Existem dois tipos principais de motores CC sem escovas: sem núcleo e com núcleo. Neste artigo, vamos analisar em profundidade as diferenças entre os motores CC sem escovas sem núcleo e com núcleo, comparando a sua construção, desempenho e melhores casos de utilização.

Estrutura básica dos motores CC sem escovas

Antes de analisar as variações, é fundamental compreender os elementos essenciais dos motores CC sem escovas:

• Rotor: Gira no interior do motor e é composto por ímanes permanentes.
• Estator: O componente fixo que contém as bobinas ou enrolamentos que produzem o campo eletromagnético.
• Controlador eletrónico: Substitui o comutador e as escovas tradicionais, controlando o fluxo de corrente para os enrolamentos e garantindo um funcionamento suave.

A principal diferença entre os motores BLDC sem núcleo e com núcleo reside na construção do estator e do rotor, o que influencia o desempenho do motor em termos de velocidade, eficiência e binário.

Diferenças estruturais

Motor BLDC sem núcleo

Motor BLDC com núcleo

Característica	Motor BLDC com núcleo	Motor BLDC sem núcleo
Composição do rotor	Núcleo de ferro com enrolamentos	Enrolamentos sem núcleo de ferro
Composição do estator	Bobinas fixas com ímanes	Bobinas fixas com ímanes
Inércia	Mais elevada, devido à massa do núcleo de ferro	Baixa, devido à ausência de núcleo de ferro
Configuração do enrolamento	Fixado em torno de um núcleo de ferro	Com núcleo de ar ou independente
Intensidade do campo magnético	Fluxo magnético mais forte devido ao núcleo de ferro	Mais fraco, mas otimizado para um peso reduzido
Tamanho e peso	Maior e mais pesado	Compacto e leve
Custo	Mais baixo, construção mais simples	Mais elevado, design mais complexo

A construção única do rotor do motor BLDC sem núcleo de ferro conduz a diferenças significativas de desempenho, especialmente em aplicações que exigem resposta rápida, vibração reduzida e funcionamento suave.

Características de desempenho

Inércia e capacidade de resposta

• Motor BLDC com núcleo: A presença de um núcleo de ferro no rotor aumenta a inércia do motor, o que pode abrandar a sua aceleração e desaceleração. A massa adicional do rotor reduz a capacidade de resposta, tornando o motor mais adequado para aplicações que não exigem mudanças rápidas de velocidade.
• Motor BLDC sem núcleo: Sem o núcleo de ferro, o rotor é significativamente mais leve, o que resulta numa baixa inércia. Isto permite uma aceleração e desaceleração rápidas, proporcionando tempos de resposta mais rápidos, o que é fundamental em aplicações de alta precisão, como a robótica e o setor aeroespacial.

Torque de saída

• Motor BLDC com núcleo: Devido ao fluxo magnético concentrado criado pelo núcleo de ferro, os motores BLDC com núcleo geram um binário mais elevado para um determinado tamanho. São, por isso, perfeitos para utilizações que exigem muito binário, como máquinas industriais ou carros elétricos.
• Motor BLDC sem núcleo: A ausência de um núcleo de ferro resulta numa saída de binário reduzida. No entanto, os motores sem núcleo estão otimizados para aplicações de alta velocidade, onde o design leve e a eficiência são mais importantes do que o binário puro.

Eficiência

• Motor BLDC com núcleo: O núcleo de ferro introduz perdas por correntes parasitas e histerese, o que reduz a eficiência, especialmente a altas velocidades. Embora estes motores sejam eficientes em operações de baixa a média velocidade, as perdas de energia aumentam em condições exigentes.
• Motor BLDC sem núcleo: Sem o núcleo de ferro, os motores sem núcleo apresentam menos perdas relacionadas com correntes parasitas e histerese. Isto resulta numa maior eficiência global, particularmente em aplicações de alta velocidade, tornando-os mais eficientes do ponto de vista energético em cenários onde é necessária uma operação prolongada.

Efeito de cogging e suavidade de funcionamento

• Motor BLDC com núcleo: Uma das desvantagens dos motores com núcleo é o efeito de cogging, um movimento espasmódico causado pela interação dos ímanes do rotor com os dentes do estator. Este problema é mais percetível a baixas velocidades, o que pode fazer com que o dispositivo funcione de forma menos suave.
• Motor BLDC sem núcleo: A eliminação do núcleo de ferro no rotor elimina também o efeito de cogging, proporcionando um funcionamento muito mais suave. Esta característica é altamente desejável em aplicações de precisão onde o movimento suave é fundamental, tais como dispositivos médicos ou sistemas de estabilização de câmaras.

Gestão térmica

• Motor BLDC com núcleo: O núcleo de ferro nos motores com núcleo pode reter calor, levando a potenciais problemas térmicos durante o funcionamento contínuo sob cargas elevadas. Embora estes motores sejam geralmente robustos, podem necessitar de sistemas de arrefecimento adicionais para uma utilização prolongada em condições de alto desempenho.
• Motor BLDC sem núcleo: Os motores sem núcleo, com o seu design de rotor aberto, dissipam naturalmente o calor de forma mais eficiente. No entanto, em alguns casos, o seu binário de saída mais baixo pode levar ao sobreaquecimento em cenários de carga elevada, embora um design adequado possa mitigar este risco.

Considerações de custo

• Motor BLDC com núcleo: A construção mais simples dos motores com núcleo, que se baseia em materiais amplamente disponíveis como o ferro, tende a torná-los mais acessíveis. Quando as restrições orçamentais são um problema ou em aplicações industriais de grande escala, esta relação custo-benefício é vantajosa.
• Motor BLDC sem núcleo: Devido ao seu design complexo e aos requisitos únicos em termos de materiais, os motores sem núcleo são normalmente mais dispendiosos. No entanto, as vantagens em termos de desempenho justificam frequentemente o preço mais elevado, especialmente em aplicações onde a precisão, a eficiência e o tamanho compacto são essenciais.

Comparação de dados

Segue-se uma comparação das principais métricas de desempenho entre motores BLDC com e sem núcleo.

Característica	Motor BLDC com núcleo	Motor BLDC sem núcleo
Densidade de binário	Mais elevada (5-10 Nm/kg)	Mais baixa (2-5 Nm/kg)
Eficiência	80-90% (operações a velocidade moderada)	90-95 % (operações a alta velocidade)
Inércia	Elevada (limita a aceleração rápida)	Baixa (ideal para aceleração rápida)
Efeito de cogging	Perceptível a baixas velocidades	Mínimo ou inexistente
Dissipação de calor	Requer refrigeração externa em cargas elevadas	Dissipa o calor naturalmente de forma eficiente
Peso	Mais pesado (mais robusto para utilização industrial)	Leve (ideal para dispositivos portáteis)
Custo	Mais baixo	Mais elevado

Aplicações

Aplicações dos motores CC sem escovas com núcleo

• Equipamento industrial: O elevado binário produzido torna os motores com núcleo ideais para maquinaria de serviço pesado, como transportadores, bombas e máquinas CNC.
• Veículos elétricos (VE): Nos VE, o binário é fundamental para a propulsão, tornando os motores com núcleo uma escolha adequada para sistemas de acionamento.
• Eletrodomésticos: Aplicações como aparelhos de ar condicionado, frigoríficos e máquinas de lavar roupa beneficiam da fiabilidade e da relação custo-eficácia dos motores com núcleo.

Aplicações dos motores CC sem escovas sem núcleo

• Drones e UAVs: O design leve e a elevada eficiência dos motores sem núcleo tornam-nos ideais para utilização em drones, onde o peso é um fator crítico.
• Dispositivos médicos: Os motores sem núcleo são utilizados em bombas médicas, próteses e instrumentos cirúrgicos devido ao seu movimento preciso e tamanho compacto.
• Robótica: Em aplicações onde são necessários movimentos rápidos e precisos, tais como braços robóticos ou robôs autónomos, os motores sem núcleo destacam-se devido à sua baixa inércia e funcionamento suave.

Que motor deve escolher?

Ao escolher entre um motor BLDC sem núcleo e um com núcleo, a escolha certa depende dos requisitos específicos da sua aplicação:

Escolha um motor CC sem escovas com núcleo se:

• For necessário um binário elevado, especialmente em aplicações de serviço pesado.
• O custo for uma preocupação significativa e forem necessárias opções económicas.
• O motor for utilizado em ambientes onde o tamanho e o peso não são fatores críticos, como em maquinaria industrial ou aplicações automóveis.

Escolha um motor BLDC sem núcleo se:

• Forem necessárias baixa inércia e elevada capacidade de resposta, como na robótica de precisão ou em aplicações aeroespaciais.
• A eficiência energética for uma prioridade, especialmente em operações prolongadas a alta velocidade.
• O tamanho compacto e a redução de peso forem críticos, como em drones, dispositivos portáteis ou instrumentos médicos.

Conclusão

Os motores CC sem escovas, quer tenham núcleo de ferro quer não, oferecem vantagens únicas e podem ser utilizados numa variedade de aplicações. Compreender estas diferenças garante a melhor escolha para as suas necessidades específicas, permitindo que os fabricantes de motores CC sem núcleo maximizem o desempenho e a eficiência dos seus produtos.