Сегодня на рынке представлено большое количество моделей электроинструмента от отечественных и зарубежных производителей: дрели, шуруповерты, шлифовальные машины, циркуляционные пилы и пр. Несмотря на такое разнообразие, практически у всех моделей используется одинаковая технология сборки и принцип работы, а, значит, у них существуют и одинаковые проблемы.
Одним из слабых мест в современном электроинструменте считается двигатель. Классический электрический двигатель был изобретен в середине XIX века русским ученым Якоби. С тех пор конструкция двигателя практически не изменился – якорь, статор и коллектор с щетками используются до сих пор. Принцип действия электродвигателя постоянного тока достаточно прост: подаваемое напряжение создает магнитное поле, которое толкает якорь вперед, заставляя его вращаться. Щетки используются для переключения тока и определения углового положения якоря. Они «скользят» по его поверхности, постепенно истираясь и приходя в негодность. В какой-то момент они уже не обеспечивают достаточного контакта, в результате чего инструмент теряет мощность, останавливается и перестает функционировать.
Быстрый износ щеток и коллектора – не единственный недостаток классических электродвигателей. За счет постоянного трения якорь перегревается, а в процессе вращения образуются искры, поэтому их нельзя использовать в запыленных или загазованных помещениях. Энергия аккумулятора расходуется крайне неэффективно – она уходит на преодоление силы трения и нагрев аппарата, а не на рабочий процесс: коэффициент полезного действия у электродвигателя находится на уровне 40-45%. Угольные щетки и коллектор занимают достаточно много места, они делают инструмент менее компактным и тяжелым, а сам узел требует постоянного профессионального обслуживания. В бытовых инструментах при малой нагрузке щетки могут проработать без замены 3-5 лет, но в профессиональном и полупрофессиональном инструменте они выходят из строя при постоянной работе буквально за несколько месяцев. Самое неприятное в том, что рассчитать время, когда щетки износятся, практически невозможно, поэтому вы сможете остаться без инструмента в самый неподходящий момент.
Что такое бесщеточный двигатель
Перечисленные выше недостатки и отсутствие возможности точного управления/позиционирования классическим двигателем привели к тому, что в начале 60-х годов прошлого века группа инженеров разработала первый коммерческий бесколлекторный двигатель. Он состоял из ротора с постоянными магнитами и статора, в котором находилась обмотка (в коллекторном двигателе все было наоборот).
Вместо коллектора с щетками для управления начали использовать специальный блок, получивший название ESC-controller или электронный контроллер скорости. Он научился определять положение ротора (в него встраиваются специальные дискретные датчики, считывающие данные) и подавать напряжение на нужные обмотки. Напряжение создает магнитное поле, в результате чего якорь с постоянным магнитом начинает вращаться. Электронный контроллер позволяет переключать питание обмоток, благодаря чему можно изменять скорость вращения якоря инструмента с высокой точностью.
К преимуществам данной конструкции относятся:
1. Увеличение срока службы двигателя.
2. Упрощение его конструкции.
3. Уменьшение износа вращающейся части.
4. Повышенный КПД.
Поскольку при подобной схеме полностью отсутствует трение между твердыми поверхностями (подшипниками можно пренебречь), то в процессе работы бесщёточный двигатель не образует искр, что позволяет использовать его в сложных условиях (взрывоопасное производство, загазованные помещения). Удаление коллектора значительно облегчает систему, делает ее более простой, надежной и компактной. Устройства с подобным видом двигателя реже выходят из строя, не требуют постоянного обслуживания, считаются более надежными и практичными.
Дополнительно следует отметить, что возможность управления двигателем за счет наличия цифрового контроллера значительно расширяется. Оператор может более точно регулировать скорость вращения, сама технология позволяет расширить диапазон скоростей за счет точного изменения напряжения на обмотках. Подобные силовые установки переносят большую нагрузку и позволяют развивать высокий крутящий момент за счет наличия мощных неодимовых магнитов в якоре. Управляющий контроллер не занимает много места и расположен так, что повредить его в процессе работы невозможно.
Технология Brushless в электрооборудовании Ryobi
Японская компания Ryobi была основана в середине 40-х годов прошлого века. Изначально она занималась изготовлением специализированного оборудования для типографий, а затем освоила литье под давлением алюминиевых деталей.
К концу века спрос на типографское оборудование начал падать, поэтому в 1973 году руководство Ryobi приняло решение перепрофилировать производство. Так появилась первая линейка электроинструмента Ryobi. Она продавалась исключительно внутри страны и пользовалась большой популярностью за счет продуманной конструкции, надежности, практичности и доступной цены. Постепенно ассортимент компании расширялся – она начала производить дрели, шуруповерты, циркуляционные пилы, садовую технику, перфораторы, отбойные молотки и пр, но все же компания не делала ставку на электроинструмент, продолжая заниматься типографским оборудованием. В 1997 году Ryobi получает сертификацию на свою технику, после чего компанию концерн TTI. Это становится началом большого и славного пути – компания выходит на мировой рынок и резко увеличивает ассортимент, создавая различные углошлифовальные машины, электролобзики, рубанки и другую технику для ремонтно-строительных работ. Техника позиционирует себя как полупрофессиональная и профессиональная: она подходит как для бытовых нужд, так и для коммерческих.
Сегодня у компании существует несколько заводов по производству оборудования в Германии, Гонконге, США и Китае. Кроме заводов у Ryobi работает собственная научная лаборатория, в которой проводятся исследования, разрабатываются новые технологии и инженерные решения. Именно Риоби одной из первых внедрила в свои инструменты бесколлекторную технологию Brushless, отказавшись от традиционных угольных щеток. Рассмотрим, какие плюсы оказались у данного решения:
- Минимальная сила трения. Благодаря этому якорь и двигатель не перегревается, что
позволяет работать инструменту дольше, не опасаясь поломок и раннего износа.
- Уменьшение силы тока, необходимой для эффективного вращения якоря. Благодаря этому батарея медленнее разряжается в процессе работы, а одного заряда хватает на выполнение большего количества действий.
- Отсутствие необходимости постоянного обслуживания, замены щеток и последующего ремонта якоря. За счет уменьшения трения, снижения рабочей температуры и более эффективной работы устройства Ryobi служат без техобслуживания в 3-5 раз дольше, чем продукция других компаний.
Только факты
Выше мы описали ключевые преимущества использования бесщёточной технологии – уменьшение износа, силы трения и температуры. Но что это дает пользователю и стоит ли приобретать технику, работающую по технологии Brushless? Давайте рассмотрим более подробно. Переключением напряжения на обмотку в электроинструменте Ryobi управляет встроенный компьютер, который выбирает оптимальные режимы работы при определенных нагрузках, позволяет регулировать скорость оборотов, выравнивает провалы. Питание устройства осуществляется универсальным литий-ионным аккумулятором системы One+, подходящим для использования с другими устройствами производителя.
Далее только цифры:
Продолжительность работы – на 40% выше, чем у щеточных устройств с аккумулятором такой же емкости.
1. Мощность электрического двигателя – на 20% выше, чем у аналогичного с коллектором.
2. Надежность системы в 10 раз выше, чем у классической.
3. КПД устройства – 60-65% в отличие от 45% у обычных электромоторов.
4. Масса инструмента на 15% меньше за счет отсутствия коллектора с щетками.
5. Крутящий момент до 60Нм, количество оборотов – 1700 (на 20% выше, чем у обычных моделей).
6. Продолжительность службы – не менее 5 лет (все зависит от условий эксплуатации и нагрузок).
Опытным путем было выяснено, классический шуруповерт закручивает в древесину на одном заряде 528 саморезов размером 38 мм, тогда как современная дрель-шуруповерт от Ryobi с технологией Brushless справляется с 1613 саморезами того же размера, то есть разница почти в три раза.
Выводы
Есть ли смысл переплачивать за технологию Brushless или лучше обойтись более дешевым инструментом? Все зависит от того, для чего именно вы приобретаете устройство. Если планируется использовать шуруповерт пару раз в год, чтобы повесить картину или собрать тумбочку, то целесообразнее будет приобрести недорогое оборудование – при такой нагрузке щетки вряд ли быстро сотрутся, скорее из строя выйдет аккумулятор. Если же вы собираетесь использовать инструмент постоянно, то Brushless поможет вам работать более эффективно и облегчит рабочий процесс. Вам не придется так часто заряжать батареи, сам инструмент будет более компактным и легким, срок его службы составит не менее 10 лет при средней нагрузке и минимальном уходе. Вы забудете, что такое замена щеток, ремонт двигателя и перегрев – инструмент позволяет работать часами, не отвлекаясь и не останавливаясь на перекуры каждые 30 минут даже в самую жаркую погоду. Поэтому если вы занимаетесь строительно-отделочными работами или сборкой мебели, то Ryobi Brushless – это оптимальный выбор.
