Бесколлекторный двигатель для шуруповерта

Бесщеточные шуруповерты: плюсы и минусы

С появлением аккумуляторной дрели-шуруповерта выполнять работы по сборке мебели, установке панелей из гипсокартона, а особенно монтажу сайдинга на фасадах зданий, стало намного проще и безопаснее. Аккумуляторный инструмент не имеет мешающего работе электрического шнура питания, который при повреждении изоляции представляет для работающего серьезную опасность.

Бесщеточный шуруповерт

Привычные всем аккумуляторные шуруповерты оснащены коллекторными электродвигателями с переключением тока в обмотках якоря при помощи щеток. Бесщеточные шуруповерты, в отличие от них, комплектуются бесколлекторными электродвигателями. Функции коллекторно-щеточного узла (КШУ) выполняются электронным узлом управления. Разница состоит в том, что он переключает ток в обмотках статора, а не ротора. Якорь же не имеет катушек. Для исключения из конструкции скользящих контактов его магнитное поле создается постоянными магнитами. Момент подачи тока в статорные обмотки определяется при помощи датчиков положения ротора (ДПР), которые работают на основе эффекта Холла.

Импульсы ДПР совместно с сигналом регулятора скорости вращения обрабатываются микропроцессором. Результатом обработки является формирование электрических импульсов, модулированных по ширине. Это так называемый сигнал ШИМ. Результирующая последовательность импульсов подается на усилители тока (инверторы). Их выходы связаны с обмотками статора. Инверторы, в соответствии с выходным сигналами микропроцессорного узла, коммутируют ток в катушках статора. Переменное магнитное поле, вызванное импульсами этого тока, взаимодействуя с постоянным магнитным полем ротора, приводит к вращению якоря.

Достоинства и недостатки электроинструмента без щеток

Плюсами шуруповертов без щеток являются следующие качества:

Простота регулировки частоты вращения. Возможность изменения ее в широких пределах.
Отсутствие коллекторно-щеточного узла. Это исключило возникновение связанных с ним неисправностей и упростило техобслуживание инструмента.
Хорошая переносимость кратковременных перегрузок по крутящему моменту.
Экономный расход энергии. КПД бесщеточных двигателей около 90%.
Более длительная наработка на отказ, чем у инструмента с КШУ.
Отсутствие электрического искрения и, как следствие, безопасность работы во взрывоопасных смесях газов.
Небольшие размеры и вес.
У моделей с реверсом – одинаковая мощность в обоих направлениях вращения.
Отсутствие падения скорости вращения при увеличении нагрузки на патрон.

Из минусов этих инструментов замечен только один. Они несколько дороже своих коллекторных конкурентов.

Какой шуруповерт выбрать

Сравним основные характеристики бесщеточных и коллекторных аккумуляторных дрелей:

КПД бесщеточных выше почти в 1,5 раза (90 против 60%). Значит, при одинаковой емкости аккумуляторных батарей бесщеточный будет работать без подзарядки значительно дольше.
Среднее время безотказной работы бесщеточных двигателей больше, чем коллекторных.
Масса и размеры первых меньше, чем вторых.

Проанализировав достоинства и недостатки аккумуляторных шуруповертов, можно с уверенностью сказать, что модели с бесщеточным двигателем – лучше. Если б стоимость сравниваемых шуруповертов была близка, выбирать следовало бы лучший.

Но преимущества бесщеточных довольно дорого стоят. Вопрос состоит в том, нужны ли они вам за эту разницу в цене.

Есть люди, которые работают исключительно дешевым китайским инструментом. Они объясняют это тем, что вечный инструмент еще не придумали. И любой, даже самый дорогой, когда-нибудь выйдет из строя, тогда нужно будет тратить время и деньги на его ремонт.

Недорогой инструмент до выхода из строя обычно успевает отработать деньги, потраченные на его покупку. Поэтому его не жалко выбросить, недорого купить такой же и опять работать новым. Как говорится, сколько людей – столько и мнений. Выбор за вами!

2 лучших бесщеточных шуруповерта

В чем принципиальная разница электрических шуруповертов? Имя производителя на корпусе в расчет не берем. Все знают, что бывают сетевые (питание 220 вольт) и автономные (питание от бортового аккумулятора) инструменты.

Кроме того, редуктор вращения вала может быть оснащен ударным механизмом. За последние десятилетия никаких революционных технологий не придумали, кроме одной. Про неё и поговорим.

Что такое бесщеточный двигатель?

На подавляющем большинстве шуруповертов установлены коллекторные электромоторы. Принцип действия следующий: переключение обмоток происходит механическим путем и в якорной цепи. Контакты – это коллектор, а электроток передается с помощью подпружиненных щеток.

Проверенная технология.
Дешевизна комплектующих.
Простота ремонта.

Большие потери тока на коллекторе, как следствие – низкий КПД.
Искрение, нагрев коллекторного узла.
Зависимость крутящего момента от оборотов.
Потеря мощности в режиме реверса.
Высокая степень износа.
Потеря оборотов при нагрузке.

При разработке бесколлекторного мотора стояла задача отказаться от механической коммутации электрического тока. В первую очередь, переключение обмоток перенесли с вращающегося якоря на неподвижный статор. Для этого на якоре обмотки заменили постоянными магнитами. Это немного не соответствует концепции электромотора, но никак не отражается на общей работоспособности.

После изменения конструкции, отпала необходимость в постоянной перекоммутации тока на коллекторе. Обмотки на статоре можно переключать с помощью электрической схемы.

Читать еще: Как варить отопление электросваркой в труднодоступных местах

В нужный момент, после определения углового положения ротора относительно статора, схема управления дает команду на включение необходимой группы обмоток. Для точного позиционирования якоря, на нем установлен датчик Холла (как на коленвале автомобильного мотора).

Можно добиться идеально точного позиционирования якоря.
Отсутствие механических потерь.
КПД бесщеточного шуруповерта приближается к 90%.
Ничего не искрит и не изнашивается механически.
Отсутствие искрения дает возможность работать электроинструментом в условиях пожароопасной пыли и высокой влажности.
Бесщеточный мотор более компактный и легкий, что важно для ручного инструмента.
При работе реверса не теряется мощность.
Перегрузки на предельной мощности не снижают ресурс двигателя.
Контроль за скоростью вращения: при изменении нагрузки обороты стабильные.
Прецизионная электронная регулировка оборотов.

Более сложная конструкция.
Высокая стоимость шуруповерта.

Если сравнивать преимущества и недостатки двух видов электродвигателей, в противовес высокой стоимости бесщеточного шуруповерта можно привести следующие аргументы:

Экономия при эксплуатации: меньшее потребление электроэнергии за счет высокого КПД.
Не потерь крутящего момента при регулировке оборотов.
Инструмент легкий и компактный.
Ресурс бесщеточных шуруповертов в разы выше.

Выводы

Как видим, высокая стоимость бесщеточных шуруповертов с легкостью перевешивается достоинствами, технологии. Чем выше требования к инструменту – тем больше доводов в пользу бесколлекторного инструмента. Может быть, для домашнего применения цена высоковата, но для профессионала выбор очевиден.

12 причин, почему нужно выбрать бесщеточный шуруповерт

После широкого распространения на рынке бесщёточного шуруповёрта с аккумулятором работать со сборкой мебели, креплением сайдинга, установкой гипсокартона стало легче. На этом устройстве отсутствуют угольные щётки, способствующие возникновению короткого замыкания. Также благодаря отсутствию шнура он стал более мобильным и удобным в использовании.

Что это за инструмент?

Распространённые модели аккумуляторных шуруповёртов имеют в конструкции коллекторные электрические двигатели.

Ток в них переключается через обмотку якоря благодаря угольным щёткам.

А бесщёточные шуруповёрты работают при помощи бесколлекторных электродвигателей, в которых нет щёток.

Те функции, которые выполняли щётки в обычных шуруповёртах, в этих моделях переложены на электронный узел управления. Он способен переключать ток на обмотке статора, а не ротора. На якоре отсутствуют катушки. Чтобы исключить возможность скольжения контактов, магнитное поле в нём генерируется при помощи постоянных магнитов. В статорных обмотках нужный момент для подачи тока создаётся с использованием датчиков положения ротора. Они, в свою очередь, работают по принципу эффекта Холла.

Импульсы датчиков положения ротора принимаются микропроцессором вместе с сигналом, регулирующим скорость кручения. После окончания обработки происходит создание электрических импульсов с точными установками ширины (сигнал ШИМ). То сочетание импульсов, которое получилось в итоге, передаётся к инверторам (усилителям тока). Их выходы соединены с обмоткой статора. В соответствии с полученной информацией инверторы создают ток в катушках статора. Образовавшиеся импульсы создают переменное магнитное поле. При его взаимодействии с постоянным полем ротора начинается кручение якоря.

Принцип работы и отличие от щеточного:

Преимущества и недостатки

У современных моделей бесщёточных шуруповёртов есть большое количество плюсов и минусов. Среди достоинств можно выделить:

Легко регулировать частоту вращения и изменять её в широких границах.
Из конструкции исключён коллекторно-щёточный узел. Это помогло упростить техническое обслуживание и ремонт шуруповёрта, а также снизить возможность возникновения неисправностей.
Теперь короткие перегрузки крутящего момента переносятся шуруповёртом гораздо легче.
Низкое энергопотребление. Благодаря экономичному распределению энергии КПД инструмента повысился до 90%.
Увеличился срок службы шуруповёрта.
Меньший уровень нагрева, по сравнению со щеточным шуруповёртом.
Улучшилась система безопасности. Из-за изменений в конструкции возможность образования искр исключена. Это позволяет без опасений работать в помещениях с наличием взрывоопасных газов.
Длительная работа от аккумулятора (до 2-3 дней).
Уменьшились размеры инструмента, он стал легче.
Для шуруповёртов с функцией реверса появилась возможность использования одинаковой мощности для обратного и прямого кручения.
Во время повышения нагрузок на патрон скорость кручения не изменяется (в моделях с КШУ она значительно падала).
Более плавная и тихая работа.

Читать еще: Как проштробить бетонную стену под проводку перфоратором

Важно! Основной недостаток шуруповёрта с бесщеточным двигателем заключается в его высокой стоимости. Кроме этого, несмотря на большой ресурс двигателя, подшипники и редуктор инструмента не могут похвастаться долгим сроком службы. Они намного раньше выходят из строя и требуют замены, что выливается в дополнительные траты на комплектующие.

Исходя из этого каждый мастер сам для себя решает, остановить выбор на щеточном или бесщеточном инструменте.

Как выбрать?

Для эффективной работы с бесщёточным шуруповёртом следует со всей ответственностью отнестись к выбору модели при покупке. В магазине осматриваются основные характеристики инструмента и другие нюансы:

Цель приобретения. Для начала следует определиться, какие задачи планируется выполнять при помощи бесщёточного шуруповёрта. Если он приобретается для профессиональных нужд, конечно стоит взять наиболее мощный и надёжный инструмент. Он будет иметь более ёмкий аккумулятор, дополнительные функции и настройки, широкую комплектацию. Если же инструмент приобретается для бытового использования, выбирать профессиональную дорогостоящую модель не следует, можно ограничиться более простым вариантом.
Материал заготовки. Здесь важно решить, с какими поверхностями будет контактировать бесщёточный шуруповёрт. Для продуктивной работы с металлом необходима скорость вращения выше 1200 оборотов в минуту (их предлагают профессиональные инструменты). При сверлении дерева будет достаточно и 400 оборотов бытовой модели.
Вращающий момент и рабочее напряжение. В бытовых моделях эти характеристики находятся на уровне 15-20 Нм и 9,6 В, а в профессиональных – 130 Нм и 12 В.
Патрон. Модели бесщёточных шуруповёртов могут быть с двумя видами патронов (быстрозажимной и шестигранный). Первый тип совместим с оснасткой любой формы (шестигранная, цилиндрическая), а второй позволяет заменить насадку намного быстрее.
Редуктор. Это устройство передаёт обороты от двигателя к патрону, изменяя их крутящий момент. Бывает металлический или пластмассовый редуктор, чаще всего он двухскоростной. Для закручивания шурупов подойдёт редуктор, выдающий 500 оборотов в минуту, а при сверлении понадобится 1200-1300 оборотов.
Удобство. Не существует универсального прибора, который одинаково хорошо подойдёт для любого пользователя. Здесь следует выбирать по признакам личного комфорта. При покупке следует подержать шуруповёрт в руках, оценить его вес и расположение кнопок, а также уровень скольжения руки.
Дополнительные функции. Наличие рычага для выбора из нескольких скоростей поможет экономно расходовать заряд батареи и подобрать подходящее положение для каждого материала. Ударный режим поможет для работы с кирпичом, подсветка спасёт в тёмном помещении, а реверс – при застревании насадок и выкручивании крепежей. Полная комплектация позволит подобрать насадку для любого случая в удобном чемоданчике.

Важно! В любом ценовом диапазоне следует выбирать модель производителя, который давно на рынке и доказал качество изделий временем. К таким относятся Bosch, DeWALT, Makita, Hitachi, Casals. Некоторые предпочитают покупать китайские модели, но они редко отличаются сроком службы.

Бесщёточные шуруповёрты существенно отличаются от своих собратьев с технологией КШУ. Они являются более производительными и долговечными, но менее шумными и тяжёлыми. Главным недостатком шуруповертов с бесщеточных двигателей считается высокая цена, но при покупке профессионального инструмента, который прослужит долгие годы, приходится чем-то жертвовать. В магазине обращают внимание на мощность двигателя, удобство эксплуатации, дополнительные функционал и цель применения шуруповёрта.

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?

Все чаще на просторах интернет-магазинов можно найти инструменты с двумя типами двигателей. Инструменты и садовая техника WORX также не отстают от современных трендов при производстве техники, так что на нашем сайте вы тоже можете найти специальную характеристику двигателя — щеточный или бесщеточный. Так что же это за характеристика, на что она влияет и в чем принципиальные отличия инструментов с тем или иным двигателем? Давайте разбираться.

Читать еще: Собираем чпу станок своими руками

Устройство и принцип действия щеточного двигателя

Щеточный двигатель по-другому еще называется коллекторным. Состоит двигатель из нескольких важных частей.

Ротор — по-другому, якорь. Как раз он вращается внутри и преобразует электрическую энергию в механическую. Якорь обмотан медной проволокой (обмоткой) с разных сторон ротора. За счет прохождения тока через проволоку создается магнитное поле, которое в свою очередь и создает вращение элемента.

На обмотке в бесщеточном двигателе установлен коммутатор, который используется для переключения с одной обмотки на другую, что позволяет менять направление вращения ротора. Этот коммутатор и есть коллектор, от которого взял свое название двигатель.

Чтобы напряжение передалось на обмотки, а ток прошел через коллектор в двигатель устанавливаются специальные щетки. Щетки обычно состоят из графита; они всегда контактируют с коммутатором и обеспечивают подачу энергии к катушкам с обмоткой. Есть две щетки, и каждая из них подключается к противоположному полюсу батареи. Это гарантирует, что при вращении ротора ток, протекающий к катушкам, постоянно меняет направление. Это приводит к необходимому изменению магнитного поля, которое позволяет ротору продолжать вращаться.

Все вышеописанные элементы установлены в статор. Статор — неподвижных элемент двигателя, в котором могут быть либо еще одна катушка с проволокой, либо постоянный магнит. За счет того или другого элемента и создается магнитное поле обратной полярности ротору, из-за чего тот вращается.

Коллекторные двигатели могут работать от переменного напряжения, так как при смене полярности ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление, в результате чего вращательный момент не меняет своего направления.

Плюсы и минусы щеточного двигателя

Так мы с вами вкратце разобрались с устройством щеточного двигателя. Теперь в чем же его плюсы и минусы?

Плюсы

Минусы

Устройство и принцип действия бесщеточного двигателя

Теперь давайте разберем принцип работы бесщеточного двигателя. Как понятно из названия, его принципиальное отличие в отсутствии щеток. Но как же он тогда работает? Как нужная энергия поступает в двигатель?

В устройстве бесщеточного двигателя также присутствует ротор и статор — основные элементы любого мотора. Но при этом отсутствует коллектор, соответственно и двигатель по-другому называется бесколлекторным. Если у щеточного двигателя работа происходит за счет электро-механической смены полярности, то в бесщеточном двигателе все работает благодаря электромагнитной индукции. Также отличается местоположение обмотки — здесь она располагается на статоре, в отличие от предыдущего вида двигателя.

Вместо щеток и коллектора в бесщеточном двигателе установлены датчики Холла и контроллер, который контролирует подачу напряжения на катушки для создания индуктивности, а также положение ротора и скорость его вращения.

Когда плата подает на обмотку ток, создается тоже противоположное магнитное поле, и магниты на роторе начинают вращаться.

Еще одной особенностью бесщеточных двигателей нужно назвать их типы. Двигатели бывают двух типов — синхронный и асинхронный. В синхронном двигателе частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля — то есть один оборот ротор совершает после одного полного прохождения тока через катушку. А в асинхронном двигателе обратная ситуация — частота вращений ротора меньше, чем частота вращения магнитного поля. То есть ток проходит через катушку быстрее.

Плюсы и минусы бесщеточного двигателя

Если с устройством бесщеточного двигателя мы разобрались, то теперь давайте рассмотрим положительные и отрицательные стороны инструментов с бесщеточными моторами.

Плюсы:

Минусы:

Но не бывает все настолько радужно. Даже у инструментов с бесщеточными двигателями есть и свои недостатки. Так сказать, ложка дегтя в бочке меда.

К минусам, в первую очередь стоит отнести стоимость инструментов. Техника с бесщеточным мотором в цене дороже, чем упрощенные модели со щеточным двигателем.
Вторым недостатком бесколлекторных инструментов может быть сложное и дорогое техническое обслуживание. Бесщеточный двигатель — технологичное устройство, для работы с которым нужны знания в микроэлектронике. К счастью, в сотрудники наших сервисных центров знают и умеют обслуживать бесколлекторные двигатели.

Итоги сравнения щеточного и бесщеточного двигателей

Если сравнивать инструменты с разными видами двигателей, то можно смело сказать, что техника с бесщеточным двигателем надежнее и мощнее. Но нужно учитывать тот факт, что ориентирована такая техника больше на профессиональные работы. В быту же и инструменты со щеточным двигателем отлично справятся со своими задачами. Потому перед покупкой инструмента заранее определите цели, для которых вы будете использовать инструменты.

В ассортименте компании WORX есть инструменты и со щеточными и с бесщеточными двигателями. Чтобы определить какой именно тип двигателя установлен в инструменте, обратите внимание на иллюстрацию в карточке товара — в бесщеточных моделях есть специальная пометка «BRUSHLESS MOTOR».