Um motor elétrico de CC com escovas converte energia elétrica em energia mecânica usando a Lei de Lorentz, que afirma que “um condutor percorrido por corrente colocado em um campo magnético sofrerá uma força”. Essa força pode ser aproveitada de várias maneiras, como em um atuador linear para converter movimento rotacional em movimento linear.
A Progressive Automations oferece uma variedade de atuadores lineares com motor de CC com núcleo ou sem núcleo, mas qual tipo você deve escolher e por quê? Investigamos as diferenças entre um motor de CC com núcleo e um sem núcleo analisando sua construção e seus prós e contras. Além disso, abordamos o funcionamento, os protocolos de comunicação e o Feedback de diferentes motores para que você possa tomar uma decisão informada.
Motor de CC com Núcleo
Um motor de CC com núcleo e escovas é a variedade de motor mais popular devido ao seu custo-benefício para fabricar e produzir em grandes volumes. Um motor com núcleo é composto por um rotor (rotativo), um estator (estacionário), um comutador (geralmente com escovas) e ímãs de campo permanentes. Além disso, os enrolamentos da armadura são enrolados ao redor do núcleo de ferro e conectados ao comutador.
As escovas, em contato com o comutador, são feitas de grafite/carbono, o que permite que a corrente aplicada passe pelos enrolamentos da armadura. A corrente nos enrolamentos produz um campo magnético que interage com os ímãs estacionários e gera uma força, que faz girar o núcleo de ferro e, assim, aciona o eixo do motor.
Esses motores são ideais para aplicações exigentes devido ao alto torque de partida e ao núcleo de ferro rígido. Eles têm menos tendência a superaquecer graças ao núcleo de ferro atuando como dissipador de calor. Aplicações em grande escala incluem carros elétricos, elevadores e bombas. Em pequena escala, incluem trens de brinquedo, escovas de dente elétricas e outros brinquedos.
Prós
- Mais econômicos.
- Alto torque de partida.
- Controle de velocidade em uma ampla faixa de tensões.
- Partida, parada e reversão rápidas.
- Isento de harmônicos.
Contras
- Eficiência elétrica menor (aproximadamente 50%).
- Alta manutenção devido ao desgaste das escovas.
Motor de CC sem Núcleo
O que é um motor sem núcleo? Ele é semelhante a um motor de CC com núcleo, pois possui escovas e um comutador. Também existem variedades sem escovas. No entanto, a diferença é que os enrolamentos do rotor são dispostos de forma inclinada (ou em colmeia) para formar um cilindro oco autoportante, que geralmente recebe resina epóxi para estabilidade.
O estator, que fica dentro do cilindro oco, é feito de um ímã de terras raras, como neodímio, AlNiCo (alumínio-níquel-cobalto) ou SmCo (samário-cobalto). As escovas de um motor sem núcleo podem ser feitas de metal precioso (por exemplo, prata, ouro ou platina) ou grafite. O cilindro de fios distribui o campo magnético por toda a estrutura quando uma corrente elétrica é aplicada aos terminais conectados às escovas e ao comutador, interagindo com o ímã de terras raras para produzir uma força e girar o eixo.
Motores sem núcleo abrem uma grande variedade de possibilidades de uso em robótica. Algumas aplicações incluem seu uso extensivo em próteses, bombas de insulina, equipamentos de laboratório e máquinas de raios X — todas exigindo posicionamento de alta precisão.
Prós
- Design pequeno, leve e compacto.
- Funcionamento com baixo nível de ruído e vibração.
- Altamente eficiente (aproximadamente 90%).
- Vida útil maior devido à menor eletroerosão.
- Altas taxas de aceleração e desaceleração.
- Características lineares de velocidade/torque que permitem um controle mais fácil.
Contras
- Significativamente mais caro.
- Não suporta sobrecargas térmicas, pois não há núcleo de ferro para atuar como dissipador de calor dos enrolamentos do rotor.
- Requer eletrônica adicional (por exemplo, decodificadores).
Protocolos de Comunicação
Se você optar por um motor de CC com núcleo ou sem núcleo, deve considerar os protocolos de comunicação de cada um. Os principais protocolos incluem comunicação RS-485 e TTL/PWM. A opção escolhida também determinará o tipo de motor que você pode usar.
Comunicação RS-485
A comunicação RS-485 é um protocolo serial popular que fornece transferência de dados em alta velocidade entre dispositivos. É um padrão de comunicação robusto e confiável, capaz de fornecer dados confiáveis a longas distâncias.
A Progressive Automations oferece o atuador linear de alta precisão PA-12, que pode ser controlado usando um microcontrolador Arduino. No entanto, são oferecidas duas versões: uma usando um motor de CC com núcleo (PA-12-T) e outra usando um motor de CC sem núcleo (PA-12-R).
Se optar pela versão sem núcleo, a comunicação RS-485 deve ser usada. Esse protocolo é facilmente implementado usando um módulo TTL para RS-485 para se comunicar com o Arduino. Alternativamente, pode-se usar outro microcontrolador, que se comunique via RS-485 pronto para uso.
Comunicação TTL/PWM
O PA-12-T atuador linear pode ser controlado diretamente com um microcontrolador Arduino por meio de comunicação TTL/PWM, reduzindo o custo de módulos adicionais de conversão de comunicação. O atuador linear possui controle de posição preciso com precisão de até 100um.
Considerando os prós e contras discutidos anteriormente dos motores de CC com e sem núcleo, a melhor solução dependerá da aplicação. Ambos os atuadores lineares PA-12 oferecem controle de posição preciso, mas os protocolos de comunicação são diferentes.
Feedback
Um fator-chave para determinar qual motor de CC escolher é decidir se será anexado algum tipo de Feedback. Feedback refere-se a qualquer informação que um controlador pode usar para monitorar um processo e fazer correções. Por exemplo, no caso de um motor de CC, potenciômetros, sensores de efeito Hall e encoders são tipos comuns de Feedback.
Um potenciômetro transforma um motor de CC em um servomotor, permitindo controle preciso de posição e de velocidade. O tipo de Feedback pode ser aplicado a um motor de CC com núcleo ou sem núcleo, mas é essencial considerar as várias opções de Feedback para tomar a melhor decisão para a aplicação. Se você precisa de alta eficiência e alta precisão, opte por um motor de CC sem núcleo com um encoder como opção de Feedback confiável. No entanto, essa opção é relativamente cara e dependerá das suas limitações orçamentárias.
Conclusão
Destacamos os prós e contras dos motores de CC com e sem núcleo, bem como os protocolos de comunicação e as opções de Feedback. A Progressive Automations oferece uma variedade de atuadores lineares que incorporam uma combinação desses atuadores/dispositivos/sensores.
A decisão depende de muitos fatores, como as especificações do atuador linear ao qual o motor de CC está conectado, o preço e o nível de precisão exigido. A aplicação determinará o motor necessário, e o motor determinará as especificações do atuador linear. Para mais informações sobre os produtos da Progressive Automations ou para obter suporte adicional, fale conosco hoje mesmo.