O que é motor BLDC e suas vantagens

1.Conceito de motores DC sem escova

Um motor DC sem escova (BLDC), também conhecido como motor sem escova ou motor DC síncrono, é um tipo de motor que não requer escovas ou comutadores para operação. A entrada para um motor BLDC é de corrente contínua (CC), mas essencialmente simula corrente alternada (CA) comutando ciclicamente as chaves principais do inversor. Isso cria um campo magnético variável nos enrolamentos da bobina, permitindo que o rotor do motor experimente torque contínuo e, portanto, rotação contínua. Os motores BLDC podem ser configurados como monofásicos, bifásicos ou trifásicos dependendo do número de enrolamentos do estator. Os motores BLDC mais comumente encontrados são motores trifásicos. O diagrama abaixo ilustra a desmontagem de um motor CC trifásico sem escovas.

2. Aplicação de motores DC sem escova

Estima-se que o tamanho do mercado de motores BLDC atingirá aproximadamente US$ 19,76 bilhões até 2022. Com a tecnologia de motores BLDC se tornando cada vez mais madura, os motores BLDC encontraram amplas aplicações em vários campos, incluindo militares, aeroespaciais, industriais, automotivos, sistemas de controle civis e eletrodomésticos. Eles são comumente usados ​​em dispositivos de baixa tensão e baixo consumo de energia, como pequenos robôs, drones, bicicletas elétricas, aspiradores de pó e ferramentas elétricas.

Abaixo estão alguns aplicativos populares:

Aspirador de pó/secador de cabelo: Quando se trata de secadores de cabelo ou aspiradores de pó, a marca mais conhecida é Dyson. O secador de cabelo Dyson, promovido como 'tecnologia preta de última geração', apresenta o motor digital inteligente V9, que é menor, mais leve e mais rápido que os motores tradicionais. Sem o uso de escovas de carvão, o motor pode atingir uma velocidade de até 110.000 rotações por minuto e é menor e mais leve que outros motores. O motor usado no motor digital de Dyson é um “motor DC monofásico sem escovas”, essencialmente um tipo de motor BLDC.

Drones/Gimbals:

A chave para o controle do motor em drones é o controle de velocidade e direção. Os drones mais populares são, sem dúvida, os da DJI. O diagrama abaixo mostra a desmontagem do drone Spark, com quatro motores BLDC visíveis em cada canto.

Aplicações semelhantes incluem gimbals.

Ferramentas elétricas: ferramentas elétricas portáteis comuns encontradas na vida diária incluem chaves elétricas, furadeiras e outras da Bosch. A economia de energia e a alta eficiência dos motores DC sem escovas, juntamente com a redução contínua no custo das ferramentas elétricas manuais, levaram ao rápido desenvolvimento no uso de motores BLDC em ferramentas elétricas. Os fabricantes internacionais mais conhecidos, como Bosch, Dewalt, Milwaukee e outros, lideram esta tendência.

3. Construção de motor DC sem escova

Estator: O estator de um motor BLDC é composto por chapas de aço laminadas, com enrolamentos colocados em ranhuras esculpidas ao longo do eixo circunferencial interno. O estator é semelhante ao de um motor de indução, mas com uma distribuição de enrolamento diferente. A maioria dos motores BLDC possui três enrolamentos de estator conectados em estrela, cada um consistindo de múltiplas bobinas interconectadas. As bobinas são colocadas nas ranhuras e interligadas para formar enrolamentos. Esses enrolamentos são distribuídos ao longo da circunferência do estator para criar pólos magnéticos uniformemente espaçados.

Rotor: Os motores BLDC usam ímãs permanentes como rotor, sem bobinas em seu interior. Os pólos magnéticos sul e norte do rotor estão dispostos alternadamente. Além disso, com o avanço da tecnologia de materiais magnéticos macios e a diminuição dos preços, materiais de terras raras de neodímio, ferro, boro e alto desempenho são cada vez mais usados ​​para fabricar rotores de ímã permanente. Seu produto de alta energia magnética e características estáveis ​​permitem que os motores BLDC tenham melhores propriedades mecânicas e resposta dinâmica, bem como maior eficiência e faixa de velocidade. Aqui está um diagrama esquemático da seção transversal do ímã do rotor de um documento principal no BLDC da Microchip:

Sensores Hall: O aspecto mais crucial do controle do motor BLDC é a identificação da posição do rotor. Existem dois métodos para identificação de posição: um é utilizar sensores de posição para identificar a posição do rotor, conhecidos como sensores Hall; o outro método é sem sensor, que envolve a identificação da posição do rotor através da detecção da força eletromotriz reversa. Para motores BLDC com sensores, a maioria dos motores BLDC incorpora três sensores Hall no estator. Durante cada comutação, um enrolamento é conectado ao pólo positivo da fonte de alimentação de controle (a corrente entra no enrolamento), o segundo enrolamento é conectado ao pólo negativo (a corrente sai dele) e o terceiro enrolamento está desconectado. O torque é gerado pela interação entre o campo magnético produzido pelas bobinas do estator e o ímã permanente. Quando o pólo magnético do rotor passa próximo ao sensor Hall, o sensor emitirá um sinal de nível alto ou baixo, indicando que o pólo magnético sul/norte está passando pela região detectada pelo sensor Hall. A mudança de fase entre os sinais emitidos pelos sensores Hall pode ser de 60° ou 120°.