Усе про безщіткові двигуни на електроінструментах

1. Принцип роботи
2. Основні типи
3. Переваги та недоліки
4. На яких саме інструментах застосовуються
5. Технологія безщіткових двигунів і бренд Makita

Історія появи та розвитку безщіткових двигунів почалася задовго до їхнього масового поширення. Ще 1888 року видатний винахідник Нікола Тесла запатентував перший асинхронний двигун змінного струму (AC), який не використовував щітки, але все ж був не зовсім безщітковим двигуном постійного струму в сучасному розумінні.

З появою напівпровідникових транзисторів у 60-х роках минулого століття стало можливим розробляти складніші схеми керування двигунами. Саме в цей час почалося розроблення перших прототипів безщіткових електромоторів. З поліпшенням технологій і зниженням вартості виробництва, в 90-х роках безщіткові двигуни почали використовувати в різних галузях, зокрема в автомобільній промисловості, побутовій техніці та медичних пристроях. Але справжньої популярності вони набули у ХХI столітті, коли провідні виробники електроінструментів почали встановлювати їх на електродрилі, електропили, перфоратори та інші девайси. 

Дізнайтеся також як оформити офіційну трирічну гарантію Makita в цій статті. 

Принцип роботи безщіткових двигунів

Від традиційних схем електродвигунів зі щітками, безщіткові відрізняються низкою принципових моментів. У безщіткових двигунах постійного струму (БДПС) відсутні механічні щітки, які могли б зношуватися та вимагати заміни, оскільки електроживлення обмоток статора здійснюється електронними засобами. У роторі таких двигунів розташовані постійні магніти, що створюють магнітне поле. Робота двигуна контролюється електронним контролером, який керує подачею живлення на обмотки статора.

Принцип роботи

1. Створення обертового магнітного поля. Контролер подає електричний струм на обмотки статора в певній послідовності, створюючи обертове магнітне поле.
2. Взаємодія магнітних полів. Змінне магнітне поле статора взаємодіє з постійним магнітним полем ротора, викликаючи його обертання.
3. Синхронізація. Датчики положення ротора (датчики Холла) постійно відстежують його положення, і контролер коригує подачу живлення на обмотки статора, щоб підтримувати синхронізацію між магнітним полем, що обертається, і ротором.

Точність роботи електронних компонентів забезпечує відсутність пульсацій під час обертання ротора двигуна та постійний момент сил, що позитивно позначається на роботі електроінструментів та інших пристроїв.

У роторах безщіткових двигунів використовуються різні типи магнітів, кожен з яких має свої унікальні характеристики. Вибір магніту залежить від конкретних вимог до двигуна, таких як потужність, швидкість, робоча температура і розмір.

• Неодимові магніти (NdFeB) мають найвищу магнітну енергію серед усіх постійних магнітів. Це дає змогу створювати компактні та потужні двигуни. Вони характеризуються високою залишковою індукцією і коерцитивною силою. Однак ці магніти чутливі до високих температур і можуть розмагнічуватися при їх перевищенні. Неодимові магніти широко використовуються в різних типах БДПМ, особливо там, де потрібна висока потужність і компактність.
• Самарій-кобальтові магніти (SmCo) вирізняються високою температурною стабільністю та зберігають свої магнітні властивості за високих температур. Вони мають високу коерцитивну силу, що робить їх стійкими до розмагнічування. Однак ці магніти дорожчі за неодимові та мають меншу магнітну енергію. Самарій-кобальтові магніти застосовують у двигунах, що працюють в умовах високих температур, таких як авіаційна та автомобільна промисловість.
• Феритові магніти є найдешевшими з усіх типів магнітів і мають високу корозійну стійкість. Проте вони мають низьку магнітну енергію і низьку залишкову індукцію, що обмежує їхнє застосування у високопотужних двигунах. Такі магніти використовують у малопотужних двигунах, де вимоги до потужності не настільки високі.

Кожен тип магніту відіграє важливу роль у забезпеченні потрібних характеристик безщіткових двигунів, вибір відповідного магніту залежить від специфічних вимог конкретного застосування.

Основні типи безщіткових двигунів

Безщіткові двигуни представляють широкий клас електричних машин, що розрізняються за конструкцією, характеристиками та сферами застосування. Класифікація проводиться за різними ознаками.

За конструкцією ротора і статора:

• Внутрішній ротор із зовнішнім статором. Найпоширеніший тип, де ротор з постійними магнітами знаходиться всередині статора з обмотками. Така конструкція забезпечує високу щільність потужності та компактність.
• Зовнішній ротор із внутрішнім статором. У цьому випадку ротор з магнітами знаходиться зовні, а статор з обмотками всередині. Цей тип часто використовується в пристроях, де потрібен великий крутний момент за низьких обертів.

За типом обмотки статора:

• Трифазні обмотки. Найпоширеніший тип, що забезпечує плавне обертання та високий ККД.
• Двофазні обмотки. Використовуються рідше, в основному в невеликих двигунах і сервоприводах.
• Однофазні обмотки. Застосовуються в простих пристроях, де не потрібна висока точність управління.

За типом живлення:

• Двигуни постійного струму. Працюють від джерела постійного струму та вимагають електронного комутатора для управління живленням обмоток.
• Безщіткові двигуни змінного струму. Живляться від джерела змінного струму і можуть бути синхронними або асинхронними.

Крім того, БДПТ розрізняються за кількістю полюсів, способом охолодження та матеріалом магнітів. Кількість полюсів впливає на швидкість обертання і крутний момент. Охолодження може бути повітряним, рідинним або комбінованим.

Переваги та недоліки безщіткових двигунів

Безщіткові двигуни (БДПТ) широко застосовуються завдяки своїм численним перевагам, хоча у них є і деякі недоліки. Розглянемо їх докладніше.

Переваги

• Висока ефективність. Відсутність механічних втрат на щітках значно підвищує ККД двигуна, який може досягати 90% і вище, що забезпечує більш ефективне використання енергії.
• Довговічність. Без механічних щіток, які зношуються з часом, термін служби двигуна значно збільшується.
• Висока швидкість. БДПТ здатні розвивати дуже високі швидкості обертання.
• Високий крутний момент. Вони забезпечують високий крутний момент навіть за низьких швидкостей.
• Низький рівень шуму та вібрацій. Гладке обертання ротора знижує рівень шуму і вібрацій.
• Широкий діапазон регулювання швидкості. Легко регульована швидкість обертання двигуна.
• Висока точність керування. Завдяки електронному управлінню можна досягти високої точності позиціонування і контролю швидкості.
• Компактність. БДПТ більш компактні порівняно зі щітковими двигунами тієї ж потужності.

Недоліки

Загалом, переваги переважають над недоліками, що робить БДПТ кращими в різних сферах застосування.

На яких саме інструментах застосовуються

Безщіткові двигуни все частіше використовуються в сучасних електроінструментах, поступово витісняючи традиційні щіткові двигуни. Переваги в ефективності, довговічності та потужності зробили їх незамінними в багатьох пристроях. Це:

• дрилі та шуруповерти;
• болгарки (КШМ);
• ударні дрилі та перфоратори;
• електролобзики;
• шабельні пили;
• шліфувальні машини;
• будівельні пилососи.

Завдяки високій ефективності, довговічності та потужності, безщіткові мотори стають стандартом для професійних і побутових інструментів бренду Макіта. Якщо ви обираєте новий електроінструмент, зверніть увагу на моделі з двигунами без щіток - вони прослужать вам довше і забезпечать більш якісний результат роботи.

Порівняння інструментів із щітковими та безщітковими двигунами

Побачити наочно відмінності інструментів зі щітковими та безщітковими двигунами можна проаналізувавши таку таблицю:

Порівняльний аналіз показує, що провідні бренди виробників інструментів не випадково звернули увагу на безщіткову технологію і широко впроваджують двигуни цього типу в усі лінійки своєї техніки.

Технологія безщіткових двигунів і бренд Makita

Makita стала піонером у галузі електроінструментів, коли 2004 року представила перші у світі безщіткові двигуни для широкого застосування. Ця технологія, спочатку розроблена для космічної та оборонної промисловості, дала змогу створити інструменти серії 18В LXT (2009 рік) з підвищеною потужністю, довговічністю та ефективністю. Безщіткові двигуни BL-Motor, без традиційного щіткового вузла, забезпечують мінімальні втрати енергії, знижений нагрів і збільшений час роботи від акумулятора.

Конструкція дає змогу домогтися високої швидкості обертання і крутного моменту, що робить інструменти продуктивнішими. Крім того, відсутність механічних щіток усуває знос, що значно збільшує термін служби пристроїв. Ці двигуни також забезпечують більш тиху роботу, що важливо під час використання інструментів у житлових зонах.

Ці переваги призвели до того, що безщіткові двигуни стали стандартом у сучасних електроінструментах, і інші виробники також почали впроваджувати цю технологію у свої вироби. Сьогодні безщіткові двигуни є символом високоякісних і надійних інструментів, які здатні задовольнити потреби як професіоналів, так і любителів.