Há vários anos, temos visto motores sem escova 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 apertar aquele parafuso para madeira? hum, sim. Existem diferenças e efeitos significativos quando se trata de motores com escovas e motores sem escovas.
Antes de nos aprofundarmos nos motores com escova e sem escova de dois pés, vamos primeiro entender o conhecimento básico do verdadeiro princípio 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 DC é manter a carga elétrica oposta da parte rotativa (rotor) atraída pelo ímã imóvel (estator) à sua frente, puxando assim continuamente para frente. É como colocar um Boston Butter Donut em um palito na minha frente quando corro - continuarei tentando agarrá-lo!
A questão é como manter os donuts em movimento. Não existe 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 giram, de modo que sempre há um ímã permanente com carga oposta que pode se mover. Além disso, a carga semelhante experimentada pela bobina eletromagnética à medida que ela muda afastará a bobina. Quando olhamos para motores com escovas e motores sem escovas, a forma como o eletroímã muda a polaridade é a chave.
Num motor escovado, existem quatro componentes básicos: ímãs permanentes, armaduras, anéis de comutação e escovas. O ímã permanente constitui o exterior do mecanismo e não se move (estator). Um tem carga positiva e o outro tem carga negativa, criando um campo magnético permanente.
A armadura é uma bobina ou uma série de bobinas que se tornam um eletroímã quando energizada. Essa também é a parte rotativa (rotor), geralmente feita de cobre, mas também pode ser usado alumínio.
O anel comutador é fixado à bobina da armadura em dois (configuração de 2 pólos), quatro (configuração de 4 pólos) ou mais componentes. Eles giram com a armadura. Finalmente, as escovas de carvão permanecem no lugar e transferem a carga para cada comutador.
Assim que a armadura estiver energizada, a bobina carregada será puxada em direção ao ímã permanente com carga oposta. Quando o anel comutador acima dele também gira, ele se move da conexão de uma escova de carvão para a próxima. Ao chegar à próxima escova, ele receberá 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 até 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 mudei de ideia e busquei um smoothie mais saudável (minha polaridade ou desejo mudou). Afinal, os donuts são ricos em calorias e gordura. Agora estou perseguindo smoothies enquanto sou afastado do creme de Boston. Quando cheguei lá, percebi que donuts são muito melhores que smoothies. Enquanto eu puxar o gatilho, toda vez que 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 fixa externa. O controlador fornece energia para cada bobina com base na carga necessária para atrair o ímã permanente.
Além de mover cargas eletronicamente, o controlador também pode fornecer cargas semelhantes para combater ímãs permanentes. Como as cargas do mesmo tipo são opostas entre si, isso empurra o ímã permanente. Agora o rotor se move devido às forças de puxar e empurrar.
Neste caso, os ímãs permanentes estão se movendo, então agora eles são meu parceiro de corrida e eu. Não mudamos mais a ideia do que queremos. Em vez disso, sabíamos que eu queria Boston Butter Donuts e meu parceiro queria smoothies.
Os 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 fornecer impulso.
Os motores CC escovados são relativamente simples e baratos para fabricar peças (embora o cobre não tenha se tornado mais barato). Como um motor sem escova requer um comunicador eletrônico, na verdade você está começando a construir um computador em uma ferramenta sem fio. Esta é a razão para aumentar o custo dos motores sem escovas.
Devido a razões de design, os motores sem escovas têm muitas vantagens sobre os motores com escovas. A maioria deles está relacionada à perda de escovas e comutadores. Como a escova precisa estar em contato com o comutador para transferir a carga, ela também causa atrito. O atrito reduz a velocidade alcançável 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 quiser manter a velocidade, você precisa obter mais energia das pernas. Você também aquecerá os aros devido ao calor friccional. Isto significa que, em comparação com os motores com escovas, os motores sem escovas funcionam a uma temperatura mais baixa. Isso lhes confere maior eficiência, de modo que convertem mais energia elétrica em energia elétrica.
As escovas de carvão também se desgastam com o tempo. É isso que causa faíscas dentro de algumas ferramentas. Para manter a ferramenta funcionando, a escova deve ser substituída de tempos em tempos. Os motores sem escova não requerem este tipo de manutenção.
Embora os motores sem escovas exijam controladores eletrônicos, a combinação rotor/estator é mais compacta. Isso leva a oportunidades de peso mais leve e tamanho mais compacto. É por isso que vemos muitas ferramentas como o driver de impacto Makita XDT16 com design ultracompacto e potência poderosa.
Parece haver um mal-entendido sobre motores sem escova e torque. O próprio projeto do motor com ou sem escova não indica realmente a magnitude do torque. Por exemplo, o torque real da primeira furadeira a combustível Milwaukee M18 era menor do que o modelo escovado anterior.
No entanto, no final o fabricante percebeu algumas coisas muito críticas. A eletrônica usada em motores sem escova pode fornecer mais potência a esses motores quando necessário.
Como os motores sem escovas agora utilizam controle eletrônico avançado, eles podem detectar quando começam a desacelerar sob carga. Contanto que a bateria e o motor estejam dentro da faixa de especificação de temperatura, a eletrônica do motor sem escovas pode solicitar e receber mais corrente da bateria. Isso permite que ferramentas como furadeiras e serras sem escova mantenham velocidades mais altas sob carga. Isso os torna mais rápidos. Geralmente é muito mais rápido. Alguns exemplos disso 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 alcançar desempenho e tempo de execução ideais.
Comutação – mude a polaridade da carga – ligue o motor sem escova e mantenha-o 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 maior grau.
Para controlar o torque, quando a carga de torque do motor ultrapassa um determinado nível, é possível reduzir a tensão do estator. Obviamente, isso introduz requisitos importantes: monitoramento do motor e sensores.
Sensores de efeito Hall fornecem uma maneira barata de detectar a posição do rotor. Eles também podem detectar a velocidade pelo tempo e frequência de comutação do sensor de temporização.
Nota do editor: Confira nosso artigo O que é um motor sem escova sem sensor para saber como a tecnologia avançada de 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 escova da marca seja geralmente a mesma, você pode esperar uma vida útil mais longa para os modelos sem escova. Geralmente, isso pode levar vários anos além do período de garantia.
Lembra quando eu disse que os controladores eletrônicos são essencialmente a construção de computadores em suas ferramentas? Os motores sem escova também são o ponto de avanço para ferramentas inteligentes impactarem a indústria. Sem a dependência dos motores sem escova 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 de sair do trabalho, sua fé e amor pela família são sua principal prioridade. Geralmente você estará na cozinha, andando de bicicleta (ele é triatlo) ou levando as pessoas para um dia de pesca em Tampa Bay.
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Obrigado pela explicação. Isso é algo que venho me perguntando há muito tempo, visto que a maioria das pessoas é a favor do brushless (pelo menos usado como argumento para ferramentas elétricas e drones mais caros).
Quero saber: o controlador também sente a velocidade? Não é necessário fazer isso para sincronizar? Possui elementos Hall que detectam (giram) ímãs?
Nem todos os motores sem escova são melhores que todos os motores com escova. Quero ver como a duração da bateria do Gen 5X se compara ao seu antecessor X4 sob cargas moderadas a pesadas. De qualquer forma, as escovas quase nunca são um fator limitante de vida. A velocidade original do motor das ferramentas sem fio é de aproximadamente 20.000 a 25.000. E através do conjunto de engrenagens planetárias lubrificadas, a redução é de cerca de 12:1 na marcha alta e cerca de 48:1 na marcha baixa. O mecanismo de disparo e os rolamentos do rotor do motor que suportam o rotor de 25.000 RPM no fluxo de ar empoeirado são geralmente pontos fracos
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Horário da postagem: 31 de agosto de 2021