AC Brushless motor v malých úhlových bruskách

Představení produktu

Příběh s poštovním dostavníkem

Kdysi dávno nebyla auta ani asfaltové cesty. Již v 16. století se začala zavádět dostavníková přeprava. Největší rozmach zaznamenala v 18. a v první polovině 19. století. Budovaly se i železnice, ale jejich síť ještě nebyla rozvinuta. Poštovní úřad využil této „tržní mezery“ a přepravoval nejen poštu, ale i lidi. Ať věříte nebo ne, už tehdy se jménem zkvalitnění služeb dělal průzkum mezi zákazníky. Cestující chtěli rychlejší koně, více místa pro nohy, pohodlnější sedadla, topení v zimě, nižší ceny a pod.

Avšak koncem 19. století Henry Ford začal sériově vyrábět první automobily. Známý byl svou tvrdohlavostí: „Kdybych se řídil přáními zákazníků, nikdy bych nevyráběl auta, ale choval bych rychlejší koně“.

Obr. 1. Poštovní dostavník

Tři generace vychované na síťových bruskách s uhlíkovými kartáči

Obr. 2. Uhlíkové kartáče

Uhlíky, uhlíky, uhlíky. Pro domácí kutily vzácný, ale pro profesionály při každodenní práci s elektrickým ručním nářadím častý problém. Uhlíky (uhlíkové kartáče) jsou nedílnou součástí komutátorových motorů. Používají se dodnes v elektrických ručních nářadích napájených střídavým proudem a byly i při začátcích akumulátorových nářadí napájených stejnosměrným proudem. Zde jsou však již běžně nahrazovány motory BLDC.

Problém s uhlíkovými kartáči, na který jsme si během uplynulých desetiletí přirozeně zvykli, se týká nejen úhlových brusek, ale jakéhokoli elektrického nářadí s komutátorovým motorem. Abychom se nerozuměli špatně – nebojujeme proti komutátorovým motorům. Je třeba přiznat, že se postupným zdokonalováním dopracovali k vysokým užitným hodnotám a určitě budou mít ještě dlouho uplatnění v (některých) elektrických nářadích napájených střídavým proudem z elektrické zásuvky.

Například požadavky na hmotnost a rozměry bouracích kladiv nejsou kritické – právě naopak, u mnoha aplikací je vyšší hmotnost vítána. Předpoklad, že v takových případech se ještě dlouho budou používat komutátorové motory, je na místě. Ale malá 125mm úhlová bruska – to je jiné kafe.

I když se kolem nás zákony ne vždy dodržují, Faradayův zákon elektromagnetické indukce a Lenzův zákon o indukovaném proudu platí vždy a všude. Některé z požadavků na úhlové brusky – například vysoký výkon a spolehlivost na jedné straně a zároveň nízká hmotnost a malé rozměry na straně druhé se proto navzájem vylučují. S komutátorovým motorem je přes snahu všech výrobců nelze uspokojivě skloubit.

Takových protikladů je v životě velmi mnoho – musíme se rozhodnout, čeho se vzdáme – abychom na druhé straně získali.

Achillova pata komutátorových motorů

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

Uhlíkový kartáč a kluzný kontakt – to je ta Achillova pata. I když je naše osvědčená bruska WX-12501 velmi spolehlivá, vyžaduje pravidelnou údržbu a včasnou výměnu uhlíkových kartáčů. Odborná literatura informuje, že problém kluzného kontaktu je v komutátorových motorech vyřešen. Pravda je však taková, že pouze za určitých podmínek, splnitelných především u velkých strojů.

Obr. 3. Komutátor (1), kluzný kontakt (2) a uhlíkový kartáč (3) v komutátorovém motoru úhlové brusky WX-12501

U malých strojů pracujících v různých režimech, obzvláště při požadavku dostatečné životnosti, kam elektrické nářadí a zejména úhlové brusky bezpochyby patří, je kluzný kontakt stále problémem. Podmínka bezúdržbového provozu – nebo alespoň provozu s minimální údržbou – je prakticky nesplnitelná.

Nový úhel pohledu na síťové (AC) úhlové brusky

BLDC motory ( Brush Less Direct Current) jsou bezkartáčové stejnosměrné motory. V akumulátorových bruskách zaznamenaly za poslední desetiletí se zavedením lithium-iontových baterií výrazná vylepšení. Mají pevné místo v mnoha aplikacích, ale také špatné „lidské vlastnosti“. Jsou skoupé a egoistické. Se svými kabelovými příbuznými se totiž dosud o nové technologie nepodělily. Proč máme na očích klapky a vidíme pouze akumulátor? Neignorujme síťové brusky jen proto, že Li-On je IN!

AC Brushless motor znamená Alternating Current Brush Less – bezkartáčový střídavý motor. Ani zdaleka není natolik známý jako BLDC. Často je místo „bezkartáčový“ více používaný pojem „bezuhlíkový“. I když jsou kartáče z grafitu (uhlík), „bezkartáčový“ je technicky přesnější pojem.

U úhlových brusek s AC brushless motorem to funguje s neomezeným přívodem elektrické energie ze standardní elektrické zásuvky i bez uhlíků, bez akumulátoru, bez nabíječky a bez jiskření v rotoru!

AC Brushless: Bezkartáčové motory v síťových nářadích?

Nemusíte si přetírat oči – čtete správně. Skutečně jde o soulad mezi nebem a zemí (přesněji mezi nebem a elektrickým nářadím na Zemi). Někdy nestačí vylepšovat, ale je třeba se k problému postavit jinak. Jako Henry Ford k poštovnímu dostavníku – zvláště když hranice ve vylepšování komutátorového motoru zřejmě dosáhly svého vrcholu.

AC Brushless motory mají oproti komutátorovým motorům používaným v elektrických ručních nářadích nesporné výhody. Už jen tím, že neexistuje fyzické spojení mezi kartáči a komutátorem, to znamená nižší tření, méně tepla, vyšší účinnost a méně údržby, protože nejsou kartáče, které byste museli vyměňovat, když se opotřebují.

Rozměry motoru a úhlové brusky

AC Brushless úhlové brusky HERMAN WX-12505 a 06 (s regulací otáček) mají příkon 1300W. Pro srovnání použijeme úhlovou brusku Makita GA5050R s komutátorovým motorem a stejným příkonem - 1300W.

Obr. 4. Porovnání rozměrů a hmotností komutátorového a bezkartáčového motoru se stejným příkonem

Obr. 5. Obvod úchopu: Makita GA5050R (1300W) a HERMAN WX-12505 (1300W)

Právě pro možnost sestrojit nejpoužívanější 125mm úhlovou brusku s malým průměrem úchopu je průměr motoru klíčový. Z obr. 4. je vidět, že vnější průměr statoru motoru WX-12505 je pouhých 45mm, a to je základní předpoklad pro pohodlný úchop brusky.

Věřte mi, že je to hned znát – úchop Makity je při vší úctě k této značce mírně řečeno – nepohodlný. V ruce nesedí dobře, u obvodu 229mm je třeba mít opravdu dlaň jako medvěd (a ten je příliš chráněn na to, abychom mu dali do ruky tak nebezpečné nářadí, jako je úhlová bruska).

Úchop střídavé bezkartáčové brusky 1300W WX-12505 je pouze 176 mm - vyzkoušejte si ji sami a pocítíte rozdíl oproti běžným bruskám!

Zdroje:
Interní technické a školicí materiály společnosti HERMAN

Ing. Herman Nagypál

Vystudoval jsem vojenskou školu, obor letecká elektrotechnika. S nářadím a nástroji jsem se naučil pracovat už v dětství s tátou na stavbě rodinného domu. Každý náš nový produkt testuji i osobně - vlastníma rukama ve své dobře vybavené dílně. Ve volném čase se rád proháním na motorce po rumunských horských průsmycích. Kromě toho studuji trendy v oboru a rád si vyzkouším i konkurenční produkty. Nad některými se pousměju, nad některými se divím (že se někdo dal nachytat a koupil to) a některé jsou fakt dobré. Skoro jako naše 😊.