•   Środa, 26 stycznia 2022
Narzedzia Warsztatowe

Technika elektronarzędzi: Silniki bezszczotkowe 101

Czym do diabła jest silnik bezszczotkowy i dlaczego elektronarzędzia z silnikiem bezszczotkowym są lepsze od tych z silnikiem szczotkowym?

Choć silniki bezszczotkowe nie są nową technologią, marki elektronarzędzi dopiero niedawno zaczęły odkrywać ich pełny potencjał w elektronarzędziach. Wiele marek projektuje swoje narzędzia bezszczotkowe od podstaw i dodaje do nich inne funkcje premium, aby zapewnić więcej za wyższą cenę.

Linie narzędzi bezszczotkowych Milwaukee M12 i M18 Fuel wydają się być najszybciej rozwijającymi się, ale inne marki zaczynają nadrabiać zaległości z własnymi fantastycznymi innowacjami.

Obecnie, pod koniec 2014 roku, dostępne są bezszczotkowe wiertarki, wkrętarki udarowe i klucze, piły, młoty udarowo-obrotowe i narzędzia oscylacyjne. Jest nawet bezszczotkowa piła taśmowa, a inna marka wyszła z bezszczotkową gwoździarką ramową.

W związku z tym, że cały czas pojawiają się nowe narzędzia bezszczotkowe, nawet takich marek konsumenckich jak Craftsman, prawdopodobnie często słyszysz w opisach produktów i marketingu słowo "bezszczotkowe" i zastanawiasz się, co ono oznacza.

Oto krótki przewodnik po silnikach szczotkowych, silnikach bezszczotkowych i dlaczego narzędzia wyposażone w silniki bezszczotkowe są tak cholernie dobre.

Silniki szczotkowe prądu stałego

Podstawowy silnik szczotkowy ma twornik (wirnik), komutator, szczotki, oś i magnesy stałe. Prąd jest podawany przez szczotki, które są w fizycznym i elektrycznym kontakcie z komutatorem. Prąd przepływa następnie przez zwiniętą twornik, tworząc pole magnetyczne.

Wytworzone pole magnetyczne oddziałuje z magnesami stałymi, które otaczają twornik, powodując jego obrót wokół osi. Jeśli zastosujesz większy prąd, np. gdy mocniej naciśniesz spust elektronarzędzia bezprzewodowego, wytworzysz silniejsze pole magnetyczne w tworniku, co spowoduje większe siły interakcji, a tym samym szybszy obrót.

Jak widać na rysunku, zaznaczone na czerwono, szczotki stykają się z komutatorem. Tarcie pomiędzy szczotkami i komutatorem powoduje niewielki spadek prędkości obrotowej i straty energii cieplnej. Ponadto, szczotki mogą wymagać okresowej wymiany, ponieważ zużywają się w miarę użytkowania.

Silniki bezszczotkowe prądu stałego

W silniku bezszczotkowym nie ma szczotek, a więc nie ma kontaktu fizycznego, który mógłby prowadzić do strat energii spowodowanych tarciem. Zamiast twornika umieszczonego na wirniku z magnesami trwałymi przymocowanymi do otaczającej go powłoki (stojana), magnesy trwałe znajdują się na bezszczotkowym wirniku, a cewki elektromagnetyczne twornika są umieszczone w stałych pozycjach wokół niego.

W silniku szczotkowym komutator odwraca przepływ prądu przez uzwojenia twornika, odwracając pola magnetyczne, dzięki czemu wirnik nadal się obraca. W silniku bezszczotkowym, sterowanie elektroniczne przełącza fazę prądu przez uzwojenia twornika w precyzyjnych odstępach czasu, aby uzyskać reakcję obrotową.

Silniki bezszczotkowe a szczotkowe

Silniki bezszczotkowe są droższe w projektowaniu i produkcji, ale są zazwyczaj znacznie bardziej wydajne niż silniki szczotkowe. Prowadzi to do:

  • mniejszej konserwacji i dłuższej żywotności
  • większa moc
  • dłuższy czas pracy

Często marki mają wybór, w jaki sposób zrównoważyć moc i czas pracy narzędzia, aby uzyskać optymalną wydajność. Niektóre mogą skłaniać się ku tworzeniu potężniejszych narzędzi, inne mogą skłaniać się ku tworzeniu takich, które są bardziej trwałe, zanim konieczna będzie wymiana baterii lub ponowne ładowanie.

Silniki bezszczotkowe stały się na tyle wydajne, że marki chwalą się, że ich najwyższej jakości narzędzia bezszczotkowe mają "wydajność zbliżoną do narzędzi przewodowych".

W połączeniu z najnowszej generacji akumulatorami litowo-jonowymi o dużej pojemności (obecnie 5,0 Ah), narzędzia bezszczotkowe zapewniają lepszy niż kiedykolwiek czas pracy bezprzewodowej.

wiertarka

Bezszczotkowe elektronarzędzia akumulatorowe

Kiedy ten post został opublikowany na początku 2012 roku, Dewalt i Milwaukee były pierwszymi dwiema głównymi markami, które pojawiły się na rynku z elektronarzędziami bezszczotkowymi. Przewidywaliśmy, że inne marki będą podążać za trendem i że silniki bezszczotkowe zostaną włączone do innych narzędzi poza wiertarkami i kierowcami.

Teraz wydaje się, że nie ma żadnych ograniczeń co do typów narzędzi, które mogą być przeprojektowane z silnikami bezszczotkowymi. Ponadto, jak wspomniano wcześniej, marki elektronarzędzi czasami wbudowują inne funkcje premium w swoje narzędzia bezszczotkowe.

Na przykład, wiertarka Milwaukee M12 Fuel z silnikiem bezszczotkowym ma uchwyt 1/2″ zamiast 3/8″. Bezszczotkowe wkrętarki udarowe i klucze udarowe wielu marek oferują obecnie elektroniczne ustawienia prędkości i momentu obrotowego, które umożliwiają zmniejszenie mocy w zależności od zastosowania i rozmiaru elementu złącznego.

Biorąc pod uwagę wszystkie zalety elektronarzędzi bezszczotkowych, nic dziwnego, że w wielu dziedzinach plasują się one w czołówce narzędzi bezszczotkowych.

W naszych rekomendacjach najlepszych wiertarek akumulatorowych, najlepszych wkrętarek udarowych i najlepszych akumulatorowych narzędzi oscylacyjnych, narzędzia bezszczotkowe zdobyły najwyższe wyróżnienia.

Jest jednak pewien minus narzędzi akumulatorowych bezszczotkowych - są one drogie. Są droższe w projektowaniu i produkcji, a więc są droższe dla użytkowników końcowych. Jasną stroną jest to, że marki często projektują narzędzia bezszczotkowe z funkcjami premium i ulepszonymi możliwościami, aby pomóc Ci przeboleć wyższą cenę. Zestawy są często wyposażone w najnowsze i najlepsze akumulatory litowo-jonowe, aby uczynić je jeszcze bardziej atrakcyjnymi.

Dodatkowe kwestie

Porównanie silnika bezszczotkowego i szczotkowego nie jest tak czarno-białe jak to opisano. Na przykład, przeniesienie twornika z wirnika do stojana powoduje również zmniejszenie masy i promieniowego rozkładu masy wirnika. Innymi słowy, wirnik silnika bezszczotkowego ma często znacznie niższy moment bezwładności niż wirnik silnika szczotkowego. Oznacza to, że wirnik silnika szczotkowego jest bardziej odporny na obrót. (Wyobraź sobie wirującego łyżwiarza z rękami wyciągniętymi przed siebie lub po bokach).

Nie chodzi więc tylko o zwiększenie sprawności poprzez zmniejszenie strat energii na tarcie w komutatorze szczotkowym. Dodatkowe fundamentalne zalety silników bezszczotkowych to lepsze odprowadzanie ciepła, bardziej płaski moment obrotowy, mniejszy hałas elektryczny i większa moc wyjściowa.

Zobacz również