Há vários anos, temos visto motores sem escovas começarem a dominar o acionamento de ferramentas sem fio na indústria de ferramentas profissionais. Isso é ótimo, mas qual é o problema? É realmente importante, desde que eu consiga parafusar aquele parafuso de madeira? Hum, sim. Existem diferenças e efeitos significativos ao lidar com motores com escovas e motores sem escovas.
Antes de nos aprofundarmos nos motores com escovas e sem escovas de 60 cm, vamos primeiro entender o princípio básico de funcionamento dos motores CC. Quando se trata de acionar motores, tudo está relacionado a ímãs. Ímãs com cargas opostas se atraem. A ideia básica de um motor CC é manter a carga elétrica oposta da parte rotativa (rotor) atraída pelo ímã imóvel (estator) à sua frente, puxando-o continuamente para a frente. É como colocar um donut de manteiga de Boston em um palito na minha frente enquanto corro – vou continuar tentando pegá-lo!
A questão é como manter os donuts em movimento. Não há uma maneira fácil de fazer isso. Começa com um conjunto de ímãs permanentes (ímãs permanentes). Um conjunto de eletroímãs muda de carga (invertendo a polaridade) à medida que gira, então sempre há um ímã permanente com a carga oposta que pode se mover. Além disso, a carga similar experimentada pela bobina eletromagnética à medida que ela muda empurra a bobina para longe. Quando olhamos para motores com escovas e motores sem escovas, a chave é como o eletroímã muda de polaridade.
Em um motor com escovas, existem quatro componentes básicos: ímãs permanentes, armaduras, anéis de comutação e escovas. O ímã permanente constitui a parte externa do mecanismo e não se move (estator). Um é carregado positivamente e o outro negativamente, criando um campo magnético permanente.
A armadura é uma bobina ou uma série de bobinas que se transformam em um eletroímã quando energizadas. Esta também é a parte rotativa (rotor), geralmente feita de cobre, mas alumínio também pode ser usado.
O anel do comutador é fixado à bobina da armadura em dois (configuração de 2 polos), quatro (configuração de 4 polos) ou mais componentes. Eles giram com a armadura. Por fim, as escovas de carvão permanecem no lugar e transferem a carga para cada comutador.
Uma vez energizada a armadura, a bobina carregada será puxada em direção ao ímã permanente de carga oposta. Quando o anel comutador acima dele também gira, ele se move da conexão de uma escova de carvão para a próxima. Ao atingir a próxima escova, sofrerá uma inversão de polaridade e agora será atraído por outro ímã permanente, enquanto é repelido pelo mesmo tipo de carga elétrica. De forma tangível, quando o comutador atinge a escova negativa, ele agora é atraído pelo ímã permanente positivo. O comutador chega a tempo de formar uma conexão com a escova do eletrodo positivo e seguir para o ímã permanente negativo. As escovas estão em pares, então a bobina positiva puxará em direção ao ímã negativo, e a bobina negativa puxará em direção ao ímã positivo ao mesmo tempo.
É como se eu fosse uma bobina de armadura perseguindo um Boston Butter Donut. Cheguei perto, mas depois mudei de ideia e fui atrás de um smoothie mais saudável (minha polaridade ou desejo mudou). Afinal, donuts são ricos em calorias e gordura. Agora estou perseguindo smoothies enquanto sou empurrado para longe do creme Boston. Quando cheguei lá, percebi que donuts são muito melhores do que smoothies. Contanto que eu puxe o gatilho, toda vez que eu chegar ao próximo pincel, mudarei de ideia e, ao mesmo tempo, perseguirei os objetos que gosto em um círculo frenético. É a aplicação definitiva para TDAH. Além disso, somos dois lá, então Boston Butter Donuts e Smoothies são sempre perseguidos com entusiasmo por um de nós, mas indeciso.
Em um motor sem escovas, você perde o comutador e as escovas e ganha um controlador eletrônico. O ímã permanente agora atua como um rotor e gira internamente, enquanto o estator agora é composto por uma bobina eletromagnética externa fixa. O controlador fornece energia para cada bobina com base na carga necessária para atrair o ímã permanente.
Além de movimentar cargas eletronicamente, o controlador também pode fornecer cargas semelhantes para neutralizar ímãs permanentes. Como as cargas do mesmo tipo são opostas, isso empurra o ímã permanente. Agora, o rotor se move devido às forças de tração e empuxo.
Neste caso, os ímãs permanentes estão se movendo, então agora somos eu e meu parceiro de corrida. Não mudamos mais a ideia do que queremos. Em vez disso, sabíamos que eu queria Boston Butter Donuts e meu parceiro queria smoothies.
Controladores eletrônicos permitem que nossos respectivos prazeres do café da manhã passem à nossa frente, e temos buscado as mesmas coisas o tempo todo. O controlador também coloca coisas que não queremos para trás para nos dar um empurrãozinho.
Motores CC com escovas são peças relativamente simples e baratas de fabricar (embora o cobre não tenha se tornado mais barato). Como um motor sem escovas requer um comunicador eletrônico, você está, na verdade, começando a construir um computador em uma ferramenta sem fio. Este é o motivo do aumento do custo dos motores sem escovas.
Por razões de projeto, os motores sem escovas apresentam muitas vantagens em relação aos motores com escovas. A maioria delas está relacionada à perda de escovas e comutadores. Como a escova precisa estar em contato com o comutador para transferir a carga, isso também causa atrito. O atrito reduz a velocidade atingível e, ao mesmo tempo, gera calor. É como andar de bicicleta com freios leves. Se suas pernas usarem a mesma força, sua velocidade diminuirá. Por outro lado, se você quiser manter a velocidade, precisará obter mais energia de suas pernas. Você também aquecerá os aros devido ao calor do atrito. Isso significa que, em comparação com os motores com escovas, os motores sem escovas operam a uma temperatura mais baixa. Isso lhes confere maior eficiência, convertendo mais energia elétrica em energia elétrica.
As escovas de carvão também se desgastam com o tempo. Isso é o que causa faíscas dentro de algumas ferramentas. Para manter a ferramenta funcionando, a escova precisa ser substituída periodicamente. Motores sem escovas não requerem esse tipo de manutenção.
Embora os motores sem escovas exijam controladores eletrônicos, a combinação rotor/estator é mais compacta. Isso permite menor peso e tamanho compacto. É por isso que vemos muitas ferramentas como a parafusadeira de impacto Makita XDT16 com design ultracompacto e potência potente.
Parece haver um mal-entendido sobre motores sem escovas e torque. O design do motor com escovas ou sem escovas em si não indica realmente a magnitude do torque. Por exemplo, o torque real da primeira furadeira de martelo a combustível Milwaukee M18 era menor do que o do modelo anterior com escovas.
No entanto, no final, o fabricante percebeu alguns pontos muito importantes. A eletrônica usada em motores sem escovas pode fornecer mais potência a esses motores quando necessário.
Como os motores sem escovas agora utilizam controle eletrônico avançado, eles conseguem detectar quando começam a desacelerar sob carga. Desde que a bateria e o motor estejam dentro da faixa de temperatura especificada, a eletrônica do motor sem escovas pode solicitar e receber mais corrente da bateria. Isso permite que ferramentas como furadeiras e serras sem escovas mantenham velocidades mais altas sob carga. Isso as torna mais rápidas. Geralmente, são muito mais rápidas. Alguns exemplos incluem Milwaukee RedLink Plus, Makita LXT Advantage e DeWalt Perform and Protect.
Essas tecnologias integram perfeitamente os motores, baterias e componentes eletrônicos da ferramenta em um sistema coeso para atingir desempenho e tempo de execução ideais.
Comutação — alterar a polaridade da carga — ligar o motor sem escovas e mantê-lo girando. Em seguida, você precisa controlar a velocidade e o torque. A velocidade pode ser controlada alterando a tensão do estator do motor BLDC. Modular a tensão em uma frequência mais alta permite controlar a velocidade do motor em um grau maior.
Para controlar o torque, quando a carga de torque do motor ultrapassa um determinado nível, é possível reduzir a tensão do estator. Isso, é claro, introduz requisitos essenciais: monitoramento do motor e sensores.
Sensores de efeito Hall oferecem uma maneira barata de detectar a posição do rotor. Eles também podem detectar a velocidade pelo tempo e pela frequência de comutação do sensor de tempo.
Nota do editor: confira nosso artigo O que é um motor sem escovas sem sensor para saber como a tecnologia avançada do motor BLDC muda as ferramentas elétricas.
A combinação desses benefícios tem outro efeito: uma vida útil mais longa. Embora a garantia para motores (e ferramentas) com e sem escovas da mesma marca seja geralmente a mesma, você pode esperar uma vida útil mais longa para os modelos sem escovas. Geralmente, essa vida útil pode se estender por vários anos além do período de garantia.
Lembra quando eu disse que controladores eletrônicos são essencialmente computadores embutidos em suas ferramentas? Motores sem escovas também são o ponto de ruptura para ferramentas inteligentes que impactam a indústria. Sem a dependência dos motores sem escovas na comunicação eletrônica, a tecnologia de um botão de Milwaukee não funcionaria.
No relógio, Kenny explora profundamente as limitações práticas de várias ferramentas e compara as diferenças. Depois do expediente, sua fé e amor pela família são suas principais prioridades. Você geralmente estará na cozinha, andando de bicicleta (ele é triatleta) ou levando pessoas para um dia de pesca na Baía de Tampa.
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Obrigado pela explicação. Isso é algo que eu venho me perguntando há muito tempo, visto que a maioria das pessoas é a favor de motores sem escovas (pelo menos usado como argumento para ferramentas elétricas e drones mais caros).
Quero saber: O controlador também detecta a velocidade? Não é necessário fazer isso para sincronizar? Ele possui elementos Hall que detectam (giram) ímãs?
Nem todos os motores sem escovas são melhores do que todos os motores com escovas. Quero ver como a duração da bateria do Gen 5X se compara à do seu antecessor X4 sob cargas moderadas a pesadas. De qualquer forma, as escovas quase nunca são um fator limitante da vida útil. A velocidade original do motor das ferramentas sem fio é de aproximadamente 20.000 a 25.000 rpm. E, graças ao conjunto de engrenagens planetárias lubrificadas, a redução é de cerca de 12:1 na marcha alta e de cerca de 48:1 na marcha baixa. O mecanismo de gatilho e os rolamentos do rotor do motor, que suportam o rotor de 25.000 rpm na corrente de ar empoeirada, costumam ser pontos fracos.
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Data de publicação: 31 de agosto de 2021