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¿Qué es y cómo funciona el MOTOR BRUSHLESS - Momento de Torsión - Efecto Hall
¿Qué es y cómo funciona el MOTOR BRUSHLESS - Momento de Torsión - Efecto Hall
En este video hablaremos de un motor de corriente continua, la opción ideal para un sinfín de usos cuando se precise de:
-fiabilidad
-un mantenimiento mínimo o nulo
-sigilo y poco ruido
-control de velocidad
- y bajo coste
En concreto os contaremos cómo es, y cómo funciona el motor “BRUSHLESS”, su nombre por si solo ya nos dice algo. Se trata de un motor precisamente sin escobillas.
Como ya pudimos observar en nuestro video anterior, que trató sobre el funcionamiento del motor de corriente continua, las escobillas son dispositivos que tienen la función de transmitir la electricidad a las bobinas de cobre del motor mediante la fricción.
El motor BRUSHLESS no produce contactos deslizantes en el colector del rotor. Con ello, se resuelve completamente el problema del mantenimiento, y el remplazo de contactos y escobillas.
Puede encontrar en el catálogo de JAES distintos tipos de motores BRUSHLESS de un gran número de fabricantes.
A diferencia del motor eléctrico con escobillas, el motor BRUSHLESS, al no tener partes, no desprende chispas ni causa ruido de fricción.
Esto constituye una característica fundamental del motor BRUSHLESS, que lo vuelve muy aconsejable para ser usado en ambientes donde las chispas supongan un peligro. Como por ejemplo en entornos con gas inflamable.
Se trata de un tipo de motor que tiene el rotor de imanes permanentes. Esto no podría ser de otra manera, ya que precisamente no se prevé contacto alguno con el rotor.
En cambio, el estátor tiene electroimanes energizados mediante el devanado o bobinado.
Ésta es una diferencia importante respeto a los motores con escobillas tradicionales, ya que estos pueden tener tanto el estátor como el rotor compuesto de electroimanes, para así aumentar los campos magnéticos, y por ende tener una densidad de potencia mecánica, por unidad de peso del motor, más elevada.
El par de torsión del motor BRUSHLESS es debido a la interacción magnética impuesta por los electroimanes a los imanes permanentes.
Existe una secuencia precisa de excitación de los electroimanes, que impone a los imanes permanentes un movimiento angular siempre en la misma dirección, lo más constante posible, en igualdad de excitación.
Naturalmente la secuencia es cíclica, y el rotor continua, mientras sea alimentado, repitiendo la secuencia, y por lo tanto su propia rotación.
Vamos a ser más concretos:
La secuencia de excitación de los electroimanes del estátor es tal, que los imanes del rotor se ven atraídos por los electroimanes sin llegar nunca a alcanzarlos, puesto que la excitación es, únicamente y sin excepción, de aquellas bobinas a las cuales aún no han llegado.
Cuando fluye la electricidad de la bobina uno, los polos opuestos del estator y del rotor se atraen el uno al otro. Cuando el rotor se acerca a la bobina 1, la electricidad va a fluir por la bobina 2. Cuando el rotor se acerca a la bobina 2, la electricidad va a fluir por la bobina 3. Eventualmente la electricidad va a fluir por la bobina 1, pero con una polaridad opuesta. Este proceso se repite continuamente en el interior del motor, y de esta manera asegura una rotación constante del rotor.
-fiabilidad
-un mantenimiento mínimo o nulo
-sigilo y poco ruido
-control de velocidad
- y bajo coste
En concreto os contaremos cómo es, y cómo funciona el motor “BRUSHLESS”, su nombre por si solo ya nos dice algo. Se trata de un motor precisamente sin escobillas.
Como ya pudimos observar en nuestro video anterior, que trató sobre el funcionamiento del motor de corriente continua, las escobillas son dispositivos que tienen la función de transmitir la electricidad a las bobinas de cobre del motor mediante la fricción.
El motor BRUSHLESS no produce contactos deslizantes en el colector del rotor. Con ello, se resuelve completamente el problema del mantenimiento, y el remplazo de contactos y escobillas.
Puede encontrar en el catálogo de JAES distintos tipos de motores BRUSHLESS de un gran número de fabricantes.
A diferencia del motor eléctrico con escobillas, el motor BRUSHLESS, al no tener partes, no desprende chispas ni causa ruido de fricción.
Esto constituye una característica fundamental del motor BRUSHLESS, que lo vuelve muy aconsejable para ser usado en ambientes donde las chispas supongan un peligro. Como por ejemplo en entornos con gas inflamable.
Se trata de un tipo de motor que tiene el rotor de imanes permanentes. Esto no podría ser de otra manera, ya que precisamente no se prevé contacto alguno con el rotor.
En cambio, el estátor tiene electroimanes energizados mediante el devanado o bobinado.
Ésta es una diferencia importante respeto a los motores con escobillas tradicionales, ya que estos pueden tener tanto el estátor como el rotor compuesto de electroimanes, para así aumentar los campos magnéticos, y por ende tener una densidad de potencia mecánica, por unidad de peso del motor, más elevada.
El par de torsión del motor BRUSHLESS es debido a la interacción magnética impuesta por los electroimanes a los imanes permanentes.
Existe una secuencia precisa de excitación de los electroimanes, que impone a los imanes permanentes un movimiento angular siempre en la misma dirección, lo más constante posible, en igualdad de excitación.
Naturalmente la secuencia es cíclica, y el rotor continua, mientras sea alimentado, repitiendo la secuencia, y por lo tanto su propia rotación.
Vamos a ser más concretos:
La secuencia de excitación de los electroimanes del estátor es tal, que los imanes del rotor se ven atraídos por los electroimanes sin llegar nunca a alcanzarlos, puesto que la excitación es, únicamente y sin excepción, de aquellas bobinas a las cuales aún no han llegado.
Cuando fluye la electricidad de la bobina uno, los polos opuestos del estator y del rotor se atraen el uno al otro. Cuando el rotor se acerca a la bobina 1, la electricidad va a fluir por la bobina 2. Cuando el rotor se acerca a la bobina 2, la electricidad va a fluir por la bobina 3. Eventualmente la electricidad va a fluir por la bobina 1, pero con una polaridad opuesta. Este proceso se repite continuamente en el interior del motor, y de esta manera asegura una rotación constante del rotor.
Un ejemplo para poder comprender mejor este principio se ve reflejado en una carrera de galgos. En ella se coloca una liebre delante de los galgos a una distancia suficiente para ser vista, pero nunca alcanzada.
Los perros en esta analogía es el rotor, que se pone a perseguir el flujo magnético generado en las bobinas del estátor en una secuencia idéntica.
En el caso de más bobinas, siempre múltiples de 2, tiene sentido utilizar una secuencia que las use a todas, para así incrementar el flujo magnético al que están sujetos los imanes permanentes, apagando a su vez solo los electroimanes opuestos.
Esta simple previsión aumenta el momento de torsión, es decir la potencia que el motor puede ofrecer sin modificar sustancialmente sus parámetros de diseño.
Cuanto mayor sea la cantidad de bobinas, más fluido será el movimiento del rotor, que tendrá así un momento de torsión constante.
Pero, ¿cómo se las arregla nuestro motor BRUSHLESS para adivinar el preciso instante a fin de excitar a la secuencia exacta de electroimanes, y así permitir la continuidad del movimiento rotatorio?
Para esta finalidad se emplea habitualmente un controlador. Este controlador tiene un sensor para detectar la posición exacta de los imanes del rotor, y así dirigir la alimentación de las bobinas mediante la secuencia de excitación apropiada.
Los sensores de los motores BRUSHLESS modernos usan el efecto HALL.
En esta animación podremos observar la configuración de un sensor estándar.
Se trata de un simple dispositivo con 2 polos, que puede dirigir 2, 4, 8 o más electroimanes en la secuencia que acabamos de ver.
En cambio, ésta es la representación del típico diseño de un circuito con protección de diodos. Se vuelve necesario añadir diodos para proteger el sensor de las corrientes negativas de autoinducción, por si se diera el caso de tener que bloquear repentinamente la alimentación de una de las bobinas.
Básicamente, encontramos dos familias de motores BRUSHLESS. Los que tienen el estátor externo, y los que lo tienen interno.
Podemos ahora resumir los principales puntos fuertes de los motores BRUSHLESS de corriente continua:
- El motor brushless es silencioso
- Es fiable, o sea, tiene un parámetro MTBF muy bajo (éste parámetro indica el promedio de tiempo entre averías)
- Tiene un consumo bajo
- No necesita mantenimiento
- Puede ser utilizado incluso en ambientes inflamables
- Tiene un precio más competitivo que los motores con escobillas tradicionales con la misma potencia
Como en todos los dispositivos, el motor brushless también tiene sus limitaciones, es decir:
- Precisa de un controlador electrónico para regular la secuencia de excitación exacta.
Usando imanes permanentes, la potencia especifica es generalmente más baja respeto a los motores tradicionales equipados con estátor y rotor.
Los perros en esta analogía es el rotor, que se pone a perseguir el flujo magnético generado en las bobinas del estátor en una secuencia idéntica.
En el caso de más bobinas, siempre múltiples de 2, tiene sentido utilizar una secuencia que las use a todas, para así incrementar el flujo magnético al que están sujetos los imanes permanentes, apagando a su vez solo los electroimanes opuestos.
Esta simple previsión aumenta el momento de torsión, es decir la potencia que el motor puede ofrecer sin modificar sustancialmente sus parámetros de diseño.
Cuanto mayor sea la cantidad de bobinas, más fluido será el movimiento del rotor, que tendrá así un momento de torsión constante.
Pero, ¿cómo se las arregla nuestro motor BRUSHLESS para adivinar el preciso instante a fin de excitar a la secuencia exacta de electroimanes, y así permitir la continuidad del movimiento rotatorio?
Para esta finalidad se emplea habitualmente un controlador. Este controlador tiene un sensor para detectar la posición exacta de los imanes del rotor, y así dirigir la alimentación de las bobinas mediante la secuencia de excitación apropiada.
Los sensores de los motores BRUSHLESS modernos usan el efecto HALL.
En esta animación podremos observar la configuración de un sensor estándar.
Se trata de un simple dispositivo con 2 polos, que puede dirigir 2, 4, 8 o más electroimanes en la secuencia que acabamos de ver.
En cambio, ésta es la representación del típico diseño de un circuito con protección de diodos. Se vuelve necesario añadir diodos para proteger el sensor de las corrientes negativas de autoinducción, por si se diera el caso de tener que bloquear repentinamente la alimentación de una de las bobinas.
Básicamente, encontramos dos familias de motores BRUSHLESS. Los que tienen el estátor externo, y los que lo tienen interno.
Podemos ahora resumir los principales puntos fuertes de los motores BRUSHLESS de corriente continua:
- El motor brushless es silencioso
- Es fiable, o sea, tiene un parámetro MTBF muy bajo (éste parámetro indica el promedio de tiempo entre averías)
- Tiene un consumo bajo
- No necesita mantenimiento
- Puede ser utilizado incluso en ambientes inflamables
- Tiene un precio más competitivo que los motores con escobillas tradicionales con la misma potencia
Como en todos los dispositivos, el motor brushless también tiene sus limitaciones, es decir:
- Precisa de un controlador electrónico para regular la secuencia de excitación exacta.
Usando imanes permanentes, la potencia especifica es generalmente más baja respeto a los motores tradicionales equipados con estátor y rotor.