Silnik bezszczotkowy czy tradycyjny - czym się różnią, jakie są zalety silników indukcyjnych.

Silniki bezszczotkowe – porównanie do silników szczotkowych

W ofercie producentów znaleźć możemy bliźniacze konstrukcje różniące się zastosowanym typem silnika. Czym charakteryzuje się silnik szczotkowy, a jakie zalety niesie ze sobą silnik bezszczotkowy? Czy silnik bezszczotkowy jest bardziej wydajny? Na te i inne pytania postaramy się odpowiedzieć w niniejszym wpisie.

Zanim przyjrzymy się bliżej silnikowi bezszczotkowemu pokrótce sprawdźmy czym charakteryzuje się tradycyjny silnik.

Czym jest silnik szczotkowy, czyli silnik komutatorowy

To podstawowy rodzaj silników elektrycznych stosowanych w przenośnych urządzeniach elektrycznych takich jak elektronarzędzia. Dzięki prostej budowie jest m.in łatwo naprawialny. W skrócie w swojej budowie silnik szczotkowy zawiera::

• szczotki elektrografitowe – odpowiedzialne za doprowadzenia zasilania do komutatora
• wirnik – element wirujący osadzony na osi wyprowadzonej na zewnątrz. Znajduje się wewnątrz pola magnetycznego generowanego przez magnesy umieszczone w stojanie. Zbudowany jest z ułożonych kątowo względem siebie kilku zwojnic.
• stojan – element stały, stanowiący obudowę silnika. Otacza wirnik i zawiera w sobie magnesy stałe skierowane do siebie przeciwnymi biegunami.
• komutator – umieszczony na wale wirnika, odpowiada za zmianę kierunku prądu. Komutator stanowi szereg miedzianych blaszek pomiędzy którymi znajduje się izolator. Blaszki połączone są z poszczególnymi uzwojeniami a ułożone są wzdłuż całego obwodu komutatora.
• uzwojenie – to drut, który nawinięty jest wokół wirnika, często aluminiowy lub najlepiej miedziany

W wyniku uruchomienia urządzenia (włączenia zasilania) szczotki elektrografitowe ślizgają się po powierzchni blaszek komutatora doprowadzając zasilanie do niego oraz do uzwojenia silnika. W wyniku przepływającego prądu powstaje pole magnetyczne, które reaguje na umieszczone w stojanie magnesy. Tak powstaje siła, która odpowiedzialna jest za ruch obrotowy wirnika, a ten przez umieszczoną w jego środku oś napędza przekładnię z wrzecionem urządzenia. Wrzeciono zakończone jest uchwytem np. wiertarskim (wkrętarki, wiertarko-wkrętarki, wiertarki udarowe/bezudarowe), głowicą SDS (młotowiertarki) lub gwintem M14 (w przypadku szlifierek kątowych) co pozwala na montaż odpowiednich końcówek roboczych jak bity, wiertła czy tarcze do cięcia.

Czym jest silnik bezszczotkowy?

Silnik bezszczotkowy jak sama nazwa wskazuje nie zawiera w swojej konstrukcji szczotek elektrografitowych, ale to nie tylko jego jedyna różnica. Najprostsza konstrukcja silnika bezszczotkowego składa się z uzwojenia, które stanowią połączone w układ gwiaździsty 3 cewki. Bardziej zaawansowane rozwiązania mogą posiadać więcej cewek i różne układy połączeń. Cewki umieszczone są na rdzeniu stalowym. Jego zadaniem jest skupianie strumienia magnetycznego powstającego poprzez przepływ prądu przez cewki. Generowane pole magnetyczne daje możliwość zmiany położenia wirnika. W skrócie – poprzez naprzemienne zasilanie cewek następuje ciągła zmiana w obrębie wytwarzanego pola magnetycznego co przekłada się na ruch wirowy wirnika

Zalety silnika bezszczotkowego

Oprócz odmiennej budowy, silnik bezszczotkowy dzięki wyeliminowaniu szczotek elektrografitowych zyskał wiele zalet. Nawet tak prozaiczna rzecz jak brak konieczności ich wymiany przekłada się na komfort użytkowania. Nie wszystkie urządzenia posiadają szybki dostęp do szczotek. Zazwyczaj konieczne jest rozkręcenie obudowy urządzenia co dla osób niewprawionych w arkana napraw elektroniki może być nie lada wyzwaniem. Kolejną rzeczą jest często kłopot z dostępem do odpowiednich szczotek elektrografitowych – zwłaszcza w kilkuletnich urządzeniach, które zostały wycofane z oferty producenta. A w małych silnikach komutatorowych często producent nie przewidział ich wymiany co skutkuje koniecznością wymiany całej jednostki napędowej. Eliminacja szczotek węglowych to także większa trwałość i niezawodność względem silników szczotkowych. Na skutek ślizgania się szczotek po powierzchni komutatora i charakteru pracy użytkownika, szczotki mogą się nierównomiernie zużywać co przekłada się na pogłębienie zużycia komutatora i wirnika, skracając żywotność tych części. Ze względu na wyeliminowanie iskrzenia w urządzeniach z silnikiem beszczotkowym, ich wykorzystywane w środowiskach o podwyższonym ryzyku zapłonu jest mniej ryzykowne niż użycie narzędzi z silnikiem szczotkowym. Silniki bezszczotkowe osiągają mniejsze rozmiary co przekłada się na bardziej zwartą konstrukcję, lepiej dopasowaną do potrzeb użytkownika, a ograniczona ilość części skutkuje mniejszą awaryjnością niż w tradycyjnych silnikach szczotkowych.

Poprzez sterowany elektronicznie komutator możliwe jest uzyskanie dużej wydajności w szerokim zakresie prędkości obrotowych, a w razie dużego obciążenia łatwiej zachować parametry pracy niż w rozwiązaniach szczotkowych.

Dodatkowo zastosowanie silnika bezszczotkowego to cichsza praca i wyższa sprawność energetyczna. Wynika ona bowiem z faktu, że silniki bezszczotkowe mają mniejsze zapotrzebowanie na prąd niż ich szczotkowe odpowiedniki. W przypadku urządzeń zasilanych z akumulatora ma to przełożenie na czas pracy na jednym ładowaniu lub umożliwia zastosowanie mniejszej pojemności akumulatora bez utraty sprawności urządzenia. To w efekcie może przyczynić się do mniejszej wagi urządzenia.

Kolejną ważną zaletą jest lepsze odprowadzenie ciepła z silnika, dzięki czemu producent może stosować bardziej szczelne obudowy zwiększając indeks ochrony IP np. przed zwiększoną ilością wilgoci i większymi rozbryzgami wody. Zapewnia to również większą zdolność do długotrwałego obciążenia urządzenia, gdzie tradycyjny silnik szczotkowy może ulec uszkodzeniu na skutek przegrzania.

Jak rozpoznać, że urządzenie posiada silnik bezszczotkowy?

Przy standardowych produktach niestety będziemy zdani na siebie lub wiedzę sprzedawcy. To co powinno zwrócić naszą uwagę to bardziej szczelna, mniejsza obudowa oraz ewentualne dodatkowe oznaczenia na produkcie. DEDRA w swojej lini urządzeń z serii DEDRA SAS+ALL narzędzia zawierające silnik bezszczotkowy wyróżnia specjalną metalizowanym logiem oraz nadrukiem "brushless motor" daje to tym samym pewność, że kupujemy produkt o silniku bezszczotkowym.

Podsumowując, urządzenia wyposażone w silnik bezsczotkowy mają szereg licznych zalet wynikających z konstrukcji i typu zastosowanego silnika. Począwszy od większej wydajności, bezpieczeństwie pracy, po bezobsługowość wynikającą z faktu eliminacji części eksploatacyjnych jakimi są szczotki elektrografitowe. Zalety docenią wszyscy ci, którzy zawodowo wykorzystują urządzenia elektryczne. Jednakże majsterkowicze amatorzy również powinni mieć ten rodzaj narzędzi na uwadze, ponieważ komfort pracy narzędziem z silnikiem beszczotkowym jest dużo większy („większy zapas” mocy, bardziej kompaktowe rozmiary, brak iskrzenia, bezobsługowość).

Niestety podzespoły wymagane przy produkcji tego rodzaju silników nadal są stosunkowo drogie co przekłada się na ostateczną cenę produktu, a tym samym dostępność rozwiązania silnika indukcyjnego w oferowanych urządzeniach, nie mniej zalety wynikające z takiej konstrukcji silnika rekompensują jego wyższą cenę.