Motores de Circuito Impresso

Por vezes também chamados de “motores panqueca”, esta é uma configuração particularmente ardilosa de motor, cuja operação é, de certa forma, mais fácil de visualizar do que a dos motores convencionais. Eles cabem em espaços muito confinados (digamos dentro de uma porta de um carro, para fazer os vidros das respectivas janelas subir e descer) e, devido ao facto de o rotor ser leve e ter uma pequena inércia rotacional, podem acelerar até À máxima velocidade e para de novo, tudo muito rapidamente. Esta característica não é muito importante no caso das janelas dos carros mas é essencial para os robots industriais e outros servomecanismos.

Vantagens

– Eficientes – não apresentam histerese nem perdas no ferro
– Inércia rotacional muito baixa
– Leves
– Planos, e por isso cabem em espaços pequenos

Desvantagens

– Caros de fabricar
– A armadura apresenta pouca massa e, por isso, podem aquecer demasiado facilmente

Eis aqui um motor de circuito impresso típico. Não se preocupe com os dois fios pretos, nesta altura.

Isto é o que está lá dentro. Colada a cada “face” do motor estão (neste caso) oito ímanes. Os seus pólos são alternados (N-S-N-S-N-S etc.) à medida que vai andando à volta.

Eis a outra face, com os seus oito ímanes. Esta configuração bate exactamente (norte com sul) com os ímanes da outra face, criando um campo magnético muito forte através do espaço perto de onde o motor é fixado. (Tente não pensar acerca daquele fio preto, neste momento). Assim, temos agora configurado um campo magnético elevado, que funcional axialmente (isto é, paralelo ao eixo do motor). Aquele campo anda para trás e para a frente oito vezes através do pequeno espaço que será ocupado pelo rotor quando voltarmos a montar tudo de novo. (note que as faces terminais são feitos de ferro e completar o circuito magnético.)

Agora, se o campo magnético é paralelo ao eixo, e queremos que uma força tangencial no rotor, qual o caminho pelo qual seguirá a corrente? Bem, ele tem de estar nos ângulos certos em relação a ambos, e assim, radial.

Agora, tudo deve fazer sentido. As escovas contactam o rotor na área sombreada perto do eixo. A corrente segue ao longo do fio de cobre, e está a “caminhar” quase radialmente, à medida que vai através da região do campo magnético mais forte. (Quase radial mas não exactamente, para reduzir o torque de cogging.) Assim, uma força é exercida no fio que está nos ângulos certos com o fio e também com o campo magnético, originando a rotação do rotor. Então, se o fio for rodado e voltar na direcção do eixo de novo, a força no pedaço que retorna será igual e oposta à que sai, cancelando qualquer torque útil e toda a máquina ficará ali parada a deitar fumo. Então, uma vez que o fio se “foi embora” para lá do íman, vamos recuperá-lo diagonalmente à direita e trazê-lo de volta ao eixo do íman seguinte o qual, relembre-se, tem o seu campo magnético na direcção oposta. Agora a força no bocado de fio que regressa adicionar-se-á ao torque, e “aí vamos nós”.

Uma vez regressado à parte sombreada do rotor, a corrente pode passar através da segunda escova e voltar à pilha ou seja que fonte de alimentação alimentar o robot.

Tente não pensar ainda no fio preto. Nesta fotografia pode ver as duas escovas. Elas apenas friccionam o rotor, o qual, como se pode ver, consiste simplesmente numa peça plana de isolador com fios de cobre estampados nele, como uma placa de circuito impresso. O outro lado das escovas terminam como terminais metálicos da parte de fora do motor, como na primeira foto.

Ei-lo então. O único problema é que os ímanes eles próprios não conseguem reter o seu campo magnético permanente mais forte, a menos que estejam num circuito magnético completo. Assim, não podemos magnetizá-los e depois montá-los no motor. Mas uma vez montados no motor, não conseguimos chegar-lhe para os magnetizar. Logo, não podemos construir este tipo de motor. É pena, ele era tão promissor.

Mas… espere um momento! Suponha que enfiamos um fio preto (*) para a frente e para trás entre os ímanes, como se mostra na figura anterior. Tiremos o fio para fora do motor, e uma vez tudo montado fazemos passar um zilião de amperes através desse fio. Pense em que sentido será o campo magnético criado por essa corrente. Perfeito! Admitindo que não é um fio tão grosso que possa suportar essa corrente (tipicamente algumas centenas de amperes), mas é apenas por alguns milissegundos e o fio não terá tempo de se queixar. E também, isso só acontece uma vez…

(*) Na realidade, qualquer cor dá 🙂

Motores AC mais sofisticados

O motor do compressor num aparelho de ar condicionado é o componente que absorve mais corrente. Por esse motivo, é óbvio que deverá ser o mais eficiente possível, e é desejável que seja capaz de funcionar a várias velocidades, dependendo da carga necessária na altura. Com a sua eficiência miserável e falta de entusiasmo em funcionar em mais do que uma velocidade, um motor de indução monofásico é uma solução muito pobre, apesar de barata.
Muitos dos modernos aparelhos de ar condicionado usam, em vez disso, a tecnologia conhecida por “Inverter”. O que isto quer dizer é que a alimentação é primeiro rectificada para criar corrente contínua (DC), depois usa um inversor, ou conversor DC para AC, para voltar a disponibilizar AC de novo. Contudo, a AC que é produzida neste último passo não é mais a 50Hz, mas a uma frequência variável. Mesmo que usemos um motor de indução convencional agora estamos melhor pois conseguimos alimentá-lo à frequência mais adequada a cada momento, e assim à velocidade mais adequada também à carga a alimentar. Contudo, ainda podemos ir mais longe e utilizar antes um motor de relutância comutado (que tem um rotor feito de ferro macio) ou um motor DC sem escovas (que tem um íman permanente como rotor), e atingir ainda uma eficiência mais elevada. É uma das estranhas perversidades da vida que chamemos a este motor um motor DC, sabendo que ele é na realidade alimentado por AC.

Vantagens:

– Pode ser optimizado para cada tarefa
– Pode ser muito mais eficiente
– Pode funcionar a velocidades variáveis
– Pode durar para sempre

Desvantagens:

– Caro (relativamente ao motor de indução comum)
– Requer um circuito electrónico complexo como coadjuvante
– Demora mais tempo a explicar o seu funcionamento do que os motores comuns

Observe bem e conseguirá ver a palavra “inverter” na caixa.
Ainda não temos nenhumas boas fotografias do interior de um motor de relutância comutada, mas estamos a trabalhar nisso…)

Motores Universais

Também não deve haver casa sem pelo menos uma dezena de motores deste tipo. Eles estarão onde é desejável ter algo compacto e que rode rapidamente (processadores de alimentos, moinho de café, aparador de pêlos do nariz eléctrico) ou precisa de velocidade variável (máquina de costura, berbequim).

Vantagens

– Rodará à velocidade que pretender, incluindo realmente depressa.
– Muita potência num espaço pequeno

Desvantagens

– Horrível
– As faíscas do motor causam rádio interferências, ozono e barulho

Um motor universal possui um campo rasgado (no estator) e uma armadura com rasgos (no rotor). Não pode usar um íman permanente para criar o campo estatórico porque precisa de inverter a sua polaridade magnética a cada meio ciclo da tensão de alimentação. A tensão, ao ser alimentada para as escovas do comutador também mudará de polaridade a cada semi-ciclo, e, na realidade está simplesmente em série com a bobina de campo.

O exemplar que mostramos abaixo funcionou durante 30 anos numa máquina de costura.

Repare que as escovas à direita na extremidade do eixo. Olhando para o motor, ele é quase indistinguível (*) de um motor DC. Na realidade, ele funcionará alegremente em DC. Contudo, ao contrário de um motor de íman permanente, um motor universal rodará sempre na mesma direcção, seja qual for a maneira de ligá-lo à fonte de alimentação DC, isto é, mesmo que troque a polaridade da tensão de alimentação, ele rodará no mesmo sentido. Sabendo este facto simples pode permitir até que ganhe umas apostas envolvendo pequenas somas de dinheiro.
Este motor tem apenas dois pólos, e, por isso, não apresenta um grande torque no arranque. É por isso que, por vezes, necessita de forçar, no início, a roda grande das máquinas de costura, de forma a que ela arranque e embale.

(*) Os leitores mais astutos repararão que, ao contrário de um motor DC convencional, este apresenta um estator laminado. Os mais astutos de todos também compreenderão porquê.