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Os motores elétricos DC são algumas das invenções mais importantes em que o mundo moderno confia fortemente. Esses motores são usados em eletrodomésticos, ferramentas elétricas, drones, sistemas de refrigeração de PCs, robótica e veículos elétricos.
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Dois dos motores elétricos DC mais comuns em uso hoje são motores DC escovados e sem escovas. Ambos os motores têm a mesma ideia fundamental de usar o eletromagnetismo para fornecer rotações mecânicas. Mas com conceitos de design diferentes, motores com escovas e sem escovas têm suas diferenças em desempenho, custo e manutenção.
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Então, qual design de motor é melhor - escovado ou sem escova?
Como funciona um motor elétrico DC?
Motores elétricos convertem eletricidade em energia mecânica. Eles fazem isso permitindo que a eletricidade passe pelos enrolamentos de cobre, criando um campo eletromagnético que excita os ímãs permanentes dentro do motor, fazendo com que o rotor se mova e produza energia mecânica.
Embora os motores com e sem escovas tenham o mesmo objetivo de converter eletricidade em energia mecânica, seus projetos são diferentes. Para entender sua diferença, vamos falar sobre o projeto do motor, começando pelo motor escovado.
Projeto de motor escovado
Os motores escovados estão em produção há mais de um século. Eles são conhecidos por terem um design simplista utilizando um par de escovas de carvão para fornecer energia ao motor. Motores escovados sempre terão quatro partes principais, são elas:
- Estator: A parte estacionária do motor. Ele contém os ímãs permanentes que fazem o rotor se mover.
- Rotor: A parte rotativa do motor. Ele contém uma bobina de cobre que, quando energizada, torna a bobina de cobre eletromagnética.
- Comutador: Um anel de metal que garante que o rotor continue girando invertendo a polaridade a cada meia volta do rotor.
- Escovas: Uma parte estacionária feita de carbono conectada diretamente aos terminais da fonte de alimentação. Eles retransmitem energia para o anel do comutador, que então ativa o rotor.
Um motor escovado usa escovas para alimentar eletricamente o motor enquanto permite que o rotor e o comutador girem. O rotor é composto por enrolamentos de cobre que, quando alimentados, basicamente se tornam um eletroímã.
Então, o que acontece se dois ímãs se aproximarem?
Bem, dependendo do alinhamento dos pólos magnéticos, eles se atraem ou se repelem. O objetivo de um motor escovado é usar atração e repulsão para girar o motor. É aqui que um comutador se torna útil.
Um comutador é um anel metálico no centro do rotor que alterna o pólo magnético do rotor a cada 180 graus. Isso garante efetivamente que o polo magnético do rotor sempre se alinhe com o mesmo polo magnético do estator, causando repulsão.
O resultado? Contínuo rotações mecânicas têm força suficiente para alimentar seu liquidificador (ou qualquer coisa que use um motor escovado).
Projeto de motor sem escova
Os motores brushless começaram a ganhar popularidade na década de 1980, quando os transistores se tornaram mais comuns na eletrônica. Tendo prontamente disponível componentes de estado sólido desempenhou um grande papel na fabricação de motores sem escova aplicáveis a ferramentas elétricas, eletrodomésticos e eletrônicos. Seu design complexo e eficiente oferece aos motores sem escova mais torque do que seus equivalentes com escova.
O design do motor sem escovas emprega várias partes essenciais. Eles incluiriam:
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- Estator: A parte estacionária do motor. Ele contém várias bobinas de cobre que, quando energizadas, tornam-se um ímã ativo.
- Rotor: A parte rotativa do motor. Este contém os ímãs permanentes que giram devido ao campo eletromagnético entre o estator e o rotor.
- Sensor de Efeito Hall: Um sensor que detecta quais bobinas estão energizadas e quais não estão.
- Circuito de controle: Um circuito eletrônico projetado para decidir quais bobinas dentro do estator devem ser energizadas.
Como o nome indica, os motores sem escovas não usam escovas para alimentar o motor. Motores sem escova também não possuem comutadores de corrente. Em vez disso, ele usa um sensor de efeito hall e um circuito de controle para garantir que os pólos magnéticos opostos do estator e do rotor estejam sempre alinhados. Outra coisa que você achará diferente é que o estator abriga os enrolamentos de cobre enquanto o rotor abriga os ímãs permanentes.
Um motor sem escovas funciona fundamentalmente da mesma maneira que um motor com escova: usando diferenças nos pólos magnéticos para mover o rotor, criando rotação e torque.
Mas sem escovas e comutadores, como os enrolamentos de cobre podem obter energia?
Simples, você torna os enrolamentos de cobre estacionários. As escovas não são mais necessárias com enrolamentos de cobre estacionários, pois você pode alimentar diretamente as bobinas através de fios.
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Quanto aos comutadores, um motor brushless utiliza um sensor de efeito hall e um circuito de controle. Um sensor hall é um sensor circular plano colocado ao lado dos enrolamentos de cobre do estator. Como o estator abriga várias bobinas, o sensor hall pode detectar se uma dessas bobinas está energizada ou não.
Feito usando Sketchup
O sensor então dá sua leitura ao circuito de controle e decide quais bobinas energizar. Portanto, se os ímãs permanentes do rotor se aproximarem dos pólos magnéticos de atração, o circuito de controle parará de energizar essas bobinas e energizará a próxima bobina que atrai os ímãs permanentes do rotor. O circuito de controle também energizará as bobinas antes dos ímãs permanentes, causando repulsão e adicionando ainda mais torque à rotação.
Prós e contras de motores escovados e sem escova
Com as diferenças no design do motor, tanto os motores escovados quanto os sem escova terão prós e contras. Aqui está uma tabela para ajudá-lo a entender seus pontos fortes e fracos:
| Vida útil | Curto | Grandes |
| Aceleração | Médio | Alto |
| Eficiência | Médio | Alto |
| Torque | Médio | Alto |
| Acústica | Barulhento | Tranquilo |
| Custo | Barato | Caro (com circuito de controle) |
Você deve comprar hardware com um motor escovado ou sem escova?
Como você pode ver na tabela, os motores sem escova são melhores em todos os aspectos (exceto em custo) do que seus equivalentes escovados. Eles fornecem maior torque, aceleração de velocidade mais rápida, menor ruído e maior eficiência e são mais duráveis.
Então, quando você tem a chance de comprar uma nova ferramenta elétrica, utensílio de cozinha, drone ou qualquer coisa que precise de um motor, escolher itens com motor sem escova geralmente é a melhor opção.
Então, os motores escovados devem ser obsoletos?
Bem não. Especialmente porque um motor sem escova (mais circuito de controle) custará significativamente mais do que um item usando um motor com escova. E embora um motor sem escova seja melhor que seu equivalente escovado, isso não significa que um motor escovado seja ruim. Na verdade, um motor escovado é muito bom. Você pode realizar as mesmas tarefas com um motor escovado que as pessoas fariam com um sem escova.
Em geral, os motores brushless são os motores ideais dentro de suas ferramentas e equipamentos. Mas também há situações em que você pode querer usar motores escovados. Essas situações incluiriam:
- Quando o motor é usado em rajadas curtas momentâneas (por exemplo, liquidificador, bancos elétricos e limpadores de pára-brisa)
- Quando uma ferramenta/aparelho se torna útil apenas algumas vezes por ano
- Quando a tarefa não requer muito torque (por exemplo, brinquedos, saídas de ar)
- Em condições extremas de operação. Motores escovados não precisam de sensores ou circuitos de controle que podem falhar em condições climáticas extremas
Fazendo compras inteligentes
Agora que você entende a diferença entre motores com escovas e sem escovas, espero que seja mais fácil fazer uma compra inteligente ao comprar utensílios de cozinha, ferramentas e equipamentos. Isso também deve explicar por que alguns itens são mais caros do que seus equivalentes, embora sejam da mesma marca, tenham os mesmos recursos e usem o mesmo formato. Lembre-se, só porque você pode comprar um item premium usando um motor sem escova nem sempre significa que é a coisa inteligente a comprar.