Характеристики коллекторных двигателей для моделей

Модельный электродвигатель

Моде́льный электродви́гатель — электрический двигатель, приводящий в движение летающую, плавающую, вообще какую-либо движущуюся модель, например модель автомобиля.

О двигателях, приводящих исполнительные механизмы, см. статью сервомашинка.

Коллекторные моторы широко применяются на авто и судомоделях, где нет столь жёстких требований к минимальной массе двигателя.

На летающих моделях широко используются бесколлекторные электродвигатели. Обмотки в таком двигателе находятся на статоре (неподвижная часть двигателя), а ротор оснащён постоянными магнитами. Коммутацию обмоток в них осуществляет не механический коллектор, а специальный электронный регулятор. Такая конструкция значительно повышает КПД мотора и позволяет получать высокую мощность при гораздо меньших размерах и массе по сравнению с коллекторным мотором.

Конструкция [ править ]

Микроэлектродвигатели имеют магнитопровод якоря, выполненный в виде трехзубцового пакета из штампованных листов электротехнической стали.

На рисунке обозначено: 1 — щит; 2 — якорь; 3 — корпус; 4 — коллектор; 5 — постоянные магниты; 6 — скоба; 7 — прокладка.

Петлевая обмотка якоря, имеющая три укороченные секции, намотана непосредственно на зубцы пакета и соединяется в звезду или треугольник. Начало в крышке машины, и трехламельный цилиндрический коллектор, напрессованный каждой секции присоединено к коллекторной пластине. Питание двигателя осуществляется через щеточный узел, смонтированный на валу якоря.

Плюсы и минусы БК — двигателей

Плюсы:

• Упрощённая конструкция мотора за счёт исключения из неё коллектора.
• Более высокий КПД.
• Хорошее охлаждение.
• БК-двигатели могут работать в воде! Однако не стоит забывать, что из-за воды на механических частях двигателя может образоваться ржавчина и он сломается через какое-то время. Для избежания подобных ситуаций рекомендуется обрабатывать двигатели водоотталкивающей смазкой.
• Наименьшие радиопомехи.

Минусы:

Из минусов можно отметить только невозможность применения данных двигателей без ESC (регуляторы скорости вращения). Это несколько усложняет конструкцию и делает БК-двигатели дороже коллекторных. Однако если сложность конструкции является приоритетным параметром, то существуют БК-двигатели с встроенными регуляторами скорости.

Бесколлекторный двигатель

Классический электродвигатель: постоянные магниты на роторе и обмотка на статоре. Движущихся частей в конструкции нет, обкатка не нужна, КПД доходит до 95% — по характеристикам такие моторы заметно лучше, чем коллекторный тип двигателя, но радиоуправляемая машина с бесколлекторным мотором будет стоить дороже.

Плюсы двигателя:

• Не боится грязи, пыли и влаги;
• Максимальная скорость выше;
• Дольше служит;
• Выше КПД.

Недостатки:

• Высокая стоимость;
• Если поломка всё-таки произошла, ремонт будет сложным и дорогим.

Электродвигатель для радиоуправляемой модели: какие бывают и что лучше купить – коллекторный или бесколлекторный

Если вы уже решили, какую именно радиоуправляемую модель хотите купить и точно знаете, что ваш будущий внедорожник, самолет, дрон или быстроходный катер будет оснащен электродвигателем, самое время задуматься, какого типа мотор лучше и надежнее.

Современная RC-модель на электрической тяге может иметь коллекторный или бесколлекторный двигатель. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. И разница тут не только в цене, как могут сказать в ближайшем магазине.

Итак, рассмотрим все детально, а выводы относительно того, с каким же моторчиком выбрать машинку (или другую модель) на радиоуправлении, пусть каждый делает самостоятельно.

Коллекторный электродвигатель: плюсы и минусы конструкции

«Brushed», «щеточный», «коллекторный» – все это названия первого типа электромоторов, которые пользуются популярностью как среди начинающих пилотов, так и среди профессиональных спортсменов, к примеру, участвующих в гонках или соревнованиях DRIFT.

Важная особенность конструкции – это наличие щеточно-коллекторного узла, являющегося его «сердцем» и непосредственно приводящим RC-технику в движение.

Внешнее отличие коллекторного от бесколлекторного электромотора – наличие всего двух проводов («плюс» и «минус») у коллекторных двигателей и трех проводов («фаз») у бесколлекторных двигателей для дальнейшего подключения мотора к регулятору оборотов (регулятору скорости, аббревиатура «ESC» англ.).

Ротор (подвижная часть) и статор (неподвижная часть) – это два основных элемента мотора коллекторного типа.

Внутри корпуса (статора) вращается подвижный ротор с медной обмоткой. С одной стороны вала ротора установлена передающая шестерня, или шкив, а с другой – коллектор, который, по сути, является набором контактов.

На статоре установлены графитовые щетки – тоже, своего рода, скользящие контакты, которые контактируют с коллектором. Щетки предназначены для передачи электроэнергии на обмотку вращающегося ротора.

С коллекторных двигателей все начиналось, это – «заря» RC-техники, поэтому они более дешевые и просты в обслуживании, но существенно уступают по мощности и времени эксплуатации новому поколению электромоторов.

Коллекторные двигатели

Преимущества

Низкий КПД (около 60%)

Сравнительно низкая скорость движения RC-модели

Простота эксплуатации и технического обслуживания

Быстрый износ составляющих конструкции, очень ограниченный ресурс эксплуатации

Исключительно подходит под определенные виды спортивных соревнований

Достоинства, приведенные в таблице, делают модели, оснащенные коллекторными двигателями, желанными для начинающих пилотов и пилотов-профессионалов для использования на специальных соревнованиях.

Если покупаете радиоуправляемую модель с коллекторным двигателем, учтите, что графитовые щетки и коллектор – это система подвижных контактов, в которой механическая составляющая мотора имеет свои особенности. Возможны искрения и перегрев, а потому – желательно избегать контакта с агрессивной внешней средой (влага, грязь, пыль).

Перед началом эксплуатации модели с коллекторным двигателем, ее желательно проверить, «обкатать» на низких скоростях, чтобы щетки «притерлись» к коллектору.

Бесколлекторный электродвигатель: в чем преимущества

«Brushless», «бесщёточный», «бесколлекторный» – это электромотор для радиоуправляемой модели (автомобиля, катера, самолета, вертолета или квадрокоптера), который был разработан уже в 21 веке. Он воплотил в себя все вожделенные качества любого профессионального RC-моделиста: надежность, мощность, долговечность.

Основная проблема, которой «грешит» любой электромотор – это перегрев. Когда ротор вращается внутри статора в коллекторном двигателе, высокая температура внутри механизма (а, следовательно, и быстрый износ, и частые поломки) – неизбежна.

Гениальное инженерное решение перевернуло мир радиоуправляемых моделей и не только: «А что, если вращать не ротор, а статор? Тогда охлаждение мотора будет происходить автоматически, за счет потоков воздуха создаваемого самим двигателем!»

Бесколлекторный двигатель стал широко использоваться в авиации и автомобиле- и судостроении, а радиоуправляемые модели с такой «начинкой» стали ездить и летать значительно быстрее и намного дольше.

Двигатель бесколлекторного типа приводится в движение за счет переменного тока. В этом случае нужен специальный регулятор скорости (или регулятор оборотов или контроллер), который преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный с тремя фазами. Техническая сложность конструкции определяет главный (и, наверное, единственный) недостаток двигателей этого типа – они значительно дороже коллекторных.

Бесколлекторные двигатели

Преимущества

Высокий КПД двигателя (до 92%)

Более высокая мощность в сравнении с аналогичными по размеру коллекторными двигателями

Больший вес, по сравнению с аналогичным коллекторным двигателем

Высокая износостойкость за счет бесконтактной конструкции, соответственно значительно больший ресурс эксплуатации

Крайне нежелательно давать такие модели детям

Высокая степень влагозащиты, защиты от пыли и вязкой грязи

Невероятно высокая скорость движения модели, например, наземные модели могут развивать скорость до 260 км/ч, а воздушные до 350 км/ч.

Бесколлекторные электродвигатели надежные и долговечные, они практически не изнашиваются. Что может выйти из строя – это подшипники, которые легко заменить.

Одна особенность, которую может не заметить в бесколлекторном двигателе новичок, но чему обрадуется профи – это наличие сенсоров. Сенсорные электромоторы практичнее, поскольку установленные датчики (сенсоры) гарантирует очень плавную работу и быстрый старт, а также более рациональный расход энергии.

Есть сенсор или нет, начинающий моделист может не заметить, а вот, по стоимости ощутит сразу – наличие сенсоров делает ценник мотора более «тяжелым».

Как отличить внешне? У моторов с сенсорами кроме трех соединительных проводов есть шлейф из тонких проводков, которые подключаются к регулятору скорости.

Радиоуправляемая модель с бесколлекторным мотором – это выбор профессионалов, особую ценность для которых приобретает скорость и выносливость аппарата на соревнованиях.

Также следует отметить, что в большинстве случаев, для питания регуляторов с бесколлекторными двигателями применяются специальные аккумуляторные батареи литий-полимерного типа, которые могут вырабатывать огромные токи разряда (и это будет отдельная тема для следующей статьи).

Перед покупкой, взвесьте все «за» и «против», обратитесь за консультацией к специалистам и выбирайте модель «под себя» и свои возможности. Главное, что ассортимент рынка RC-моделей обширен и позволяет сделать оптимальный выбор.

Теперь давайте разберем принцип работы бесщеточного двигателя. Как понятно из названия, его принципиальное отличие в отсутствии щеток. Но как же он тогда работает? Как нужная энергия поступает в двигатель?

В устройстве бесщеточного двигателя также присутствует ротор и статор — основные элементы любого мотора. Но при этом отсутствует коллектор, соответственно и двигатель по-другому называется бесколлекторным. Если у щеточного двигателя работа происходит за счет электро-механической смены полярности, то в бесщеточном двигателе все работает благодаря электромагнитной индукции. Также отличается местоположение обмотки — здесь она располагается на статоре, в отличие от предыдущего вида двигателя.

Вместо щеток и коллектора в бесщеточном двигателе установлены датчики Холла и контроллер, который контролирует подачу напряжения на катушки для создания индуктивности, а также положение ротора и скорость его вращения.

Когда плата подает на обмотку ток, создается тоже противоположное магнитное поле, и магниты на роторе начинают вращаться.

Еще одной особенностью бесщеточных двигателей нужно назвать их типы. Двигатели бывают двух типов — синхронный и асинхронный. В синхронном двигателе частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля — то есть один оборот ротор совершает после одного полного прохождения тока через катушку. А в асинхронном двигателе обратная ситуация — частота вращений ротора меньше, чем частота вращения магнитного поля. То есть ток проходит через катушку быстрее.

Рекламные хитрости производителей

В инструкциях к стиральным машинам производители указывают все параметры и характеристики и пользователь изучая их, осознает насколько новинки выигрывают по многим параметрам, таким как энергоэффективность и долговечность. Компании ни в коем случае не обманывают покупателей, но порой не договаривают небольшие нюансы, значительно снижающие ценность новых технологий. Это делается в рекламных целях для увеличения продаж.

Энергоэффективность

Как гласит реклама, инверторные машинки помогают сэкономить до 20% электроэнергии по сравнению с коллекторными моделями. Да это действительно так и экономия происходит из-за более точной регулировки нагрузки на мотор – при небольшой загрузке белья не производится полная раскрутка барабана и электроэнергия экономится.

Но самое главное, что в машинках наибольшее количество электричества потребляет не мотор, а ТЭНы, производящие нагрев воды. Поэтому реальная экономия составляет 2-5%, а при полной загрузке сводится к нулю.

Бесшумность

Коллекторные моторы сильно шумят, а инверторные работают максимально тихо и не издают звуков. Отчасти это верно, моторы со щетками более шумные, но и у инверторов слышно характерное попискивание и свист.

Однако помимо мотора звуки в стиральной машине издает насос выкачивающий воду и крутящийся барабан.

Скорость отжима

Новинки действительно могут отжимать белье на самой высокой скорости достигающей 2000 оборотов минуту. Это очень существенный плюс инверторной стиральной машинки для покупателей, мечтающих о быстрой стирке и практически сухом белье. Но мало кто знает, что при такой скорости отжима вещи быстро приходят в негодность и порой вместо хорошо отжатой вещи люди достают ее клочки. А деликатные или шерстяные вещи априори не предполагают сильного отжима, поэтому подумайте, насколько необходимы такие обороты.

Долговечность

Создатели инверторного двигателя позиционируют свое творение как самое долговечное из существующих на современном рынке.

А теперь задайте себе вопрос – как долго вы хотите эксплуатировать стиральную технику. Обычно пользователи рассчитывают на 15 лет максимум, но даже за это время технологии значительно шагнут вперед и появятся новые, усовершенствованные и более технологичные модели. Срок службы в 10-15 лет установлен для коллекторного привода.

Большинство покупателей переживают за истирающиеся щетки, но и их срок службы составляет до 15 лет при ежедневной нагрузке в два часа. Даже если они сотрутся, стоимость их замены составляет незначительную сумму.

Изучив общую статистику ремонта стиральных машин можно заметить, что ТЭНы, блоки управления или подшипники выходят из строя чаще, чем изнашиваются щетки.

Еще один момент, влияющий на долговечность – совмещенное расположение вала барабана и двигателя. Действительно у подобного расположения масса плюсов и отсутствие различных дополнительных нагрузок, и увеличенный ресурс механики, но есть и минус – один, но значительный.

При выходе их строя сальника близкое расположение к электрической части воды может привести к перегоранию обмотки.

Отсутствие трущихся частей

Это заявление можно назвать откровенной неправдой. Щеток в инверторном моторе нет, но подшипники имеются и у них такой же срок службы и степень изнашиваемости как и в обычных моторах.

Производители дают гарантии на инверторные двигатели до 10 лет, а вот на остальные части стиральной машинки гарантии ограничиваются 3-7 годами. Так же на технику влияют такие факторы, как например перепады напряжения, сводящие все новомодные технологии к банальным поломкам не входящим в гарантийное обслуживание. А стоимость ремонта инверторов очень высока. Поэтому рекомендуется правильно подключать и устанавливать стиральную машинку, а так же бережно ее эксплуатировать, соблюдая основные правила и техника будет радовать вас долгие годы.

Будем рады оценке «Понравилось» или «Не понравилось» и комментарию, о том, что именно не понравилось в статье. Если оценили материал отрицательно и прокомментировали, мы постараемся его улучшить — нам важно знать Ваше мнение!