Como se Constituem e Operam os Motores CC Sem Escovas (Motores BLDC) - 1/2

O Motor CC sem escovas (ou Motor BLDC, ou, também, Motor (Síncrono) Comutado Eletronicamente, ou, ainda, simplesmente, Máquina de Ímãs Permanentes), é um tipo de máquina elétrica que opera na conversão da energia elétrica em energia mecânica cinética de movimento rotativo, bastante simples, podendo ser constituído de ímãs permanentes, com polaridades magnéticas opostas na face externa, distribuídos alternadamente adjacentes em torno da circunferência periférica de um eixo ou de um cilindro rotativo, que são empurrados e / ou puxados por campos eletromagnéticos dos enrolamentos elétricos que, por sua vez são gerenciados por um controlador eletrônico de velocidade.

Eles diferem dos motores CC com escovas que utilizam as escovas de contato elétrico deslizando sobre comutadores eletromecânicos para energizar os campos magnéticos, e, apesar do motor BLDC ser uma máquina elétrica rotativa onde o arranjo dos enrolamentos é tal qual o do estator trifásico clássico, como o que há em um motor de indução CA trifásico, ele difere do motor de indução, pois ele tem ímãs permanentes em um arranjo montado na superfície no rotor, tal como um motor CA síncrono, mas, também diferem deste porque motores CA síncronos utilizam o ciclo senoidal da CA de alimentação para mover o campo eletromagnético sobre as bobinas do estator, enquanto que no acionamento do motor BLDC nenhuma forma de onda específica é requerida (veja mais detalhes dessa comparação na NOTA ESPECIAL, no rodapé deste artigo).

No motor de CC com comutador, a polaridade da corrente é alterada pela comutação comutador, com o deslizar das escovas. No motor CC sem escovas, Pelo contrário, a inversão da polaridade é realizada por um arranjo de transístores de comutação de potência de modo sincronizado com a posição do rotor. Portanto, motores BLDC frequentemente incorporam sensores de posição internos ou externos para detectar a posição real rotor, ou a posição pode, também, ser detectada sem sensores. 

O motor BLDC é acionado por impulsos de tensão retangulares, acompanhado de uma dada posição do rotor. O fluxo gerado no estator interage com o fluxo do rotor, o qual é gerado pelos ímãs do rotor, definindo o torque e, assim, acelerando do motor. Dentro de uma certa sequência de acionamento, od impulsos de tensão devem ser adequadamente aplicados, transitoriamente, para as duas das três fases do sistema de enrolamento trifásico do estator do motor BLDC, de modo que o ângulo entre o fluxo do estator e do fluxo do rotor seja mantido próximo em 90°, a fim de se obter o máximo torque gerado. Devido a este fato, o motor necessita, sempre, de um controlador eletrônico para a sua operação adequada.

O rotor de um motor BLDC consiste de um número par de peças de imãs permanentes. Um par de polos no rotor é definido por dois ímãs que instalados em orientação magnética inversa, um em relação ao outro, com respeito ao estator. O número de pares de polos magnéticos do rotor afeta tanto o tamanho do passo, quanto a ondulação do torque do motor. Mais pares de polos resulta passos menores e menor ondulação de torque.

Em geral, uma dada quantidade de imãs permanentes é empregada para se obter de 1 a 5 pares de polos, porém, em certos casos, pode ir até 8 pares de polos. Em muitos motores, também o número de enrolamentos do estator é replicado para se obter uma ondulação de torque ainda menor.

Motores BLDC, em geral, fornecem uma relação peso potência significativamente melhor, e muito melhor eficiência do que os motores escovados tradicionais. Os motores BLDC podem ser usados numa ampla variedade de aplicações. Motores BLDC de baixa potência podem ser usado para plataformas giratórias (toca discos) ou modelo de aviões rádio controlados, enquanto motores BLDC de alta potência podem ser usado para veículos elétricos e máquinas industriais. Outras aplicações comuns para estes motores incluem peças de computador, tais como leitores de CD-ROM e ventiladores de refrigeração de PC.

Modelo Elétrico e Mecânico de um Motor BLDC (Motor BLDC de Rotor Externo).

Um ESC (Electronic Speed Controler) para um motor BLDC controla a rotação do motor, energizando seletivamente as suas fases, duas a duas, numa dada sequência. Quando a corrente elétrica é conduzida através dos enrolamentos do estator do motor, ela produz campos magnéticos que interagem com os campos magnéticos que são produzidos pelos imãs permanentes do rotor e gera a força sobre o rotor, que pode fazer com que ele rode.

Os motores BLDC são a escolha ideal para aplicações que exijam alta confiabilidade, alta eficiência e alta relação potência volume. De um modo geral, um motor BLDC é considerado para ser um motor de alto desempenho, que é capaz de fornecer grandes quantidades de torque sobre uma vasta gama de velocidades.

Em geral, em qualquer aplicação onde se tenha um motor CC com escovas sendo empregado, nós podemos, facilmente, substituí-lo por um motor BLDC, proporcionando a mesma potência, com a vantagem de tamanho e peso reduzidos em relação ao motor original. Motores BLDC proporcionam alta densidade de potência e vida-longa para aplicações que requerem controle de velocidade. Os desafios dos requisitos para as aplicações em modelismo acabaram por produzir uma nova geração de motores BLDC, com ímãs mais potentes, materiais e desenhos aprimorados, ao ponto de propiciar relação peso potência e desempenho realmente surpreendentes para estas máquinas.

Tome um motor BLDC à parte, e você verá um número de aglomerados de voltas de fio de cobre brilhante: essas são as bobinas do estator. Normalmente, a quantidade de bobinas do estator será de, no mínimo, três, ou de um número divisível por três, de modo que essas bobinas são, de fato, parte de um sistema de circuito trifásico. 

A estrutura de aço em torno do qual as bobinas estão é o núcleo do estator, que consiste do empilhamento de um grande número de anéis finos de aço especial, aonde se concentrarão as linhas de força dos campos magnéticos que serão gerados pelas bobinas, quando alimentadas por corrente elétrica. Em geral, quanto mais finas as chapas dos anéis de aço, mais eficiente será o motor, gerando menos calor para uma dada potência.

As bobinas são distribuídas espacialmente na periferia da circunferência do estator, em intervalos angulares regulares, inseridas a cada três espaços nas ranhuras do estator (se o motor é ranhurado, ou seja, com laminado do núcleo do estator de fator de forma de ranhuras), e tendo as suas pontas do condutor de interligadas de modo a que cada terceira bobina esteja ligada ao mesmo terminal do motor. De fato, os três terminais elétricos do motor estão ligados a feixes de fios no interior do motor, que são as pontas das bobinas do estator, formando um arranjo de interligação Δ ou Y, dependendo das necessidades de aplicação.

Vários tipos de ímãs permanentes são usados para a montagem nos rotores dos conjuntos dos motores BLDC. O mais típico é neodímio ligado. Outras opções estão disponíveis, tais como cobalto samário, neodímio sinterizado e ferrite emborrachado. Estas alternativas podem ser utilizadas, mas, geralmente, a um preço acrescido.

Ímãs de neodímio ligados são compostos de neodímio, ferro, boro e ligante. Ímãs de neodímio ligado são fabricados por moldagem por compressão ou moldagem por injeção. Ímãs de neodímio ligados por compressão têm produtos energéticos mais elevados e formas mais simples do que os ímãs de neodímio ligados por injeção. Há tanto ímãs de neodímio ligados isotrópicos quanto anisotrópicos.

Se um ímã é anisotrópico ou isotrópico, a diferença está em uma etapa de produção adicional para os ímãs anisotrópicos: Quando se produz o ímã bruto, um campo eletromagnético é criado, daí, o material ajusta idealmente. É por isso que ímãs anisotrópicos são mais fortes do que os isotrópicos, porém, eles podem ser magnetizados, apenas, naquela determinada direção específica.

Assim, ímãs de neodímio ligados isotrópicos têm a vantagem de não precisar de equipamento complexo de alinhamento de campo durante a fabricação e, devido ao passo de produção adicional, ímãs anisotrópicos são um pouco mais caros do que os isotrópicos. Como ímãs de neodímio ligados são fáceis de serem oxidados em sua superfície na presença de ar úmido, normalmente, eles são revestidos com laca ou níquel.

Os materiais magnéticos de ímãs permanentes atualmente disponíveis são o neodímio ferro boro (NdFeB) e cobalto samário (SmCo), ambos contendo elementos de terras raras que são fabricados por um processo de metal em pó, mas os ímãs resultantes têm várias diferenças distintas, para atender a diversas aplicações.

É estimado que cerca de 97% das terras-raras estejam localizadas na Ásia, especialmente na China, que detém 2/3 das reservas globais e 87% do total comercializado no mundo. Com praticamente o monopólio chinês das terras-raras, o preço desses commodities se valorizou muito no mercado mundial. Não é muito fácil, ou barato, tirar minério de terras raras da China, que defende o seu monopólio, e o seu lucro, com unhas e dentes. Embora classificada como um elemento de terra rara, samário é o elemento mais abundante 40 na crosta da Terra e é mais comum do que metais como estanho, mas, ainda assim, por conta do cobalto necessário, ele continua sendo mais caro.

A questão toda envolvendo a política comercial dos ímãs permanentes é tão grave que o Departamento de Energia dos Estados Unidos identificou uma necessidade de encontrar substitutos para os metais de terras raras em tecnologias de ímãs permanente, e já começou a financiar este tipo de investigação. A Advanced Research Projects Agency patrocinou um programa de Tecnologias Alternativas para Terras Raras Críticos para desenvolver materiais alternativos.

Algumas das principais vantagens da utilização de um motor BLDC são:

• Operação de Alta Velocidade – Um motor BLDC podem operar a velocidades superiores a 10.000 rpm em condições de elevado conjugado resistente ou em vazio;

• Receptividade e Aceleração Rápida – Motores BLDC de rotor interno têm baixa inércia do rotor, o que lhes permite acelerar, desacelerar, e inverter de direção rapidamente;

• Alta Densidade de Potência – motores BLDC têm o maior torque de operação por centímetro cúbico dentre todos os motores de CC, sendo, eficientes, robustos, fáceis para resfriar;

• Alta Confiabilidade – motores BLDC não têm escovas, o que significa, além de nenhum ruído de escova, também que eles sejam mais confiáveis e sejam duráveis, de vida prolongada com expectativa de vida de mais de 10.000 horas. Isso resulta em menos casos de substituição ou reparo e menos tempo de inatividade global para o seu projeto;

• Relação Corrente / Torque Linear, Controle de Velocidade Síncrona; controle de velocidade e posição (malha aberta / malha fechada), desempenho customizável;

A Potência Mecânica é o produto do Torque pela Velocidade. Para aumentar a potência, podemos aumentar ou o Torque ou a Velocidade. Geralmente, para uma determinada tecnologia, o torque contínuo está relacionado com o tamanho do motor, e é muitas vezes limitado pela consideração térmica.

O controlador pode operar um motor BLDC, tal como um motor de passo sem realimentação. No entanto, se a posição do rotor é conhecida, então o controlador pode calcular e determinar como energizar os enrolamentos de maneira otimizada, em qualquer instante no tempo, para atingir a velocidade de rotação e o torque desejados, de forma mais eficiente. Muitos dos motores BLDC disponíveis não têm detecção direta (tais como um trio de sensores de efeito Hall1 embutidos em seu corpo) para detectar a posição do rotor. No entanto, esta informação pode ser obtida, opcionalmente por se olhar para a Força Contra-eletromotriz (FCEM ou back-EMF). 

Motores BLCD permitem controle com recursos de programação para curvas de velocidade personalizados com regulação de corrente (controlador de velocidade eletrônico básico). Com uma programação mais avançada, podemos acrescentar torque de frenagem, torque de retenção, reversão, faixa de temperatura de operação estendida, e detecção de estolagem.

Para manter a velocidade regulada para uma tolerância bem apertada, um sistema de controle sofisticado é necessário. Utilizando a realimentação de um encoder2, o controle pode monitorar e ajustar a entrada controlada com uma precisão < 1%. Isso permitirá que a regulação da velocidade em malha fechada necessária para maior controle de tolerância da velocidade. A tolerância da corrente sobre a regulação de velocidade, para controles integrados padrão, é < 5%. A velocidade pode ser regulada numa gama de torque.

Para emprego em modelismo, mais comumente, os motores BLDC estão disponíveis desde 0,1 W até 5 kW (ou 5000 W) de potência de saída. Obviamente, a potência de entrada necessária está diretamente relacionada com a exigência de potência de saída. O bom dimensionamento de uma fonte de alimentação é fundamental para garantir que a potência de saída seja obtida, assumindo a eficiência do motor, considerando-a, em geral, de 80%, a fim de majorar potência de entrada necessária para executar o motor. Este nível de potência não é típico para todos os motores BLDC, mas este exemplo mostra os requisitos elétricos para a saída do controlador de velocidade.

Para um dado motor, para se determinar a potência sensata (ou necessidades potência) e o requisito de corrente (a mínima corrente a ser considerada como sendo a máxima para a operação), algumas fórmulas bem simples podem ser utilizadas, como no exemplo (no caso, um pequeno motor BLDC):

Características do Motor: Velocidade do motor (representado pelo literal n): 3600 rpm

                                            Torque (ou Conjugado) do motor (C): 340 mN·m = 0,34 N·m

                                            Tensão de alimentação: 12 Vcc

                                            Eficiência assumida: 80% = 0,8

Onde, entre parênteses temos as unidades de medidas, ao lado das variáveis as quais elas estão associadas. Multiplicamos por 2·π para ajustar de radianos (unidade de medida do SI) para rotações (unidade de medida prática, sendo que 1 rotação = 2·π radianos) e dividimos por 60 para ajustar de por segundos (unidade de medida do SI) para por minutos (unidade de medida prática, sendo que 1 min = 60 s).

Potência de Saída: (Velocidade do motor · Torque do motor)  => (3600 · 0,34 · 2 · π) / 60 = 128,2 W

Potência de Entrada: (Potência de saída / Eficiência assumida) => 128,2 / 0,8 = 160,25 W (obrigatório).

Requisito de Corrente: (Potência de Entrada / Tensão de alimentação) => 160,25 / 12 = 13,35 A (mínimo).

Com esses dados, já podemos especificar, grosseiramente, um controlador eletrônico de velocidade para o motor BLDC, mas, antes, vamos começar com o básico do funcionamento do motor BLDC.

Para entender por que um motor BLDC é tão eficaz, é importante ter uma boa compreensão de como ele funciona. Em termos práticos, do ponto de vista das aplicações, existem dois tipos diferentes, com diferentes vantagens e desvantagens. Enquanto qualquer um vai, provavelmente, ser eficaz para a maioria dos empregos, você pode querer se familiarizar com os dois tipos, apenas no caso de um deles ser mais adequado para o seu projeto ou aplicação do que o outro.

Qualquer motor BLDC tem duas partes principais; o rotor, que é a parte rotativa, e o estator, a parte estacionária. Outras peças importantes do motor são as bobinas do estator e os ímãs do rotor. Existem dois projetos para motor BLDC básicos: o de rotor interno e o de rotor externo, também conhecidos, popularmente, principalmente no mundo do modelismo, pelas designações Inrunner e Outrunner, respectivamente:

Em um projeto de rotor interno, as bobinas do estator cercam o rotor e estão afixadas na carcaça do motor, como mostrado na figura abaixo, à esquerda. A principal vantagem de uma construção de rotor interno é a sua capacidade de dissipar o calor. A capacidade de um motor para dissipar o calor afeta diretamente sua capacidade de produzir torque. Por esta razão, a esmagadora maioria dos projetos motores BLDC usam um do rotor interior. Outra vantagem de um design com rotor interno é a menor inércia do rotor.

Já, numa concepção do rotor externo, os enrolamentos estão localizados no núcleo do motor. Os ímãs do rotor rodear os enrolamentos do estator, como mostrado acima, à direita. Os ímãs do rotor agem como um isolador térmico, reduzindo desse modo a taxa de dissipação de calor do motor para ar exterior. Devido à localização dos enrolamentos do estator, projetos de rotor externo operam, tipicamente, com fator de serviço mais baixo ou classificado para uma corrente inferior. A vantagem principal de um motor BLDC de rotor externo é o seu relativamente baixo torque sacolejo. 

A vantagem de um motor de rotor externo é o torque disponível mais elevado. Mesmo em motores BLDC de rotores externos pequenos produz-se mais torque do que em motores de rotor interno de tamanho equivalente. Isto é conseguido através do maior braço de alavanca, devido ao rotor externo ampliando a órbita dos imanes rotativos. Já, uma desvantagem de rotor externo é a capacidade de velocidade. Se forem necessárias altas velocidades superiores a 6.000 rpm, é recomendado que você utilize um motor de construção rotor interno.

Em modelismo, o motor BLDC mais comum para aplicações em aviões e em outros veículos rádio controlados (RC) dotados de hélices é o outrunner, assim como o tipo inrunner é, de longe, o de emprego mais popular em aplicações em modelos de carros de RC. 

No entanto, não é apenas a ausência do comutador no motor BLDC (que permite ao bobinado estar no estator, onde é comutado eletronicamente), ou um rotor muito leve, dotado de ímãs poderosos, que são fatores que maximizam a eficiência e a performance de controle desses motores BLDCs especiais. Também o design de estator enviesado, por exemplo, minimiza o torque de sacolejo (cogging torque) para permitir realizar um controle de velocidade suave ao longo de uma ampla faixa de velocidade.

Muita pesquisa é realizada para melhorar o desempenho e novos materiais magnéticos para melhorar a capacidade do circuito magnético das máquinas elétricas, em geral, têm sido continuamente desenvolvidos, e suas aplicações vêm sendo expandidas de acordo com a exigência de alta performance, de modo que materiais magnéticos são pensados e usado para todos os tipos de motores atuais mas, principalmente para o motor BLDC, exercendo um papel importante no seu desempenho.

Como em aplicações de transportes, com os motores BLDC sendo empregados para acionar veículos elétricos, tais motores são obrigados a ter um elevado torque, então o torque é amplamente melhorado, também, pelo emprego de material magnético adequado na construção do núcleo do estator do motor BLDC. 

O emprego de materiais magnéticos melhorados para o núcleo do estator dos motores BLDC faz a perda de corrente parasita (as perdas geradas pela corrente que circula na laminação) seja muito mais baixa, comparativamente, a partir do emprego de laminados tradicionais de aço silício de grão não orientado, especialmente em frequências mais altas, mas mantendo a condição isotrópica que é crítica para a aplicação em motores elétricos.

As perdas mais relevantes para motores BLDC são, tanto as perdas elétricas, quanto as perdas magnéticas. As perdas elétricas são, simplesmente, as perdas de R•I do fio de cobre. Uma vez que a definição do número de espiras do enrolamento e da bitola do fio são feitas, a resistência do enrolamento pode ser facilmente determinada. O cálculo das perdas elétricas é bastante simples, mesmo com o efeito da temperatura sobre a resistência levado em conta.

A situação é, no entanto, significativamente diferente para o cálculo das perdas magnéticas. Estas são comumente chamadas de perdas no ferro ou perdas no núcleo. A razão para esta dificuldade é que ambas são altamente dependentes do nível de densidade de fluxo que o material está, efetivamente, a trabalhar. As perdas no ferro incluem perdas por histerese e perdas por correntes de Foucault (perda de corrente parasita). As variáveis que afetam estas perdas são a densidade do fluxo e a frequência de reversões do fluxo.

Uma vez que o torque constante depende do circuito magnético, o objetivo, durante a concepção do motor é ter o máximo fluxo gerado pelo ímã passando sendo induzido para o enrolamento. Uma maneira de aumentar o torque constante, é pela utilização de ímãs mais fortes (magnetos de alta coercividade), como NdFeB que hoje são de BH máximo perto de 50 MG•Oe. Já, a fim de diminuir as perdas por efeito de Joule (R•I), o objetivo é ter uma secção transversal dos fios usados no bobinamento a maior possível, por conseguinte, a mais baixa resistência no cobre.

Há, também, perdas no ferro devido à histerese. Um ímã permanente, o qual é produzido a partir de um material com uma relutância elevada, tem uma baixa permeabilidade. Já, um ímã temporário, produzido a partir de um material com uma baixa relutância, como é o caso dos materiais mais adequados para constituir o núcleo do estador dos motores, têm uma alta permeabilidade.

Quando um material ferromagnético é magnetizado numa dada direção, ele não relaxa de volta a zero de magnetização, imediatamente, quando o campo magnético imposto é removido, a quantidade de magnetização que ele mantém fora da ação de um campo magnético externo é chamado de remanência.

Todavia, ele poderá ser levado de volta para zero pela aplicação de um novo campo magnético externo reverso, na direção oposta (ou mesmo um novo campo magnético de direção angular apenas ligeiramente diferente ao da magnetização anterior). A intensidade do campo externo reverso necessário para desmagnetizar o ímã é chamada de coercividade.

Outrossim, se um campo magnético variável alternado é aplicado a um material ferromagnético, responsivamente a sua magnetização variará, também alternadamente, dentro de uma faixa denominada ciclo de histerese. A perda do histórico da curva de magnetização é a propriedade chamada histerese e está relacionada com a existência de domínios magnéticos no material. Uma vez que os domínios magnéticos são orientadas, demandará um pouco de energia para reorientá-los de volta.

Assim, o material magnético utilizado para conduzir o campo magnético no núcleo do estator apresenta histerese, que faz com que a indução, dentro deste material, siga um ciclo tal como descrito na figura ao lado. Em certas aplicações, a forma da curva de histerese torna-se importante. Tanto a permeabilidade, quanto as perdas do núcleo, não são parâmetros constantes, mas, sim, ambos variam de acordo com a frequência das reversões do fluxo. Além do mais, a permeabilidade e as perdas do núcleo variam, também, com a própria intensidade da densidade do fluxo.

Ao selecionar diferentes materiais para a laminação do núcleo do estator, afetamos, diretamente, principalmente a permeabilidade e o ponto de saturação da densidade de fluxo e, consequentemente, as perdas do núcleo, o que acarreta modificação de algumas características do motor como a potência de saída, o aquecimento, o tamanho, o peso, todavia, o seu custo de orçamento também é profundamente afetado. Cada um dos materiais disponíveis é optimizado para uma ou mais destas propriedades, embora sendo menos do que perfeita em outras áreas.

Continua na parte 2

Notas:

1. Para motores BLDC o controle de comutação é tratado pela eletrônica. A maneira mais simples para controlar a comutação é por comutar de acordo com os dados de saída de um conjunto de sensores de posição no interior do motor. Normalmente, são utilizados três sensores de efeito Hall. Os sensores Hall mudam suas saídas quando a comutação deve ser alterada Muito simples! (veja a Figura a seguir). Um campo magnético é necessário para ativar um sensor de efeito Hall. O nível de sensibilidade baseia-se no posicionamento do sensor para o ímã, o entreferro, e a força do ímã. Folhas de dados de produtos devem indicar a força do campo magnético (medida em Gauss), necessária para fazer um sensor de efeito de Hall bipolar alterar o seu estado (operar e liberar). Um sensor de sensibilidade elevada, tipicamente avaliado em menos de 60 Gauss, permite a utilização de imãs menores ou materiais magnéticos menos caros. Já, a repetibilidade do sensor refere-se ao tempo de engate do sensor de efeito Hall. Ele caminha lado a lado com alta sensibilidade, uma vez que maior sensibilidade permite que o sensor seja mais repetível. Uma alta estabilidade térmica e um tempo de resposta rápido completam os atributos adequados, desejados de um sensor de Hall.
   
2. Encoder é um dispositivo eletromecânico que pode medir movimento ou posição. A maioria dos encoder usa sensores ópticos para prover sinais elétricos na a forma de trens de pulso, os quais, por sua vez, podem ser traduzidos em informação de movimento, de direção, ou de posição. Encoders rotativos são usados para medir o movimento rotacional de um eixo. A figura abaixo mostra os componentes fundamentais de um encoder rotativo (do tipo incremental) que consiste em um diodo emissor de luz (LED), um disco, e um detector de luz (fototransistor) no lado oposto do disco. O disco que está montado no eixo giratório tem uma série de perfurações regulares que são repetidas continuamente formando segmentos opacos e transparentes codificados no disco. A medida que o disco gira, os segmentos opacos bloqueiam a luz e as janelas transparentes permitem a passagem da luz. Isto gera pulsos de onda quadrada que podem ser interpretados então em informação de movimento ou posição.

Nota Especial (Comparativo entre Motor CC Sem Escovas e Motor CA Síncrono):

Do ponto de vista da estrutura da máquina elétrica, os denominados Motores CC Sem Escovas (Brushless DC Motor ou BLDC Motor) são muito semelhantes aos Motores CA Síncronos (Synchronous Motor), do tipo que é conhecido como Motor de Ímãs Permanentes (Permanent-Magnet Synchronous Motor - PMSM): 

Os enrolamentos do estator são semelhantes às de um motor de CA polifásico qualquer, enquanto o rotor é constituído por um ou mais imãs permanentes. Só que no Motor CC Sem Escovas temos uma arquitetura com o número de polos do estator (número de polos formado pelo conjunto de bobinas do estator) diferente do número de polos do rotor (número de polos contituído pelos imãs permanetes alojados no rotor), enquanto que no Motor CA (Trifásico) Síncrono há número de polos no estator e no rotor iguais, ou seja, o número de polos magnéticos do rotor é igual ao número de grupos de bobinas por fase do estator.

Por exemplo, a configuração de Polos do Estator / Polos do Rotor de um motor CC sem escovas que eu empreguei recentemente era 12N 14P (que significa que existem 12 Ranhuras no estator e 14 magnetos (imãs) no rotor). Essa configuração é relativa ao motor CC sem escovas denominado Revolt RV-160 Pro, de fabricação israelense, e é comum para aplicações de torque mais elevados e velocidade final não muito alta, além de baixa contagem de enrolamento por dente. Uma configuração de motor comumente conhecida por sua operação suave e silenciosa. 

Veja algumas imagens ilustrativas acerca deste motor (foto real do motor CC sem escovas Revolt RV-160 Pro aberto) e a sua configuração de arquitetura: 

Na verdade eu me atrevo a dizer que o termo "Motor CC Sem Escovas" nasceu de um artifício, como uma forma de incentivo de marketing para induzir as pessoas a pensarem no motor com a sua unidade de acionamento associada, como uma boa opção de substituto para um motor CC com escovas e sua unidade de acionamento.

No início e, até meados dos anos '80, os “verdadeiros Motores CA Síncronos” eram concebidos como sendo máquinas de velocidade única, sendo esta velocidade associada a um submúltiplo da frequência da rede elétrica. A partir dai, os primeiros desenvolvimentos dos Conversores de Frequência, conhecidos, também, como Inversores (em inglês, Power Inverters) eram dispositivos de acionamento de máquinas que visavam, num primeiro momento, controlar a velocidade, apenas, das Máquinas CA Assíncronas (máquinas com arquitetura do motor de indução CA trifásico, com um rotor de gaiola de esquilo simples). 

Muito embora para o acionamento do motor BLDC não requeira nenhuma forma de onda específica, mesmo que estas máquinas sejam vendidas sob a denominação "Motor CC Sem Escovas” ele são máquinas de imãs permanentes que também são vendidas acompanhadas por uma unidade de acionamento controlado que produz forma de onda CA para, efetivamente, alimentar a máquina, seja a partir de uma fonte DC, ou vendidas como um "motor síncrono CA", que provavelmente será usada alimentando-se diretamente de uma rede elétrica CA, mas também acompanhada com uma unidade de acionamento controlado interfaceando entre a rede elétrica e a máquina.

Dentro de um critério meramente comercial, costuma-se tratar como “Motor CA Síncrono de Imãs Permanentes”, apenas quando a mesma máquina, dispensa o emprego dos dispositivos de efeito Hall incorporados a ela e, ao invés disso, passa a incorporar um Resolver. Um resolver é uma mini máquina elétrica do tipo transformador elétrico rotativo, sem escovas, que é usado como sensor para medir a posição de rotação da motor.

Outros projetos utilizam medir o F_CEM nas bobinas não energizadas para inferir a posição do rotor, também eliminando a necessidade de separar sensores de efeito de Hall, e portanto são muitas vezes chamados controladores sem sensores.

No entanto, um número muito grande de engenheiros têm, cada vez mais, concordado que “Motor CC Sem Escovas” é apenas uma designação comercial para a máquina que, mais apropriadamente, deve ser chamada de “Motor CA Síncrono”.

Veja Também:

Como se Constituem e Operam os Motores CC Sem Escovas (Motores BLDC) - 2/2

Máquinas Elétricas de Imãs Permanentes (Parte 1/2)

Máquinas Elétricas de Imãs Permanentes (Máquinas Elétricas CC Sem Escovas e Sem Ranhuras) - Parte 2/2

Sobre Motocicletas, Triciclos, Scooters, Bicicletas, Skates e Patinetes Elétricos (Parte 1/3)