Jak działa silnik bezszczotkowy. Dlaczego jego wymiary są mniejsze, a koszt wyższy niż odpowiedników szczotek?
Silniki bezszczotkowe są od dawna instalowane w elektronarzędziach. Takie silniki elektryczne mają wiele zalet w porównaniu z silnikami kolektorowymi (wymienię poniżej). Ale jest jedna duża wada - wysoka cena. Z czym to wszystko się wiąże? Proponuję to rozgryźć.
Jeśli otworzymy wkrętarki akumulatorowe z dwóch typów silników elektrycznych, od razu zobaczymy, że bezszczotkowy, o tych samych parametrach (lub nawet lepszych), ma mniejsze wymiary:
Jest to zrozumiałe, ponieważ nie ma szczotek - styków przenoszących napięcie do uzwojenia. Chociaż jest to nadal ten sam silnik elektryczny z magnesami trwałymi, magnesy znajdują się na wirniku (obracają się), a uzwojenia cewki są nieruchome:
Istnieje kilka rodzajów bezszczotkowych silników elektrycznych: z wewnętrznym uzwojeniem i wewnętrznym wirnikiem magnesy stałe (fot. 1 i 2) oraz z uzwojeniem zewnętrznym i wirnikiem wewnętrznym z magnesami (fot. 3). Są również podzielone na synchroniczne i asynchroniczne (z synchronizacją pól magnetycznych wirnik-stojan i wyprzedzeniem pola magnetycznego na stojanie).
Silnik elektryczny przełącza pole magnetyczne (zasilanie cewek). Zgodnie z zasadą przyciągania różnych biegunów magnesu. W pewnym momencie pożądana cewka musi zostać przyciągnięta do przeciwnego bieguna magnesu trwałego. W kolektorze przełączanie odbywa się konstruktywnie dzięki przesuwnym kontaktom. A jeśli w bezszczotkowym nie ma ślizgowych styków - jak zrozumieć, na którą cewkę przyłożyć napięcie? A jak to się dzieje?
Czujniki Halla są zainstalowane na cewkach, aby kontrolować położenie wirnika:
Zasada działania czujnika Halla:
Dają sygnał do jednostki sterującej (sterownika), który dostarcza napięcie do żądanego uzwojenia stojana. Wygląda to tak podczas obracania:
Wirnik łapie pole magnetyczne stojana. Przykład karty sterowania silnikiem:
Sposób działania i działania bezszczotkowego silnika elektrycznego w przystępnym języku opisano w tym filmie:
Widać, że są one o połowę, a nawet dwa razy wyższe niż ich odpowiedniki w szczoteczkach.
Oczywiste jest, że część elektroniczna jest trudna do wytworzenia i wiąże się z dodatkowym kosztem w całkowitym koszcie silnika elektrycznego dla dowolnego narzędzia. Ale zalety takiego silnika elektrycznego to znacząca lista:
1. Dlatego silnik kolektora powyżej 3000 obr / min zmniejsza jego moc i sprawność, styk w szczotkach jest zerwany i pojawia się iskrzenie. Silniki bezszczotkowe są wolne od tych wad i mają stabilną sprawność do 90% przy wszystkich prędkościach. Są trwalsze mechanicznie (zasób zależy tylko od łożysk). Może mieć wyższe obroty.
2. Bezszczotkowy silnik ułatwia regulację (elektronicznego) momentu obrotowego. Zwykle na śrubokrętach bezszczotkowych instalowany jest przełącznik, który jest za to odpowiedzialny. Ze względu na zwiększoną wydajność bezszczotkowe silniki elektryczne oszczędzają akumulator narzędzia, niektóre są nawet o 50% bardziej ekonomiczne niż silniki kolektorów.
Ale jeśli elektroniczna część sterowania silnikiem elektrycznym ulegnie awarii, koszt naprawy może być porównywalny z kosztem nowego narzędzia. Elektronika zawsze jest narażona na uszkodzenie. Zwarcia w przypadku zawilgocenia lub wpływu elektrostatyki na czujniki Halla i mikroukłady - nikt nie jest na to odporny.
Pomimo tych zagrożeń te silniki są przyszłością. Dlatego ich właściwości są wyższe niż kolekcjonerskie. Być może pewnego dnia branża zacznie produkować jednostki sterujące w jednej obudowie mikroukładu z niezawodną ochroną przed zwarciami i elektrycznością statyczną.
***
Subskrybuj do kanału, dodaj go do zakładek przeglądarki (Ctrl + D). Przed nami wiele interesujących informacji.