Бесщеточный двигатель для шуруповерта

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!

Аккумуляторные шуруповерты стали востребованными благодаря своей мобильности и возможностям. Отсутствие зависимости от источника питания позволяет решать гораздо больше строительных задач.

Что такое бесщеточный мотор

Развитие полупроводниковой электроники в 1970-х привело к пониманию, что коллектор и щетки должны быть устранены в двигателях постоянного тока. В бесщеточном двигателе электронный усилитель заменяет механические коммутации контактов. Электронный датчик определяет угол поворота ротора и отвечает за контроль полупроводниковых переключателей. Устранение скользящих контактов позволило уменьшить трение и увеличило срок службы шуруповертов.

Такой мотор обеспечивает более высокую эффективность работы и меньшую подверженность механическому износу. Бесщеточные двигатели имеют несколько преимуществ над коллекторными:

более высокий крутящий момент;
повышенная надежность;
снижение шума;
длительный срок службы.

Внутренности мотора можно полностью закрыть и защитить от грязи или влаги. Преобразовывая электричество в механическую силу, безщеточные моторы более эффективны.

Скорость зависит от напряжения, но не зависит от центробежной силы, а работа мотора осуществляется в установленном режиме. Даже при утечке тока или намагничивании такой агрегат не снижает производительность, а скорость вращения совпадает с вращающимся моментом.

При использовании такого двигателя отпадает необходимость в использовании обмотки и коммутатора, а магнит в конструкции характеризуется небольшой массой и размером.

Используются бесщеточные двигатели в устройствах, мощность которых находится в пределе до 5 кВт. Их нерационально применять в оборудовании большей мощности. Более того, магниты в конструкции обладают чувствительностью к магнитному полю и высокой температуре.

Бесщеточный шуруповерт: принцип возникновения энергии

Бесщеточный шуруповерт имеет двигатель описанного типа, его отличие состоит в том, что ток переключается не в роторе, а обмотках статора. На якоре отсутствуют катушки, а магнитное поле создается посредством установленных в конструкции инструмента магнитов.

Момент, когда необходима подача энергии, определяется специальными датчиками. Их работа основана на эффекте Холла. ДПР импульсы и сигнал регулятора скорости проходят обработку в микропроцессоре, в результате чего они и формируются. На профессиональном языке их еще называют ШИМ сигналом.

Созданные импульсы последовательно подаются на инверторы или, проще говоря, усилители, которые увеличивают силу тока, а их выходы имеют связь с обмоткой, расположенной на статоре. Эти усилители тока призваны коммутировать ток, возникающий в катушках, согласно сигналам, которые исходят из микропроцессорного узла. В результате такого взаимодействия образуется магнитное поле, которое вступает в связь с тем, что имеется вокруг ротора, в результате чего начинает свое вращение якорь.

Достоинства и недостатки

Из достоинств можно выделить:

Возможность регулировать частоту вращения. При этом у пользователя появляется широкий диапазон настройки данного показателя, в зависимости от выполняемой работы и рабочей поверхности.
В конструкции такого агрегата отсутствует коллекторно-щеточный узел, соответственно инструмент ломается реже при правильном использовании, а техническое обслуживание не вызывает проблем.
Шуруповерт лучше справляется с большой нагрузкой, связанной с увеличением крутящего момента.

Энергия аккумуляторной батареи расходуется экономно.
Коэффициент полезного действия у такого оборудования составляет 90%.
Возможность использовать шуруповерт в опасной среде с присутствием взрывоопасной газовой смеси, поскольку отсутствует искрение.
Миниатюрные габариты и небольшой вес.
В обоих направлениях работы поддерживается одна мощность.
Даже увеличенная нагрузка не является причиной снижения скорости.

Недостатки:

Внушительная стоимость.
Большие размеры шуруповерта, что мешает работать на вытянутой руке и в труднодоступных местах.

Очень важно уделять внимание тому, какого типа аккумуляторная батарея стоит в конструкции инструмента. Если выбрать правильно шуруповерт с бесщеточным двигателем, то он проработает долго и будет радовать своей производительностью.

Сравнение коллекторного и бесщеточного инструмента

Как уже было отмечено, КПД у бесщеточных моторов выше и составляет 90%. В сравнении с ними коллекторные имеют только 60%. Это говорит о том, что при одинаковой емкости аккумулятора, бесщеточный шуруповерт проработает дольше на одном заряде, что очень важно, если источник для зарядки находится далеко.

Габариты и вес также лучше у того инструмента, внутри которого стоит бесщеточный мотор.

В связи с этим можно говорить о том, что описываемое оборудование гораздо эффективнее, однако пользователя часто останавливает его стоимость. Поскольку любой, даже самый дорогой инструмент выходит рано или поздно из строя, большинство предпочитают работать дешевой китайской продукцией. Но если хочется взять агрегат, который прослужит долго, тогда стоит знать основные критерии выбора, на которые должен опираться современный пользователь.

Как выбрать

Если потребитель готов заплатить достойную цену за бесщеточный шуроповерт, тогда ему следует более глубоко изучить, какие параметры важны при выборе качественного инструмента.

В конструкции такого оборудования патрон может быть быстрозажимным или шестигранным, у которого диаметр хвостовика составляет чаще всего ¼ дюйма. В первом случае менять оснастку проще и быстрее, но и другой вид патрона ни чем не хуже, поэтому лучше опираться на диаметр. Поскольку величина отвечает за универсальность инструмента, желательно, чтобы она была больше.

Число оборотов тоже не менее важно. Если не планируется работать инструментом постоянно, а необходимо, например, собрать мебель, то достаточно будет шуруповерта с показателем в 500 об/мин. Такой агрегат нельзя применять в качестве дрели, а если эта функция необходима, тогда лучше обратить внимание на товар с показателем 1300 об/мин и выше.
Выбор аккумуляторной батареи играет особенно важную роль. Сегодня на рынке можно встретить шуруповерты с никель-металл-гидридными аккумуляторами, они обладают прекрасной устойчивостью к механическому воздействию, но быстро саморазряжаются, и требуется много времени на зарядку. Никель-кадмиевые быстро напитываются энергией, могут использоваться при пониженной температуре воздуха и имеют низкую стоимость, но они тоже быстро разряжаются и могут проработать максимум 5 лет. Литий-ионные или литий-полимерные небольшие по весу и габаритам, не саморазряжаются, но не могут эксплуатироваться на холоде и обладают небольшим сроком эксплуатации.

Пользователю стоит так же обратить внимание на крутящий момент, от него зависит максимальная сила вращения и скорость, с которой шуруп входит в поверхность. Если на инструменте написано 16-25 Н*м, тогда этот показатель считается средним. У профессионального оборудования он чаще всего находится в промежутке от 40 до 60 Н*м, а у самых дорогих моделей и вовсе 150 Н*м.
Ударная функция позволяет использовать агрегат в качестве дрели, без вреда для шуруповерта. Ее преимущество в том, что инструмент может легко создавать отверстия в плотных материалах, таких как кирпич или бетон.

Безусловно, при покупке необходимо обращать внимание и на дополнительный функционал, который предлагает производитель. Лучше приобретать инструмент, у которого имеется возможность регулировки не только скорости вращения шуруповерта, но и передаваемого усилия, направления вращения.

Подсветка и индикатор, оповещающий о количестве заряда — приятные и полезные функции, с которыми работа становится комфортнее. Если есть второй аккумулятор, кейс для транспортировки, зарядка и даже комплект оснастки — такой шуруповерт непременно достоин внимания покупателя.

О том, какой бесщеточный шуруповерт выбрать, смотрите в следующем видео.

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.

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.