Co jsou to bezkartáčové šroubováky? Jejich klady a zápory

Stále častěji můžete na elektrickém nářadí vidět nápis „Brushless motor“. To znamená, že zařízení je vybaveno bezkomutátorovým stejnosměrným motorem. Je to opravdu dobré, nebo je to jen další marketingový tah? Podívejme se na příklad šroubováků.

O šroubovácích se budeme bavit jako o nejoblíbenějším elektrickém nářadí v arzenálu domácího kutila (kdo má šroubovákem zatočené šrouby, pochopí). Ale teze materiálu bezpodmínečně platí pro všechna elektrická nářadí vybavená bezkomutátorovými motory.

Návrh a princip fungování

„Brushless motor“ doslova znamená bezkomutátorový motor, jehož konstrukce nezahrnuje komutátor nebo sestavu kartáče. Můžete se také setkat se zkratkou BLDC, která označuje bezkomutátorový stejnosměrný motor.

Klasický kartáčovaný motor

Sestava kartáče je mechanická kontaktní část kotvy elektromotoru. S jeho pomocí se přes kolektorové desky přivádí napětí do vinutí kotvy. Elektrický proud protékající vodičem vytváří elektromagnetické pole. Magnetické pole vinutí kotvy, interagující s konstantním magnetickým polem vinutí statoru, vede ke vzniku točivého momentu na hřídeli motoru a jeho otáčení. Aby se rotace hřídele udržela neustále, musí být na jednotlivé vodiče vinutí kotvy přiváděno napětí v určitém sledu. Elektrický proud musí protékat rámy vinutí kotvy ve správný okamžik a elektromagnetické pole indukované ve vodičích interaguje s konstantním magnetickým polem vinutí statoru. U stejnosměrného motoru tuto funkci plní komutátorová jednotka na kotvě elektromotoru.

V bezkomutátorovém elektromotoru není žádný komutátor a kartáče, ale princip interakce mezi konstantním magnetickým polem kotvy a elektromagnetickým polem vinutí statoru zůstává nezměněn. Pouze u BLDC motoru je nutné v určitých časových intervalech přivádět konstantní napětí na vinutí statoru, simulující činnost komutátoru.

Konstrukce statoru bezkomutátorového motoru obvykle používá tři páry vinutí a napětí je na ně přiváděno střídavě. Při přivedení napětí na první pár vinutí se kotva s permanentními magnety otáčí a vyrovnává svou polohu v souladu se směrem siločar výsledného magnetického pole. V tomto okamžiku je napětí z prvního páru vinutí odstraněno a přivedeno na druhý pár. Protože kotva elektromotoru má určitý moment setrvačnosti, nezastaví se okamžitě, ale pokračuje v rotaci a jeho magnety začnou interagovat s dalším magnetickým polem. Toto pokračuje, dokud není na vinutí statoru střídavě přiváděno napětí.

READ
Jak vytlačit vzduch z vytápěného podlahového topení?

Toto je zjednodušené schéma toho, jak funguje bezkomutátorový motor. Ve skutečnosti jsou dva páry vinutí neustále v provozu, aby se zvýšil točivý moment a odstranily „selhání“ jeho police. Jeden z nich přitahuje permanentní magnety kotvy v okamžicích, kdy jsou až ke středové ose pólu cívky, a druhý tlačí, jakmile pól cívky míjí středovou část magnetu permanentní kotvy. První pár cívek je napájen napětím s přímou polaritou a druhý pár je napájen s obrácenou polaritou.

Pro určení, které páry cívek je třeba napájet a jakou polaritu, je v systému instalován snímač polohy rotoru. Skládá se ze tří Hallových senzorů, které dávají regulátoru signál o nutnosti generování napětí na každém páru cívek statoru.

Video názorně ilustruje provoz bezkomutátorového motoru:

Výhody a nevýhody bezkartáčového šroubováku

Výrobci píší, že hlavním vrcholem bezkartáčového šroubováku je to, že není třeba měnit kartáče, které tam nejsou. To je vlastně pravda, ale je tak těžké vyměnit kartáče?

Za tímto „tučným“ plusem se skrývá poměrně zákeřné mínus. Faktem je, že více či méně zatížený šroubovák bude vyžadovat výměnu kartáčů ve druhém nebo dokonce třetím roce provozu. Při jejich výměně se spořivý majitel pravděpodobně poohlédne po dalších součástech nástroje. Bude se věnovat stavu ložisek, očistí vnitřky od prachu, přidá porci čerstvého maziva – obecně provede kompletní údržbu nářadí. V případě bezkartáčového nářadí můžete na potřebu servisu jednoduše zapomenout a vzpomenout si na ni, když se šroubovák začne pohybovat.

Zde jsou skutečně významné výhody bezkomutátorových nástrojů:

  • Vysoká účinnost. U bezkomutátorového motoru je to asi 90 %, zatímco u kartáčového motoru je to 60 %. To je způsobeno absencí ztrát způsobených třením a jiskřením a v důsledku toho zvýšením teploty sestavy komutátoru kotvy motoru.
  • Rychle dosáhněte jmenovitých otáček motoru. Je to opět dáno vysokou účinností BLDC motoru.
  • Při stejných hmotnostních a rozměrových parametrech je z hřídele bezkomutátorového elektromotoru odebíráno více výkonu, což má za následek větší točivý moment.
  • Lepší energetická účinnost. Díky absenci ztrát v sestavě komutátoru a kartáče a vyšší účinnosti odvede bezkomutátorový šroubovák užitečnější práci na jedno nabití baterie. To je důležité pro profesionály, pro které jsou čas peníze. Účinnost bezkomutátorového šroubováku je v průměru o 25–40 % vyšší než u jeho komutátorového protějšku.
  • Možnost použití ve výbušném a požárně nebezpečném prostředí díky absenci jisker na sestavě kartáče.
  • Kompetentní ochrana proti přetížení. Ovládací deska elektromotoru vám prostě nedovolí přetěžovat nářadí, ale při náležité péči se může komutátorový šroubovák přehřát a z ventilačních otvorů produkovat kouř.
READ
Jak vyrobit lvl dřevo?

Ale bezkartáčové nástroje mají také některé nevýhody:

  • Vysoká cena. Přítomnost drahé výkonové desky pro ovládání BLDC motoru v konstrukci výrazně zvyšuje náklady na šroubovák.
  • Špatná udržovatelnost. U bezkartáčového šroubováku se ovládací deska, tlačítko napájení nástroje a stator elektromotoru obvykle dodávají jako jeden celek. Náklady na náhradní díl jsou od 2/3 do 3/4 ceny nového nástroje. Pokud dojde k poruše po uplynutí záruční doby, pak je stěží vhodné takový šroubovák opravovat. Na rozdíl od kolektorových jednotek, kde můžete samostatně vyměnit tlačítko nebo elektromotor a bude to stát řádově levnější.

Vyhlídky na bezkomutátorové šroubováky na trhu elektrického nářadí

Přechod na bezkomutátorové nástroje je nevyhnutelný, protože jsou prospěšné především pro samotné výrobce díky sjednocení výrobních procesů, snížení počtu komponentů a zlepšení technických vlastností vyráběných modelů. Tento přechod nepředstavuje pro koncového uživatele absolutně žádnou hrozbu. Šroubováky utahují šrouby a samořezné šrouby stejným způsobem, na základě jejich technických možností.

Pro profesionální práci se určitě vyplatí poohlédnout se po bezkartáčových modelech. Jsou ekonomičtější, rychlejší a spolehlivější. Každý rubl investovaný do jejich nákupu se bohatě vyplatí.

Domácí kutil by ale měl zvážit pro a proti, reálně posoudit možnou vytíženost nástroje a ochotu zaplatit více peněz za moderní technologie.