Бесщеточные шуруповерты: плюсы и минусы

Привычные всем аккумуляторные шуруповерты оснащены коллекторными электродвигателями с переключением тока в обмотках якоря при помощи щеток. Бесщеточные шуруповерты, в отличие от них, комплектуются бесколлекторными электродвигателями. Функции коллекторно-щеточного узла (КШУ) выполняются электронным узлом управления. Разница состоит в том, что он переключает ток в обмотках статора, а не ротора. Якорь же не имеет катушек. Для исключения из конструкции скользящих контактов его магнитное поле создается постоянными магнитами. Момент подачи тока в статорные обмотки определяется при помощи датчиков положения ротора (ДПР), которые работают на основе эффекта Холла.

Импульсы ДПР совместно с сигналом регулятора скорости вращения обрабатываются микропроцессором. Результатом обработки является формирование электрических импульсов, модулированных по ширине. Это так называемый сигнал ШИМ. Результирующая последовательность импульсов подается на усилители тока (инверторы). Их выходы связаны с обмотками статора. Инверторы, в соответствии с выходным сигналами микропроцессорного узла, коммутируют ток в катушках статора. Переменное магнитное поле, вызванное импульсами этого тока, взаимодействуя с постоянным магнитным полем ротора, приводит к вращению якоря.

Что такое бесщеточный двигатель?

На подавляющем большинстве шуруповертов установлены коллекторные электромоторы. Принцип действия следующий: переключение обмоток происходит механическим путем и в якорной цепи. Контакты – это коллектор, а электроток передается с помощью подпружиненных щеток.

  • Проверенная технология.
  • Дешевизна комплектующих.
  • Простота ремонта.
  • Большие потери тока на коллекторе, как следствие – низкий КПД.
  • Искрение, нагрев коллекторного узла.
  • Зависимость крутящего момента от оборотов.
  • Потеря мощности в режиме реверса.
  • Высокая степень износа.
  • Потеря оборотов при нагрузке.

При разработке бесколлекторного мотора стояла задача отказаться от механической коммутации электрического тока. В первую очередь, переключение обмоток перенесли с вращающегося якоря на неподвижный статор. Для этого на якоре обмотки заменили постоянными магнитами. Это немного не соответствует концепции электромотора, но никак не отражается на общей работоспособности.

После изменения конструкции, отпала необходимость в постоянной перекоммутации тока на коллекторе. Обмотки на статоре можно переключать с помощью электрической схемы.

В нужный момент, после определения углового положения ротора относительно статора, схема управления дает команду на включение необходимой группы обмоток. Для точного позиционирования якоря, на нем установлен датчик Холла (как на коленвале автомобильного мотора).

  • Можно добиться идеально точного позиционирования якоря.
  • Отсутствие механических потерь.
  • КПД бесщеточного шуруповерта приближается к 90%.
  • Ничего не искрит и не изнашивается механически.
  • Отсутствие искрения дает возможность работать электроинструментом в условиях пожароопасной пыли и высокой влажности.
  • Бесщеточный мотор более компактный и легкий, что важно для ручного инструмента.
  • При работе реверса не теряется мощность.
  • Перегрузки на предельной мощности не снижают ресурс двигателя.
  • Контроль за скоростью вращения: при изменении нагрузки обороты стабильные.
  • Прецизионная электронная регулировка оборотов.
  • Более сложная конструкция.
  • Высокая стоимость шуруповерта.

Если сравнивать преимущества и недостатки двух видов электродвигателей, в противовес высокой стоимости бесщеточного шуруповерта можно привести следующие аргументы:

  • Экономия при эксплуатации: меньшее потребление электроэнергии за счет высокого КПД.
  • Не потерь крутящего момента при регулировке оборотов.
  • Инструмент легкий и компактный.
  • Ресурс бесщеточных шуруповертов в разы выше.

Недостатки современного оборудования

  • Стоимость. Все современные беспроводные аналоги стандартных устройств стоят гораздо дороже. Также, из-за усовершенствованного механизма, цена бесщеточного шуруповерта увеличена. Однако высокая стоимость окупает эффективность работы, высокий КПД и удобство.
  • Размеры. Не смотря на небольшие габариты, есть модели, для использования которых необходимо приложить достаточно усилий. Тяжело работать на вытянутой руке, хотя такое требуется часто.
  • Сложная конструкция. Бесщеточный двигатель — это современная технология, которая пока что используется не всеми строителями. Многие пользователи не знают всех особенностей механизма, из-за чего может быть неправильная эксплуатация. Исправить поломку самостоятельно будет сложно. Коллекторные модели более знакомы строителям, многие привыкли работать только с ними.
  • Износ деталей. Не смотря на увеличенный срок службы, бесщеточный шуруповерт все равно подвержен поломкам. Самыми хрупкими деталями являются подшипники и редуктор. Как правило, их поломка становится причиной выхода из строя всего оборудования. Необходимо регулярно проводить обслуживание, чтобы избежать дополнительного ремонта.
  • Аккумулятор. Даже при большой емкости, аккумулятор рано или поздно разрядится. Рабочий должен постоянно контролировать уровень заряда, чтобы устройство было готово к длительному строительному процессу. Периодически придется заряжать устройство, если оно используется регулярно.

Безопасность

В процессе трения щеток о ротор очень часто образуются искры. В дешевых моделях они хорошо заметны даже при малых нагрузках. Большой опасности эти искры не представляют, но при работе рядом с легковоспламеняющимися веществами (например, при ремонте авто) бесколлекторный двигатель немного безопаснее. Если вы хотите перестраховаться, то лучше купить именно такой шуруповерт.

Итоги сравнения щеточного и бесщеточного двигателей

Если сравнивать инструменты с разными видами двигателей, то можно смело сказать, что техника с бесщеточным двигателем надежнее и мощнее. Но нужно учитывать тот факт, что ориентирована такая техника больше на профессиональные работы. В быту же и инструменты со щеточным двигателем отлично справятся со своими задачами. Потому перед покупкой инструмента заранее определите цели, для которых вы будете использовать инструменты.

В ассортименте компании WORX есть инструменты и со щеточными и с бесщеточными двигателями. Чтобы определить какой именно тип двигателя установлен в инструменте, обратите внимание на иллюстрацию в карточке товара — в бесщеточных моделях есть специальная пометка «BRUSHLESS MOTOR».

Выделяют следующие достоинства прибора:

  • Хорошая долговечность и прочность. Шуруповерты без щеток редко выходят из строя.
  • Низкий уровень шума. Инструмент практически не издает звуков во время работы благодаря отсутствию щеток.
  • Пожаробезопасность. При соблюдении правил эксплуатации вероятность возникновения пожара мала. Во время работы электродвигателя искры не образуются.
  • Хорошая автономность. Одного заряда аккумулятора хватает на несколько часов беспрерывной работы. Данный показатель достигается благодаря грамотному расходу энергии.
  • Маленький вес и габариты.
  • Можно отрегулировать частоту вращения под себя.

Купить шуруповерт с одним аккумулятором

Аккумулятор — одна из самых дорогостоящих деталей шуруповерта. Неудивительно, что у многих возникает мысль сэкономить, взяв модель с одним аккумулятором в комплекте.

На деле такая экономия обычно оборачивается потерянным временем: когда единственный аккумулятор садится в самый разгар работы, остается только ждать от одного до нескольких часов до его полной зарядки.

На что обратить внимание при выборе дрелей-шуруповертов?

Регулировка крутящего момента

Эта функция позволяет подстраивать крутящий момент под конкретные задачи. Например, для ввинчивания саморезов в плотную древесину нужен высокий крутящий момент, а для крепления гипсокартона — низкий, чтобы не повредить материал.

Отметим, что регулировка крутящего момента есть абсолютно во всех дрелях-шуруповертах, так как с помощью манжеты, собственно, и выставляется режим сверления. Разница в моделях может быть лишь в количестве положений. Если вам приходится работать с множеством разных по плотности материалов, стоит брать с большим количеством режимов, что даст возможность максимально точно настроить устройство. Если же нужен прибор покупается для банального домашнего ремонта, на количество можно не обращать внимание.

Читайте также  Как повесить жалюзи на окно

Ударный режим

В дрелях-шуруповертах ударный режим может иметь две разновидности: сверление с ударом и закручивание с ударом. При закручивании импульсный удар увеличивает силу, и саморез входит быстрее и глубже, даже если материал очень плотный. В режиме сверления удар увеличивает силу нажатия сверла, поэтому сверление металла и древесины происходит быстрее. Показательную работу ударного режима можно увидеть в мощной модели DeWALT DCD996P2, который способен сверлить в металле отверстия диаметром 15 мм, а в древесине до 55 мм.

Правда, ударный режим нужен не во всех работах. Например, для сборки мебели он применяется крайне редко, поэтому столярам он не понадобится. А вот для сверления межкомнатных стен он реально пригодится.

Тормоз двигателя

В некоторых устройствах есть механизм, тормозящий двигатель сразу после отключения кнопки питания. Благодаря этому патрон с насадкой останавливается практически мгновенно и устройство не приходится долгое время держать на весу. В особенности важно, чтобы этой функцией обладали тяжелые модели весом от 2 кг, так как при длительной работе такие «ожидания» остановки патрона могут сильно утомлять руку.

Предохранительная муфта

Предохранительная муфта встречается довольно редко, да и то только в аккумуляторных моделях. Например, она есть в Bosch GSR 18V-60, причем многоразового использования. Обратите внимание, что в некоторых моделях есть предохранительная муфта, но в характеристиках товара она указана как «электронная защита двигателя». Если для вас важна надежность работы устройства и долговечность двигателя, берите модель с предохранительной муфтой.

Бесщеточный двигатель

Еще его называют бесколлекторным двигателем. Главной особенностью такого двигателя является более высокое КПД в сравнении со щеточными, то есть более низкое энергопотребление при той же полезной мощности. Если для сетевых моделей энергопотребление не так важно, потому что всегда есть питание, то для аккумуляторных это весомый показатель. Устройства с бесщеточным двигателем потребляют меньше энергии, но выдают отличную мощность. Ярким представителем бесщеточных устройств является мощный немецкий дрель-шуруповерт AEG BSB 18CBL, который может сверлить не только металл и дерево, но и бетон.

Еще одним плюсом бесщеточных двигателей является отсутствие искрения, что полезно при работе в пожароопасных помещениях. Бесщеточными двигателями оснащаются недешевые модели, поэтому если у вас ограничен бюджет, то лучше присмотреться к моделям с коллекторным движком.

Какой шуруповерт лучше: 12 В, 18 В или 24 В?

Ассортимент аккумуляторных шуруповертов сейчас настолько большой, что в любой ценовой категории можно найти инструмент с хорошими техническими характеристиками. Но, сравнивая в каталоге параметры разных моделей, поневоле задумаешься о том, какой из шуруповертов лучше, и почему они комплектуются аккумуляторами с разным напряжением. Мы решили разобраться, как устроены батареи аккумуляторного инструмента, и в чем между ними разница.

Конструкция батарей аккумуляторного инструмента

Все аккумуляторные блоки, которые используются для питания ручного электроинструмента, устроены примерно одинаково. Внутри блока находится несколько стандартных элементов — так называемых «банок». Например, в литий-ионных батареях в качестве элементов используются «банки» стандарта 18650 с номинальным напряжением 3.6 В и высокой токоотдачей, а в никель-кадмиевых — элементы напряжением 1.2 В.

Конструкция современной батареи для аккумуляторного инструмента.

Изменяя количество элементов и способ их соединения между собой (последовательно или параллельно), можно получить батареи с разными характеристиками. Они будут отличаться по рабочему напряжению (на практике используются блоки напряжением от 10.8 В до 24 В) и емкости (аккумуляторы ручного электроинструмента имеют емкость от 1 Ач до 12 Ач). Некоторые производители (например, DeWALT) даже выпускают преобразуемые аккумуляторные системы, у которых порядок соединения «банок» через клеммы автоматически меняется в зависимости от того, к какому инструменту подключена батарея: 18-вольтовому или 54-вольтовому.

Способы соединения «банок» в аккумуляторах на примере батарей DeWALT Flexvolt.

Зависимость между напряжением и мощностью шуруповерта: есть или нет?

Из курса электротехники известно, что мощность электродвигателя прямо пропорциональна напряжению, которое подается на обмотки. Из этого можно сделать вывод, что чем больше вольт в аккумуляторе — тем мощнее шуруповерт. Правда ли это? Между голой теорией и практикой лежит целая пропасть. На деле на мощность аккумуляторного инструмента также влияют:

  • ток разряда — дешевые высокотоковые «банки» отдают до 15 А, а токоотдача элементов, из которых состоят батареи качественных шуруповертов, достигает 25 – 30 ампер, необходимых для того, чтобы закрутить саморез до упора или сорвать прикипевшую гайку;
  • конструкция редуктора — передаточное число редукторного механизма и прочность шестеренок, которые находятся внутри него, определяют, сможет ли инструмент развивать большой крутящий момент и справляться с задачами, требующими значительных усилий;
  • качество двигателя — хорошие моторы, способные без повреждения выдержать большие токи и нагрузки, стоят значительно дороже, чем простенькие электромоторчики из дешевых шуруповертов;
  • настройки электроники — плата управляющей электроники, которая регулирует токоотдачу, защищает двигатель от перегрузок и не допускает чрезмерного нагрева элементов батареи, накладывает ограничения на возможности инструмента.

Учитывая сказанное выше, несложно сделать вывод, что напряжение аккумуляторного блока — это далеко не единственный фактор, влияющий на отдаваемую мощность электроинструмента. Поэтому нередко случается, что «брендовый» 12-вольтовый шуруповерт на практике оказывается значительно более мощным и полезным в работе, чем дешевый 18-вольтовый «китаец».

Шуруповерт Makita DF330DWE и его китайский клон идентичны по напряжению и конструкции, но существенно отличаются по цене и характеристикам.

Классы шуруповертов по напряжению аккумулятора

После небольшого экскурса в конструкцию батарей и основы электротехники самое время рассмотреть поподробнее аккумуляторные шуруповерты. Они комплектуются батареями с напряжением:

  • 10.8 В (12 В) — инструмент данного класса отличается компактными размерами и малым весом за счет небольших батарей. Он используется преимущественно для монтажных и сборочных работ;
  • 14.4 В — это промежуточный класс, который занимает место между компактным инструментом и высокопроизводительными моделями. Подобные шуруповерты выпускают всего несколько производителей;
  • 18 В (20 В) — это самый массовый сегмент, здесь огромный выбор моделей с разными параметрами и характеристиками. Шуруповерты данного класса пользуются наибольшим спросом, потому что они универсальнее остальных;
  • 24 В — моделей с аккумуляторными блоками такого напряжения пока немного, несмотря на то, что увеличенный вольтаж позволяет улучшить характеристики инструмента.

Отдельно стоит сказать о разнице в методах измерения напряжения. Японские и европейские производители, руководствуясь правилами EPTA (European Power Tools Association), указывают номинальное напряжение, а американские — напряжение полного заряда. Поэтому один и тот же инструмент в Европе получает маркировку «10.8 В», а за океаном — «12 В». То же касается шуруповертов с батареями на 18 В и 20 В — это инструмент одного класса, просто напряжение измерено разными способами.

Влияние напряжения батареи на другие характеристики шуруповерта

Все параметры аккумуляторного инструмента «увязаны» между собой. Чем больше напряжение и емкость батареи — тем больше ее вес и размеры. К примеру, батарея 10.8-вольтового шуруповерта может состоять всего из трех литий-ионных «банок» по 3.6 В каждая, а для 18-вольтового аккумулятора их нужно как минимум пять (на практике «банок» внутри батареи обычно больше ради увеличения ее емкости). К тому же, повышенное напряжение требует более мощного электродвигателя и более массивного редуктора, а это также приводит к увеличению веса и размеров инструмента. Поэтому для работы в ограниченном пространстве или над головой стоит купить шуруповерт с батареей на 10.8 В, потому что он будет более компактным и легким. А 18-вольтовые модели лучше брать тем, у кого на рабочем месте достаточно пространства для использования более крупного инструмента.

Читайте также  Унитаз для уличного туалета
Разница в размерах между 18-вольтовыми батареями Bosch емкостью 4 Ач, 8 Ач и 12 Ач.

Есть и другие нюансы, которые следует учитывать при выборе шуруповерта. Например, большое значение имеет конструкция двигателя. Современные инструменты с бесщеточными двигателями даже при напряжении 10.8 В имеют больше мощности и крутящего момента, чем многие 18-вольтовые модели с обычными коллекторными моторами, благодаря уменьшенному энергопотреблению и меньшим потерям на трение и нагрев.

Совместимость батарей с другими видами инструмента

Стоимость батареи (особенно, если речь об аккумуляторных блоках большой емкости) нередко достигает половины цены самого инструмента. Поэтому стоит сразу же задуматься о том, как выбрать шуруповерт таким образом, чтобы впоследствии экономить на аккумуляторах.

К счастью, производители электроинструмента уже позаботились об этом. Многие из них вокруг одного типа аккумулятора строят целую «экосистему» из разных видов инструмента. То есть, одна и та же батарея может подходить к шуруповерту, дрели, шлифовальной машине, электролобзику, реноватору и другим устройствам. Некоторые фирмы выпускают даже мощные перфораторы, бетонорезы, газонокосилки и электровелосипеды, работающие на одном, двух или трех стандартных аккумуляторах от шуруповерта. У Milwaukee, например, «экосистема» 18-вольтового инструмента состоит из более чем 200 моделей.

Более 200 моделей инструмента и садовой техники Milwaukee могут работать от одной и той же батареи 18 В.

Выводы

Невозможно однозначно ответить на вопрос о том, какой шуруповерт лучше: на 12 В, 18 В или 24 В. Каждый из них — это некий компромисс между мощностью, временем работы на одной зарядке, размерами и весом. Хотя 18-вольтовые модели самые популярные, не всегда есть смысл переплачивать за них. Лучше выбирать инструмент исходя из того, какие работы вы будете выполнять с его помощью. Шуруповерт — ваш основной помощник, и вы работаете день напролет? В таком случае, стоит купить качественную 18-вольтовую модель с емким аккумулятором и запасной батареей. Используете шуруповерт в качестве вспомогательного инструмента для отдельных операций, не требующих особой мощности? Тогда недорогое 12-вольтовое устройство от какого-нибудь бюджетного бренда будет в самый раз.