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Com escovas ou sem escovas: escolhendo o motor certo para a aplicação

Não há muito debate entre motores com ou sem escovas. Para novas construções e aplicações, os motores sem escovas representam mais de 90% do mercado total. Os motores sem escovas removem o desgaste e o centelhamento associado ao uso de escovas e são geralmente mais eficientes e duráveis. Os sistemas legados muitas vezes podem se beneficiar da substituição de motores com escovas existentes por motores sem escovas, mas em alguns casos, um motor com escova pode ser a escolha preferida quando os componentes eletrônicos de controle precisam permanecer muito simplificados. Vamos analisar os benefícios dos motores sem escovas e, em seguida, explicar por que, em certas situações, os motores com escovas podem ser uma escolha melhor. 

Com escovas e sem escovas: o que há em um nome?  

A principal diferença entre os dois motores está no nome: um tem escovas e outro, não. Os motores DC com escovas têm um núcleo de ferro ranhurado com enrolamentos que estão ligados a um comutador. As escovas transportam a corrente para os enrolamentos. Em motores sem escovas, por outro lado, a comutação eletrônica determina a sequência para energizar os enrolamentos do estator em vez de usar um comutador físico e escovas. Eles possuem uma construção mecânica mais simples, mas possuem microprocessadores e arquiteturas de controle mais complexas, com mais de oito fios necessários para os motores e controles.

Se os motores sem escovas são simples mecanicamente e complexos logicamente, já os motores com escovas são o oposto. Eles têm uma construção mecânica mais complexa devido às barras comutadoras e conjuntos de escovas, mas eles só precisam de dois a quatro fios para o motor e o controle. Isso os torna mais fáceis de controlar através de uma relação linear de torque-velocidade. No entanto, escovas e comutadores nos motores se desgastam, limitando a vida útil do motor, e como eles faíscam quando em uso, os motores com escovas são geralmente inadequados para locais perigosos.  

Ainda assim, os motores com escovas podem ter uma vantagem em aplicações que exigem um grande furo passante, uma vez que este pode ser tão grande quanto 70% do diâmetro externo do motor. O furo passante pode ser usado, por exemplo, como uma rota para fio condutor, como uma área de montagem para outro hardware ou como um caminho ótico.

 

Brush Motor Section illustration

 

Brushless Motor Illustration

Comparação de desempenho 

Na maioria das aplicações, um motor sem escovas tem uma vantagem geral de desempenho em relação ao motor com escovas. Ele possui maior potência, menor fator de forma, maior densidade de torque, velocidades mais altas, controles mais complexos para velocidade e posição mais precisas e dissipa facilmente o calor. Menos atrito interno devido à falta de escovas também contribui para um motor mais eficiente e duradouro.  

Pode parecer, então, que os motores com escovas não têm tanto desempenho para oferecer seus motores homólogos sem escovas, mas eles têm outras vantagens. Devido ao elevado número de ranhuras, os motores com escovas têm um ripple de torque mais baixa do que os motores sem escovas (para mais informações sobre o ripple de torque, consulte o nosso blog Torque de cogging (um tipo de trepidação) e ripple de torque: o que você precisa saber). Eles também têm elevado torque de parada e torque suave e elevado em baixas velocidades.  

Com escovas ou sem escovas: qual usar 

Quando se trata de novas montagens e aplicações onde são necessários alto desempenho e controle complexo, e também em parte do desenvolvimento do sistema, o motor sem escovas é a escolha padrão. No entanto, quando são necessários requisitos de desempenho específicos para uma aplicação, os motores com escovas podem ser mais adequados. Quando emparelhados com controles simples, eles são úteis em certas aplicações:  

  • Sistemas de posicionamento que exigem uma controle constante da carga. O alto torque de parada (operação de "stand-still") fornece isso. 
  • Sistemas de controle de velocidade que podem usar o torque elevado em baixas velocidades (<100 rpm). 
  • Diâmetro do furo passante grande para relação OD. 
  • Aplicações antigas com motores com escovas onde a mudança para motores sem escovas pode não ser viável devido ao custo das atualizações necessárias na arquitetura de controle. 

Quando atualizar para motor sem escovas 

Motores com escovas em um sistema antigo podem ser atualizados para um motor sem escovas, mas exigirá mais do que apenas trocar um motor por outro. Contrastando com os controles de motor simples de um motor com escovas, os motores sem escovas usam meios eletrônicos para determinar a sequência para energizar o estator. Isso exigirá a atualização dos controles eletrônicos para o sistema. O motor é apenas um componente de um sistema, por isso é importante olhar para o sistema como um todo para determinar se ele se beneficiaria de mudar para um motor sem escovas ou permanecer com a arquitetura atual.

 

Large Through-Bore Aspect Ratio Capability illustration

Embora os sistemas modernos e de alto desempenho usem motores sem escovas, os motores com escovas podem fornecer benefícios para sistemas legados ou novos sistemas que exigem um alto torque de parada, alto torque a baixas velocidades ou controles simples. A Kollmorgen tem a expertise em engenharia e produtos, com um amplo portfólio de motores padrão e facilmente modificados, para atender aos sistemas analógicos existentes, desenvolver um novo sistema sem escovas ou atualizar um sistema de um motor com escovas para um sem escovas. 

Sobre o Autor

Especialistas Kollmorgen

Kollmorgen Experts

Esse blog foi um esforço colaborativo do time de motion e dos experts em automação na Kollmorgen, incluindo especialistas da engenharia, atendimento ao cliente e de desenvolvimento de projetos. Sempre que você começar um projeto, estamos aqui para ajudá-lo.

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