Động cơ không chổi than trên máy khoan, máy vặn vít, máy siết bu lông dùng pin

Động cơ không chổi than (brushless DC, viết tắt BLDC) đặt nam châm vĩnh cửu trên phần quay (rotor) và cuộn dây trên phần đứng yên (stator). Cảm biến Hall gắn trong stator báo vị trí rotor, bộ điều khiển dựa vào đó đóng ngắt dòng điện vào từng cuộn dây theo đúng thứ tự. Vì không có chổi tì vào cổ góp, động cơ cũng không đánh tia lửa khi quay.

Mô tả trên lấy từ tài liệu kỹ thuật AN885 của Microchip, hãng sản xuất vi điều khiển dùng trong mạch điều khiển động cơ (AN885 – Brushless DC Motor Fundamentals). Tài liệu ghi rằng vị trí rotor “được đo bằng cảm biến hiệu ứng Hall gắn trong stator”, và từ tổ hợp ba tín hiệu Hall, bộ điều khiển xác định được “chính xác trình tự chuyển mạch”.

Một số máy dùng phương pháp không cảm biến: đo sức phản điện động của cuộn dây để suy ra vị trí rotor. Với người mua, khác biệt này không hiện ra trên thông số, nên không cần bận tâm.

Máy khoan có chổi than đổi chiều dòng điện bằng cơ khí: hai thỏi than được lò xo ép tì vào cổ góp quay theo trục. Mỗi lần cổ góp quay qua, dòng điện chuyển sang cuộn dây kế tiếp. Chính ma sát đó làm thỏi than ngắn dần, đến lúc phải thay.

Tài liệu AN885 so sánh hai loại khá thẳng thắn. Động cơ chổi than “cần bảo trì định kỳ” và có tuổi thọ “ngắn hơn”. Tia lửa ở chổi “gây nhiễu điện từ cho thiết bị gần đó”. Ở tốc độ cao, “ma sát chổi tăng, làm giảm mô-men hữu ích”. Bù lại, động cơ chổi than rẻ, và chạy được mà không cần bộ điều khiển nếu không cần chỉnh tốc độ.

Ba cột đầu lấy từ bảng so sánh trong AN885. Cột cuối là phần diễn giải của chúng tôi về hệ quả trên dụng cụ cầm tay dùng pin.

Nguồn: Microchip AN885, bảng so sánh động cơ BLDC và động cơ chổi than.

Đọc các bài tiếng Việt về chủ đề này, anh sẽ gặp đi gặp lại con số hiệu suất 85–90% (có bài ghi tới 95%) cho động cơ không chổi than và 70–80% cho động cơ chổi than. Chúng tôi chưa tìm được tài liệu gốc nào cho các con số đó. AN885 chỉ ghi hiệu suất “cao” và “trung bình”, không đưa ra phần trăm. Vì vậy bài này không dùng các con số trên.

Con số “lên đến 10 lần tuổi thọ động cơ” thì có nguồn, nhưng cần đọc kỹ. Milwaukee ghi trên trang máy khoan M12 FUEL 2403-20: “up to 10X longer motor life, 2X more power and 4X more runtime” (trang sản phẩm Milwaukee).

Trang máy vặn vít M12 FUEL 2402-20 lại ghi “2X more runtime”, không phải 4X (trang sản phẩm Milwaukee). Cùng một hãng, cùng một hệ, hai mã máy cho hai con số khác nhau. Khi người bán chỉ nói “mạnh gấp 2, bền gấp 10” mà không kèm mã máy và chữ “lên đến”, anh nên hỏi lại.

Nhiều người nghe “Milwaukee không chổi than” và hiểu thành “Milwaukee FUEL”. Hai khái niệm này khác nhau. Trên trang Milwaukee châu Âu, máy vặn vít được chia theo ba loại động cơ riêng: Brushed (có chổi than), Brushless (không chổi than) và FUEL (milwaukeetool.eu).

Theo Milwaukee, mọi sản phẩm M18 FUEL đều gồm ba thành phần: động cơ không chổi than POWERSTATE, pin REDLITHIUM và hệ điện tử REDLINK PLUS (Milwaukee – M18 FUEL). Như vậy, máy FUEL luôn có động cơ không chổi than, nhưng máy không chổi than chưa chắc là FUEL.

Ví dụ trong cùng nhóm máy vặn vít 18V, theo thông số hãng:

Nguồn: M18 BLIDR, M18 FID3 trên milwaukeetool.eu.

Bản FUEL mạnh hơn về mô-men, nhưng tần số đập lại thấp hơn bản BLIDR. Vì vậy nên so từng thông số theo công việc của mình, thay vì chỉ nhìn nhãn “không chổi than” hay “FUEL”.

Với máy khoan dùng thưa, chuyện chổi than mòn ít khi là yếu tố quyết định. Máy vặn vít và máy siết bu lông trong xưởng thì khác: bóp cò liên tục, tải giật, máy nóng dần trong ca. Đây đúng là điều kiện mà khả năng tản nhiệt tốt và lực ổn định ở mọi tốc độ của động cơ không chổi than phát huy tác dụng. Máy chổi than chạy nhiều ca thì chổi mòn nhanh hơn, thời gian dừng máy để thay chổi cũng nhiều hơn.

Nhiều mã trong danh mục máy siết bu lông thuộc hệ FUEL, ví dụ M18 FHIWF12, được Milwaukee xếp vào dòng máy siết bu lông lực cao 1/2 inch “M18 FUEL” (milwaukeetool.com.au). Với nhóm máy này, câu hỏi thực tế không còn là “có chổi than hay không”, mà là chọn mô-men và kích thước đầu siết cho đúng bu lông.

AN885 ghi rõ động cơ không chổi than đắt hơn ở cả động cơ lẫn mạch điều khiển. Với máy dùng thưa, phần tiền chênh khó thu hồi lại qua độ bền. Với máy chạy liên tục, công thay chổi và thời gian dừng máy mới là chi phí lớn.

Đừng chỉ dựa vào tên sản phẩm trên trang bán hàng. Cách chắc chắn là tra mã máy trên trang của chính hãng: