Enorme dimensionamento de motor sem escova: guia de correspondência de estrutura, torque, resfriamento e acionamento

Um motor sem escova de 130 milímetros acionando um soprador industrial de 2 kW puxa cerca de 6 A por fase em um barramento retificado de 230 VCA, e a peça que falha primeiro no campo raramente é o cobre. Os rolamentos, o caminho térmico ou um inversor que não consegue fornecer a corrente de partida atingem seu limite antes do enrolamento. Essa é a realidade prática de um enorme motor sem escovas: acima de aproximadamente 1 kW, ele deixa de ser um item de linha do catálogo e se torna uma decisão de sistema que abrange enrolamento, resfriamento, detecção e chicote.

O que conta como um enorme motor sem escova: tamanho da estrutura, potência e torque

Um enorme motor sem escova é uma máquina trifásica de ímã permanente com um diâmetro externo do estator de 100 milímetros ou mais, uma saída contínua acima de aproximadamente 500 W e um torque de eixo medido em newton-metros inteiros em vez de frações.

O diâmetro da estrutura é o primeiro filtro porque o torque aumenta linearmente com o diâmetro do rotor ao quadrado e com o comprimento da pilha em uma tensão de cisalhamento magnética fixa. Passar de uma estrutura de 57 milímetros para uma de 112 milímetros no mesmo comprimento de pilha equivale a um ganho de torque próximo de quatro vezes, antes que a classe do ímã, o enrolamento ou o resfriamento entrem em cena. Essa relação explica por que os motores de 57 mm são comprados em estoque aos milhares, enquanto as unidades de 100 mm e 130 milímetros são quase sempre construídas de acordo com um desenho.

A Retek Motion constrói esta classe em estruturas de 100 mm, 112 mm e 130 mm, incluindo um motor soprador de 130 mm para serviço pesado com potência nominal de 2 kW em 230 VCA e uma unidade de baixa engrenagem de 112 mm com potência nominal de 600 W a 24 VCC. A gama mais ampla é coletada em motores DC sem escovas de alta potência .

Dimensionando um enorme motor sem escova: os quatro números que decidem o quadro

O dimensionamento se resume a quatro números: torque contínuo, ciclo de trabalho, tensão do barramento CC e resistência térmica do enrolamento à temperatura ambiente. Fixe esses quatro e o diâmetro da estrutura, o comprimento da pilha e o enrolamento quase escolhem por si mesmos.

1. Torque contínuo, não de pico. Um enrolamento classe F com limite de ponto quente de 155 graus Celsius sobrevive três a quatro vezes sua corrente contínua por alguns segundos; a classe H a 180 graus adiciona cerca de 25 graus de altura livre e cerca de 10% a mais de corrente contínua.
2. Ciclo de trabalho. Um transportador funcionando oito horas em S1 e uma carregadeira funcionando dois minutos em dez em S3 precisam de estruturas diferentes para o mesmo pico de torque. Cair para um ciclo de trabalho de 40% normalmente permite 20 a 25% mais corrente no mesmo ponto de acesso, o que pode reduzir o design em um tamanho de quadro.
3. Tensão do barramento e torque constante. A constante de torque Kt em newton-metros por ampere define a corrente necessária para um torque: 3 Nm a 0,15 Nm por ampere consome 20 A, enquanto os mesmos 3 Nm a 0,6 Nm por ampere consome 5 A e se comporta em um barramento de 310 V. Escolha primeiro o ônibus e depois o enrolamento.
4. Resistência térmica. A resistência térmica do enrolamento ao ambiente em uma estrutura de 112 mm ao ar livre normalmente fica entre 1,5 e 2,5 graus Celsius por watt, portanto, 4 W de perda de cobre é um pequeno aumento e 40 W é um aumento de 60 a 100 graus. É isso que converte um número de folha de dados em uma classificação contínua.

Resfriamento e classificação IP definem a classificação contínua, não a linha de pico

O torque contínuo é um número térmico. Uma estrutura de 130 mm com pico de 12 Nm em uma bancada geralmente retém 4 a 5 Nm no ar parado, porque a perda de cobre que produziu o pico não tem para onde ir quando o enrolamento atinge seu limite de isolamento.

A perda de cobre aumenta com o quadrado da corrente, portanto, uma sobrecarga de 20% adiciona cerca de 44% mais calor. Duas alavancas são mais importantes do que qualquer outra coisa neste tamanho: o caminho de resfriamento e a classe de vedação. O ar forçado através de uma carcaça com aletas normalmente adquire 1,5 a 2 vezes o torque contínuo da mesma estrutura em ar parado. Uma carcaça com classificação IP65 de lavagem adiciona uma barreira térmica entre o enrolamento e o fluxo de ar, razão pela qual um motor selado de dimensões idênticas geralmente carrega uma classificação contínua mais baixa do que seu equivalente aberto.

O movimento do ar industrial testa esse argumento com mais dificuldade, porque uma máquina contínua de 2 kW precisa eliminar cerca de 300 W de perda de uma caixa que geralmente é vedada contra poeira.

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Correspondência de controladores: por que grandes motores sem escova param antes de queimarem

A falha de campo mais comum de um enorme motor sem escovas não é um enrolamento queimado, mas um inversor que não consegue fornecer corrente no instante em que o rotor a solicita.

O pico de torque precisa de pico de corrente e o inversor deve sustentar essa corrente sem exceder sua própria temperatura de junção. Um motor de 2 kW em um barramento de 310 V consome cerca de 6 a 7 A em carga nominal, confortavelmente dentro de um inversor modesto; a mesma potência do eixo em um barramento de 24 V precisa de 85 a 90 A, o que altera a seção transversal do cabo, a classificação do conector e o design térmico do estágio MOSFET. A constante de torque e a tensão do barramento são, portanto, uma decisão, não duas.

Em um barramento de 24 V, o hardware da classe de tração permanece na classe de algumas centenas de watts, o que é adequado para equipamentos selados de manuseio de materiais que precisam dar partida sob carga.

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Motor de catálogo ou enrolamento personalizado: o que muda acima de 100 mm

Acima de aproximadamente algumas centenas de unidades por ano, um grande motor sem escovas personalizado geralmente supera uma unidade de catálogo que quase cabe, porque cada compromisso em engrenagens, montagem ou cabeamento é pago novamente em cada unidade enviada.

A economia só funciona quando as peças são fabricadas em um só lugar. Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. mudou internamente a fundição sob pressão, a usinagem CNC e a injeção de cabos entre 2021 e 2023, o que torna uma caixa e um chicote combinados práticos em baixo volume; em 2024, a empresa enviava produtos para mais de 20 países. As construções personalizadas começam a partir de uma RFQ contendo os quatro números de dimensionamento, e não de uma figura de catálogo.

Onde grandes motores sem escova são realmente especificados

Grandes motores sem escova concentram-se em cinco famílias de aplicações: tração e manuseio de materiais, movimentação de ar industrial, aeronaves não tripuladas de transporte pesado, juntas robóticas com engrenagens e ferramentas médicas ou de cuidados pessoais.

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Perguntas frequentes sobre enormes motores sem escova

Quanto torque um motor sem escova de 130 mm produz?

Uma estrutura de 130 mm normalmente fornece 10 a 15 Nm de torque máximo e 4 a 6 Nm continuamente com um enrolamento classe F em ar calmo. A distribuição vem do comprimento da pilha, do grau do ímã e do resfriamento: o mesmo estator que suporta 5 Nm em ar livre pode suportar 8 a 10 Nm com convecção forçada e isolamento classe H.

Um grande motor sem escovas é mais eficiente do que um grande motor CC com escovas?

Sim, em cerca de 8 a 15 pontos percentuais na mesma saída, porque não há queda de escovas e comutadores. Um motor escovado de 104 mm com classificação de 180 VCC e 1000 W permanece competitivo no preço de compra e é simples de operar, mas o desgaste das escovas define o intervalo de manutenção e o comutador limita a corrente contínua em instalações seladas ou em grandes altitudes.

O que uma RFQ para um BLDC grande personalizado deve conter?

Envie cinco entradas: torque contínuo e de pico com duração, ciclo de trabalho, tensão do barramento CC, temperatura ambiente com método de resfriamento e interface mecânica incluindo eixo, flange e conector. O diâmetro da estrutura, o comprimento da pilha e o enrolamento seguem esses cinco; sem eles, qualquer constante de torque citada é uma suposição.