Motores BLDC
(1)Os motores elétricos, que incluem os cada vez mais populares motores BLDC (do inglês, Brushless Direct-Current Motor), também chamados motores sem escovas ou motores de CC síncronos, são dispositivos utilizados para converter a energia elétrica em energia mecânica, na maioria das vezes em forma de rotação. Os motores BLDC são um dos muitos grupos de motores elétricos que, graças às suas inquestionáveis vantagens, são utilizados num cada vez maior número de dispositivos, que vão de componentes informáticos, como unidades óticas e ventiladores de refrigeração, a dispositivos portáteis, ferramentas elétricas, brinquedos e veículos telecomandados, p. ex., drones, eletrodomésticos, e máquinas e dispositivos de transporte e movimento, como trotinetes, bicicletas e carros elétricos.
Construção de motores BLDC
Os motores sem escovas têm uma estrutura diferente da dos motores de comutador. A maior diferença entre os dois tipos de acionamentos é a ausência de um comutador que mude os sucessivos enrolamentos do rotor nos motores BLDC. Em vez do comutador, têm a chamada comutação eletrónica: um controlador especial adaptado para trabalhar com motores BLDC gere e comuta a fonte de alimentação em sucessivos enrolamentos do estator de forma a gerar um movimento rotativo suave do campo eletromagnético, seguido de um rotor sobre o qual são colocados os ímanes permanentes (geralmente, sob a forma de potentes ímanes de neodímio). A comutação dos sucessivos enrolamentos é efetuada por meio de elementos semicondutores como transístores. Se o vetor de campo eletromagnético produzido pelo enrolamento se mover angularmente com o vetor de campo magnético produzido pelos ímanes do rotor, ocorre um par que faz com que o rotor gire.
Os motores trifásicos podem ter enrolamentos conectados em triângulo: o final de cada enrolamento está conectado ao início do seguinte, e a energia é fornecida a cada um dos três pontos desta forma criados. Os enrolamentos também podem estar conectados em estrela: uma das extremidades dos enrolamentos está conectada a um ponto central comum, e a energia é fornecida às extremidades livres de cada um deles. O sistema de ligação delta oferece menos par a baixas velocidades, mas alcança uma velocidade máxima mais alta do que a ligação em estrela. Na prática, a ligação em estrela é a mais comum no caso dos motores BLDC, pois é mais eficiente em aplicações típicas.
Existem três versões de motores sem escovas: aquelas em que o rotor está rodeado pelo estator (do inglês, inrunners); aquelas em que o estator está rodeado pelo rotor (do inglês, outrunners); e aquelas em que o rotor e o estator são planos e paralelos (do inglês, axial). Em qualquer caso, é o rotor de ímanes permanentes que se move em relação à parte estacionária com enrolamentos. De um modo geral, os motores BLDC com o rotor à volta do estator (conhecidos como corredores) têm valores de par mais altos a baixas velocidades de rotação. Como o estator está fixo e é parte integrante da carcaça, a refrigeração pode ser principalmente por condução e não é necessária circulação de ar forçado adicional para refrigerar o motor. Na prática, a potência máxima de um motor sem escovas é limitada unicamente pela quantidade de calor libertado, cujo excesso pode provocar a combustão do isolamento do enrolamento e a sua consequente destruição.
Controlo de motores sem escovas
O sistema de controlo do motor BLDC assume geralmente a forma de controlo de retroalimentação. Um sensor eletrónico, na maioria das vezes sob a forma de sensor Hall, verifica a posição angular atual do rotor, o que permite que o controlador receba informação sobre como mudar os enrolamentos sucessivos para obter a rotação mais suave e estável do eixo. O ajuste por parte do controlador de fase (na verdade, a frequência de comutação dos enrolamentos do estator) e a amplitude dos impulsos de CC permitem controlar a velocidade de rotação e o par que aparece no eixo. Também existem soluções sem sensores de posição angular do rotor. Nesse caso, é utilizado o sinal “Back EMF” (do inglês, Back Electromotive Force), que é gerado por meio de ímanes rotativos (campo magnético) ligados ao rotor. A tensão induzida em cada uma das bobinas é comparável à tensão central no ponto de ligação dos três enrolamentos (caso estejam conectados em estrela). Estes sinais são amplificados e enviados ao sistema de deteção de posição do rotor, e as suas formas de onda movem-se entre si em 120°. O problema de utilizar uma solução deste tipo é o momento de arranque, isto é, o arranque do motor, porque estes sinais ainda não foram gerados e desconhece-se a posição do rotor.
Vale a pena saber que os motores BLDC podem ter um número diferente de fases. Há motores BLDC monofásicos, bifásicos e trifásicos. Quanto maior for o número de fases, maior será a potência e eficiência do motor, e mais silencioso será o seu funcionamento, em resultado de uma comutação mais suave dos enrolamentos, o que provoca uma menor vibração da estrutura.
Vantagens dos motores BLDC
A comutação eletrónica em motores BLDC ou ECM (do inglês, Electronically Commutative Motors), portanto, a ausência de um comutador e de escovas de carbono que deslizam sobre ele, tem muitas vantagens. Principalmente, a inexistência de faíscas (um problema comum nos motores de comutador), pelo que estes motores podem ser usados em zonas onde possa existir risco de incêndio ou explosão. Também não há perda de energia, uma vez que não há fricção entre as escovas de carbono e o comutador, o que poderia conduzir a um funcionamento incorreto da microeletrónica nas proximidades, devido ao ruído eletrónico resultante. A durabilidade de um motor BLDC é determinada quase exclusivamente pela durabilidade e fiabilidade dos rolamentos utilizados na sua construção. A ausência de escovas e de um comutador também se traduz no menor peso dos motores BLDC, na sua maior eficiência (em comparação com os motores elétricos de CC tradicionais) e num funcionamento mais silencioso. Também podem alcançar altas velocidades de rotação, mas pode facilmente estabelecer limites neste parâmetro e também controlá-los a baixas velocidades de rotação.
Aquando da escolha de um motor BLDC, preste atenção à tensão de alimentação para a qual foi concebido (geralmente, é o resultado dos parâmetros da fonte de alimentação que será utilizada com o controlador para pôr determinado motor em funcionamento). Também deverá ponderar o diâmetro do eixo e a configuração do impulsor.
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