¿Qué es el motor BLDC y sus ventajas?

1.Concepto de motores CC sin escobillas

Un motor de CC sin escobillas (BLDC), también conocido como motor sin escobillas o motor de CC síncrono, es un tipo de motor que no requiere escobillas ni conmutadores para su funcionamiento. La entrada a un motor BLDC es corriente continua (CC), pero esencialmente simula corriente alterna (CA) activando cíclicamente los interruptores principales del inversor. Esto crea un campo magnético cambiante en los devanados de la bobina, lo que permite que el rotor del motor experimente un par continuo y, por tanto, una rotación continua. Los motores BLDC se pueden configurar como monofásicos, bifásicos o trifásicos según la cantidad de devanados del estator. Los motores BLDC más comunes son los motores trifásicos. El siguiente diagrama ilustra el desmontaje de un motor CC trifásico sin escobillas.

2.Aplicación de motores CC sin escobillas

Se estima que el tamaño del mercado de motores BLDC alcanzará aproximadamente los 19,76 mil millones de dólares para 2022. Con la tecnología de motores BLDC cada vez más madura, los motores BLDC han encontrado amplias aplicaciones en diversos campos, incluidos militares, aeroespaciales, industriales, automotrices, sistemas de control civil y electrodomésticos. Se utilizan habitualmente en dispositivos de bajo voltaje y baja potencia, como pequeños robots, drones, bicicletas eléctricas, aspiradoras y herramientas eléctricas.

A continuación se muestran algunas aplicaciones populares:

Aspiradora/Secador de pelo: Cuando se trata de secadores de pelo o aspiradoras, la marca más conocida es Dyson. El secador de pelo Dyson, promocionado como 'tecnología negra de próxima generación', cuenta con el motor digital inteligente V9, que es más pequeño, más ligero y más rápido que los motores tradicionales. Sin el uso de escobillas de carbón, el motor puede alcanzar una velocidad de hasta 110.000 revoluciones por minuto, y es más pequeño y ligero que otros motores. El motor utilizado en el motor digital de Dyson es un 'motor CC monofásico sin escobillas', esencialmente un tipo de motor BLDC.

Drones/Gimbals:

La clave para el control del motor en drones es el control de velocidad y dirección. Los drones más populares son sin duda los de DJI. El siguiente diagrama muestra el desmontaje del dron Spark, con cuatro motores BLDC visibles en cada esquina.

Aplicaciones similares incluyen cardanes.

Herramientas eléctricas: las herramientas eléctricas portátiles comunes que se encuentran en la vida diaria incluyen llaves eléctricas, taladros y otros de Bosch. El ahorro de energía y la alta eficiencia de los motores CC sin escobillas, junto con la reducción continua del costo de las herramientas eléctricas portátiles, han llevado a un rápido desarrollo en el uso de motores BLDC en herramientas eléctricas. Los fabricantes internacionales más conocidos, como Bosch, Dewalt, Milwaukee y otros, lideran esta tendencia.

3. Construcción de motor CC sin escobillas

Estator: El estator de un motor BLDC está compuesto por láminas de acero laminado, con devanados colocados en ranuras talladas a lo largo del eje circunferencial interno. El estator es similar al de un motor de inducción pero con una distribución de devanados diferente. La mayoría de los motores BLDC tienen tres devanados de estator conectados en estrella, cada uno de los cuales consta de múltiples bobinas interconectadas. Las bobinas se colocan en las ranuras y se interconectan para formar devanados. Estos devanados se distribuyen a lo largo de la circunferencia del estator para crear polos magnéticos espaciados uniformemente.

Rotor: Los motores BLDC utilizan imanes permanentes como rotor, sin bobinas en su interior. Los polos magnéticos sur y norte del rotor están dispuestos alternativamente. Además, con el avance de la tecnología de materiales magnéticos blandos y la disminución de los precios, los materiales de tierras raras de neodimio, hierro y boro de alto rendimiento se utilizan cada vez más para fabricar rotores de imanes permanentes. Su producto de alta energía magnética y sus características estables permiten que los motores BLDC tengan mejores propiedades mecánicas y respuesta dinámica, así como una mayor eficiencia y rango de velocidad. A continuación se muestra un diagrama esquemático de la sección transversal del imán del rotor de un documento principal sobre BLDC de Microchip:

Sensores Hall: el aspecto más crucial del control del motor BLDC es la identificación de la posición del rotor. Existen dos métodos para la identificación de la posición: uno es utilizar sensores de posición para identificar la posición del rotor, conocidos como sensores Hall; el otro método no tiene sensores y consiste en identificar la posición del rotor detectando la fuerza electromotriz inversa. Para los motores BLDC con sensores, la mayoría de los motores BLDC incorporan tres sensores Hall en el estator. Durante cada conmutación, un devanado está conectado al polo positivo de la fuente de alimentación de control (la corriente ingresa al devanado), el segundo devanado está conectado al polo negativo (la corriente sale de él) y el tercer devanado está desconectado. El par se genera por la interacción entre el campo magnético producido por las bobinas del estator y el imán permanente. Cuando el polo magnético del rotor pasa cerca del sensor Hall, el sensor emitirá una señal de nivel alto o bajo, indicando que el polo magnético sur/norte está pasando por la región detectada por el sensor Hall. El desfase entre las señales emitidas por los sensores Hall puede ser de 60° o 120°.