Nejste přihlášen
Přihlášení Registrace

Jaký motor je ve vašem nářadí?

V posledním desetiletí nastaly významné změny v elektromotorech montovaných do elektrických nářadí. Co nám přinesly?

O svém automobilu zřejmě víme, jaký má motor, jaké palivo (nebo jiný druh energie) potřebujeme doplňovat, kde a jak často kontrolujeme olej, kapalinu do ostřikovače nebo nemrznoucí směs.

Tak jako nemusíme být automechaniky, když vlastníme automobil, nemusíme být ani elektrotechniky, když pracujeme s nářadím. Základní vědomosti o elektromotoru, jako nejdražší části elektrického nářadí, nám však mohou ušetřit spoustu peněz. Proto je dobré vědět i o svém nářadí, jaký motor jej pohání a co můžeme pro jeho dlouhou životnost udělat.

Elektromotory montované do elektrických nářadí využívají silových účinků magnetického pole a fungují jako točivé elektrické stroje. To znamená, že všechno to, co je „za“ motorem, je vlastně „úprava“ otáčivého pohybu rotoru na další „úkony“ prostřednictvím různých přídavných mechanismů. Většinou se jedná o převodovku, klikový mechanismus a podobně.

Stator a rotor

Motory elektrických nářadí mají nepohyblivý stator, který je vnější částí motoru. Rotor (někdy nazývaný kotva) tvoří vnitřní část motoru, je pohyblivý (otáčí se) a je uložen na ložiscích. Mezi nimi je vzduchová mezera.

Stator i rotor mohou (ale nemusí) mít vinutí. V některých případech se namísto vinutí - pólů s cívkami - používají permanentní magnety. Na obr. 1. vidíme všechny možnosti, se kterými se dnes můžeme v souvislosti s motory elektrických ručních nářadí setkat - zleva - stator z cívek, stator jako permanentní magnet, rotor z cívek a rotor jako permanentní magnet.

Obr. 1. Statory a rotory v motorech elektrických ručních nářadí

Obr. 1. Statory a rotory v motorech elektrických ručních nářadí

Druhy motorů elektrických nářadí

Standardně se elektromotory dělí v první řadě podle typu napájení na stejnosměrné a střídavé. Tyto se dále dělí podle konstrukce, principu práce nebo i účelu použití. Je jich dost, ale v souvislosti s elektrickým ručním nářadím toto dělení ani není nutné.

Při dnešním trendu, jakým se ubírá vývoj malých motorů elektrických nářadí, je nejpraktičtějším jejich rozdělení na kartáčové (uhlíkové) a bezkartáčové (bezuhlíkové). Tyto si pak můžeme rozdělit podle typu napájení na stejnosměrné (z akumulátoru) a střídavé (ze síťové zásuvky).

Obr. 2. Druhy motorů elektrických nářadí

Obr. 2. Druhy motorů elektrických nářadí

Komutátorové motory

Kartáčový (uhlíkový) motor využívá mechanickou komutaci – když motor pracuje, magnetický pól se nepohybuje a otáčí se cívka.

Obr. 3. Komutátor (1), kluzný kontakt (2) a uhlíkový kartáč (3) v komutátorovém motoru

Obr. 3. Komutátor (1), kluzný kontakt (2) a uhlíkový kartáč (3) v komutátorovém motoru

Nutnou podmínkou pro bezvadnou činnost komutátorového motoru je precizní proces komutace – změny směru proudu komutující cívky. Tato změna probíhá na kluzném kontaktu mezi kartáčem a komutátorem (obr. 3).

Právě mechanická komutace, kluzný kontakt a uhlíkové kartáče jsou nejproblematičtějším článkem komutátorových motorů.

Když jsou tedy v motoru nářadí uhlíkové kartáče, jedná se o komutátorový motor. Nacházíme se „v té lehčí“ - levé polovině tabulky na obr. 2. Uhlíkové kartáče najdeme ve střídavých i stejnosměrných motorech.

Rotor tvoří kotva (rotor s komutátorem) zapojená v sérii se statorem, proto se někdy nazývá sériový komutátorový motor. Často je označován také jako univerzální motor, protože vinutí jsou v zásadě stejná pro střídavé i stejnosměrné napájení.

 

U komutátorových motorů na střídavý proud je stator složen z navzájem odizolovaných statorových plechů a vinutí, statory motorů na stejnosměrný proud jsou tvořeny permanentním magnetem (obr. 4).

Názvy komutátorový, sériový komutátorový, univerzální motor v souvislosti s elektrickým ručním nářadím vyjadřují tentýž motor. No a přidejme k tomu ještě často používaný nepřesný název: uhlíkový nebo kartáčový motor. A stále jsme u téhož motoru.

Komutátorový motor má svoji dlouhou historii a za desetiletí přispěl tak velkým podílem k motorizaci našeho okolí, že si to mnohdy ani neuvědomujeme. Za toto období prošel značnými vylepšeními a můžeme o něm směle říci, že je „vymakaný“.

Obr. 4. Stator střídavého (1) a stejnosměrného (2) komutátorového motoru

Obr. 4. Stator střídavého (1) a stejnosměrného (2) komutátorového motoru

Je (zatím) nejběžnějším a nejrozšířenějším motorem, používaným v elektrických ručních nářadích napájených z elektrické sítě. Jedná se o vysokootáčkový motor. V režimu bez zatížení je schopen generovat 25 až 30 tisíc ot/min.

I když se nad jeho budoucností „smráká“, v některých aplikacích si bude ještě dlouho držet svoji pozici, a to zejména ve verzi pro střídavé napájení.

Nejrozšířenějším byl donedávna i při napájení z akumulátoru, tedy ze zdroje stejnosměrné energie. Donedávna proto, že se (zejména) u stejnosměrných motorů v posledních letech změnil trend – o příčinách si povíme v některém z dalších článků.

Jaký motor je v nářadí, které zrovna držíme v ruce?

Ještě před několika lety jste si mohli být naprosto jisti, že Vaše nářadí má „uhlíkový“ motor. Zkrátka – komutátor, uhlíky a jiskry – u elektrického ručního nářadí jsme si na to v uplynulých desetiletích zvykli.

Dnes je situace jiná a možná někdy nevíme, jaký motor má naše nářadí. Snadno se může stát, že hledáme jiskry tam, kde nejsou – neboť nejsou ani kartáče (uhlíky). Motor je před námi dobře skryt v plastovém krytu a podle zvuku rozdíl mezi motory nepoznáme.

Zjistíte to však velmi snadno a to, aniž byste museli něco studovat, zjišťovat či rozebírat. Nářadí pouze tak, bez zátěže, zapínáme a vypínáme – nejlépe v tmavé místnosti. V oblasti ventilačních štěrbin sledujeme, zda jiskří. Když jiskří, je to určitě komutátorový motor. A zapínáme a vypínáme ho proto, že při dobře „sladěných a zaběhnutých“ uhlících za chodu naprázdno nemusíme vidět žádné jiskry. Určitě je však uvidíme při spouštění a u motorů s doběhovou brzdou i při vypnutí. Barva jisker je důležitá – krátké a světlé (téměř bílé) jiskry svědčí o dobré kondici motoru. Náš motor ve videu je tedy zralý alespoň k pročištění komutátoru a kontrole uhlíků.

Video: jiskry v motoru

Bezkartáčové (bezuhlíkové) motory

I když jsem výše uvedl, že název kartáčový (uhlíkový) motor není zcela správný, u bezuhlíkových motorů je tato terminologie často používána. Vývoj v oblasti BL (BrushLess - bezkartáčových) motorů je v tomto období tak prudký, že ani terminologie není (zde a teď) jednotná.

Nacházíme se v „té těžší“ – pravé polovině tabulky na obr. 2.

BL motory mají rotor z permanentního magnetu a stator z plechů. Na první pohled jednoduché. A tak jak to v životě mnohdy bývá - něco, co se zdá jednoduché, je složité a platí to i opačně.

Vždyť se podívejme na rotory – jak složitě vypadá rotor komutátorového motoru a jak jednoduše působí rotor z permanentního magnetu.

Obr. 5. Rotor komutátorového motoru (1) a rotor BL motoru (2) z permanetního magnetu

Obr. 5. Rotor komutátorového motoru (1) a rotor BL motoru (2) z permanetního magnetu

V BL motorech jsou kartáče a komutátor nahrazeny cívkami navinutými na nehybném statoru – na rozdíl od komutátorového motoru, kde jsou cívky na pohyblivém rotoru. Tyto cívky vytvářejí prostřednictvím průtoku proudu kruhové magnetické pole, které otáčí rotor – permanentní magnet.

Princip činnosti BL motorů běžné konstrukce je založen právě na využití tohoto kruhového magnetického pole – něco podobného jako u třífázového motoru. Magnety rotoru jsou přitahovány postupně spínanými cívkami a tím dochází k jeho otáčení. Cívky však musí přesně vědět, kdy a v jaké poloze rotoru mají sepnout. Toto není úplně jednoduchý technický problém, proto řídící elektronika je poměrně složitá.

 

V současnosti se bezuhlíkové motory nejčastěji používají v akumulátorových nářadích. Známe je podle označení BLDC (BrushLess Direct Current – bezkartáčový stejnosměrný proud). Ke snímání polohy magnetického pólu rotoru se používají Hallovy sondy. Ty vysílají signál pro řídící elektroniku o poloze rotoru a na základě této informace elektronika přepíná směr proudu ve správnou dobu tak, aby docházelo k vytváření magnetické síly vždy ve správném směru.

Obr. 6. Stator BLDC motoru a Hallovy sondy (1)

Obr. 6. Stator BLDC motoru a Hallovy sondy (1)

Méně známé jsou bezkartáčové motory v nářadích napájených ze sítě. Označují se jako PMSM motory (Permament Magnet Synchronous Motor – synchronní motor s permanentním magnetem). Někdy je najdeme i pod označením BLAC (BrushLess Alternate Current – bezuhlíkový střídavý proud).

Obr. 7. PMSM (BLAC) motor a ovládací elektronika

Obr. 7. PMSM (BLAC) motor a ovládací elektronika

Tyto motory mají perspektivu zejména v elektrických ručních nářadích, pracujících pod permanentní zátěží a vyžadujících vysoké otáčky výstupního hřídele. Význam motorů PMSM si lépe představíme, když srovnáme například 125mm úhlovou brusku a vrtací kladivo SDS-plus. Běžně má rotor těchto nářadí 30.000 ot/min. Výstupní otáčky brusky jsou cca 10.000 ot/min, takže převod je 3:1. Vrtací kladivo má např. 1000 ot/min, takže převod je 30:1. Motor úhlové brusky je tedy namáhán 10x více než kladivo a proto je předpoklad, že právě u úhlových brusek najde motor PMSM své hlavní uplatnění a vyloučí se tak poruchovost mechanické komutace současných komutátorových motorů.

Shrnutí

Éra uhlíkových motorů nekončí, ale v mnoha oblastech je nahradí bezuhlíková konstrukce. Ta má při napájení z akumulátoru nesporné výhody, avšak dnešní tendence – nahradit vše bezuhlíkovým motorem je extrém, který tak trochu podlehl módním tlakům. S komutátorovým motorem se ještě dlouho budeme setkávat, protože i ten má v některých aplikacích své opodstatnění. O výhodách a nevýhodách si povíme více v některých dalších článcích.

Klíčová slova: elektromotor, elektrické nářadí, rotor, stator, BLDC motor, komutátor, komutátorový motor, PMSM motor

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN


Recenze článku Přidat recenzi

    Článek zatím nikdo nehodnotil.

Další články

Seznamte se s bezuhlíkovým motorem

Co myslíte, je bezuhlíkový motor v akumulátorovém nářadí používán stále častěji? Z hlediska výkonu a údržby představuje tento motor významný pokrok. Abychom pochopili princip fungování bezuhlíkového motoru, musíme nejprve vysvětlit, jak funguje jeho předchůdce, uhlíkový motor.

Zvolte si Vaši zemi
Zvolte zemi, kam chcete doručit Vaši objednávku.