Motores BLDC – O que você precisa saber?

Quais as principais características, vantagens e indicações para o uso dos motores BLDC

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A Kalatec, líder em soluções de automação industrial e reconhecida pela indústria como TOP ONE (Pesquisa Revista NEI 2019-2020) em preferência de Motores de Passo (com mais de 150 mil motores de passo  instalados ), apresenta aos seus clientes os Motores BLDC, também conhecidos como Motores de Corrente Contínua sem Escovas.

Os Motores BLDC (ou Brushless DC motor ) são constituídos de ímãs permanentes ligados a um eixo ou um cilindro rotativo, que são empurrados e/ou puxados por campos eletromagnéticos dos enrolamentos elétricos que, por sua vez, são gerenciados por um controlador eletrônico de velocidade (bldc controlador).

Eles diferem dos motores DC convencionais que utilizam escovas de contato elétrico (Brushed) deslizando sobre comutadores eletromecânicos para energizar os campos magnéticos.

Nos motores brushless dc BLDC a energia elétrica é convertida em energia mecânica pelas forças de atração (e repulsão) magnética entre os magnetos permanentes do rotor e o campo magnético rotativo induzido pelas bobinas eletromagnéticas do estator.

Vista em corte de Motores BLDC de 3 fases
Vista em Corte de Um Motor BLDC 3 fases – Imagem de https://www.electroschematics.com/hdd-bldc-motor/

Como não possuem escovas, a comutação nos motores BLDC é feita eletronicamente. As bobinas (eletroímãs) assumem o papel de estator e os magnetos (ímãs permanentes) funcionam como rotor girando no centro, ou em torno, do estator.

O rotor de um motor BLDC consiste em um número par de peças de ímãs permanentes. Um par de polos no rotor é definido por dois ímãs que são instalados em orientação magnética inversa, um em relação ao outro, com referência ao estator. O número de pares de polos magnéticos do rotor afeta tanto o tamanho do passo quanto a ondulação do torque do motor. Mais pares de polos resulta passos menores e menor ondulação de torque.

Algumas características

Um exemplo típico de motor BLDC é o motor das ventoinhas usadas para refrigerar os processadores e a fonte de alimentação dos computadores.

Os Brushless são motores síncronos alimentados por um Driver de 24V ou 48V e possuem uma vida útil muito mais longa do que os tradicionais motores escovados devido à ausência de desgaste das escovas. Para um motor corrente contínua escovado, a previsão de vida útil é de 600 horas. Já um motor BLDC possui cerca de 10.000 horas de vida.

Podem ser monofásicos, bifásicos ou trifásicos, porém os trifásicos são os mais comuns. Estes recebem energia trifásica no estator e fornece energia mecânica ao eixo. Isto significa que o campo magnético gerado pelo estator e o campo magnético gerado pelo rotor possuem a mesma frequência, ou seja, giram em sincronia e não é observado o escorregamento normalmente visto em motores de indução.

Esses motores são atuadores eletromecânicos que convertem sinal digital pulsado em um movimento mecânico discreto. São muito utilizados em aplicações de controle industrial, robótica e instrumentação eletrônica e oferecem a possibilidade de se controlar sua velocidade, direção e ângulo com precisão extrema.

Motores BLDC    X   Motores DC

Os motores BLDC são considerados mais eficientes do que os motores de corrente contínua. Isso significa que para a mesma potência de entrada, os Motores Brushless converterão mais energia elétrica em energia mecânica do que um motor DC escovado, principalmente devido à ausência de atrito das escovas.

Os motores sem escova são cada vez mais populares em setores como automotivo (principalmente veículos elétricos – EV), eletrodomésticos e indústria, porque, como o próprio nome indica, não precisa das escovas (utilizadas em motores tradicionais), que tendem a se desgastar e as substituem por um dispositivo eletrônico que melhora sua confiabilidade e durabilidade.

Em geral, para qualquer aplicação onde se tenha um motor CC com escovas sendo empregado, pode-se, facilmente, substituí-lo por um motor BLDC, proporcionando a mesma potência, com a vantagem de tamanho e peso reduzidos em relação ao motor original.

Os motores BLDC da Kalatec são, portanto, a escolha ideal para aplicações que exijam alta confiabilidade, alta eficiência e alta relação potência-volume. São também considerados motores de alto desempenho, capazes de fornecerem grandes quantidades de torque sobre uma vasta gama de velocidades, pois proporcionam alta densidade de potência e vida-longa para aplicações que requerem controle de velocidade.

Além disso, um motor BLDC pode ser menor e mais leve que um motor convencional, de escova, com a mesma potência, tornando-o ideal para aplicações onde o espaço é escasso.

Características dos Motores Brushless DC:

  • Alimentação: 12V,24V, 36V  ou 48 V
  • Controle Analógico: 0-5V (Modo velocidade  Start/Stop)
  • Malha fechada para controle de velocidade
  • Motor de 3 fases com 08 polos
  • Torque:  21mNm (K-22BL45) a 2.1Nm (K-86BL125)
  • Torque de Pico: 6,3Nm
  • Rotação Nominal: 3000 RPM
  • Potência real: 3,4 a 660 Watts
  • Marca do sensor Hall:  Honeywell
  • Grau de Proteção: IP30
  • Temperatura de Operação: -15 a +50 Graus Celsius

Quais as principais vantagens

Entre as vantagens dos Motores BLDC está sua alta eficiência, a capacidade de eliminar desgastes e perdas de energia, manutenção reduzida e muitos outros benefícios em comparação aos motores CC escovados e motores de indução, incluindo melhor velocidade em comparação ao torque, ausência de ionização do comutador, menor interferência eletromagnética (EMI), resposta dinâmica mais rápida, operação silenciosa e maiores faixas de velocidade, sendo, por isso, perfeitos para a aplicação em alta velocidade, como ferramentas elétricas e sopradores sem escova.

Motores BLDC (DC sem escovas) com potência de 660w
Motor BLDC 660W

Outra grande vantagem é a controlabilidade. Os Motores BLDC Kalatec podem ser controlados utilizando mecanismos de feedback para administrar com precisão a velocidade de rotação desejada. O controle de precisão, por sua vez, reduz o consumo de energia e geração de calor, e, nos casos em que os motores são alimentados por bateria, aumentam sua vida útil.

Além disso, a proporção de torque fornecida em relação ao tamanho do motor é maior, tornando-o uma boa opção para aplicações como máquinas de lavar e EV, onde se exige alta potência, mas tamanho e peso compactos.

Isso significa que para a mesma potência de entrada, os motores Brushless convertem mais energia elétrica em energia mecânica em comparação a um motor DC escovado.

Portanto, os Motores BLDC podem ser considerados equipamentos ecológicos graças à sua alta eficiência, que reduz o consumo energético. Possuem maior durabilidade e menos peso, por serem mais compactos. E, por fim, abranda o ambiente acústico, por terem um funcionamento mais suave e silencioso que os motores convencionais, melhorando sensivelmente o local de trabalho.

Comparação entre Motor BLDC (Brushless) e Motor Convencional (Brushed)

 

Características Motor BLDC (Brushless) Motor Convencional (Brushed)
Comutação Comutação eletrônica baseado na posição do rotor. Comutação através das escovas.
Vida Longa Curta
Torque versus velocidade Opera em todas as velocidades com carga constante. Em altas rotações, o atrito entre as escovas e o comutador aumenta.
Torque de saída versus tamanho da carcaça Alto. Tamanho da carcaça reduzido e boa dissipação térmica. Isso ocorre porque o BLDC possui as bobinas no estator, o que aumenta a dissipação térmica. Moderado / Baixo. A armadura produz muito calor, o que obriga a construção de uma carcaça maior para dissipar o calor. A temperatura alta diminui a potência.
Inércia do rotor Alta. Baixa. Devido ao ímã permanente estar no rotor, o que aumenta a resposta dinâmica. Alta. A armadura limita a resposta dinâmica.
Velocidade Alta. Não há resistência mecânica devido às escovas e ao comutador. Baixa. Devido à comutação (limitação mecânica).
Ruído Elétrico Baixo Alto. Arcos de tensão nas escovas geram ruído e emissões eletromagnéticas.
Manutenção Pequena. Por serem construídos sem escovas. Exige manutenção periódica devido ao alto desgaste das escovas.
Eficiência Alta. Não há queda de potência devido às escovas. Moderada

 

Onde os Motores BLDC podem ser aplicados

Os Motores BLDC podem ser utilizados numa ampla variedade de aplicações. Os de baixa potência podem ser usados para plataformas giratórias (toca discos) ou modelo de aviões com controle remoto, enquanto os de alta potência podem ser empregados em veículos elétricos e máquinas industriais.

Outras aplicações comuns para estes motores incluem peças de computadores, tais como dispositivos de movimentação dos HDs, CDs e DVDs. Também é usado na refrigeração dos PCs por meio dos Coolers (ventiladores) que usam os motores Brushless quase exclusivamente.

Atualmente os Motores BLDC são as melhores soluções para Carros AVG (Automade Guided Vehicle), empilhadeiras autônomas, além de serem muito utilizados em modelos rádio controlados (barcos, aviões e carros).

Os atuais recordes mundiais de velocidade em nautimodelos, aeromodelos com propulsão a hélice e automodelos são todos com Motores Elétricos Brushless, provando a eficiência desses motores sobre os tradicionais motores DC com escovas, utilizados para este tipo de aplicação.

São ótimas soluções para as mais diversas aplicações como máquinas rotuladeiras, etiquetadoras, cadeira odontológica, máquinas de corte a laser, máquina router, máquina de plasma, alimentadores, dosadores, e neste caso, até atendeu com eficiência a um projeto de Respirador Mecânico Hospitalar, para atendimento de pacientes com problema grave de respiração, devido ao Covid19. Sua principal vantagem é a alta inércia, o que favorece inúmeras aplicações, disponibilizando o torque de partida ideal.

Devido à sua eficiência e longevidade, os Motores BLDC são amplamente aplicados em dispositivos que operam continuamente, como em máquinas de lavar, aparelhos de ar condicionado e outros dispositivos eletrônicos de consumo.

Eles também são utilizados para movimentar a unidade de disco rígido, onde sua duração mantém unidades operacionais de modo confiável a longo prazo, enquanto a sua eficiência energética ajuda a reduzir a energia.

Pode-se ainda utilizar os Motores BLDC em uma ampla gama de aplicações robóticas, como, por exemplo, para guiar robôs que prestam serviços em diferentes campos de produção e, também, para fabricação de Drones.

Assim, constata-se que os Motores Brushless encontram aplicações em vários segmentos de mercado: automotiva, aparelhos em geral, controles industriais, automação, aviação e muitos outros.

Além disso, é possível categorizar os tipos de Motores BLDC de acordo com três grandes classes de aplicações:

Aplicação com Cargas Constantes

Este é um tipo de aplicação onde a variação de velocidade é mais importante que manter o motor em velocidade constante. As taxas de aceleração e desaceleração não são dinamicamente mudadas. Nesta aplicação, a carga é acoplada diretamente no eixo do motor, como nos casos dos ventiladores, bombas e exaustores. Esta utilização demanda baixo custo de controle, normalmente operados em malha aberta.

Aplicação com Cargas Variáveis

Este tipo de aplicação ocorre onde a carga no motor varia sobre um limiar de velocidade. Esta aplicação demanda uma alta rapidez de controle, exatidão e boas respostas dinâmicas. Máquinas domésticas como lavadoras, secadoras e compressores são bons exemplos.

No ramo automotivo, bomba de combustível, controle de direção eletrônica, comando eletrônico dos vidros e dos retrovisores são referências desta aplicação.

Na indústria aeroespacial, existem inúmeras aplicações como bombas centrífugas, manejo automático de braços robóticos, controle de giroscópios e muitos outros. Estes controles usam um sistema de feedback de velocidade e devem funcionar em circuito de malha fechada ou semifechada.

Aplicação de Posicionamento

Aplicações nesta categoria possuem um tipo de transmissão de potência, as quais podem ser engrenagens mecânicas, redutores planetários, redutores de coroa sem fim, correias eletrônicas ou simples correias. Nestas utilizações a resposta dinâmica da velocidade e torque é importante.

Este tipo de aplicação também possui rotação reversa. Um típico ciclo desta utilização possui uma fase de aceleração, uma fase de constante velocidade e uma fase de desaceleração. A carga no motor varia durante todas estas fases, causando a necessidade de um complexo controle. Este sistema opera em malha fechada.

Neste caso existem três controles funcionando simultaneamente: controle de torque, controle de velocidade e controle de posição. Codificadores ópticos são usados para medir a velocidade atual do motor. Em alguns casos, estes sensores são usados para obter informações sobre a posição relativa do motor. Semelhantemente, outros sensores de posição são usados para obter a posição absoluta do motor. Controladores numéricos (CNC) é um bom exemplo disso. Processos de controle, maquinário de controle e controles de transmissão tem abundantes aplicações nesta categoria.

kalatec motor de passo
kalatec : ampla linha de Motores BLDC

Atualmente tem-se aplicado os Motores BLDC em mecanismos, tais como:

  • Motores para injeção de combustíveis;
  • Motores de acionamento de fluidos, tais como bombas de água;
  • Motores de ventilação;
  • Motores de bicicletas elétricas;
  • Motores para aplicação em equipamentos eletro-médicos.

É possível concluir que os Motores BLDC Kalatec têm vantagens sobre motores DC convencionais e motores de indução. Eles possuem melhores características de velocidade versus torque, altas respostas dinâmicas, alta eficiência, longa durabilidade, baixo ruído, altas taxas de velocidade e muito mais. Também podemos ressaltar o torque de saída com relação ao tamanho da carcaça, tornando o BLDC prático em lugares onde tamanho e espaço são fatores críticos.

Com essas vantagens, os Motores BLDC encontram vastas aplicações no mercado automotivo, eletroeletrônicos, instrumentação médica, automação industrial, aeroespacial e outros.

Se você precisa de auxílio para estruturar o seu projeto e tem dúvidas, consulte nossos especialistas. Estamos sempre prontos para ajudar a potencializar os seus resultados com os melhores equipamentos da automação industrial.

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