Durante la última década, los motores de CC sin escobillas (bldc) han reemplazado cada vez más a los motores de CC con escobillas, especialmente en aplicaciones donde se requieren altas velocidades (por encima de 12,000 rpm) y una larga vida útil.
Pero los motores BLDC no tienen todas las ventajas: los motores BLDC ofrecen un control simple y sin engranajes, mientras que la estructura compleja de los motores BLDC significa costos más altos: los motores BLDC convencionales son diseños ranurados, es decir, las bobinas se enrollan en las ranuras alrededor del estator.
Como resultado, se desarrolló un motor BLDC con un diseño sin ranuras, que tiene 4 ventajas principales sobre los motores BLDC ranurados convencionales.
Los motores BLDC sin ranura utilizan un diseño sin ranuras. Las bobinas se enrollan en una operación externa separada y luego se insertan directamente en el espacio de aire durante el ensamblaje del motor.
En los motores BLDC ranurados, la presencia de dientes del estator evita que se minimice el tamaño total del motor. Además, a medida que el tamaño del motor se reduce, el proceso de bobinado se vuelve cada vez más difícil. Por el contrario, los motores de CC sin escobillas sin ranura tienen devanados inclinados o fijados axialmente en un núcleo cilíndrico del estator, lo que facilita la reducción de tamaño.
El diseño sin ranuras también tiene ventajas de costo, ya que reduce la complejidad y el núcleo del estator es más fácil de fabricar.
Si bien ambos diseños pueden funcionar a velocidades mucho más altas que los motores de CC con escobillas, los diseños ranurados y sin ranuras tienen características diferentes a altas velocidades. Para obtener estabilidad mecánica a altas velocidades (de 40.000 a 60.000 rpm), los rotores sin ranuras suelen tener un diseño de imanes permanentes bipolares. Además, debido a la existencia del gran espacio de aire, cuando el motor funciona a alta velocidad, la pérdida del núcleo del estator se limita a un rango aceptable. Esto significa que un motor BLDC sin ranuras se beneficia de una estructura de estator sin ranuras con pérdidas de núcleo relativamente bajas y, por lo tanto, una alta densidad de potencia.
De hecho, en los primeros días del diseño de motores BLDC sin ranuras, su densidad de potencia era menor que la del motor ranurado equivalente. Sin embargo, la llegada de los imanes permanentes de alta energía y sus dispositivos de magnetización alternativos ha reducido la brecha de rendimiento. Los motores BLDC ranurados son menos capaces de utilizar imanes de alta energía debido a los dientes más gruesos necesarios para aumentar la carga magnética en el motor, lo que tiene el efecto de reducir el área de la ranura y, por lo tanto, la carga eléctrica en el motor.
Los motores BLDC ranurados pueden proporcionar un par más alto que los diseños sin ranuras porque los diseños ranurados pueden soportar temperaturas más altas, lo que permite producir más par. Sin embargo, debido a la saturación del circuito magnético durante la operación de sobrecarga, el par del motor se reduce y el desdentado en el diseño sin ranuras no tiene saturación magnética, lo que proporciona una mejor sobrecarga.
Aunque los motores BLDC sin ranura tienen muchas ventajas sobre los bldc estándar, en aplicaciones prácticas, los motores BLDC sin ranura no siempre son la mejor opción. Por ejemplo, los motores BLDC sin ranura ofrecen una baja inductancia, lo que supone un reto para el control del movimiento. Si se utiliza el control de modulación de ancho de pulso (pwm), una inductancia más baja da como resultado mayores pérdidas del motor. Los controles con frecuencias de conmutación más altas (80 a 100 khz) o inductancia compensada en serie se pueden utilizar para aliviar el problema de baja inductancia.
De hecho, las diferentes tecnologías de motores BLDC son adecuadas para diferentes aplicaciones. Los motores BLDC ranurados son adecuados para aplicaciones como vehículos eléctricos o electrodomésticos que requieren una gran cantidad de polos, y el tamaño final no es un problema. También se prefieren en entornos hostiles, ya que las bobinas de diseño ranurado son más fáciles de proteger y se sujetan mecánicamente mediante los dientes del estator. Y para aplicaciones que requieren alta velocidad y tamaño pequeño, como en equipos médicos o herramientas industriales portátiles, los motores BLDC sin ranura son una mejor opción, ya que ofrecen la mejor solución.
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