Komutator

Silnik elektryczny szczotkowy -  Opis ten głównie dotyczy silników modyfikowanych, na początku muszę powiedzieć, iż nie są one proste w konstrukcji, jak by się mogło wydawać. Musimy pamiętać, że mamy tutaj do czynienia z silnikami wyczynowymi, których cena osiąga 300 zł. Warto sobie zadać pytanie, za co tak naprawdę płacimy? Otóż w dalszej części pragnę, chociaż troszeczkę przybliżyć odpowiedź na to nurtujące pytanie.

Abym mógł opowiedzieć coś o silniku do napędu modeli samochodów elektrycznych RC najpierw musimy poznać jego budowę. Do tego celu posłużę się szkicem, na którym widać poszczególne elementy, z których składa się silnik.

Silnik elektryczny zbudowany jest z dwóch magnesów zwróconych do siebie biegunami różnoimiennymi, tak aby pomiędzy nimi znajdowało się pole magnetyczne. Pomiędzy magnesami znajduje się rdzeń z nawiniętymi cewkami z drutu miedzianego, podłączony do źródła prądu poprzez komutator i ślizgające się po nim szczotki.

Komutator –   Komutator jest wykonany ze specjalnego stopu miedzi z innymi metalami tak, aby uzyskać niesamowitą jego twardość.  Dlaczego miedź? ponieważ dobrze rozprowadza energię cieplną, a w silnikach dochodzi do ciągłego iskrzenia pomiędzy komutatorem a szczotkami przez co powstaje duża ilość ciepła. Modelarze biorący udział w zawodach powinni wiedzieć, że zaleca się toczenie takiego silnika  co około 40 min. jego pracy.
W przeciwnym razie na jego piórach zaczynają pojawiać się czarne ślady, co oznacza, iż jest on nierówny i podbijać szczotki, które zaczynają go wypalać. Wszystko w rezultacie prowadzi do całkowitego zniszczenia okładzin komutatora i co za tym idzie całego wirnika.

Toczenie komutatora polega na jego wyrównaniu i zebraniu warstwy wypalonej miedzi, przeważnie są to ułamki minimetrów chyba, że komutator został poważnie uszkodzony. Niżej przedstawiam zdjęcie takiego komutatora.

Sprężyny ( springs ) -   dzielimy je na kategorie Twarde, Średnie, Miękkie. Każda z kategorii różni się siłą, z jaką będzie ona dociskać szczotkę do komutatora. Zasada jest następująca im bardziej twarde sprężyny tym lepsza dynamika silnika ( większa moc ) , zaś mniejszy nacisk sprężyn wpływa na większą prędkość maksymalną ( mniejsze tarcie ).  Jednak jak w każdym przypadku jest druga strona medalu mianowicie im większy docisk tym większe zużycie szczotek i co za tym idzie komutatora.

Szczotki ( brush ) – Warto wiedzieć, że każda firma produkująca silniki wprowadza na rynek różne rodzaje szczotek. Właściwości szczotek podobne są do właściwości sprężyn, czyli główną rolę odgrywa tutaj ich twardość oraz skład i kształt. Jak ma się twardość do wytrzymałości i do mocy osiąganej przez silnik?
Im twardsze szczotki tym dłuższa ich żywotność, lecz moc osiągana przez silnik jest nieco mniejsza. Gdy szczotki są bardziej miękkie to moc silnika wzrasta, lecz ich żywotność jest mniejsza . Bardzo często poważne firmy produkujące silniki w swoich katalogach podają rodzaje szczotek odpowiednich do danej klasy modelu. W najnowszych silnikach pojawiły się szczotki umieszczone w układzie V2 oznaczone jako EDGE vantage.

Musimy pamiętać, iż dobranie nieodpowiednich szczotek do sprężyn i odwrotnie może spowodować nadmierne zużycie się komutatora, tak, więc proponuję abyście na początku nic nie zmieniali.

Typ szczotek. Przeznaczenie.
NAZWA MOC  ŻYWOTNOŚĆ  OFF-ROAD  DTM   E 10  E 12
Long live Średnia Bardzo dobra * *
Cut long live Średnia Dobra * *
Silver  Bardzo wysoka Przeciętna * * * *
Cut silver Bardzo wysoka Średnia * * * *
Universal Wysoka Dobra * * *
Cut universal Wysoka Przeciętna * * *
Triple face Bardzo dobra 2 wyścigi * * * *

Szczotko trzymacz ( End bell ) – Jest to dekiel zamykający wirnik w korpusie oraz miejsce montażu sprężyn, kabli i szczotek.  W wyniku znacznego zwiększenia osiągów w silnikach modyfikowanych następuje wysokie nagrzewanie się szczotek.
Firmy produkujące silniki prześcigają się w pomysłach na ochłodzenie tych elementów podczas jego pracy. Szczotko-trzymacz może być wyposażony w cały zestaw radiatorów i otworów pozwalających na odprowadzenie ciepła. Lepsze modele silników wyposażone są w szczotko-trzymacze, które mają niektóre elementy pozłacane co zmniejsza rezystancji.

Ważna uwaga, na jego powierzchni można znaleźć oznaczenie biegunowości w jakiej powinien on być podłączony do regulatora. Dodatnia strona oznaczone jako plus, lub czerwony kolor mocowania szczotki, będącego zarazem radiatorem ( oba widoczne na zdjęciu ).

Wirnik silnika ( rotor) –   Wirnik silnika składa się z komutatora, rdzenia i uzwojenia. Komutator został opisany wcześniej. Rdzeń wirnika wykonany jest z miękkiej stali krzemowej, która ma bardzo dobre właściwości magnetyczne, niektóre firmy produkujące silniki eksperymentują na wirnikach, które nie posiadają środkowej części rdzenia. Prawdopodobnie ma to na celu zwiększenie obrotów silnika, poprzez zmniejszenie jego masy.
Modyfikacja tego typu ma miejsce prawie tylko w silnikach typu STOCK z uzwojeniem 27*1 T, w silnikach modyfikowanych nie stosuje się takiego rozwiązania, gdyż zabieg taki zmniejsza jego moment obrotowy. Trzeba jednak przyznać, iż silniki typu STOCK z wirnikami wyciętymi są bardziej popularne od silników z wirnikami pełnymi.
Musimy zadać sobie pytanie czy interesuje nas, aby nasz silnik osiągał wyższe obroty, czy też miał większy moment obrotowy. Poniżej przedstawiam zdjęcia dwóch wariantów wirnika do tego samego silnika typu STOCK.

Jeżeli chodzi o samo uzwojenie silnika to wykonane jest ono z drutu miedzianego o różnych średnicach. Podstawowymi oznaczeniami na silniku są np.: 11*3 T, 15*2 T itp., Co to oznacza? Pierwsza liczba symbolu oznacza ilość zwoi nawiniętych na każdy segment wirnika, druga liczba oznacza ilość drutów przypadająca na jeden zwój. Czyli mamy 11 zwoi nawiniętych potrójnym drutem, 15 zwoi nawiniętych podwójnym drutem, itd.
Uzwojenie wirnika może być nawijane ręcznie lub mechanicznie. Mechaniczne nawinięcie jest czasami bardzo przypadkowe, chodzi o przypadkowe ułożenie przewodów na wirniku, przez co wirnik musi być mocniej wyważany, natomiast nawijanie ręczne jest znacznie bardziej dokładne.

Musicie wiedzieć, że wirniki takie osiągają niesamowite prędkości obrotów, które zawstydzą nie jeden silnik spalinowy, obroty tutaj dochodzą nawet do 60.000. Przy takiej ilości obrotów wyważenie wirnika odgrywa bardzo ważną rolę, odbywa się ono poprzez nawiercanie rdzenia bądź doklejanie żywicy na uzwojeniu. Jeżeli chodzi o nawiercania rdzenia to powoduje ono zniekształcenie pola magnetycznego wytwarzanego poprzez rdzeń i w rezultacie pogorszenie parametrów silnika ( widoczne na wirniku z prawej strony ).
Korpus silnika ( motor can ) -    Praktycznie można tutaj powiedzieć kilka słów, mianowicie to, iż w korpusie takim osadzone są dwa bardzo silne magnesy stałe( najczęściej ferrytowe). W korpusie jest szereg otworów mających na celu odprowadzenie nadmiaru ciepła wydzielanego podczas pracy silnika.
W lepszych silnikach w korpusie oraz deklu szczotko trzymacza są łożyska na których obraca się wirnik, jeśli twój silnik tego niema czasem warto małym kosztem wyposażyć go w 2 takie łożyska.