Durante varios años, hemos estado viendo que los motores sin escobillas comienzan a dominar la unidad de herramientas inalámbricas en la industria de herramientas profesionales. Esto es genial, pero ¿cuál es el gran problema? ¿Es realmente importante siempre que pueda conducir ese tornillo de madera? um, sí. Hay diferencias y efectos significativos cuando se trata de motores cepillados y motores sin escobillas.
Antes de profundizar en el cepillo de dos pies y los motores sin escobillas, primero comprendamos el conocimiento básico del principio de trabajo real de los motores DC. Cuando se trata de motores de conducción, todo está relacionado con imanes. Los imanes cargados opuestos se atraen entre sí. La idea básica de un motor de CC es mantener la carga eléctrica opuesta de la parte giratoria (rotor) atraída por el imán inamovible (estator) frente a él, por lo tanto, tirando continuamente hacia adelante. Es un poco como poner una dona de mantequilla de Boston en un palo frente a mí cuando corro, ¡seguiré tratando de agarrarlo!
La pregunta es cómo mantener las donas en movimiento. No hay una manera fácil de hacerlo. Comienza con un conjunto de imanes permanentes (imanes permanentes). Un conjunto de electromagnets cambia de carga (inversión de polaridad) a medida que giran, por lo que siempre hay un imán permanente con la carga opuesta que puede moverse. Además, la carga similar experimentada por la bobina electromagnética a medida que cambia alejará la bobina. Cuando miramos motores cepillados y motores sin escobillas, cómo el electroimán cambia la polaridad es la clave.
En un motor cepillado, hay cuatro componentes básicos: imanes permanentes, armadura, anillos de conmutación y cepillos. El imán permanente constituye el exterior del mecanismo y no se mueve (estator). Uno se carga positivamente y el otro se carga negativamente, creando un campo magnético permanente.
La armadura es una bobina o una serie de bobinas que se convierten en un electroimán cuando se energiza. Esta es también la parte giratoria (rotor), generalmente hecha de cobre, pero también se puede usar aluminio.
El anillo del conmutador se fija en la bobina de armadura en dos (configuración de 2 polos), cuatro (configuración de 4 polos) o más componentes. Rotan con la armadura. Finalmente, los cepillos de carbono permanecen en su lugar y transfieren la carga a cada conmutador.
Una vez que la armadura se energiza, la bobina cargada se tirará hacia el imán permanente con carga opuesta. Cuando el anillo del conmutador sobre él también gira, se mueve de la conexión de un cepillo de carbono a la siguiente. Cuando llegue al siguiente cepillo, recibirá una inversión de polaridad y ahora se siente atraído por otro imán permanente mientras se repele por el mismo tipo de carga eléctrica. Tangiblemente, cuando el conmutador alcanza el cepillo negativo, ahora se siente atraído por el imán permanente positivo. El conmutador llega a tiempo para formar una conexión con el cepillo de electrodo positivo y seguir al imán permanente negativo. Los pinceles están en pares, por lo que la bobina positiva se tirará hacia el imán negativo, y la bobina negativa se tirará hacia el imán positivo al mismo tiempo.
Es como si fuera una bobina de armadura que persigue una rosquilla de mantequilla de Boston. Me acerqué, pero luego cambié de opinión y busqué un batido más saludable (mi polaridad o deseo cambió). Después de todo, las donas son ricas en calorías y grasas. Ahora estoy persiguiendo batidos mientras me alejan de Boston Cream. Cuando llegué allí, me di cuenta de que las donas son mucho mejores que los batidos. Mientras apriete el gatillo, cada vez que llegue al próximo pincel, cambiaré de opinión y al mismo tiempo perseguiré los objetos que me gustan en un círculo frenético. Es la aplicación final para el TDAH. Además, hay dos de nosotros allí, por lo que Boston Butter Donuts y batidos siempre son perseguidos con entusiasmo por uno de nosotros, pero indecisos.
En un motor sin escobillas, pierde el conmutador y los pinceles y obtiene un controlador electrónico. El imán permanente ahora actúa como un rotor y gira dentro, mientras que el estator ahora está compuesto por una bobina electromagnética fija externa. El controlador suministra energía a cada bobina en función de la carga requerida para atraer el imán permanente.
Además de las cargas móviles electrónicamente, el controlador también puede proporcionar cargas similares para contrarrestar los imanes permanentes. Dado que las cargas del mismo tipo son opuestas entre sí, esto empuja el imán permanente. Ahora el rotor se mueve debido a las fuerzas de tracción y empuje.
En este caso, los imanes permanentes se están moviendo, por lo que ahora son mi compañero y yo. Ya no cambiamos la idea de lo que queremos. En cambio, sabíamos que quería donas de mantequilla de Boston, y mi pareja quería batidos.
Los controladores electrónicos permiten que nuestros respectivos placeres de desayuno se muevan frente a nosotros, y hemos estado persiguiendo las mismas cosas todo el tiempo. El controlador también pone las cosas que no queremos que proporcionen empuje.
Los motores de CC cepillados son relativamente simples y baratos para fabricar piezas (aunque el cobre no se ha vuelto más barato). Dado que un motor sin escobillas requiere un comunicador electrónico, en realidad está comenzando a construir una computadora en una herramienta inalámbrica. Esta es la razón para aumentar el costo de los motores sin escobillas.
Debido a las razones de diseño, los motores sin escobillas tienen muchas ventajas sobre los motores cepillados. La mayoría de ellos están relacionados con la pérdida de cepillos y conmutadores. Dado que el pincel debe estar en contacto con el conmutador para transferir la carga, también causa fricción. La fricción reduce la velocidad alcanzable y al mismo tiempo genera calor. Es como andar en bicicleta con frenos ligeros. Si sus piernas usan la misma fuerza, su velocidad se ralentizará. Por el contrario, si desea mantener la velocidad, debe obtener más energía de sus piernas. También calentará las llantas debido al calor de fricción. Esto significa que, en comparación con los motores cepillados, los motores sin escobillas funcionan a una temperatura más baja. Esto les da una mayor eficiencia, por lo que convierten más energía eléctrica en energía eléctrica.
Los cepillos de carbono también se desgastarán con el tiempo. Esto es lo que causa chispas dentro de algunas herramientas. Para mantener la herramienta en funcionamiento, el pincel debe ser reemplazado de vez en cuando. Los motores sin escobillas no requieren este tipo de mantenimiento.
Aunque los motores sin escobillas requieren controladores electrónicos, la combinación de rotor/estator es más compacta. Esto conduce a oportunidades de peso más ligero y un tamaño más compacto. Es por eso que vemos muchas herramientas como el controlador de impacto Makita XDT16 con diseño ultra compacto y potente potencia.
Parece haber un malentendido sobre los motores y el par sin escobillas. El diseño del motor cepillado o sin escobillas en sí no indica realmente la magnitud del par. Por ejemplo, el par real del primer taladro de martillo de combustible Milwaukee M18 fue más pequeño que el modelo cepillado anterior.
Sin embargo, al final, el fabricante se dio cuenta de algunas cosas muy críticas. La electrónica utilizada en motores sin escobillas puede proporcionar más potencia a estos motores cuando sea necesario.
Dado que los motores sin escobillas ahora usan control electrónico avanzado, pueden sentir cuando comienzan a desacelerar bajo carga. Mientras la batería y el motor estén dentro del rango de especificación de temperatura, la electrónica del motor sin escobillas puede solicitar y recibir más corriente del paquete de baterías. Esto permite que herramientas como ejercicios sin escobillas y sierras mantengan velocidades más altas bajo carga. Esto los hace más rápido. Por lo general, es mucho más rápido. Algunos ejemplos de esto incluyen Milwaukee Redlink Plus, Makita Lxt Advantage y Dewalt realizan y protegen.
Estas tecnologías integran a la perfección los motores, las baterías y la electrónica de la herramienta en un sistema cohesivo para lograr un rendimiento y tiempo de ejecución óptimos.
La conmutación, cambie la polaridad de la carga, deje el motor sin escobillas y manténgalo girando. A continuación, debe controlar la velocidad y el torque. La velocidad se puede controlar cambiando el voltaje del estator del motor BLDC. La modulación del voltaje a una frecuencia más alta le permite controlar la velocidad del motor en mayor medida.
Para controlar el par, cuando la carga de torque del motor se eleva por encima de cierto nivel, puede reducir el voltaje del estator. Por supuesto, esto introduce requisitos clave: monitoreo del motor y sensores.
Los sensores de efecto hall proporcionan una forma económica de detectar la posición del rotor. También pueden detectar la velocidad por el tiempo y la frecuencia de la conmutación del sensor de tiempo.
Nota del editor: consulte nuestro artículo de Motor sin escobillas sin sensor para aprender cómo la tecnología de motor BLDC avanzada cambia las herramientas eléctricas.
La combinación de estos beneficios tiene otro efecto, una vida útil más larga. Aunque la garantía de motores (y herramientas) sin escobillas y cepillados dentro de la marca suele ser la misma, puede esperar una vida más larga para los modelos sin escobillas. Esto generalmente puede pasar varios años más allá del período de garantía.
¿Recuerdas cuando dije que los controladores electrónicos están construyendo computadoras en tus herramientas? Los motores sin escobillas también son el punto de avance para las herramientas inteligentes para impactar a la industria. Sin la dependencia de los motores sin escobillas en la comunicación electrónica, la tecnología de un botón de Milwaukee no funcionaría.
En el reloj, Kenny explora profundamente las limitaciones prácticas de varias herramientas y compara las diferencias. Después de salir del trabajo, su fe y amor por su familia es su máxima prioridad. Por lo general, estarás en la cocina, montarás una bicicleta (él es un triatlón) o sacará a la gente para un día pescando en Tampa Bay.
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Gracias por la explicación. Esto es algo que me he estado preguntando durante mucho tiempo, ya que la mayoría de las personas están a favor de los sin escobillas (al menos se usan como argumento para herramientas eléctricas y drones más caros).
Quiero saber: ¿El controlador también siente la velocidad? ¿No tiene que hacerse para sincronizar? ¿Tiene elementos de pasillo que sienten (girar) imanes?
No todos los motores sin escobillas son mejores que todos los motores cepillados. Quiero ver cómo la duración de la batería de Gen 5X se compara con su predecesor X4 bajo cargas moderadas a pesadas. En cualquier caso, los cepillos casi nunca son un factor que limita la vida. La velocidad del motor original de las herramientas inalámbricas es de aproximadamente 20,000 a 25,000. Y a través del conjunto de engranajes planetarios lubricados, la reducción es de aproximadamente 12: 1 en la marcha alta y aproximadamente 48: 1 en la marcha baja. El mecanismo de activación y los cojinetes del rotor del motor que admiten el rotor de 25,000 rpm en la corriente de aire polvoriento suelen ser puntos débiles
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Tiempo de publicación: agosto-31-2021