Da diversi anni vediamo che i motori brushless iniziano a dominare l’azionamento degli utensili a batteria nel settore degli utensili professionali. Questo è fantastico, ma qual è il problema? È davvero importante finché posso avvitare quella vite da legno? ehm, sì. Esistono differenze ed effetti significativi quando si ha a che fare con motori con spazzole e motori brushless.
Prima di approfondire la spazzola da due piedi e i motori brushless, comprendiamo innanzitutto la conoscenza di base dell'effettivo principio di funzionamento dei motori CC. Quando si tratta di azionare i motori, tutto è legato ai magneti. I magneti con carica opposta si attraggono. L'idea di base di un motore DC è quella di mantenere la carica elettrica opposta della parte rotante (rotore) attratta dal magnete immobile (statore) di fronte ad essa, tirandola continuamente in avanti. È un po' come mettere una ciambella al burro di Boston su un bastoncino davanti a me mentre corro: continuerò a cercare di afferrarla!
La domanda è come mantenere le ciambelle in movimento. Non esiste un modo semplice per farlo. Si inizia con una serie di magneti permanenti (magneti permanenti). Un insieme di elettromagneti cambia carica (invertendo la polarità) mentre ruota, quindi c'è sempre un magnete permanente con carica opposta che può muoversi. Inoltre, la carica simile sperimentata dalla bobina elettromagnetica mentre cambia spingerà via la bobina. Quando guardiamo i motori con spazzole e i motori brushless, la chiave è il modo in cui l'elettromagnete cambia polarità.
In un motore a spazzole ci sono quattro componenti fondamentali: magneti permanenti, armature, anelli di commutazione e spazzole. Il magnete permanente costituisce l'esterno del meccanismo e non si muove (statore). Uno è carico positivamente e l'altro è carico negativamente, creando un campo magnetico permanente.
L'armatura è una bobina o una serie di bobine che diventano un elettromagnete quando eccitate. Questa è anche la parte rotante (rotore), solitamente in rame, ma può essere utilizzato anche l'alluminio.
L'anello del commutatore è fissato alla bobina dell'indotto in due (configurazione a 2 poli), quattro (configurazione a 4 poli) o più componenti. Ruotano con l'armatura. Infine, le spazzole di carbone rimangono in posizione e trasferiscono la carica a ciascun commutatore.
Una volta energizzata l'armatura, la bobina carica verrà attratta verso il magnete permanente caricato in modo opposto. Quando ruota anche l'anello commutatore sovrastante, si passa dal collegamento di una spazzola di carbone a quella successiva. Quando raggiunge la spazzola successiva, riceverà un'inversione di polarità e sarà attratto da un altro magnete permanente mentre sarà respinto dallo stesso tipo di carica elettrica. In modo tangibile, quando il commutatore raggiunge la spazzola negativa, viene ora attratto dal magnete permanente positivo. Il commutatore arriva in tempo per formare una connessione con la spazzola dell'elettrodo positivo e seguire il magnete permanente negativo. Le spazzole sono in coppia, quindi la bobina positiva attirerà verso il magnete negativo e la bobina negativa attirerà contemporaneamente verso il magnete positivo.
È come se fossi una bobina di armatura che insegue una ciambella al burro di Boston. Mi sono avvicinato, ma poi ho cambiato idea e ho cercato un frullato più sano (la mia polarità o desiderio è cambiato). Dopotutto, le ciambelle sono ricche di calorie e grassi. Ora sto inseguendo i frullati mentre mi allontanano dalla crema di Boston. Quando sono arrivato lì, ho capito che le ciambelle sono molto meglio dei frullati. Finché premo il grilletto, ogni volta che arrivo alla spazzola successiva, cambierò idea e allo stesso tempo inseguirò gli oggetti che mi piacciono in un circolo frenetico. È l'applicazione definitiva per l'ADHD. Inoltre siamo in due lì, quindi Boston Butter Donuts and Smoothies viene sempre inseguito con entusiasmo da uno di noi, ma indeciso.
In un motore brushless si perdono il commutatore e le spazzole e si ottiene un controller elettronico. Il magnete permanente ora funge da rotore e ruota al suo interno, mentre lo statore è ora composto da una bobina elettromagnetica fissa esterna. Il controller fornisce energia a ciascuna bobina in base alla carica richiesta per attirare il magnete permanente.
Oltre a spostare le cariche elettronicamente, il controller può anche fornire cariche simili per contrastare i magneti permanenti. Poiché le cariche dello stesso tipo sono opposte tra loro, ciò spinge il magnete permanente. Ora il rotore si muove grazie alle forze di trazione e di spinta.
In questo caso, i magneti permanenti si muovono, quindi ora siamo io e il mio compagno di corsa. Non cambiamo più l’idea di ciò che vogliamo. Invece, sapevamo che volevo le Boston Butter Donuts e il mio compagno voleva dei frullati.
I controller elettronici consentono ai nostri rispettivi piaceri della colazione di muoversi davanti a noi e perseguiamo sempre le stesse cose. Il controller mette dietro anche cose che non vogliamo per fornire spinta.
I motori CC con spazzole sono relativamente semplici ed economici da produrre (sebbene il rame non sia diventato più economico). Poiché un motore senza spazzole richiede un comunicatore elettronico, stai effettivamente iniziando a costruire un computer in uno strumento senza fili. Questo è il motivo per aumentare il costo dei motori brushless.
Per motivi di progettazione, i motori brushless presentano molti vantaggi rispetto ai motori con spazzole. La maggior parte di essi sono legati alla perdita di spazzole e commutatori. Poiché la spazzola deve essere in contatto con il commutatore per trasferire la carica, provoca anche attrito. L'attrito riduce la velocità raggiungibile e allo stesso tempo genera calore. È come andare in bicicletta con i freni leggeri. Se le tue gambe usano la stessa forza, la tua velocità rallenterà. Al contrario, se vuoi mantenere la velocità, devi ricavare più energia dalle gambe. Riscalderai anche i cerchioni a causa del calore da attrito. Ciò significa che, rispetto ai motori con spazzole, i motori brushless funzionano a una temperatura inferiore. Ciò conferisce loro una maggiore efficienza, quindi convertono più energia elettrica in energia elettrica.
Anche le spazzole di carbone si consumano nel tempo. Questo è ciò che provoca scintille all'interno di alcuni strumenti. Per mantenere l'utensile in funzione, la spazzola deve essere sostituita di tanto in tanto. I motori brushless non necessitano di questo tipo di manutenzione.
Sebbene i motori brushless richiedano controller elettronici, la combinazione rotore/statore è più compatta. Ciò porta a opportunità per un peso più leggero e dimensioni più compatte. Questo è il motivo per cui vediamo molti strumenti come l'avvitatore a percussione Makita XDT16 dal design ultracompatto e dalla potenza potente.
Sembra che ci sia un malinteso sui motori brushless e sulla coppia. Il design del motore con spazzole o senza spazzole in sé non indica realmente l'entità della coppia. Ad esempio, la coppia effettiva del primo trapano a percussione Milwaukee M18 era inferiore rispetto al precedente modello con spazzole.
Tuttavia, alla fine il produttore ha realizzato alcuni aspetti molto critici. L'elettronica utilizzata nei motori brushless può fornire più potenza a questi motori quando necessario.
Poiché i motori brushless ora utilizzano un controllo elettronico avanzato, possono rilevare quando iniziano a decelerare sotto carico. Finché la batteria e il motore rientrano nell'intervallo di temperatura specificato, l'elettronica del motore brushless può richiedere e ricevere più corrente dalla batteria. Ciò consente a strumenti come trapani e seghe senza spazzole di mantenere velocità più elevate sotto carico. Questo li rende più veloci. Di solito è molto più veloce. Alcuni esempi di questo includono Milwaukee RedLink Plus, Makita LXT Advantage e DeWalt Perform and Protect.
Queste tecnologie integrano perfettamente i motori, le batterie e l'elettronica dello strumento in un sistema coeso per ottenere prestazioni e autonomia ottimali.
Commutazione: cambia la polarità della carica: avvia il motore brushless e mantienilo in rotazione. Successivamente, è necessario controllare la velocità e la coppia. La velocità può essere controllata modificando la tensione dello statore del motore BLDC. Modulando la tensione ad una frequenza più elevata è possibile controllare maggiormente la velocità del motore.
Per controllare la coppia, quando il carico di coppia del motore supera un certo livello, è possibile ridurre la tensione dello statore. Naturalmente, questo introduce requisiti chiave: monitoraggio del motore e sensori.
I sensori ad effetto Hall forniscono un modo economico per rilevare la posizione del rotore. Possono anche rilevare la velocità in base al tempo e alla frequenza di commutazione del sensore di temporizzazione.
Nota dell'editore: consulta il nostro articolo Che cos'è un motore brushless sensorless per scoprire come la tecnologia avanzata dei motori BLDC cambia gli utensili elettrici.
La combinazione di questi vantaggi ha un altro effetto: una maggiore durata della vita. Sebbene la garanzia per i motori (e gli utensili) con spazzole e senza spazzole all'interno del marchio sia solitamente la stessa, puoi aspettarti una durata più lunga per i modelli senza spazzole. Di solito questo può durare diversi anni oltre il periodo di garanzia.
Ricordi quando ho detto che i controllori elettronici stanno essenzialmente costruendo computer nei tuoi strumenti? I motori brushless rappresentano anche il punto di svolta per gli strumenti intelligenti che avranno un impatto sul settore. Senza la dipendenza dei motori brushless dalla comunicazione elettronica, la tecnologia a pulsante singolo di Milwaukee non funzionerebbe.
Durante l'orologio, Kenny esplora a fondo i limiti pratici dei vari strumenti e confronta le differenze. Dopo aver finito il lavoro, la sua fede e l'amore per la sua famiglia sono la sua massima priorità. Di solito sarai in cucina, andrai in bicicletta (è un triathlon) o porterai fuori le persone per una giornata di pesca a Tampa Bay.
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Grazie per la spiegazione Questo è qualcosa che mi chiedo da molto tempo, visto che la maggior parte delle persone è a favore del brushless (almeno usato come argomento per utensili elettrici e droni più costosi).
Voglio sapere: il controller rileva anche la velocità? Non è necessario farlo per la sincronizzazione? Ha elementi Hall che rilevano (ruotano) i magneti?
Non tutti i motori brushless sono migliori di tutti i motori con spazzole. Voglio vedere come la durata della batteria della Gen 5X si confronta con quella del suo predecessore X4 con carichi da moderati a pesanti. In ogni caso, le spazzole non sono quasi mai un fattore limitante. La velocità del motore originale degli utensili a batteria è compresa tra circa 20.000 e 25.000. E attraverso il set di ingranaggi planetari lubrificati, la riduzione è di circa 12:1 nella marcia alta e di circa 48:1 nella marcia bassa. Il meccanismo di innesco e i cuscinetti del rotore del motore che supportano il rotore da 25.000 giri/min nel flusso d'aria polveroso sono solitamente punti deboli
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Orario di pubblicazione: 31 agosto 2021