Характеристики, достоинства и недостатки бесщёточных шуруповёртов

Бесколлекторные электромоторы существуют достаточно давно, первые серийные модели появились в 60-чх годах прошлого столетия. Но вплоть до начала нового тысячелетия это были исключительно промышленные модели, используемые в самых разных областях.

Но всё изменилось в 2004 году, когда компания Makita представила образец бесщёточной дрели. Спустя несколько лет появились серийные бесщёточные шуруповёрты от другого популярного производителя бытового инструмента, компании Festool, а сегодня такой инструмент с бесколлекторным электродвигателем имеется в линейках всех более-менее известных производителей бытовой техники.

Насколько хороши шуруповёрты с бесщёточными двигателями? По этому поводу существует немало мнений, зачастую совершенно необоснованных, так что попробуем внести ясность в этот вопрос.

Конструктивные особенности и принцип функционирования бытовых электромоторов

Рассмотрим устройство и принцип работы мотора коллекторного и бесщёточного шуруповёрта.

Для начала разберёмся в конструкции классического коллекторного электродвигателя. Он состоит из следующих крупных узлов:

• неподвижного статора, представляющего собой стальной цилиндр с обмотками, выступающими в качестве электромагнитов, индуцирующих магнитный поток. Как вариант может использоваться кольцо, состоящее из постоянных магнитов;
• вращающегося ротора, выполненного в виде барабана с сердечником, изготовленным из специального ферромагнитного сплава, с обмоткой в пазах сердечника;
• коллектора, состоящего из изолированных проводящих пластинок (как правило, медных), число которых соответствует количеству секций сердечника ротора;
• графитовых щёток, обеспечивающих скользящий контакт с коллектором.

При подключении мотора к источнику питания ток поступает на щётки, откуда передаётся на обмотку якоря, генерируя переменное магнитное поле. В результате взаимодействия двух магнитных полей возникает электродвижущая сила, приводящая в движение ротор. Одного импульса для получения стабильного вращения недостаточно, но вместе с валом вращается и коллектор, а подпружиненные щётки «перескакивают» на другую контактную площадку коллектора, обеспечивая непрерывную подачу тока на якорь.

Таким образом, коллектор вместе со щёточным узлом можно назвать одним из основных узлов электродвигателя, отвечающим за преобразование постоянного тока в переменный, необходимый для создания ЭДС. Его же можно использовать в качестве датчика оборотов вала мотора.

Конструкция коллекторного электродвигателя относительно простая, но именно коллекторно-щёточный узел является тем «бутылочным горлышком», которое требует повышенного к себе внимания из-за быстрого износа щёток в результате постоянного трения на высоких скоростях.

Второй негативный момент – нагрев двигателя из-за того же трения. Наконец, нельзя сбрасывать со счетов и такое негативное явление, как искрение контактов.

А теперь рассмотрим, как устроен и работает бесщёточный (другие распространённые названия – бесколлекторный, вентильный) двигатель.

Физика у них та же: взаимодействие магнитных полей, но конструкция изменена: постоянные магниты перенесены на ротор, что позволяет запитывать статор напрямую, без использования щёточного узла.

У классического электромотора изменение направления тока происходит в результате запитывания разных контактных площадок коллектора с помощью щёток, то есть механически. У двигателя вентильного типа эта функция обеспечивается электроникой, считывающей сигнал от датчика, измеряющего угол поворота вала ротора. Датчики бывают разного типа (магнитные, оптические, самый распространённый вариант – датчики Холла), но главное, что электронный узел умеет определять, в какой момент следует переключить полюса для изменения направления протекания тока.

Это означает, что в бесщёточном шуруповёрте отсутствует коллектор, то есть трение как таковое присутствует только в подшипниках, что существенно увеличивает КПД мотора.

Преимущества и недостатки бесщёточных шуруповёртов

Итак, опишем, что же даёт отсутствие щёточно-коллекторного узла:

• электронный блок занимает меньше места, чем коллектор со щётками, что позволяет уменьшить габариты и вес электромотора;
• из-за отсутствия механического износа срок эксплуатации моторов бесколлекторных шуруповёртов выше, к тому же они лучше защищены от попадания внутрь конструкции абразивной пыли;
• трение здесь практически отсутствует, поэтому такое явление, как перегрев мотора, случается очень редко;
• в отличие от щёточного шуруповёрта, у бесщёточного гораздо выше энергоэффективность: 80-90% против 65-75%, поскольку отсутствует потери на коллекторно-щёточном узле;
• такой мотор не искрит, что позволяет использовать бесколлекторные шуруповёрты при работе в условиях повышенной взрыво- и пожароопасности;
• увеличение КПД позволяет повысить мощность шуруповёрта, добиться более гибкого управления параметрами его работы, в случае с аккумуляторными разновидностями – увеличить время автономной работы на 25-50%;
• бесщёточный шуруповёрт надёжнее коллекторного аналога за счёт отсутствия трения в паре коллектор-щётка, он лучше защищён от проникновения абразивной пыли и намного более приспособлен к кратковременным перегрузкам, что для шуруповёрта особенно важно;
• отсутствует необходимость в регулярной диагностике и замене щёток;
• наконец, шуруповёрт с мотором вентильного типа работает намного тише, в нем практически отсутствует вибрация, возникающая при взаимодействии щёток и коллектора.

Если плюсов у бесщёточного шуруповёрта много, то минус, и достаточно существенный, только один – высокая стоимость такого инструмента.

Почему бесколлекторные шуруповёрты такие дорогие

Разница в стоимости при относительном равенстве других показателей объясняется следующими факторами:

• чтобы обеспечить ротору компактные размеры, приходится использовать мощные, но дорогие неодимовые магниты, при изготовлении которых применяются дефицитные и потому дорогие редкоземельные элементы, да и сама технология их спекания недешёвая;
• дорогостоящими компонентами являются и датчики, к которым предъявляются повышенные требования относительно точности срабатывания и надёжности, ведь синхронизация переключений направления движения тока должна производиться на огромных скоростях;
• большая разница в стоимости бесщёточного шуруповёрта по сравнению с щёточным объясняется также необходимостью использования более совершенного электронного блока. Он построен на базе специализированного микропроцессора, способного менять режимы работы в зависимости от состояния целого ряда текущих параметров шуруповёрта.

Совокупность указанных факторов и является объяснением того, почему бесколлекторные инструменты такие дорогие. Кстати, их ремонт тоже может влететь «в копеечку», поскольку при выходе из строя электроники или якоря они подлежат замене.

Какой шуруповёрт выбрать: щёточный или бесщёточный

Итак, вы выяснили, что инструмент с бесколлекторным двигателем имеет целый спектр преимуществ над классическим. Так что вам в любом случае предстоит решать дилемму, какой шуруповёрт лучше: дорогой бесщёточный или менее долговечный щёточный.

Отметим, что целесообразность приобретения устройства с вентильным типом мотора очевидна далеко не во всех случаях.

Если вы планируете работать с профессиональным аккумуляторным шуруповёртом, лучше отдать предпочтение бесщёточному инструменту. В этом случае разница в стоимости окупится достаточно быстро: при больших объёмах работ коллекторные шуруповёрты быстрее выходят из строя, плюс у них меньше срок службы аккумулятора, а он тоже стоит немало.

Для тех, кто будет использовать шуруповёрт от случая к случаю, переплачивать за более продвинутый двигатель вряд ли имеет смысл, поскольку без частых и высоких нагрузок инструмент прослужит столь же долго, сколько и бесколлекторный. То есть разница в стоимости, причём существенная, может оказаться просто выброшенными на ветер деньгами.

Мини-рейтинг бесщёточных шуруповёртов

Если вы для себя уже решили вопрос, стоит ли приобретать инструмент с бесщёточным двигателем, причём положительным образом, предлагаем вашему вниманию краткий обзор лучших моделей таких шуруповёртов.

DeWALT DCD701D2 Li-Ion

Шуруповёрт, который можно использовать и в качестве дрели, оснащён 12-вольтной литий-ионной батареей, быстрозажимным патроном и переключателем скоростных режимов. Обладая достаточно высоким крутящим моментом, инструмент пользуется немалой популярностью у профессиональных строителей.

Максимальная скорость вращения вала составляет 1500 об/минуту, диаметр патрона – 1 см, что позволяет сверлить отверстия в металле (диаметром до 1- мм) или дереве (до 20 мм).

Достоинства модели:

• удобная рукоятка;
• индикатор состояния аккумулятора;
• тормоз электромотора;
• высококачественный прочный пластик;
• простая замена оснастки.

В качестве недостатка пользователи указывают на отсутствие магнитного держателя.

Makita DDF485Z

Аккумуляторная безударная дрель-шуруповёрт от известного бренда также оснащена аккумулятором Li-Ion и прочным металлическим редуктором, позволяющим выбирать один из двух скоростных режимов работы (максимальный – 1900 об/минуту).

Преимущества шуруповёрта:

• высокая производительность;
• защита от перегрева и перегрузки;
• эргономичность рукоятки;
• прочность и износостойкость;
• наличие реверса.

Стоит такой инструмент дороже, что и не позволило ему занять первую строчку рейтинга.

BOSCH GSR 12V-30

Ещё одна профессиональная модель безударного шуруповёрта с функцией сверления, быстрозажимным патроном и литий-ионным аккумулятором. Двухскоростной редуктор позволяет работать на скоростях до 1600 об/минуту.

В числе достоинств модели можно отметить:

• наличие предохранительной муфты;
• высокое значение мощности и крутящего момента;
• защита от перегрузки мотора;
• светодиодная подсветка;
• эргономичная прорезиненная рукоять;
• плавная регулировка.

Но есть и минусы, в числе которых не лучшая развесовка инструмента, а также возможность перегрева батареи.

DeWALT DCD791D2

Замыкает наш топ-4 модель, которая также не имеет ударной функции, но зато обладает самой высокой скоростью вращения – до 2000 об/минуту. Наличие двухскоростного редуктора, функции сверления, быстрозажимного патрона и светодиодной подсветки делают этот инструмент весьма желанным для строителей.

Плюсы модели:

• эргономичная ручка;
• металлический патрон;
• высокий крутящий момент.

Владельцы инструмента отмечают появление люфта у патрона, что сказывается на качестве фиксации оснастки.

Мы рассказали вам о том, что из себя представляют бесщёточные шуруповёрты, какие их основные преимущества и недостатки и какую модель выбрать в огромном ассортименте. А дальше уже дело за вами.