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Introdução

No artigo de hoje veremos o primeiro teste com um novo design de motor.

Esse design tem como objetivos principais:

1. Ser modular: para prototipagem, é importante que os componentes mecânicos principais do motor (rotor e estator) sejam intercambiáveis, facilitando e agilizando os testes de novas ideias.
2. Ser mais compacto: nesse design o uso de materiais é reduzido, tornando o motor mais compacto e mais leve.
3. Ser mais barato: com a redução de quantidade de material, principalmente bobinas e imãs, o custo do motor é reduzido consideravelmente.

Em um artigo futuro, compartilharei os arquivos de impressão 3D desse novo motor. Ainda estou iterando no design e fazendo alguns ajustes.

Teste 1 - Circuito push-pull

Hoje vamos testar uma topologia diferente das anteriores. Essa topologia tem características interessantes:

• Pode ser usado como alternativa a uma ponte H, utilizando apenas 2 chaves eletrônicas.
• O controle de potência do motor é feito pelo dimensionamento do capacitor C1 (explicado abaixo).
• O motor não é self-starting. É necessário adicionar outro mecanismo para esse fim.

Ambiente de teste

O ambiente em teste é composto pelo motor e por uma hélice de 30 cm de diâmetro.

Nesse teste será usada uma hélice de 6 pás. Essa hélice consegue movimentar mais ar e consequentemente tem um consumo elétrico um pouco maior que a hélice de 3 pás utilizada nos testes anteriores.

Circuito de controle

O circuito utilizado nesse teste tem uma topologia push-pull.

Esquema

A figura abaixo mostra o circuito de controle. O sensor de chaveamento pode ser um sensor óptico ou um sensor hall. Para este teste, usaremos um sensor hall.

Nessa topologia, são necessários 2 sensores: um para cada direção de pulso.

Funcionamento

O circuito funciona da seguinte maneira:

1. Quando Q1 é polarizado, a corrente circula através de L1 até C1 ficar totalmente carregado. Isso cria um pulso em um sentido (pull).
2. Quando Q1 é despolarizado, a corrente cessa em L1 e um pico de voltagem aparece na conexão entre Q1 e L1. Esse pulso é direcionado para o GND pelo diodo de corrente reversa do próprio MOSFET ou um diodo rápido adicionado para este fim.
3. Agora é a vez de Q2 ser polarizado. Quando isso acontece, a energia armazenada em C1 circula através de L1 na direção contraria, gerando um pulso inverso (push).
4. Quando Q2 é despolarizado, acontece o mesmo do passo 2, só que no sentido inverso.

Como C1 controla a carga e descarga do pulso, o tamanho dele é determina a potência do motor. Porém, ele deve ser dimensionado de acordo com L1:

• Quanto menor a indutância de L1, maior deverá ser a capacitância de C1.
• Quanto maior a indutância de L1, menor deverá ser a capacitância de C1.

Motor

Características elétricas:

• Resistência (Ohm): paralelo: 2,3 / série: 8,9
• Indutância (mH): paralelo: 1,0 / série: 4,27
• Quantidade de alumínio utilizada no motor (Kg): 0,090
• Espessura do fio (AWG): 22 (bifilar)

Esse motor foi dimensionado para trabalhar com voltagens entre 09 e 36VDC (dependendo do arranjo das bobinas)

Resultados

Os resultados são mostrados para configuração de bobinas em série e paralelo.

Potência x velocidade

Bifilar em série:

Capacitor(es) utilizado(s): 1x 63V/1000uF.

Bifilar em paralelo:

Capacitor(es) utilizado(s): 2x 63V/1000uF.

Considerações finais

Os resultados são bastante satisfatórios, levando em consideração principalmente a quantidade de fio utilizado nas bobinas. Comparando com testes anteriores, houve uma redução de cerca de 35% de material.

O número maior de pólos (6) faz com que os pulsos sejam mais curtos, o que reduz o desperdício de carga na bobina.

A topologia utilizada também contribui para evitar o desperdício, porém já consegui resultados bem similares utilizando uma ponte H tradicional.

Quanto a quantidade de imãs utilizados, também houve uma redução de cerca de 10% no peso total.

Dúvidas?

Em caso de dúvidas, sinta-se à vontade para me contatar.