Alcance
Los servomotores sin escobillas incluyen una amplia gama de tipos de motores, tanto de CC sin escobillas de imán permanente como de CA sin escobillas de imán permanente. También pueden estar diseñados para movimientos rotativos o lineales. Independientemente de los diferentes tipos, algunas cosas tienen en común: utilizan imanes permanentes y son motores trifásicos.
Construcción
Los servomotores sin escobillas sustituyen el conmutador mecánico de los motores con escobillas por una conmutación electrónica. En los servomotores sin escobillas, es el imán permanente el que actúa como rotor (componente giratorio) en lugar de las bobinas, que son fijas. La rotación del servomotor se consigue alterando individualmente la magnitud y la dirección de la corriente en cada conjunto de bobinas, cambiando la dirección de los campos magnéticos generados por las bobinas fijas. Normalmente hay tres conjuntos de bobinas en un servomotor sin escobillas, cada conjunto de bobinas se energiza individualmente en un orden particular que crea una serie de fuerzas electromagnéticas para mantener el rotor en movimiento. Esto requiere 3 cables de alimentación para suministrar corriente a cada conjunto de bobinas. Dado que las bobinas son fijas, se pueden realizar conexiones eléctricas directas en ellas con facilidad, eliminando la necesidad de conmutadores y escobillas mecánicas. La ausencia de escobillas y conmutadores en el motor sin escobillas hace que este dispositivo sea muy duradero, ya que las escobillas y los conmutadores de los motores con escobillas son susceptibles de desgastarse como resultado del contacto continuo en movimiento.
Al no tener conmutadores mecánicos, los servomotores sin escobillas requieren conmutación electrónica y dispositivos de retroalimentación para controlar la velocidad del motor. La conmutación electrónica tiene una mayor eficiencia, un gran ahorro de energía y un mejor control en comparación con la conmutación mecánica. Sin embargo, al carecer de conmutadores mecánicos, la mayoría de los servomotores sin escobillas necesitan dispositivos de realimentación para controlar con precisión el par y la posición del motor.
Existen diferentes opciones en cuanto a los niveles de retroalimentación y conmutación que dependen de las limitaciones económicas y de la precisión preferida del motor. Esto permite a los consumidores elegir sus niveles preferidos de retroalimentación y el tipo de conmutación electrónica para adaptarse a su aplicación. Los sensores Hall y los codificadores son la retroalimentación elegida para los servomotores sin escobillas; ambos dispositivos pueden utilizarse por separado o en tándem para utilizar el tipo de conmutación preferido. Los sensores Hall por sí solos sólo son capaces de realizar una conmutación trapezoidal, mientras que los codificadores por sí solos sólo son capaces de realizar una conmutación sinusoidal. El uso conjunto de los sensores Hall y los codificadores permite utilizar la conmutación sinusoidal o trapezoidal. La conmutación trapezoidal es estándar en los servomotores sin escobillas porque es fácil de implementar y es ideal para proporcionar el máximo par. Aunque se prefiere la conmutación trapezoidal para la mayoría de las aplicaciones, la conmutación sinusoidal con servomotores sin escobillas es útil para aplicaciones en las que el ruido audible y mecánico debe ser extremadamente bajo.
La retroalimentación sin sensor es una innovación más reciente en la tecnología de servomotores de CC sin escobillas, en la que la posición del motor se determina a partir de la contrafase del motor. La retroalimentación sin sensor puede funcionar con conmutación trapezoidal o sinusoidal; sin embargo, se prefiere la conmutación sinusoidal para las aplicaciones más sensibles porque es menos susceptible a la ondulación del par. Dado que la retroalimentación sin sensores requiere que el motor funcione basándose en su propia retroalimentación interna, la retroalimentación sin sensores es más eficaz cuando la carga del motor es estática. Por ejemplo, los drones se han convertido en una aplicación común de la retroalimentación sin sensores en los servomotores de CC sin escobillas porque la carga no cambia significativamente mientras el dron está en movimiento y la falta de dispositivos de retroalimentación le permite ser más ligero.
Historia
Los motores de corriente continua sin escobillas surgieron al inicio de la revolución digital en los años 60, cuando se pasó de la tecnología mecánica y electrónica analógica a la electrónica digital. Los motores de corriente continua con escobillas resultaron insuficientes para soportar las exigencias de las aplicaciones más intensas, ya que las escobillas y los conmutadores se desgastaron rápidamente, por lo que nació el motor de corriente continua sin escobillas. La disponibilidad de semiconductores de potencia de estado sólido, como los MOSFET, hizo posible que el motor de CC sin escobillas fuera la primera máquina de CC con conmutación de estado sólido. El inconveniente de los primeros motores de corriente continua sin escobillas era que no podían generar una gran potencia. Cuando en la década de 1980 se dispuso de materiales de imanes permanentes más potentes, los motores sin escobillas pudieron generar tanta o más potencia que sus homólogos con escobillas.
Innovaciones futuras
Los motores sin escobillas actuales superan muchas de las limitaciones de los motores con escobillas, ya que tienen una mayor potencia de salida, un tamaño más pequeño, una mayor eficiencia, más durabilidad y un ruido eléctrico muy bajo. Estas ventajas también tienen sus inconvenientes, ya que los motores sin escobillas requieren dispositivos de retroalimentación y un controlador de accionamiento del motor para la conmutación electrónica, por lo que suelen ser más caros que los motores con escobillas. Sin embargo, los nuevos avances en la tecnología de los motores de corriente continua sin escobillas han hecho posible los accionamientos sin sensores, que harán que estos motores sean más asequibles. En la tecnología de control sin sensores, la posición del rotor se determina detectando la fuerza electromotriz de una de las tensiones terminales del motor, lo que elimina la necesidad de sensores Hall y codificadores. El control sin sensores también permitirá que los motores de corriente continua sin escobillas sean más pequeños, más fiables y más duraderos gracias al menor número de componentes.
Otra innovación que pronto será común en el diseño de motores de CC sin escobillas es la integración de los motores de CC sin escobillas y la electrónica de accionamiento en un único paquete para crear un sistema más sencillo. A medida que aumenta la eficiencia de los componentes electrónicos, la electrónica de potencia es cada vez más pequeña, lo que otorga a los accionamientos de motores de CC sin escobillas integrados un papel fundamental en las innovaciones tecnológicas
Usos/Aplicaciones
Debido a su eficacia y longevidad, los servomotores de CC sin escobillas se utilizan ampliamente en dispositivos que funcionan de forma continua, como los electrodomésticos y otros aparatos electrónicos de consumo. Para aplicaciones industriales, los motores DC sin escobillas son una opción popular en motores lineales, servomotores, motores de accionamiento de extrusoras y accionamientos de alimentación para máquinas herramienta CNC debido a su capacidad de control de movimiento fiable y preciso. Los servomotores de CC sin escobillas también se han convertido en el motor preferido para los drones porque suministran mucha potencia manteniendo un tamaño y peso reducidos. Se espera que las aplicaciones de los servomotores DC sin escobillas sigan ampliándose en el futuro. A medida que estos motores sean más asequibles, es probable que sustituyan por completo a los servomotores de CC con escobillas.
Beneficios
- Alta densidad de potencia
- Excelente disipación del calor
- Menos mantenimiento que los motores con escobillas y mayor vida útil
- La conmutación electrónica permite un control más preciso y un mayor ahorro de energía
- Reducción del ruido mecánico y de funcionamiento en comparación con los motores de CC con escobillas
- Más pequeños y ligeros que los motores de corriente continua con escobillas
ADVANCED Capacidades de Motion Controls
- La mayoría de los servoaccionamientos disponibles en el mercado funcionan con motores sin escobillas e incluyen una amplia variedad de opciones de retroalimentación y rendimiento
- Los motores sin escobillas pueden ser más difíciles de configurar, pero los servoaccionamientos digitales simplifican en gran medida el proceso con funciones como AutoCommutation
