Diferenças na construção de motores DC elétricos

De forma introdutória, os motores brushed, motores DC com escovas, funcionam através de uma comutação mecânica, pelo contato físico entre escovas de carbono e um comutador rotativo, que mudam a polaridade do eletroímã, bobinas energizadas, gerando um campo magnético rotativo que impulsiona o motor. Os motores brushless, motores DC sem escovas, possuem uma comutação realizada eletronicamente, em que as três fases, polos do estator, são comutadas de forma sincronizada com a rotação do rotor, gerando um campo magnético rotativo que impulsiona o motor.

Os motores brushless são mais eficientes e exigem menos manutenção, porém, possuem uma complexidade maior em controle devido ao sistema de três fases defasadas em 120º que, quando energizadas, conseguem interagir com os ímãs permanentes do rotor, permitindo-o girar. Para tal controle é necessária a identificação da posição rotor e, conseguir comutar os enrolamentos de forma precisa e sincronizada a partir do BEMF, tensão induzida de cada fase. Além disso, os motores brushless possuem duas configurações, inrunner, em que o rotor é a parte externa, e outrunner, que o rotor é a parte interna.

Motor Escovado (Brushed)

• Rotor

É a parte rotativa do motor brushed. Consiste em bobinas de fio enroladas em torno de um núcleo de ferro, que cria um eletroímã quando a corrente passa por ele. O campo magnético do rotor interage com o campo magnético do estator, gerando torque e fazendo o rotor girar.

• Estator

É a parte estacionária do motor brushed. Abriga ímãs permanentes, normalmente montados na superfície interna, proporcionando um campo magnético fixo. O campo magnético do estator interage com o campo magnético do rotor, criando o torque necessário para a rotação.

• Comutador

Responsável por mudar o sentido da corrente nos enrolamentos do rotor. É um cilindro metálico segmentado preso ao rotor, com cada segmento conectado a uma extremidade dos enrolamentos do rotor. À medida que o rotor gira, o comutador gira junto com ele, fazendo contato com as escovas.

• Escovas

São componentes fixos e condutores que mantêm contato elétrico com o comutador rotativo. Normalmente são feitos de carbono ou grafite, garantindo baixo atrito e desgaste. As escovas fornecem a conexão elétrica entre a fonte de energia e os enrolamentos do rotor através do comutador. À medida que o comutador gira, as escovas deslizam sobre sua superfície, energizando sucessivamente diferentes enrolamentos do rotor, o que por sua vez faz com que o campo magnético do rotor mude e mantenha a rotação.

• Comutação

Inicialmente, o rotor fica em uma posição inicial, com um dos polos magnéticos alinhado com as escovas. Neste momento, a corrente flui através dos enrolamentos, criando um campo magnético que interage com o campo do rotor, gerando torque e impulsionando o rotor em uma direção, á medida que o rotor gira, as escovas passam para os próximos segmentos do comutador, trocando a polaridade da corrente nos enrolamentos. Isso inverte o sentido do campo magnético do estator, fazendo com que o rotor continue girando na mesma direção. O processo de comutação se repete continuamente à medida que o rotor gira, com as escovas alternando entre os segmentos do comutador e invertendo a polaridade da corrente nos enrolamentos.

Motores sem escovas (Brushless)

• Rotor

É o componente giratório do motor brushless, no centro do rotor tem o eixo que transmite a força para a carga, ao redor dele há um núcleo de ferro que age como suporte para as bobinas que são enroladas em ranhuras ( ou não, depende do modelo), formando o eletroímã que interage com o campo magnético do estator, resultando na geração do torque necessário para a rotação. Além disso, os ímãs permanentes são fixados ao rotor em uma configuração específica, criando um campo magnético permanente. A interação entre este campo e o campo magnético gerado pelas bobinas do rotor é o que impulsiona a rotação do motor. O rolamento garante a rotação suave do rotor.

• Estator

É a parte fixa do motor brushless, fechado por uma carcaça, no centro do estator está o núcleo, formado por lâminas de aço silício, com bobinas enroladas que, quando energizadas, elas criam um campo magnético rotativo que interage com os ímãs permanentes do rotor, gerando a força necessária para o movimento. Além disso, há os fios de ligação conectando as bobinas ao controlador. Em alguns motores brushless há sensores de efeito Hall que monitoram a posição do rotor.

• Comutação

Inicialmente, é feita a detecção da posição do rotor, a partir da análise do BEMF ou sensores e encoders, após essa informação, o controlador eletrônico calcula quando cada fase vai ser energizada e desenergizada, para criar um campo eletromagnético rotativo que interaja corretamente com o campo do rotor para a obtenção de um torque constante, através de chaves eletrônicas a corrente é comutada entre as fases por comandos dos controlador eletrônico.