Princípios do Eletromagnetismo

Motores de corrente contínua convertem energia elétrica em energia mecânica usando princípios de eletromagnetismo. Segue as principais leis que explicam o funcionamento desses motores.

• Lei de Lorentz (Força sobre uma Carga em Movimento),

F→ = 𝑞(𝑣→ × 𝐵→)

onde v→ é o vetor velocidade e B→ , é o vetor campo magnético.

Brushed: Quando a corrente flui pelas bobinas do rotor, que está em um campo magnético gerado pelo estator (ímãs permanentes ou eletroímãs), os elétrons em movimento nas bobinas experimentam uma força devido à Lei de Lorentz. Essa força resulta em um torque que faz o rotor girar. O sentido da força depende da orientação da corrente e do campo magnético, e é a base para a rotação contínua do motor.

Brushless: Quando a corrente é aplicada, os ímãs permanentes do rotor interagem com o campo magnético rotativo gerado pelas bobinas do estator. Os elétrons nas bobinas do estator estão sujeitos à força de Lorentz, que atua para mover os ímãs no rotor. A força gerada sobre os ímãs do rotor, devido ao campo magnético rotativo, cria um torque que faz o rotor girar continuamente.

• Lei de Ampère (Criação do Campo Magnético),

∮𝐵→𝑑𝑙→ = µ · 𝐼 ,

onde a primeira parte da igualdade é a integral de linha do campo, mede a acumulação do campo eletromagnético ao longo de um caminho fechado 𝑙, e a segunda parte é o produto da constante de permeabilidade do material pela corrente total em 𝑙.

Brushed: A corrente elétrica que passa pelas bobinas do rotor cria um campo magnético ao redor delas de acordo com a Lei de Ampère. O campo magnético gerado pelas bobinas interage com o campo magnético do estator, produzindo o torque necessário para a rotação do rotor.

Brushless: O controlador eletrônico gera correntes alternadas nas bobinas do estator, criando um campo magnético rotativo ao redor do rotor. Esse campo é uma aplicação direta da Lei de Ampère, onde o campo magnético criado pelas correntes nas bobinas interage com os ímãs do rotor. O campo magnético rotativo do estator atrai e repele os ímãs do rotor, criando um movimento rotacional contínuo.

• Lei de Faraday (Indução Eletromagnética),

f𝑒𝑚 =− 𝑑ϕ/𝑑𝑡 ,

onde a força eletromotriz é dada pelo negativo da derivada do fluxo eletromagnético ϕ do campo em relação ao tempo.

Brushed: Quando o rotor gira, ele pode induzir correntes parasitas em si mesmo ou em componentes próximos, devido à mudança do campo magnético, conforme descrito pela Lei de Faraday. Esse efeito é minimizado no design do motor, mas é fundamental na dinâmica do motor, especialmente quando ocorre frenagem regenerativa em sistemas mais avançados.

Brushless: A mudança no campo magnético do rotor em relação às bobinas do estator induz uma corrente nas bobinas (força eletromotriz induzida). O controlador eletrônico utiliza essa indução para sincronizar a comutação da corrente nas bobinas, maximizando a eficiência. A Lei de Faraday é fundamental para o feedback necessário ao controlador eletrônico, permitindo ajustar o campo magnético rotativo conforme a posição do rotor.