Nie ste prihlásený
Prihlásenie Registrácia

Aký motor je vo Vašom náradí?

V poslednom desaťročí nastali významné zmeny v elektromotoroch montovaných do elektrických náradí. Čo nám priniesli?

O svojom automobile zrejme vieme, aký má motor, aké palivo (alebo iný druh energie) potrebujeme dopĺňať, kde a ako často kontrolujeme olej, kvapalinu do ostrekovača alebo nemrznúcu zmes.

Tak ako nemusíme byť automechanikmi, keď vlastníme automobil, nemusíme byť ani elektrotechnikmi, keď pracujeme s náradím. Základné vedomosti o elektromotore, ako najdrahšej časti elektrického náradia, nám však môžu ušetriť veľa peňazí. Preto je dobré vedieť aj o svojom náradí, aký motor ho poháňa a čo môžeme pre jeho dlhú životnosť urobiť.

Elektromotory montované do elektrických náradí využívajú silové účinky magnetického poľa a fungujú ako točivé elektrické stroje. To znamená, že všetko to, čo je „za“ motorom, je vlastne „úprava“ otáčavého pohybu rotora na ďalšie „úkony“ prostredníctvom rôznych prídavných mechanizmov. Väčšinou sa jedná o prevodovku, kľukový mechanizmus a podobne.

Stator a rotor

Motory elektrických náradí majú nepohyblivý stator, ktorý je vonkajšou časťou motora. Rotor (niekedy nazývaný kotva) tvorí vnútornú časť motora, je pohyblivý (otáča sa) a je uložený na ložiskách. Medzi nimi je vzduchová medzera.

Stator aj rotor môžu (ale nemusia) mať vinutia. V niektorých prípadoch sa namiesto vinutí - pólov s cievkami - používajú permanentné magnety. Na obr. 1 vidíme všetky možnosti, s ktorými sa dnes môžeme v súvislosti s motormi elektrických ručných náradí stretnúť - zľava - stator z cievok, stator ako permanentný magnet, rotor z cievok a rotor ako permanentný magnet.

Obr. 1. Statory a rotory v motoroch elektrických ručných náradí

Obr. 1. Statory a rotory v motoroch elektrických ručných náradí

Druhy motorov elektrických náradí

Štandardne sa elektromotory delia v prvom rade podľa typu napájania na jednosmerné a striedavé. Tieto sa ďalej delia podľa konštrukcie, princípu práce alebo aj účelu použitia. Je ich dosť, ale v súvislosti s elektrickým ručným náradím toto delenie ani nie je potrebné.

Pri dnešnom trende, akým sa uberá vývoj malých motorov elektrických náradí, je najpraktickejším ich rozdelenie na uhlíkové (kefové) a bezuhlíkové (bezkefové). Tieto si potom môžeme rozdeliť podľa typu napájania na jednosmerné (z akumulátoru) a striedavé (zo sieťovej zásuvky).

Obr. 2. Druhy motorov elektrických náradí

Obr. 2. Druhy motorov elektrických náradí

Komutátorové motory

Uhlíkový (kefový) motor využíva mechanickú komutáciu – keď motor pracuje, magnetický pól sa nepohybuje a otáča sa cievka.

Obr. 3. Komutátor (1), klzný kontakt (2) a uhlíková kefa (3) v komutátorovom motore

Obr. 3. Komutátor (1), klzný kontakt (2) a uhlíková kefa (3) v komutátorovom motore

Nutnou podmienkou pre bezchybnú činnosť komutátorového motora je precízny proces komutácie – zmeny smeru prúdu komutujúcej cievky. Táto zmena prebieha na klznom kontakte medzi kefou a komutátorom (obr.3.).

Práve mechanická komutácia, klzný kontakt a uhlíkové kefy sú najproblematickejším článkom komutátorových motorov.

Keď sú teda v motore náradia uhlíkové kefy, ide o komutátorový motor. Nachádzame sa „v tej ľahšej“ - ľavej polovici tabuľky na obr. 2. Uhlíkové kefy nájdeme v striedavých aj jednosmerných motoroch.

Rotor tvorí kotva (rotor s komutátorom) zapojená v sérii so statorom, preto sa niekedy nazýva sériový komutátorový motor. Často je označovaný aj ako univerzálny motor, pretože vinutia sú v zásade rovnaké pre striedavé aj jednosmerné napájanie.

 

Pri komutátorových motoroch na striedavý prúd je stator zložený z navzájom odizolovaných statorových plechov a vinutia, statory motorov na jednosmerný prúd sú tvorené permanentným magnetom (obr. 4).

Názvy komutátorový, sériový komutátorový, univerzálny motor v súvislosti s elektrickým ručným náradím vyjadrujú ten istý motor. No a pridajme k tomu ešte často používaný nepresný názov: uhlíkový alebo kefový motor. A stále sme u toho istého motora.

Komutátorový motor má svoju dlhú históriu a za desaťročia prispel tak veľkým podielom k motorizácii nášho okolia, že si to veľakrát ani neuvedomujeme. Za toto obdobie prešiel značnými vylepšeniami a môžeme o ňom smelo povedať, že je „vymakaný“.

Obr. 4. Stator striedavého (1) a jednosmerného (2) komutátorového motora

Obr. 4. Stator striedavého (1) a jednosmerného (2) komutátorového motora

Je (zatiaľ) najbežnejším a najrozšírenejším motorom, používaným v elektrických ručných náradiach napájaných z elektrickej siete. Ide o vysokootáčkový motor. V režime bez zaťaženia je schopný generovať 25 až 30 tisíc ot/min.

Aj keď sa nad jeho budúcnosťou „zmráka“, v niektorých aplikáciách si bude ešte dlho držať svoju pozíciu, a to najmä vo verzii pre striedavé napájanie.

Najrozšírenejším bol donedávna aj pri napájaní z akumulátora, teda zo zdroja jednosmernej energie. Donedávna preto, lebo sa (najmä) pri jednosmerných motoroch v posledných rokoch zmenil trend – o príčinách si povieme v niektorom z ďalších článkov.

Aký motor je v náradí, ktoré práve držíme v ruke?

Ešte pred niekoľkými rokmi ste si mohli byť absolútne istí, že Vaše náradie má „uhlíkový“ motor. Skrátka – komutátor, uhlíky a iskry – u elektrického ručného náradia sme si na to v uplynulých desaťročiach zvykli.

Dnes je situácia iná a možno niekedy nevieme, aký motor má naše náradie. Ľahko sa môže stať, že hľadáme iskry tam, kde nie sú – lebo nie sú ani uhlíky (kefy). Motor je pred nami dobre skrytý v plastovom kryte a podľa zvuku rozdiel medzi motormi nespoznáme.

Zistíte to však veľmi ľahko a to bez toho, aby ste museli niečo študovať, zisťovať či rozoberať. Náradie iba tak, bez záťaže, zapíname a vypíname – najlepšie v tmavej miestnosti. V oblasti ventilačných štrbín sledujeme, či iskrí. Keď iskrí, je to určite komutátorový motor. A zapíname a vypíname ho preto, lebo pri dobre „zosúladených a zabehnutých“ uhlíkoch počas chodu naprázdno nemusíme vidieť žiadne iskry. Určite ich však uvidíme pri spúšťaní a u motorov s dobehovou brzdou aj pri vypnutí. Farba iskier je dôležitá – krátke a svetlé (takmer biele) iskry svedčia o dobrej kondícii motora. Náš motor vo videu je teda zrelý aspoň na prečistenie komutátora a kontrolu uhlíkov.

Video: iskry v motore

Bezuhlíkové (bezkefové) motory

Aj keď som vyššie uviedol, že názov uhlíkový (kefový) motor nie je celkom správny, u bezuhlíkových motorov je táto terminológia často používaná. Vývoj v oblasti BL (BrushLess - bezkefových) motorov je v tomto období tak prudký, že ani terminológia nie je (tu a teraz) jednotná.

Nachádzame sa v „tej ťažšej“ – pravej polovici tabuľky na obr. 2.

BL motory majú rotor z permanentného magnetu a stator z plechov. Na prvý pohľad jednoduché. A tak ako to v živote veľakrát býva – niečo, čo sa zdá jednoduché, je zložité a platí to aj opačne.

Veď sa pozrime na rotory – ako zložite vyzerá rotor komutátorového motora a ako jednoducho pôsobí rotor z permanentného magnetu.

Obr. 5. Rotor komutátorového motora (1) a rotor BL motora (2) z permanetného magnetu

Obr. 5. Rotor komutátorového motora (1) a rotor BL motora (2) z permanetného magnetu

V BL motoroch sú kefy a komutátor nahradené cievkami navinutými na nehybnom statore – na rozdiel od komutátorového motora, kde sú cievky na pohyblivom rotore. Tieto cievky vytvárajú prostredníctvom prietoku prúdu kruhové magnetické pole, ktoré otáča rotor – permanentný magnet.

Princíp činnosti BL motorov bežnej konštrukcie je založený práve na využití tohto kruhového magnetického poľa – niečo podobné ako pri trojfázovom motore. Magnety rotoru sú priťahované postupne spínanými cievkami a tým dochádza k jeho otáčaniu. Cievky však musia presne vedieť, kedy a v akej polohe rotora majú zopnúť. Toto nie je úplne jednoduchý technický problém, preto riadiaca elektronika je pomerne zložitá.

 

V súčasnosti sa bezuhlíkové motory najčastejšie používajú v akumulátorových náradiach. Poznáme ich podľa označenia BLDC (BrushLess Direct Current – bezkefový jednosmerný prúd). Na snímanie polohy magnetického pólu rotora sa používajú Hallove sondy. Tie vysielajú signál pre riadiacu elektroniku o polohe rotora a na základe tejto informácie elektronika prepína smer prúdu v správnom čase tak, aby dochádzalo k vytváraniu magnetickej sily vždy v správnom smere.

Obr. 6. Stator BLDC motora a Hallove sondy (1)

Obr. 6. Stator BLDC motora a Hallove sondy (1)

Menej známe sú bezuhlíkové motory v náradiach napájaných zo siete. Označujú sa ako PMSM motory (Permament Magnet Synchronous Motor – synchrónny motor s permanentným magnetom). Niekedy ich nájdeme aj pod označením BLAC (BrushLess Alternate Current – bezuhlíkový striedavý prúd).

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

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

Tieto motory majú perspektívu najmä v elektrických ručných náradiach, pracujúcich pod permanentnou záťažou a vyžadujúcich vysoké otáčky výstupného hriadeľa. Význam motorov PMSM si lepšie predstavíme, keď porovnáme napríklad 125mm uhlovú brúsku a vŕtacie kladivo SDS-plus. Bežne má rotor týchto náradí 30.000 ot/min. Výstupné otáčky brúsky sú cca 10.000 ot/min, takže prevod je 3:1. Vŕtacie kladivo má otáčky napr. 1000 ot/min, takže prevod je 30:1. Motor uhlovej brúsky je teda namáhaný 10x viac ako kladivo a preto je predpoklad, že práve pri uhlových brúskach nájde motor PMSM svoje hlavné uplatnenie a vylúči sa tak poruchovosť mechanickej komutácie súčasných komutátorových motorov.

Zhrnutie

Éra uhlíkových motorov nekončí, ale v mnohých oblastiach ich nahradí bezuhlíková konštrukcia. Tá má pri napájaní z akumulátora nesporné výhody, avšak dnešná tendencia – nahradiť všetko bezuhlíkovým motorom je extrém, ktorý tak trocha podľahol módnym tlakom. S komutátorovým motorom sa ešte dlho budeme stretávať, pretože aj ten má v niektorých aplikáciách svoje opodstatnenie. O výhodách a nevýhodách si povieme viac v niektorých ďalších článkoch.

Kľúčové slová: elektromotor, elektrické náradie, rotor, stator, BLDC motor, komutátor, komutátorový motor, PMSM motor

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN


Recenzie článku Pridať recenziu

  1. Jakub Borsík

    super článok, doplnenie informácii

  2. Milan H.

    Dobrý článok, zaujímavé informácie, zase som sa niečo nové dozvedel.

Ďalšie články

Diamantový kotúč do uhlovej brúsky – princíp činnosti

Čo sa pri rezaní diamantovým kotúčom deje? Keď poznáte princíp činnosti, ušetrí Vám to veľa peňazí a sklamaní. Ľahšie sa zorientujete pri kúpe toho správneho kotúča pre Vaše konkrétne požiadavky a poradíte si aj pri rezaní špecifických materiálov, na ktoré diamantový rezný kotúč neviete nájsť.

Zvoľte si Vašu krajinu
Zvoľte krajinu, kam chcete doručiť Vašu objednávku.