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BLDC's - Jonathan Felipe, Maria Eduarda e Gabriel Henrique

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[1] BRUSHLESS DC (BLDC) Motor: What is a Brushless DC or BLDC Motor?. [S. l.], 28 jan. 2021. Disponível em: https://electricalbaba.com/brushless-dc-bldc-motor/. Acesso em: 10 jul. 2022.
[2] SPEED Control of BLDC Motor. [S. l.], 1 abr. 2021. Disponível em: https://electricalbaba.com/speed-control-of-bldc-motor/. Acesso em: 10 jul. 2022.
[3] BRUSHLESS DC Motor (BLDC) – Construction, Working & Applications: Construction, Working & Applications of BLDC (Brushless DC Motor). [S. l.], 12 ago. 2020. Disponível em: https://www.electricaltechnology.org/2016/05/bldc-brushless-dc-motor-construction-working-principle.html/amp. Acesso em: 10 jul. 2022.
[4] ESTUDO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS NÃO-CONVENCIONAIS: Motor Brushless DC. 2009. Trabalho de Conclusão de cURSO (Superior) - Aluno, [S. l.], 2009
[5] MOTORES DC BRUSHLESS: PRINCÍPIOS E APLICAÇÕES. 2006. Trabalho de Conclusão de cURSO (Superior) - Aluno, [S. l.], 2006

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Pela lei de Kircchoff, a tensão instantânea da fase a do motor é representada pela equação:
V a=e a+R∗i a+(L−M)∗(di a/dt)−V n
Onde ea é o valor da f.e.m induzida pela excitação do ímã permanente em uma fase do enrolamento de armadura, ia é a corrente da fase a, R é a resistência de armadura por fase, L é a indutância por fase e M é a indutância mútua.
Escrevendo as equações na forma matricial:
[V]=[R]*[I]*[i]+[L-M]*[I]*(d[i]/dt)+[e]-[Vn],
Sendo I a matriz identidade 3x3. O torque eletromagnético do BLDC é apresentado pelas equações a seguir:
Te=(e a i a+e b i b+e c i c)/w r

dw r/dt=(T e−T L−Bw r)/J
onde, Te é o torque eletromagnético, wr é a velocidade angular, TL é o torque exercido pela carga, B é o coeficiente de atrito viscoso e J é o momento de inércia do rotor.

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Por possuírem campo magnético constante, fornecido pelos ímãs permanentes, a rotação do motor acontecerá quando a tensão de estator variar, criando um campo magnético variante e consequentemente, causando repulsão e atração dos campos dos ímãs. A comutação é efetuada por controladores eletrônicos, com base na posição angular do rotor.
Pode-se utilizar sensores de efeito hall para se determinar a posição angular do rotor. Também é possível determinar a posição angular do rotor por meio do monitoramento das bobinas do motor que possuem corrente induzida.
A força eletromotriz (f.e.m) gerada é trapezoidal (Curva b). A corrente de armadura tem forma de onda quadrada (Curva c). Como o motor possui três seções de enrolamentos de armadura, as contribuições do torque por fase estão apresentados nas curvas d,e e f. O torque total está apresentado na curva g.

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As vantagens são: manutenção simplificada devido à ausência de escovas; tamanho reduzido com características térmicas superiores; faixa de velocidade maior; menor geração de ruídos elétricos; alta eficiência; maior durabilidade; melhor característica entre torque versus velocidade;
Desvantagens: alto custo do motor; requer controlador eletrônico; necessita de sensores adicionais associados ao circuito;

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Constituído de finas lâminas de aço silício, contendo canais e dentes, que são empilhadas e formam um conjunto chamado de pacote. Os BLDC’s possuem três enrolamentos de estator, cada um destes é construído com várias bobinas de cobre de modo a formarem a bobina do estator onde são colocadas nos canais, logo formando o par de polos desse motor. O estator do motor BLDC é semelhante ao estator da máquina de indução.
Existem duas formas diferentes de enrolamento do estator: trapezoidais e senoidais. Esta diferenciação é feita na forma como as bobinas são interligadas no enrolamento, podendo obter diferentes tipos de força contra eletromotriz.
Portanto, o motor cuja ligação é trapezoidal gera uma força contra eletromotriz (f.c.e.m) trapezoidal, enquanto em uma interligação senoidal gera uma força contra eletromotriz senoidal.

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Constituído de ímãs permanentes em torno de um eixo, que estão sempre intercalados entre pólos norte (N) e pólos sul (S) podendo variar de dois a oito pólos. O magneto usado é o Ferrite, que é barato, porém concentra uma baixa densidade de fluxo magnético. Ou seja, o volume de material magnético empregado na construção do rotor tem que ser maior para produzir o mesmo torque que um motor construído com materiais de densidade de fluxo magnético maior (Neodymium (Nd), Samarium Cobalt (SmCo), e uma junção de Neodymium, Ferrite e Boro (NdFeB)). Fazendo com que a dimensão dos motores construídos com ferrite seja maior.
Materiais com grande densidade de fluxo magnético são utilizados em motores de alta performance, pois proporcionam um alto torque na partida e em regime de funcionamento melhorando o rendimento do motor.

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O BLDC possui um circuito eletrônico responsável por comutar as fases no estator e fazer o motor girar, um estator que apresenta os enrolamentos de fase e um rotor que geralmente terá ímãs permanentes.

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Veículos elétricos

Veículos híbridos

Bicicletas elétricas

Robôs industriais e de competição

Drones

Máquinas CNC

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O circuito apresentado na figura é o ESC, Eletronic Speed Controller, é responsável pelo controle e chaveamento das tensões que alimentam o motor, com base na saída do sensor de efeito hall que estará indicando a posição angular do rotor.
Este circuito pode ser conectado a um drive de comunicação para o controle sem fio dos motores, sendo utilizado por exemplo em um drone.

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Os motores BLDC’s possuem funcionamento e modelo semelhante ao encontrado em motores de corrente continua (CC) convencionais, porém têm como característica principal o fato de não necessitarem de comutadores ou escovas.
Desta forma, o motor BLDC utiliza circuitos de controle para detectar onde o rotor está em determinados momentos. Estes motores empregam junto aos controladores, codificadores rotativos e sensores, como de efeito Hall. Então, pode-se afirmar que devido a esses fatores o rendimento do motor BLDC é bastante elevado. A energia elétrica é convertida em energia mecânica pelas forças de atração (e repulsão) magnética entre os magnetos permanentes do rotor e o campo magnético rotativo induzido pelas bobinas eletromagnéticas do estator.