Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?0

В электроинструмент давно устанавливают безщеточные электродвигатели. Такие электродвигатели обладают рядом преимуществ перед коллекторными (перечислю ниже). Но есть один большой недостаток – высокая цена. С чем это все связано? Предлагаю разобраться.

Если вскрыть аккумуляторные шуруповерты с двух типов электродвигателей, то сразу увидим, что бесколлекторный при тех же характеристиках (или даже лучших) – имеет меньшие габариты:

Это понятно, т.к. в нем нет щеток – контактов, передающие напряжение на обмотку. Хотя это все тот же электродвигатель на постоянных магнитах, но магниты находятся на роторе (вращаются), а обмотки катушек неподвижны:

Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?1Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?2Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?3

Существуют несколько разновидностей безщеточных электродвигателей: с внутренним ротором на постоянных магнитах (фотографии 1 и 2) и с внешним расположением и вращением ротора с магнитами (фотография 3). Так же они делятся на синхронные и асинхронные (с синхронизацией магнитных полей ротор-статор и с опережением магнитного поля на статоре).

В электродвигателе происходит переключение магнитного поля (питания катушек). По принципу притяжения разных полюсов магнита. В определенный момент нужная катушка должна притягиваться к противоположному полюсу постоянного магнита. В коллекторном переключение сделано конструктивно за счет скользящих контактов. А если в безщеточном нет скользящих контактов – как понять на какую катушку подать напряжение? И как происходит это переключение?

Для контроля положения ротора на катушках установлены датчики Холла:

Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?4

Принцип работы датчика Холла:

Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?5Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?6

Они дают сигнал на блок управления (контроллер) и тот подает напряжение на нужную обмотку статора. Выглядит при вращении это вот так:

Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?7

Ротор догоняет магнитное поле статора. Пример платы управления электродвигателем:

Как работает безщеточный электродвигатель. Почему его габариты меньше, а стоимость выше щеточных аналогов?8

Как устроен и работает безщеточный электродвигатель доступным языком рассказывается в этом ролике:

Видно, что они выше в половину, а то и в два раза щеточных аналогов.

Понятно, что электронная часть сложна в изготовлении и имеет дополнительную цену в общей стоимости электродвигателя для какого-либо инструмента. Но и плюсов у такого электродвигателя – значительный список:

1. Т.к. коллекторный электродвигатель свыше 3000 об/мин снижает свою мощность и КПД, контакт в щетках нарушается, и появляется искрение. Безщеточные двигатели лишены этих недостатков и имеют стабильное КПД до 90% на всех оборотах. Они механически более долговечные (ресурс зависит только от подшипников). Могут иметь более высокие обороты.

2. Безщеточным двигателем легче производить регулировку (электронно) крутящего момента. Обычно на безщеточных шуруповертах установлен переключатель, отвечающий за это. За счет повышенного КПД, безщеточные электродвигатели экономят заряд АКБ инструмента, некоторые до 50% экономнее по сравнению с коллекторными.

Но если выйдет из строя электронная часть управления электродвигателем, то ремонт может быть сопоставим по стоимости с новым инструментом. У электроники всегда есть риск поломки. Короткие замыкания при попадании влаги или воздействие электростатики на датчики Холла и микросхемы – от этого никто не застрахован.

Не смотря на эти риски, за этими двигателями будущее. Т.к. их характеристики выше коллекторных. Возможно, когда-то промышленность начнет выпускать блоки управления в одном корпусе микросхемы с надежной защитой от замыканий и статического электричества.

***

Подписывайтесь на канал, добавляйте его в закладки браузера (Ctrl+D). Впереди много интересной информации.

Вам может понравиться

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.