Silniki szczotkowe i bezszczotkowe – sprzątamy w temacie, czyli o co tu chodzi

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Czas czytania: 3 min.

Który wybrać w elektronarzędziach?

Każdy ekspert w dziedzinie mechaniki powinien rozumieć różnicę pomiędzy szczotkowymi i bezszczotkowymi silnikami prądu stałego. Silniki szczotkowe były kiedyś bardzo powszechne. Chociaż zostały one w dużej mierze zastąpione przez ich bezszczotkowe odpowiedniki, odpowiedni silnik prądu stałego każdego typu może sprawić, że projekt albo domowe elektronarzędzie będzie o wiele bardziej wydajne.

Silnik szczotkowy i bezszczotkowy - różnica

Silniki szczotkowe, czyli silniki komutatorowe

Szczotkowy silnik prądu stałego wykorzystuje konfigurację cewek z nawiniętego drutu, armaturę, działającą jako dwubiegunowy elektromagnes. Grafitowe szczotki zasilają komutator, czyli mechaniczny przełącznik obrotowy, i uzwojenia wirnika. Komutator odwraca kierunek prądu dwa razy na cykl. Składa się on z cylindra złożonego z wielu metalowych segmentów stykowych. Bez komutatora ani rusz!

Komutator silnika
Komutator.

Silniki bezszczotkowe

Silnik bezszczotkowy wykorzystuje magnes trwały jako wirnik zewnętrzny. Wykorzystuje trzy fazy cewek napędowych i wyspecjalizowany czujnik, który śledzi pozycję wirnika. A gdy czujnik śledzi pozycję wirnika, wysyła sygnały referencyjne do sterownika. Sterownik z kolei aktywuje cewki w uporządkowany sposób – jedna faza po drugiej. Główna różnica to brak komutatora i – tutaj niespodzianka – brak szczotek. Zamiast tego silnik bezszczotkowy posiada rotor przytwierdzony magnesami neodymowymi i stalowy korpus z uzwojeniem i kompletem łożysk. Wbudowuje się w nie czujniki Halla do zmiany sygnału wyjściowego – poprawnie zamontowany utrzyma wysoką dokładność i wydajność naszego urządzenia. 

Silnik szczotkowy czy bezszczotkowy - który wybrać?

Jakie są różnice pomiędzy silnikiem szczotkowym i bezszczotkowym? Znamy już te mechaniczne. Teraz przyjrzyjmy się im pod kątem użyteczności. 

Silniki szczotkowe

  • Niskie ogólne koszty budowy i eksplotacji,
  • Mogą być często przebudowywane w celu przedłużenia żywotności,
  • Prosty i niedrogi sterownik, który nie jest wymagany dla podtrzymania stałej prędkości, 
  • Idealny do ekstremalnych środowisk pracy.
Silniki bezszczotkowe
  • Rzadka konserwacja ogólna dzięki braku szczotek,
  • Efektywna praca przy wszystkich prędkościach i przy obciążeniu znamionowym,
  • Wysoka sprawność i wysoki stosunek mocy wyjściowej do wielkości,
  • Zmniejszony rozmiar przy znacznie lepszej charakterystyce termicznej;
  • Wyższy zakres prędkości i niższy poziom generowanego hałasu elektrycznego.
Silniki DC
Silniki bezszczotkowe BLDC
Sterownik silnika
Sterowniki silników BLDC

Wymiana na nowy zestaw szczotek w sercu naszego urządzenia, silniku, nie jest kosztowna i skomplikowana. Z drugiej strony stoi przed nami opcja droższa, ale bardziej niezawodna – silniki bezszczotkowe.  Część energii w ich pracy jest marnowana, ponieważ zamienia się w ciepło, a nagrzewanie się narzędzia to nic dobrego. Jeżeli zdecydujemy się na silnik bezszczotkowy, to pozostaje dobór któregoś spośród nich. Tu należy kierować się rodzajem pracy, do której planujemy silnik wykorzystać. Silniki bezszczotkowe sprawdzą się zwłaszcza w przemysłowych aplikacjach pozycjonowania i uruchamiania. 

W przypadku robotów montażowych bezszczotkowe silniki krokowe (działają trochę inaczej, choć faktem jest, że szczotek nie mają) lub serwo są wykorzystywane do pozycjonowania części do montażu lub narzędzia w procesie produkcyjnym takim jak spawanie lub malowanie. Silniki bezszczotkowe mogą być również stosowane do napędu siłowników liniowych. Zastosowań jest bardzo wiele. 

W kwestii wydajności po wymienieniu wszystkich zalet i wad nie ma wiele do dodania, kluczowa pozostaje wciąż cena. 

Gdzie stosuje się silniki szczotkowe i bezszczotkowe

Silnik bezszczotkowy zyskuje popularność względem szczotkowego. Oba silniki można znaleźć w szerokim zakresie zastosowań. Szczotkowe silniki DC są nadal często stosowane w urządzeniach gospodarstwa domowego i w samochodach. Utrzymują też silną niszę przemysłową ze względu na możliwość zmiany stosunku momentu obrotowego do prędkości obrotowej – to właściwość charakterystyczna wyłącznie dla silników szczotkowych.

Elektronarzędzia
Elektronarzędzia i akcesoria

Z tą popularnością trudno się dziwić. Silnik bezszczotkowy dłużej pracuje i zużywa mniej prądu. Rzadziej się psuje – nie ma szczotek, więc się nie zużywają. A to najczęstsza przyczyna uszkodzeń elektronarzędzi. Jest mniejszy i lżejszy od komutatorowych, i jednocześnie mocniejszy. Oferuje dzięki temu lepszy moment obrotowy. Jeżeli narzędzie posiada ten rodzaj silnika, to zwykle łatwo znaleźć na ten temat informację, a w przypadku silników szczotkowych wielu producentów zwyczajnie pomija tę wzmiankę.

Dzięki tej niezawodności i długowieczności bezszczotkowe silniki prądu stałego znalazły wiele zastosowań: produkcja, informatyka i wiele innych. Wykorzystują je pojazdy elektryczne nowej generacji i coraz liczniejsze elektronarzędzia nowszej generacji – wkrętarki, wiertarki, młotowiertarki. Spotykane są również w robotach, dronach i pojazdach RC, zarówno zabawkowych, amatorskich, jak i profesjonalnych. 

Podziel się:

Share on facebook
Share on linkedin
Share on twitter
Maciej Chmiel

Maciej Chmiel

Specjalista od Arduino i szeroko rozumianej elektroniki. Człowiek-orkiestra, dyżurny od wszystkiego - nie ma dla niego rzeczy niemożliwych, a czas ich realizacji jest zwykle prawie natychmiastowy. Po pracy miłośnik kreskówek z Pepe Panem Dziobakiem. Jego bezcenne memy wspomagają dział kreatywny.

Zobacz więcej:

Elektronika
Grzegorz Galuba

ESP32 – połączenie z czujnikiem temperatury DS18B20

Niewielkie rozmiary, ogromne możliwości komunikacji i przystępna cena. W tym poradniku połączymy moduł ESP32 z popularnym czujnikiem temperatury DS18B20, a dane z czujnika wyświetlimy na monitorze szeregowym oraz w przeglądarce.

Czytanie schematów elektrycznych
Kompendium
Anna Wieczorek

Jak czytać schematy elektryczne?

Czytać i odczytywać nie znaczy to samo – trochę jak z „patrzeć” i „widzieć”. Wprawny obserwator zawsze dostrzeże więcej niż laik. Jak czytać schematy elektryczne?

Elektronika
Oskar Pacelt

Buzzer, czyli brzęczyk. Po co i do czego?

Buzzery (brzęczyki) są dostępne w postaci pojedynczych elementów i modułów. Oferują szerokie możliwości montażowe i są obowiązkową pozycją dla każdego elektronika.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.