Os motores sem escova são uma variedade de motores elétricos que, ao contrário dos motores convencionais com escova ou carvão, a remoção de carvão em motores sem escova aumenta a eficiência e a longevidade desses motores em comparação com os motores convencionais a carvão.
Devido às inúmeras vantagens dos motores sem escova, nossas muitas ferramentas utilizam motores sem escova para acompanhá-lo com sua potência única em qualquer situação.Maior vida útil, peso leve e menor produção de ruído estão entre as características que distinguem estes motores dos motores movidos a carvão.
Motores são máquinas de fornecimento de energia
Quando os engenheiros enfrentam o desafio de projetar equipamentos elétricos para executar tarefas mecânicas, eles podem pensar em como os sinais elétricos são convertidos em energia.Portanto, atuadores e motores estão entre os dispositivos que convertem sinais elétricos em movimento.Os motores trocam energia elétrica por energia mecânica.
O tipo mais simples de motor é o motor DC com escovas.Neste tipo de motor, a corrente elétrica passa por bobinas dispostas dentro de um campo magnético fixo.A corrente gera campos magnéticos nas bobinas;isso faz com que o conjunto da bobina gire, à medida que cada bobina é empurrada para longe do pólo semelhante e puxada em direção ao pólo diferente do campo fixo.Para manter a rotação, é necessário inverter continuamente a corrente – de modo que as polaridades das bobinas invertam continuamente, fazendo com que as bobinas continuem a “perseguir” os pólos fixos diferentes.A energia para as bobinas é fornecida através de escovas condutoras fixas que fazem contato com um comutador giratório;é a rotação do comutador que provoca a reversão da corrente através das bobinas.O comutador e as escovas são os principais componentes que distinguem o motor CC com escovas de outros tipos de motor.A Figura 1 ilustra o princípio geral do motor escovado.
Figura 1: Operação do Motor DC Escovado.
As escovas fixas fornecem energia elétrica ao comutador rotativo.À medida que o comutador gira, ele inverte continuamente a direção da corrente nas bobinas, invertendo as polaridades das bobinas para que as bobinas mantenham a rotação para a direita.O comutador gira porque está preso ao rotor no qual as bobinas estão montadas.
Os motores diferem de acordo com o tipo de potência (CA ou CC) e o método de geração de rotação (Figura 2).Abaixo, examinamos brevemente os recursos e usos de cada tipo.
Diferentes tipos de motores
Motores CC escovados, de design simples e fácil controle, são amplamente utilizados para abrir e fechar bandejas de disco.Nos carros, eles são frequentemente usados para retrair, estender e posicionar janelas laterais elétricas.O baixo custo desses motores os torna adequados para diversos usos.Uma desvantagem, contudo, é que as escovas e os comutadores tendem a desgastar-se de forma relativamente rápida como resultado do seu contacto contínuo, exigindo substituição frequente e manutenção periódica.
Um motor de passo é acionado por pulsos;ele gira em um ângulo específico (passo) com cada pulso.Como a rotação é controlada com precisão pelo número de pulsos recebidos, esses motores são amplamente utilizados para implementar ajustes de posição.Eles são frequentemente usados, por exemplo, para controlar a alimentação de papel em aparelhos de fax e impressoras – uma vez que esses dispositivos alimentam o papel em etapas fixas, que são facilmente correlacionadas com a contagem de pulsos.A pausa também pode ser facilmente controlada, pois a rotação do motor para instantaneamente quando o sinal de pulso é interrompido.
Nos motores síncronos, a rotação é síncrona com a frequência da corrente de alimentação.Esses motores são frequentemente usados para acionar as bandejas giratórias em fornos de micro-ondas;engrenagens de redução na unidade do motor podem ser usadas para obter as velocidades de rotação adequadas para aquecer os alimentos.Também nos motores de indução a velocidade de rotação varia com a frequência;mas o movimento não é síncrono.No passado, esses motores eram frequentemente usados em ventiladores elétricos e máquinas de lavar.
Existem vários tipos de motor de uso comum.Nesta sessão, veremos as vantagens e aplicações dos motores CC sem escovas.
Por que os motores BLDC giram?
Como o nome indica, os motores DC sem escovas não usam escovas.Com motores escovados, as escovas fornecem corrente através do comutador para as bobinas do rotor.Então, como um motor sem escova passa corrente para as bobinas do rotor?Isso não acontece - porque as bobinas não estão localizadas no rotor.Em vez disso, o rotor é um ímã permanente;as bobinas não giram, mas são fixadas no estator.Como as bobinas não se movem, não há necessidade de escovas e comutador.(Veja a Figura. 3.)
Com o motor escovado, a rotação é conseguida controlando os campos magnéticos gerados pelas bobinas do rotor, enquanto o campo magnético gerado pelos ímãs estacionários permanece fixo.Para alterar a velocidade de rotação, você altera a tensão das bobinas.Com um motor BLDC, é o ímã permanente que gira;a rotação é obtida alterando a direção dos campos magnéticos gerados pelas bobinas estacionárias circundantes.Para controlar a rotação, você ajusta a magnitude e a direção da corrente nessas bobinas.
Como o rotor é um ímã permanente, não necessita de corrente, eliminando a necessidade de escovas e comutador.A corrente para as bobinas fixas é controlada externamente.
Vantagens dos motores BLDC
Um motor BLDC com três bobinas no estator terá seis fios elétricos (dois para cada bobina) estendendo-se a partir dessas bobinas.Na maioria das implementações, três desses fios serão conectados internamente, com os três fios restantes estendendo-se do corpo do motor (em contraste com os dois fios que se estendem do motor escovado descrito anteriormente).A fiação na caixa do motor BLDC é mais complicada do que simplesmente conectar os terminais positivo e negativo da célula de potência;veremos mais de perto como esses motores funcionam na segunda sessão desta série.A seguir, concluímos examinando as vantagens dos motores BLDC.
Uma grande vantagem é a eficiência, pois esses motores podem controlar continuamente a força rotacional (torque) máxima.Os motores escovados, por outro lado, atingem o torque máximo apenas em determinados pontos da rotação.Para que um motor com escova forneça o mesmo torque que um modelo sem escova, seria necessário usar ímãs maiores.É por isso que mesmo pequenos motores BLDC podem fornecer uma potência considerável.
A segunda grande vantagem – relacionada à primeira – é a controlabilidade.Os motores BLDC podem ser controlados, usando mecanismos de feedback, para fornecer com precisão o torque e a velocidade de rotação desejados.O controle preciso, por sua vez, reduz o consumo de energia e a geração de calor e, nos casos em que os motores são alimentados por bateria, prolonga a vida útil da bateria.
Os motores BLDC também oferecem alta durabilidade e baixa geração de ruído elétrico, graças à ausência de escovas.Com motores escovados, as escovas e o comutador desgastam-se como resultado do contato em movimento contínuo e também produzem faíscas onde o contato é feito.O ruído eléctrico, em particular, é o resultado das fortes faíscas que tendem a ocorrer nas áreas onde as escovas passam sobre as aberturas do comutador.É por isso que os motores BLDC são frequentemente considerados preferíveis em aplicações onde é importante evitar ruído elétrico.
Aplicações ideais para motores BLDC
Vimos que os motores BLDC oferecem alta eficiência e controlabilidade, além de terem uma longa vida útil.Então, para que eles servem?Devido à sua eficiência e longevidade, são amplamente utilizados em dispositivos que funcionam continuamente.Eles são usados há muito tempo em máquinas de lavar, aparelhos de ar condicionado e outros produtos eletrônicos de consumo;e mais recentemente estão surgindo em ventiladores, onde a sua elevada eficiência tem contribuído para uma redução significativa no consumo de energia.
Eles também estão sendo usados para acionar máquinas de vácuo.Em um caso, uma mudança no programa de controle resultou em um grande salto na velocidade de rotação – um exemplo da controlabilidade superlativa oferecida por esses motores.
Os motores BLDC também estão sendo usados para girar unidades de disco rígido, onde sua durabilidade mantém as unidades operando de forma confiável no longo prazo, enquanto sua eficiência energética contribui para a redução de energia em uma área onde isso está se tornando cada vez mais importante.
Rumo a um uso mais amplo no futuro
Podemos esperar ver motores BLDC usados em uma gama mais ampla de aplicações no futuro.Por exemplo, provavelmente serão amplamente utilizados para conduzir robôs de serviço – pequenos robôs que prestam serviços em outras áreas além da manufatura.Pode-se pensar que motores de passo seriam mais adequados neste tipo de aplicação, onde pulsos poderiam ser usados para controlar com precisão o posicionamento.Mas os motores BLDC são mais adequados para controlar a força.E com um motor de passo, manter a posição de uma estrutura como o braço de um robô exigiria uma corrente relativamente grande e contínua.Com um motor BLDC, tudo o que seria necessário é uma corrente proporcional à força externa – permitindo um controle com maior eficiência energética.Os motores BLDC também podem substituir motores CC simples com escovas em carrinhos de golfe e carrinhos de mobilidade.Além de sua melhor eficiência, os motores BLDC também podem fornecer controle mais preciso – o que, por sua vez, pode prolongar ainda mais a vida útil da bateria.
Os motores BLDC também são ideais para drones.Sua capacidade de fornecer controle preciso os torna especialmente adequados para drones multirotores, onde a atitude do drone é controlada pelo controle preciso da velocidade de rotação de cada rotor.
Nesta sessão, vimos como os motores BLDC oferecem excelente eficiência, controlabilidade e longevidade.Mas um controle cuidadoso e adequado é essencial para aproveitar ao máximo o potencial desses motores.Em nossa próxima sessão, veremos como esses motores funcionam.
Horário da postagem: 21 de agosto de 2023