hmm, tak. Istnieją znaczące różnice i efekty w przypadku silników szczotkowych i bezszczotkowych.
Zanim zagłębimy się w temat silników szczotkowych i bezszczotkowych o długości dwóch stóp, najpierw zapoznajmy się z podstawową wiedzą na temat faktycznej zasady działania silników prądu stałego. Jeśli chodzi o napęd silników, wszystko sprowadza się do magnesów. Przeciwnie naładowane magnesy przyciągają się wzajemnie. Podstawową ideą silnika prądu stałego jest utrzymanie przeciwnego ładunku elektrycznego obracającej się części (wirnika) przyciąganego do nieruchomego magnesu (stojana) znajdującego się przed nim, co powoduje ciągłe popychanie do przodu. To trochę jak trzymanie przed sobą pączka z masłem bostońskim na patyku podczas biegu – będę próbował go złapać!
Pytanie brzmi, jak utrzymać pączki w ruchu. Nie ma na to prostego sposobu. 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, jaki otrzymuje cewka elektromagnetyczna podczas zmiany, będzie ją odpychał. W przypadku silników szczotkowych i bezszczotkowych, kluczowy jest sposób, w jaki elektromagnes zmienia biegunowość.
Silnik szczotkowy składa się z czterech podstawowych elementów: magnesów trwałych, tworników, pierścieni komutacyjnych i szczotek. Magnes trwały stanowi zewnętrzną część mechanizmu i nie porusza się (stojan). Jeden z nich jest naładowany dodatnio, a drugi ujemnie, tworząc stałe pole magnetyczne.
Wirnik to cewka lub szereg cewek, które po podaniu napięcia stają się elektromagnesem. Jest to również część obrotowa (wirnik), zazwyczaj wykonana z miedzi, ale można również zastosować aluminium.
Pierścień komutatora jest zamocowany do cewki wirnika w dwóch (konfiguracja 2-biegunowa), czterech (konfiguracja 4-biegunowa) lub większej liczbie elementów. Obracają się one wraz z wirnikiem. Szczotki węglowe pozostają na swoim miejscu i przekazują ładunek do każdego komutatora.
Po wzbudzeniu wirnika, naładowana cewka zostanie przyciągnięta w kierunku przeciwnie naładowanego magnesu trwałego. Gdy pierścień komutatora nad nią również się obróci, przesunie się ona od połączenia jednej szczotki węglowej do następnej. Po dotarciu do kolejnej szczotki nastąpi odwrócenie biegunowości i zostanie przyciągnięta przez inny magnes trwały, a jednocześnie odpychana przez ten sam rodzaj ładunku elektrycznego. Namacalnie, gdy komutator dotrze do ujemnej szczotki, zostanie przyciągnięty przez dodatni magnes trwały. Komutator dociera w odpowiednim momencie, aby utworzyć połączenie z dodatnią szczotką elektrody i podążać za ujemnym magnesem trwałym. Szczotki są połączone parami, więc dodatnia cewka będzie przyciągana w kierunku ujemnego magnesu, a ujemna cewka będzie jednocześnie przyciągana w kierunku dodatniego magnesu.
To tak, jakbym była cewką wirnika goniącą za pączkiem Boston Butter. Byłam blisko, ale potem zmieniłam zdanie i poszłam w stronę zdrowszego smoothie (moja polaryzacja lub pragnienie się zmieniło). W końcu pączki są bogate w kalorie i tłuszcz. Teraz gonię za smoothie, jednocześnie odsuwając się od Boston Cream. Kiedy do tego doszłam, zdałam sobie sprawę, że pączki są o wiele lepsze niż smoothie. Dopóki naciskam na spust, za każdym razem, gdy dotrę do kolejnego zarośla, będę zmieniać zdanie i jednocześnie gonić przedmioty, które lubię, w szaleńczym kręgu. To idealne zastosowanie dla ADHD. Poza tym jest nas tam dwoje, więc pączki Boston Butter i smoothie są zawsze entuzjastycznie gonione przez jednego z nas, ale niezdecydowanego.
W silniku bezszczotkowym tracimy komutator i szczotki, a zyskujemy sterownik elektroniczny. Magnes trwały pełni teraz funkcję wirnika i obraca się wewnątrz, podczas gdy stojan składa się z zewnętrznej, nieruchomej cewki elektromagnetycznej. Sterownik zasila każdą cewkę w oparciu o ładunek wymagany do przyciągnięcia magnesu trwałego.
Oprócz elektronicznego przemieszczania ładunków, kontroler może również dostarczać ładunki o podobnym ładunku, aby przeciwdziałać magnesom trwałym. Ponieważ ładunki tego samego rodzaju są skierowane przeciwnie do siebie, popycha to magnes trwały. Wirnik porusza się teraz pod wpływem sił przyciągania i popychania.
W tym przypadku magnesy trwałe się poruszają, więc teraz jesteśmy ja i mój partner do biegania. Nie zmieniamy już koncepcji tego, czego chcemy. Zamiast tego wiedzieliśmy, że ja chcę pączków Boston Butter Donuts, a mój partner smoothie.
Elektroniczne kontrolery pozwalają naszym śniadaniowym przyjemnościom przesuwać się przed nami, a my cały czas dążymy do tych samych rzeczy. Kontroler umieszcza również rzeczy, których nie chcemy, za nami, aby nas popchnąć.
Silniki szczotkowe prądu stałego są stosunkowo proste i tanie w produkcji (choć miedź nie stała się tańsza). Ponieważ silnik bezszczotkowy wymaga elektronicznego komunikatora, w rzeczywistości zaczynasz budować komputer w narzędziu bezprzewodowym. To właśnie jest powodem wzrostu kosztów silników bezszczotkowych.
Ze względów konstrukcyjnych silniki bezszczotkowe mają wiele zalet w porównaniu z silnikami szczotkowymi. Większość z nich wynika z braku szczotek i komutatorów. Ponieważ szczotka musi stykać się z komutatorem, aby przenosić ładunek, powoduje to również tarcie. Tarcie zmniejsza osiągalną prędkość i jednocześnie generuje ciepło. To jak jazda na rowerze ze słabymi hamulcami. Jeśli nogi używają tej samej siły, prędkość spadnie. I odwrotnie, aby utrzymać prędkość, musisz czerpać więcej energii z nóg. Obręcze również nagrzewają się z powodu ciepła tarcia. Oznacza to, że w porównaniu z silnikami szczotkowymi, silniki bezszczotkowe pracują w niższej temperaturze. Dzięki temu mają wyższą sprawność, a więc przetwarzają więcej energii elektrycznej na energię elektryczną.
Szczotki węglowe również z czasem ulegają zużyciu. To właśnie one powodują iskrzenie w niektórych narzędziach. Aby narzędzie działało, szczotki należy od czasu do czasu wymieniać. Silniki bezszczotkowe nie wymagają tego rodzaju konserwacji.
Chociaż silniki bezszczotkowe wymagają sterowników elektronicznych, połączenie wirnika i stojana jest bardziej kompaktowe. To z kolei przekłada się na mniejszą wagę i bardziej kompaktowe rozmiary. Właśnie dlatego tak wiele narzędzi, takich jak wkrętarka udarowa Makita XDT16, charakteryzuje się ultrakompaktową konstrukcją i dużą mocą.
Wydaje się, że istnieje nieporozumienie dotyczące silników bezszczotkowych i momentu obrotowego. Sama konstrukcja silnika szczotkowego lub bezszczotkowego nie odzwierciedla w pełni wielkości momentu obrotowego. Na przykład, rzeczywisty moment obrotowy pierwszej młotowiertarki spalinowej Milwaukee M18 był mniejszy niż w poprzednim modelu szczotkowym.
Jednak ostatecznie producent zdał sobie sprawę z kilku istotnych kwestii. Elektronika zastosowana w silnikach bezszczotkowych może zapewnić im większą moc w razie potrzeby.
Ponieważ silniki bezszczotkowe wykorzystują obecnie zaawansowane sterowanie elektroniczne, potrafią one wykryć moment, w którym zaczynają zwalniać pod obciążeniem. Dopóki akumulator i silnik mieszczą się w zakresie temperatur podanym w specyfikacji, elektronika silnika bezszczotkowego może zażądać i pobrać więcej prądu z akumulatora. Dzięki temu narzędzia takie jak wiertarki i piły bezszczotkowe mogą utrzymywać wyższe prędkości obrotowe pod obciążeniem. To sprawia, że są szybsze. Zazwyczaj jest to znacznie szybsze. Przykładami takich rozwiązań są 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 polaryzacji ładunku – uruchamia silnik bezszczotkowy i utrzymuje jego obroty. Następnie należy kontrolować prędkość i moment obrotowy. Prędkość można regulować poprzez zmianę napięcia stojana silnika BLDC. Modulacja napięcia przy wyższej częstotliwości pozwala na lepszą kontrolę prędkości silnika.
Aby kontrolować moment obrotowy, gdy obciążenie momentem obrotowym silnika przekroczy określony poziom, można obniżyć napięcie stojana. Oczywiście, wiąże się to z koniecznością zastosowania kluczowych wymagań: monitorowania silnika i czujników.
Czujniki Halla zapewniają niedrogi sposób wykrywania położenia wirnika. Mogą również mierzyć prędkość na podstawie czasu i częstotliwości przełączania czujnika synchronizacji.
Uwaga redaktora: Przeczytaj nasz artykuł Czym jest silnik bezszczotkowy bezczujnikowy, 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) tej samej marki jest zazwyczaj taka sama, można spodziewać się dłuższej żywotności modeli bezszczotkowych. Zazwyczaj może to być kilka lat po okresie gwarancyjnym.
Pamiętacie, jak mówiłem, że sterowniki elektroniczne to w zasadzie komputery w waszych narzędziach? Silniki bezszczotkowe to również przełomowy moment dla inteligentnych narzędzi, który wpłynie na branżę. Bez uzależnienia silników bezszczotkowych od komunikacji elektronicznej, technologia Milwaukee oparta na jednym przycisku nie działałaby.
Podczas pracy Kenny dogłębnie analizuje praktyczne ograniczenia różnych narzędzi i porównuje je. Po pracy priorytetem jest dla niego wiara i miłość do rodziny. Zazwyczaj będziesz w kuchni, jeździł na rowerze (jest triatlonistą) lub zabierał ludzi na ryby w zatoce Tampa.
W całych Stanach Zjednoczonych wciąż brakuje wykwalifikowanych pracowników. Niektórzy nazywają to „luką kompetencyjną”. Chociaż uzyskanie czteroletniego dyplomu uniwersyteckiego może wydawać się „modne”, najnowsze wyniki badania Biura Statystyki Pracy pokazują, że branże wymagające wysokich kwalifikacji, takie jak spawacze i elektrycy, ponownie zajmują wysokie miejsca w rankingu [...]
Już w 2010 roku pisaliśmy o lepszych bateriach wykorzystujących nanotechnologię grafenu. Jest to efekt współpracy Departamentu Energii i firmy 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, powracamy z najnowszymi bateriami litowo-jonowymi […]
Zawieszenie ciężkiego obrazu na suchej ścianie nie jest trudne. Musisz jednak zrobić to dobrze. W przeciwnym razie kupisz nową ramę! Samo przykręcenie wkrętu do ściany nie wystarczy. Musisz wiedzieć, jak nie polegać na [...]
Nierzadko zdarza się, że chcemy położyć przewody elektryczne 120 V pod ziemią. Możesz chcieć zasilić szopę, warsztat lub garaż. Innym częstym zastosowaniem jest zasilanie latarni ulicznych lub napędów bram. W obu przypadkach należy zapoznać się z wymaganiami dotyczącymi okablowania podziemnego, aby spełnić [...]
Dzięki za wyjaśnienie. Zastanawiałem się nad tym od dawna, widząc, że większość ludzi opowiada się za silnikami bezszczotkowymi (przynajmniej używanymi jako argument za droższymi elektronarzędziami i dronami).
Chciałbym wiedzieć: Czy kontroler również mierzy prędkość? Czy nie trzeba tego robić, żeby synchronizować? Czy ma elementy Halla, które wykrywają (obracają) magnesy?
Nie wszystkie silniki bezszczotkowe są lepsze od wszystkich silników szczotkowych. Chcę sprawdzić, jak żywotność baterii Gen 5X wypada w porównaniu z poprzednikiem X4 przy umiarkowanych i dużych obciążeniach. W każdym razie szczotki prawie nigdy nie ograniczają żywotności. Pierwotna prędkość obrotowa silnika w elektronarzędziach akumulatorowych wynosi około 20 000–25 000 obr./min. Dzięki smarowanej przekładni planetarnej redukcja wynosi około 12:1 na wysokim biegu i około 48:1 na niskim biegu. Mechanizm spustowy i łożyska wirnika silnika, które podtrzymują wirnik o prędkości 25 000 obr./min w strumieniu powietrza zakurzonego, są zazwyczaj słabymi punktami.
Jako partner Amazon, możemy otrzymywać przychody, gdy klikniesz w link Amazon. Dziękujemy, że pomagasz nam robić to, co lubimy.
Pro Tool Reviews to popularny serwis internetowy, który od 2008 roku publikuje recenzje narzędzi i aktualności branżowe. W dzisiejszym świecie internetowych wiadomości i treści, coraz więcej profesjonalistów wyszukuje w internecie większość popularnych elektronarzędzi, które kupują. To wzbudziło nasze zainteresowanie.
W przypadku Pro Tool Reviews należy zwrócić uwagę na jedną ważną rzecz: interesują nas profesjonaliści i przedsiębiorcy!
Ta strona internetowa korzysta z plików cookie, aby zapewnić Ci jak najlepsze wrażenia użytkownika. Informacje o plikach cookie są przechowywane w Twojej przeglądarce i pełnią pewne funkcje, takie jak rozpoznawanie Cię po powrocie na naszą stronę internetową oraz pomoc naszemu zespołowi w zrozumieniu części witryny, które uważasz za najciekawsze i najbardziej przydatne. Zachęcamy do zapoznania się z pełną treścią naszej polityki prywatności.
Pliki cookie absolutnie 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 obsługę plików cookie za każdym razem, gdy odwiedzasz tę stronę internetową.
Gleam.io – Pozwala nam to oferować prezenty, które gromadzą anonimowe informacje o użytkownikach, takie jak liczba odwiedzających witrynę. O ile dane osobowe nie zostaną dobrowolnie podane w celu ręcznego wprowadzenia prezentów, żadne dane osobowe nie zostaną zebrane.
Czas publikacji: 31 sierpnia 2021 r.