Коллекторные двигатели постоянного тока на 12 В — одна из самых распространённых категорий электродвигателей, использующихся в самых разных отраслях, от бытовой техники до промышленного оборудования и робототехники. Они остаются востребованными даже в эпоху широкого распространения бесколлекторных моторов благодаря простоте, низкой стоимости и надёжности. Эти двигатели (смотрите полный каталог) превращают электрическую энергию в механическое вращение с помощью простого, но эффективного устройства — коллектора и щёточно-коллекторного узла.
Конструкция и принцип работы
В основе конструкции коллекторного двигателя лежит ротор (якорь) с обмотками, соединёнными с коллектором, и статор, создающий магнитное поле с помощью постоянных магнитов или электромагнитов. При подаче напряжения ток проходит через угольные щётки к коллектору, который поочерёдно переключает обмотки ротора, обеспечивая непрерывное вращение.
Простая механическая коммутация — ключевая особенность таких моторов. В отличие от синхронных и асинхронных двигателей, здесь нет необходимости в сложной системе электронного управления. Это делает конструкцию менее чувствительной к перегрузкам и более ремонтопригодной.
Где применяются коллекторные двигатели на 12 В
Низковольтные двигатели особенно востребованы в портативных устройствах и оборудовании, где питание осуществляется от аккумуляторов или автомобильной электросети:
-
электроприводы в системах автомобилей (приводы стеклоподъёмников, моторы омывателя, корректор фар),
-
аккумуляторный электроинструмент (дрели, шуруповёрты, мини-шлифмашины),
-
модели радиоуправляемой техники (машины, самолёты, катера),
-
робототехника и автоматизированные системы малой мощности,
-
бытовая техника (ручные пылесосы, кухонные приборы).
Благодаря небольшим размерам и высокому отношению мощности к массе такие двигатели идеально подходят для мобильных применений.
Разновидности коллекторных двигателей 12 В
Существует несколько типов коллекторных двигателей постоянного тока, которые различаются по конструкции и характеристикам:
-
С независимым возбуждением, где питание обмотки возбуждения не зависит от якоря, что позволяет точнее управлять скоростью и моментом;
-
С параллельным возбуждением, у которых обмотка возбуждения подключается параллельно обмотке якоря;
-
С последовательным возбуждением, отличающиеся высоким пусковым моментом, что особенно ценно для устройств с большими инерционными нагрузками;
-
С смешанным возбуждением, совмещающие преимущества параллельного и последовательного способов для расширения рабочих характеристик.
Для 12-вольтовых систем наиболее часто используются двигатели с постоянными магнитами, которые позволяют обойтись без обмоток возбуждения и сделать конструкцию ещё проще и компактнее.
Преимущества коллекторных двигателей на 12 В
Ключевые достоинства, обеспечившие популярность этим моторам:
-
высокая удельная мощность при небольших габаритах;
-
простота конструкции и обслуживания;
-
линейная зависимость скорости вращения от приложенного напряжения, что позволяет легко регулировать обороты;
-
момент, пропорциональный току, что удобно для прямого управления нагрузкой;
-
возможность работать от аккумуляторных источников без сложных преобразователей;
-
низкая цена по сравнению с большинством бесколлекторных и инверторных решений.
Эти качества делают их идеальными для приложений, где не требуется высокая эффективность и ресурс свыше тысяч часов — например, в электроинструменте или недорогих электроприводах.
Интересные факты
-
Первые промышленные коллекторные двигатели появились в XIX веке и использовались для привода лифтов и станков.
-
Несмотря на кажущуюся «устарелость», современные коллекторные двигатели 12 В успешно применяются в робототехнических стартапах, где важны простота и минимальный вес.
-
Одна из причин долговечности таких моторов — применение графитовых или композитных щёток, которые продлевают срок службы даже при интенсивной эксплуатации.
-
В автомобильной промышленности коллекторные двигатели оставались стандартом для стеклоподъёмников вплоть до конца 2010-х годов, когда начали массово внедряться более дорогие шаговые и бесколлекторные моторы.
Лучшие модели на рынке
Среди качественных и надёжных коллекторных двигателей на 12 В пользователи часто выделяют изделия Mabuchi (серии RS-550, RS-775) и Johnson Electric. Эти двигатели обеспечивают стабильные характеристики, имеют широкий диапазон скоростей и высокий крутящий момент при разумной цене.
Сравнение с альтернативными решениями
В сравнении с бесколлекторными двигателями (BLDC) коллекторные моторы уступают в КПД (обычно 60–75% против 80–90%), более шумны и требуют обслуживания щёток. Однако BLDC-двигатели нуждаются в контроллере, который значительно увеличивает цену системы и усложняет её. Для приложений, где важна простота и низкая стоимость, 12-вольтовый коллекторный мотор остаётся наиболее целесообразным выбором.
С асинхронными двигателями постоянные коллекторные моторы сравнивать некорректно из-за разных сфер применения. Однако стоит отметить, что асинхронные моторы громоздки и практически не встречаются в мобильных устройствах на низкое напряжение.
Перспективы использования
Несмотря на тенденцию перехода на бесколлекторные решения, 12-вольтовые коллекторные двигатели сохраняют востребованность благодаря своей универсальности, ремонтопригодности и доступности. Они остаются оптимальным вариантом для хоббийных проектов, бюджетной робототехники, недорогих электроприводов в быту и автотехнике.
Коллекторные моторы на 12 В — это простое, надёжное и проверенное решение, которое ещё долго будет оставаться актуальным для задач, где необходима мобильность, высокая удельная мощность и простота управления.