Информация о технологиях инструмента Milwaukee Fuel

Автор ToolGIR. Опубликовано в Wiki

Информация о технологиях инструмента Milwaukee Fuel

Я довольно долгое время интересуюсь инструментом Milwaukee, да и сам являюсь владельцем нескольких причиндалов их производства. Но меня всегда смущал факт, что на русскоязычном сайте информации об использованных технологиях кот наплакал, а на сторонних ресурсах сплошной маркетинговый пафос. Поэтому для общего блага решил изложить без лишнего маркетинга собранную мной за все время информацию по технологиям Fuel и не только.

В любом инструменте Milwaukee, выпускаемом под торговой маркой Fuel, применяется три основных технологии:

  1. Бесщеточный двигатель PowerState
  2. Аккумуляторная платформа RedLithium
  3. Электронная система контроля и управления RedLink Plus

Соединенные воедино они нацелены на увеличение мощности, времени работы и срока эксплуатации, а так же снижения возможных негативных моментов при работе инструмента.

Оглавление:

Бесщеточный двигатель

Самая важная «фишка» современного инструмента любого производителя – это бесщеточные двигатели. С них и начнем. На самом деле, «бесщеточных двигателей», в смысле «не имеющих щеток» довольно много: асинхронные двигатели переменного тока (к слову, одно из изобретений Теслы), шаговые, вентильные (ВД), вентильные реактивные (ВРД) и др. Но речь пойдет о вентильных двигателях.

По-английски «Brushless Direct Current motor» или BLDC motor (дословно «бесщеточный двигатель постоянного тока»). Грамотное название двигателей данного типа на русском языке «вентильный двигатель«. Хоть и не совсем правильный, но распространенный и уже закрепившийся вариант это «бесщеточный двигатель» (придется использовать его), иногда употребляется «бесколлекторный двигатель».
Принцип работы бесщеточного двигателя

Принцип работы бесщеточного двигателя (справа) в сравнении со стандартным коллекторным двигателем (слева).

По сути, это вывернутый наизнанку знакомый каждому двигатель постоянного тока. Магниты перемещаются на ротор, а обмотки — на статор. Щеточно-коллекторный узел, отвечающий за коммутацию обмоток, заменяется электроникой – на ротор устанавливается один или несколько датчиков, отслеживающих его положение (обычно датчики Холла), а контроллер на основе этих данных подает напряжение на нужную в данный момент обмотку, создавая перемену полей и вращение. Отсюда и название «вентильный» – управляемый вентилями (электронными ключами = транзисторами).

Бесщеточный двигатель PowerState в сравнении с коллекторным мотором

Вверху – бескорпусный коллекторный двигатель, применяемый в инструменте предыдущей версии M18. Внизу – бесщеточный двигатель PowerState, разработанный Milwaukee для инструмента M18 Fuel. В обоих используются мощные и дорогие неодимовые магниты (Nd2Fe14B).

Отсутствие коллекторно-щеточного узла (тот самый, который искрит, шумит, снижает КПД и нуждается в регулярном обслуживании и замене) дает следующие плюсы:

  • Срок службы двигателя в идеале ограничен только сроком службы подшипников.
  • Выше показатели КПД за счет отсутствия потерь на скользящем контакте щеток и коллектора, соответственно больше мощность и меньше потребление.
  • Меньше шумят, меньше греются, и практически не создают радиопомех.
  • Более простая и компактная конструкция двигателя (как минимум короче на толщину коллекторного узла).
  • Могут работать в агрессивных и взрывоопасных средах, при повышенной влажности.
  • Переносят большую нагрузку по моменту.
  • Широкий диапазон регулировки скорости вращения (при желании можно «превратить» буквально в шаговый двигатель).
  • Одинаково мощные при любом направлении вращения.
Сравнение габаритов бесщеточного коллекторного двигателей

Сравнение габаритов бесщеточного (слева) и обычного коллекторного двигателя постоянного тока.

Но есть и недостатки:

  • Необходимо использовать дорогие мощные магниты, довольно сложную и дорогую управляющую электронику.
  • Значительное увеличение ресурса двигателя требует, чтобы и остальные механические и электронные компоненты (редуктор, подшипники, ключи и т.п.) прибора имели соответствующий ресурс.

Все это долгое время препятствовало широкому применению бесщеточных двигателей в электроинструменте. Да и сейчас инструмент с такими двигателями является скорее уделом «премиум класса».

Более подробную техническую информацию о бесщеточных двигателях можно почерпнуть, например, из этого ресурса.

Технология сама по себе не нова, благодаря своим свойствам BLDC двигатели десятилетия используются в компьютерной и бытовой электронике (вентиляторы, floppy, CD/DVD, HDD и др.), в промышленности, радиомоделировании, медицинском оборудовании, авиационной и космической технике, одним словом, везде, где важны их уникальные свойства.

Устройство бесщеточного вентилятора

Фото разобранного компьютерного вентилятора, в которых применяются бесщеточные двигатели.

Не так давно данный тип двигателя начал приходить и на рынок электроинструмента. Первый бесщеточный инструмент был выпущен компанией Makita в 2003 году для военной и аэрокосмической промышленности. В 2006 году Panasonic выпустила первый импульсный шуруповерт с бесщеточным двигателем (EY7540LN2S). Milwaukee первые в мире, кто выпустил бесщеточный 12В инструмент (в 2012 году).

Первый бесщеточный инструмент Makita и шуруповерт Panasonic

Первый промышленный бесщеточный инструмент, выпущенный компанией Makita в 2003 году и шуруповерт Panasonic (справа).

За прошедшие 12 лет каждый уважающий себя (и своих клиентов) производитель уже имеет в линейке целые серии инструмента, оснащенного бесщеточными двигателями. Многие производители уже даже не упоминают, что использован именно этот тип двигателя или ограничиваются скромненькой пометкой в характеристиках.

Работа бесщеточного двигателя (BLDC) напрямую зависит от управляющей электроники и, соответственно, требует источника питания постоянного тока. Это главная причина, по которой практически весь бесщеточный инструмент – аккумуляторный. Есть и сетевой, например, у Hilti – они используют вентильный реактивный электродвигатель (SRM, близкий «родственник» шагового двигателя), так же управляемый электроникой с предварительным преобразованием переменного тока в постоянный.

Устройство отбойного молотка Hilti TE 1000-AVR

Отбойный молоток Hilti TE 1000-AVR в разерезе, где видно безобмоточный ротор из магнитомягкого материала.

Двигатель PowerState

PowerState – это бесщеточный двигатель, разработанный Milwaukee и выпущенный в начале 2012 года. По заявлениям компании это самый производительный и надежный бесщеточный мотор среди представленных на инструментальном рынке.

Различные двигатели PowerState

Двигатели PowerState для различного инструмента.

Внешне мотор как мотор. Для сравнения на фото внешний вид двигателей 18-вольтовых импульсных шуруповертов. К слову, в самом тесте победил Milwaukee, как и во многих других тестах, так что, возможно, это не пустые обещания производителя.

Сравнение бесщеточных двигателей разных производителей

Слева-направо: Hilti SID 18A, Makita LXDT06, Milwaukee 2653-22.

Согласно тестированию в лабораториях Milwaukee, новый мотор обладает ресурсом, в 10 раз превышающим ресурс мотора, применяемого на моделях предыдущей версии M18 (500 часов у M18 Fuel и 50 часов у M18). Тут, правда, вкрался маркетинг, «50 часов» – до первой замены щеток, а не до полного выхода из строя. У двигателей M12 Fuel заявленный ресурс так же 500 часов. На счет ресурса простых M12 ничего не могу сказать, там даже мотор со встроенными несменными щетками.

Устройство 4-полюсного коллекторного мотора

Щетки на 4-полюсном коллекторном двигателе предыдущего поколения M18.

За счет использованных технологий, по сравнению с предыдущей линейкой M18, мощность у M18 Fuel выросла на 25% при том, что мотор стал более компактным и менее прожорливым (за счет повышения КПД).

Устройство 4-полюсного коллекторного двигателя Milwaukee M18

Внешний вид и устройство двигателя инструмента Milwaukee M18 предыдущего поколения.

Двигатель PowerState в инструменте Milwaukee M18 Fuel

Двигатель PowerState в инструменте Milwaukee M18 Fuel (шуруповерт 2603 или 2604).

На практике, производитель обещает нам в 2 раза больше мощности и в 4 раза дольше время работы. Заявлено это для M18 Fuel (2604) относительно бесщеточной Makita LXPH05. Для нашего рынка это Makita DHP459 (на унылом официальном российском сайте ее попросту нет, поэтому без ссылки). Насчет мощности близко к правде (крутящий момент макиты – 45 Нм, а милки — 82 Нм). Насчет времени работы, кто его знает… У обоих производителей есть аккумуляторы 18В емкостью от 1.5 Ач до 5 Ач. Ну, вы поняли…

RedLink Plus

RedLink – электронная интеллектуальная система контроля и управления разработки Milwaukee. Подобные системы применяются во всех электроинструментах приличного уровня любых приличных производителей. До переименования в Redlink она называлась DPM (Digital Power Management – Электронное управление мощностью).

Взаимодействие компонентов Milwaukee Fuel под управлением RedLink Plus

Взаимодействие компонентов Milwaukee Fuel под управлением RedLink Plus.

Функция RedLink, как и всех подобных систем, заключается в защите от перегрева, перегрузки (выключает двигатель при резком повышении потребления тока до 70 А на протяжении 0.5 сек.) и управлении всеми компонентами инструмента для эффективной работы и предотвращения поломки инструмента из-за человеческих ошибок и неправильного использования.

Плата коммутации, через которую контроллер Fuel управляет двигателем

Трехфазная плата коммутации, через которую контроллер управляет двигателем.

Часто подобные системы сохраняют диагностические данные, которые помогают сервисным центрам понять причины выхода из строя оборудования для его скорейшего ремонта и дальнейшего предотвращения подобных поломок в случае их массовости. Кроме того, на основе этих данных несложно проследить условия эксплуатации и отказать в гарантии в случае их несоблюдения.

RedLink Plus явилась дальнейшим развитием системы RedLink. Теперь, к защитным функциям прибавилась еще и оптимизация производительности, за счет регулировки мощности в зависимости от крутящего момента и текущей нагрузки. В процессе работы система отслеживает все основные узлы (батарею, двигатель, говорят, даже курок снабдили собственным микроконтроллером) и подстраивает мощность под нагрузку. Благодаря этому инструмент всегда работает в оптимальном режиме, что положительно влияет на производительность, общую надежность, время работы и срок службы.

Устройство шуруповертов Milwaukee Fuel

Устройство шуруповертов Milwaukee Fuel: основной контроллер у M18 обычно расположен в рукоятке, а у M12 – вдоль корпуса у основания рукоятки.

С современным развитием программируемых микроконтроллеров уже никого не удивить подобными «высокоинтеллектуальными» системами. Взять тот же Ardiuno, каких там только «чудес» не собирают, и это на простеньком микроконтроллере многолетней давности. В общем, возможности тут действительно большие, и реализация RedLink Plus со всеми её озвученными плюсами Milwaukee вполне по силам.

One-Key

В сентябре вышла система One-Key, с помощью которой каждый может мониторить состояние инструмента, управлять его параметрами и вести инвентаризацию, через любое устройство под управлением Andriod или iOS с беспроводным соединением. Такого в мире инструмента еще не было! Вся информация хранится на облаке и доступна из любой точки, в том числе одновременно из разных. Другими словами, сидя в офисе можно иметь всю информацию о наличии и состоянии инструмента на разных объектах. Система совершенно бесплатна, однако инструмент, поддерживающий такую возможность, появится позже и постепенно; сколько он будет стоить пока не известно.

Интерфейс приложения Milwaukee One-Key на Android

Интерфейс приложения Milwaukee One-Key на Android.

Аккумуляторы RedLithium

Последние годы все производители переводят линейки своих аккумуляторных продуктов с Ni-Cd на Li-Ion аккумуляторы. И все стараются добиться от этих батарей максимальной работоспособности и долговечности. На это и нацелена, представленная Milwukee в 2011 году, технология RedLithium (дословно – Красный Литий).

Заявленных свойств и характеристик для батарей RedLithium в компании Milwaukee добились за счет использования лучшей аккумуляторной «химии» (почти везде стоят Samsung’овские банки), интеллектуального блока контроля и управления элементами, а так же особой конструкции для уменьшения механических воздействий и защиты от попадания воды.

Взрыв-схемы аккумуляторов Mulwaukee RedLithium M18

Взрыв-схемы предыдущего поколения аккумуляторов XC (слева) и их последней редакции (справа).

M18 имеют встроенную защиту от перегрузки, перегрева, чрезмерного разряда (M12 имеют лишь температурный датчик). Контролер и зарядное устройство могут контролировать состояние не только всей батареи в целом, но индивидуально каждого аккумуляторного элемента (в крупных батареях, похоже, блоками по 2-3 элемента).

Все это, по заявлению разработчика, должно дать их аккумуляторам ряд преимуществ, как над предыдущими поколениями батарей, так и над батареями конкурентов. Но, немного смущает, что информация даже из официальных источников (сайт, пресс релизы, каталог и т.п) различается, поэтому в скобках привожу другие встретившиеся мне значения:

  • продолжительность работы увеличена на 40% (в 2 раза);
  • обороты и крутящий момент выросли на 20%;
  • количество циклов зарядки выросло на 50% (от 2 до 10 раз, 1400 циклов);
  • могут работать при температуре окружающей среды до -20°C.
Сравнение мощности и времени работы различных поколений аккумуляторов Milwaukee

Сравнение мощности и времени работы различных поколений аккумуляторов Milwaukee.

По всей видимости, зависит от того, с чем сравнивать… Цифры, конечно маркетинговые, но по моему опыту и отзывам других, RedLithium очень достойные аккумуляторы. Заряд и разряд происходит достаточно щадяще, у своих M12 я ни разу не замечал, чтобы они заметно нагрелись. Вполне реально, что аккумуляторы прослужат достаточно долго. Кроме того батареи имеют неплохую гарантию: на Li-Ion 2 и 3 года для американского рынка и 2 для нашего (при условии регистрации, и то не для всех аккумуляторов… как обычно, нас обделили…).

Внешний вид аккумулятора M18 XC 5.0 (48-11-1850)

Внешний вид аккумулятора M18 XC 5.0 (48-11-1850).

M18 имеют довольно надежное и удобное крепление слайдерного типа. Индикатор заряда у M18 находится на батарее (у M12 – на инструменте). Главное, что все аккумуляторы RedLithium, как механически, так и электрически, полностью совместимы с оборудованием предыдущего поколения своей системы и наоборот.

Аккумуляторы M12

На фото три имеющихся у меня батареи M12, уже знакомые нашим читателям из обзоров шуруповерта Milwaukee M12 Fuel (2404) и мультирезака M12 (2426).

Аккумуляторы RedLithium M12 различной емкостиСлева направо:
  1. 48-11-2402 – 12 В, 3 Ач (32 Втч), 400 грамм, 57 минут* (предыдущее поколение RedLithium)
  2. 48-11-2440 – 12 В, 4 Ач (43 Втч), 405 грамм, 76 минут*
  3. 48-11-2420 – 12 В, 2 Ач (22 Втч), 180 грамм, 40.5 минут*

* Время полного заряда, замеренного мной (вполне соответствует заявленному). По современным меркам это довольно долго, могли бы совершенно безболезненно уменьшить время минут на 10-20 за счет немного большего тока – аккумуляторы во время заряда еле теплые, сама зарядка и то больше греется.

В сентябре вышло «быстрое зарядное устройство», универсальное для M12 и M18. Время заряда меньше до 40% и улучшена индикация процесса, кроме того зарядка поддерживает грядущие аккумуляторы емкостью 6 и 9 Ач (для M18). Для желающих приобрести: американский каталожный номер – 48-59-1808, европейский – M12-18 FC. Только не забывайте, что американская версия потребует трансформатора или переделки, а насколько она ей поддается пока неизвестно (если кто-то захочет поделиться фотографиями внутренностей, многие будут благодарны!).
Новое зарядное устройство для ускоренного заряда M12 и M18 (48-59-1808)

Новое зарядное устройство для ускоренного заряда M12 и M18 (48-59-1808).

На самом деле аккумуляторы M12 не 12 вольт. Там стоят стандартные Li-ion банки 18650 с номиналом на 3.6 В, что дает 10.8 вольт (3×3.6). Полностью заряженный аккумулятор M12 показывает 12.2 – 12.5, что вполне объяснимо – любые заряженные аккумуляторы выдают больше номинала. Вот и написали 12 В (к слову, указанные Ватт-часы рассчитаны от номинала – 10.8).

У обычных RedLithium (48-11-2401) внутри установлены банки Samsung INR18650-15M на 1500mAh, а RedLithium XC 2.0 собраны из банок INR18650-20R на 2000mAh. И те и другие – отличные аккумуляторы, рассчитанные на высокий ток нагрузки (у 15M даже немного больше). Емкость батарей с этими аккумуляторами соответствует заявленной. Большие батареи (RedLithium XC 4.0) разбирать мне жалко, но полагаю, что там должны быть те же INR18650-20R, как и в маленьких.

Разобранный аккумулятор RedLithium M12 48-11-2420

Схема оснащена термодатчиком и позволяет производить заряд и контроль каждой банки батареи по отдельности (как и было заявлено). Каких-либо «интеллектуальных» компонентов внутри аккумуляторов M12 нет.

На фото я отметил, какие контакты предназначены для какой банки, имея эту информацию можно попробовать восстановить любую банку с помощью зарядок iMAX, OPUS и им подобным, не разбирая батареи (у Milwaukee M12 это не так просто сделать). У 4.0 Ач акумов банки собраны по парам.

Аккумуляторы M18

Аккумуляторов M18 выпускается значительно больше. На данный момент купить можно батареи емкостью от 1.5 Ач до 5 Ач. На январь 2016 анонсирован выход 18В аккумуляторов емкостью 6 Ач и 9 Ач. Вот уж будет, где разгуляться :-D .

Аккумуляторы M18 различной емкости

Аккумуляторы M18 различной емкости.

В самых первых акумах емкостью 1.5 Ач (48-11-1815) внутри стоят банки Samsung INR18650-15M (как и в M12 на 1.5 Ач). Напряжение у M18 указано «по-честному» – 3.6 x 5 = 18, хотя полностью заряженная батарея показывает чуть больше 20 вольт… :-D

Разобранный аккумулятор RedLithium M18 1.5 Ач (48-11-1815) - аккумуляторы

Каждый аккумулятор M18 уже имеет собственную плату электроники – часть той самой системы RedLink для мониторинга состояния элементов и контроля их заряда/разряда.

Разобранный аккумулятор RedLithium M18 1.5 Ач (48-11-1815) - плата управления

Можно предположить какие банки стоят в более емких моделях. Явно те же INR18650-20R в батареях на 2 Ач и 4 Ач. Скорей всего INR18650-25R в батареях емкостью 5 Ач (из высокотоковых банок Samsung – 2500 мАч это пока максимум).

Внутренности новых аккумуляторов RedLithium M18 емкостью 6 Ач и 9 Ач

Внутренности новых аккумуляторов RedLithium M18 емкостью 6 Ач и 9 Ач.

Сложно сказать, что используется в батареях на 6 и 9 Ампер-час. Согласно конструкции там должны стоять банки на 3000 мАч, а единственные известные банки такой емкости с током разряда 20 А это LG HG2. Очевидно, что эти батареи сейчас проходят этап рабочей «обкатки» (везет же кому-то :-D ), по результатам которой к выходу в продажу их дизайн может претерпеть изменения.

Теги: , , , , , , ,

Комментарии (6)

  • Геннадий

    |

    Спасибо за полезную информацию, очень познавательно!
    Возможно, Вам известно, как кодируется дата выпуска аккумуляторов?
    Вот, на моих M12B2 на верхней крышке («красной») выдавлены следующие буквы :
    — LAECD ;
    — HAECTT.
    — подозреваю, что — это и есть дата рождения каждого из них ?
    Было бы очень неплохо всякий раз знать «в каком возрасте» конкретный образец.
    Если знаете, поделитесь, пожалуйста ….
    Спасибо.

    Ответить

    • ToolGIR

      |

      Пожалуйста! Рад, что информация полезна.
      На всех моих M12 просто выбита (вверху на красном пластике) дата выпуска вида «130303U» (2013 год, 03 месяц, 03 день). Сейчас нет фото под рукой, чтобы показать.

      Есть документ (правда, на английском), в котором описано как и где читать дату выпуска на различных аккумуляторах Milwaukee. К слову, те же принципы используются и для маркировки инструмента (в основном вида «AAAAA1320AAAA«, где 13 — номер года, 20 — номер недели). И во всех случаях используются цифры для года и месяца/недели/дня.

      Вы уверены, что кроме этих букв больше ничего не выбито? Правда, последняя редакция документа 2013 год, и новей нет. Может что и изменилось.

      Ответить

      • Serg

        |

        Европа буквами маркируют дату выпуска акб, штаты по человечески, цифрами. %)

        Ответить

  • Serg

    |

    Щеточные М12 моторы ресурс 50 часов под нагрузкой. Моторы, да и инструмент, практически не ремонтнопригодны по экономическими причинам. Такое же в дешевом инструменте 12-18V всех производителей.

    Китайские бравые парни для дешевого инструмента делают щетки из упругого металла, а не угля, ресурс мотора думаю понятен.

    Ответить

  • Alex

    |

    американский каталожный номер – 48-59-1808, европейский – M12-18 FC. Только не забывайте, что американская версия потребует трансформатора или переделки, а насколько она ей поддается пока неизвестно

    Значит так, докладываю — рискнул прикупить на штатовском ибее вышеуказанную зарядку. На 220В переделывается еще проще чем «обычная». На плате предусмотрительно установлена перемычка — выкусил, перепаял варистор и готово). Вот как-то так.

    Ответить

    • ToolGIR

      |

      Приветствую!
      Спасибо, что поделились. =)
      Если не затруднит, могли бы выложить несколько фото для ознакомительных целей? Можно залить на fastpic.

      Ответить

Оставить комментарий

Ваш E-mail не будет опубликован. Обязятельные поля помечены *