Motores DC sem Escovas: Como Funcionam os Motores Reais (máquinas eléctricas 23/…)

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Motores DC sem escovas

Em vez de ter os ímanes numa caixa estática e as bobinas no rotor, podemos colocar os ímanes no rotor e as bobinas no estator. Dessa forma não precisamos de escovas porque a bobina está estática. Contudo, agora precisamos de encontrar uma maneira de mudar a corrente através das bobinas no momento certo, para assegurar que o torque no rotor seja sempre exercido na mesma direcção. Num motor convencional, isso acontece automaticamente pois o comutador actua como um interruptor mecânico. Com um motor sem escovas, precisamos de uma forma para sensorear a posição do rotor, e depois comutar electronicamente a corrente de forma a que esta vá no sentido adequado através da bobina.
Os motores sem escovas podem ser encontrados nos discos rígidos dos leitores de CD e DVD, e em qualquer coisa na qual a eficiência e fiabilidade são mais importantes que o preço. Como o custo dos aparelhos electrónicos está sempre a descer, talvez um dia todos os motores DC sejam construídos desta forma.

Vantagens:

– Não têm escovas
– São simples
– São eficientes
– As bobinas são fixadas à caixa do motor e assim mais fáceis de refrigerar

Desvantagens:

– Requer circuitos electrónicos complementares complexos

Na realidade, escovas são sempre más notícias. Verdade! Elas são uma maneira inteligente de assegurar que, à medida que o rotor roda, a corrente é automaticamente comutada de sentido nas bobinas, para assegurar que o motor continua a rodar. Contudo, tudo o mais acerca delas é mau: são barulhentas, criam fricção, geram interferências eléctricas (devido às faíscas) e reduzem a eficiência (porque haverá sempre uma queda de tensão nos seus terminais). Não apenas isso, elas desgastam-se. Com a moderna electrónica, podemos em vez disso sensorear a posição do rotor (por exemplo, com um dispositivo de efeito de Hall), e então mudar o sentido da corrente com, por exemplo, um transístor MOS-FET.

Isto é uma ventoinha que passa a maior parte da sua vida dentro de um computador, mantendo o microprocessador fresco. Funciona com 12 V DC e tem um motor sem escovas, como é explicado nas letras da etiqueta.

Como prometido, os ímanes estão no rotor (com as lâminas da ventoinha fixadas) num anel à volta da parte exterior da caixa. Por “apalpar” usando um pequeno compasso como ponta de prova, chegámos à conclusão que há quatro pólos (N-S-N-S) à volta do anel.

O “estator”, no centro, tem quatro pequenas bobinas com peças polares de forma a criar um campo magnético forte perto do rotor. Dependendo da direcção da corrente através de cada bobina, ele atrairá ou repelirá o pólo norte. Então, tudo o que temos de fazer é ir mudando o sentido da corrente através das bobinas, de forma sincronizada com a rotação dos ímanes, e continuaremos sempre a exercer um torque que mantém a ventoinha a rodar.

Aqui retirámos a etiqueta e assim podemos ver o circuito electrónico que executa a comutação. Ele consiste num único circuito integrado e uns quantos pequenos condensadores. Afinal não é assim tão complexo! Se googlarmos a referência do CI (LB1962M), ficaremos a saber que é um “driver de onda-completa para motor de ventoinha monofásico”, o que penso que seja tranquilizador.

Mas como sabe o motor o momento exacto em que o íman passa por um pólo, e assim saber que é a altura certa para inverter o sentido da corrente? Há três técnicas usadas mais comummente:

– Sensores de efeito de Hall. Esta é uma forma elegante, sem contacto, de saber onde os ímanes estão
– Força contra electromotriz. Esta é ainda mais elegante. Não usa sensores, mas utilize o facto de que o íman ao passar perto da bobina induzirá uma tensão nele, e utiliza esta tensão para nos dizer onde está o íman
– Não se rale. Para uma abordagem minimalista, bastará irmos comutando as bobinas em sequência e assumir que o rotor se manterá a rodar. Para motores com uma pequena carga isso é bastante definidor (por exemplo uma ventoinha), isto funciona bastante bem.