Se você mexe com aeromodelismo, automodelismo, nautimodelismo, drones ou eletrônica, provavelmente já encontrou dois termos:
brushed e brushless.
Em português, estamos falando basicamente de:
motor com escovas e motor sem escovas.
Mas qual é realmente a diferença entre eles?
Por que um pequeno carrinho de brinquedo pode utilizar um motor brushed enquanto praticamente todos os drones modernos utilizam motores brushless?
Por que o motor brushless normalmente possui três fios, enquanto um pequeno motor DC convencional possui apenas dois?
E por que precisamos de um ESC diferente para cada tipo?
Nesta aula vamos partir do princípio mais importante: um motor elétrico transforma energia elétrica em movimento mecânico. A partir daí, entender brushed e brushless fica muito mais fácil.
Primeiro: como um motor elétrico consegue girar?
Para compreender qualquer motor elétrico, precisamos começar pelo magnetismo.
Ímãs possuem polos.
Quando aproximamos determinados polos, temos atração.
Em outras combinações, temos repulsão.
Mas existe algo ainda mais interessante para nós:
uma corrente elétrica também pode produzir um campo magnético.
Se enrolarmos um fio formando uma bobina e fizermos uma corrente circular por ela, produzimos um campo magnético.
Isso significa que eletricidade pode ser utilizada para produzir forças magnéticas.
E podemos utilizar essas forças para gerar movimento.
Essa é a ideia fundamental por trás de muitos motores elétricos.
O problema é fazer esse movimento continuar
Imagine que utilizamos um eletroímã para atrair uma determinada parte do rotor.
Ele começa a se movimentar.
Mas em determinado momento chega à posição de alinhamento.
Se nada mudar, o movimento simplesmente para.
Para conseguirmos uma rotação contínua, precisamos alterar os campos magnéticos no momento adequado.
É aqui que brushed e brushless começam a seguir caminhos diferentes.
A pergunta fundamental é:
quem realiza essa comutação?
No motor brushed, ela é realizada mecanicamente.
No brushless, eletronicamente.
Se você entender essa frase, já entendeu uma das principais diferenças entre os dois motores.
Motor brushed: o tradicional motor com escovas
O motor brushed é provavelmente o primeiro motor DC com o qual muita gente tem contato.
É aquele pequeno motor encontrado em:
carrinhos de brinquedo;
bombas;
ventoinhas;
ferramentas;
mecanismos;
inúmeros projetos eletrônicos.
Normalmente encontramos dois terminais.
Ligamos uma tensão DC adequada:
motor gira.
Invertemos a polaridade:
motor gira no sentido contrário.
Extremamente simples de utilizar.
O que existe dentro de um motor brushed?
Simplificando bastante, encontramos elementos como:
estator;
rotor;
bobinas;
eixo;
comutador;
escovas.
As escovas fazem contato elétrico com o comutador enquanto o rotor gira.
É justamente esse sistema mecânico que permite alterar a corrente nas bobinas na sequência necessária para manter a rotação.
As escovas ficam literalmente encostando em uma parte móvel
Isso é importante para compreender o nome.
As escovas são contatos elétricos que permanecem pressionados contra o comutador.
O rotor gira.
O comutador gira junto.
As escovas permanecem em contato.
Com isso, diferentes bobinas são energizadas conforme a posição do rotor.
Portanto, temos uma espécie de chaveamento eletromecânico acontecendo dentro do próprio motor.
É uma solução engenhosa
Pense no que está acontecendo.
Nós simplesmente colocamos:
positivo em um terminal
e
negativo no outro.
Não existe microcontrolador perguntando onde está o rotor.
Não existe um circuito eletrônico externo fazendo uma sequência sofisticada.
O próprio conjunto:
escovas + comutador
faz a comutação necessária para manter o motor girando.
É uma solução extremamente elegante.
E por isso o motor brushed é tão fácil de utilizar
Para um experimento básico podemos ter simplesmente:
Bateria (+) → Motor → Bateria (−)
Pronto.
O motor gira.
Naturalmente precisamos respeitar sua tensão e as características da alimentação, mas conceitualmente a ligação é extremamente simples.
Isso explica por que esses motores são tão comuns em brinquedos e projetos eletrônicos básicos.
Quer inverter a rotação?
Basta inverter a polaridade.
Por exemplo:
+ → terminal A
− → terminal B
Motor gira em determinado sentido.
Agora:
− → terminal A
+ → terminal B
Motor gira no sentido contrário.
Esse princípio é extremamente importante em carrinhos e barcos RC.
É daí que aparece a ponte H
Se queremos inverter eletronicamente o sentido do motor, precisamos de um circuito capaz de inverter a polaridade aplicada aos seus terminais.
Uma solução clássica é a:
ponte H.
Com dispositivos de chaveamento adequadamente organizados, conseguimos controlar:
frente;
parado;
ré.
Esse princípio aparece em inúmeros controladores para motores DC brushed.
E como controlamos a velocidade?
Uma maneira muito utilizada é através de PWM — Pulse Width Modulation.
Em vez de simplesmente reduzir a tensão de maneira ineficiente, podemos ligar e desligar a alimentação rapidamente.
Alterando a proporção entre o tempo ligado e desligado, controlamos a potência média entregue ao motor.
É justamente o princípio utilizado em muitos pequenos controladores de velocidade.
Inclusive, nós já encontramos no site páginas suas sobre placas PWM para controlar a velocidade de uma mini drill.
Esses conteúdos devem receber links entre si.
Então temos uma arquitetura relativamente simples
Em um modelo RC com motor brushed podemos ter:
Bateria
↓
ESC brushed
↓
Motor brushed
E o ESC recebe do receptor a informação sobre quanto queremos acelerar.
Mas as escovas possuem algumas desvantagens
Lembre-se:
existe contato mecânico.
Existe atrito.
E componentes que permanecem em contato enquanto existe movimento sofrem desgaste.
Com o tempo, as escovas podem se desgastar.
O comutador também pode apresentar desgaste.
Além disso, o processo de comutação pode produzir:
faíscas;
ruído elétrico;
aquecimento;
perdas.
É justamente aqui que começamos a perceber por que surgiu tanto interesse pelos motores brushless.
Motor brushless: o motor sem escovas
Brushless significa literalmente:
sem escovas.
Mas retirar as escovas cria imediatamente um problema.
Lembre-se do que elas estavam fazendo.
Elas participavam da comutação.
Se retiramos escovas e comutador mecânico, alguém precisa assumir essa função.
E quem faz isso?
A eletrônica.
Essa é a grande mudança.
No brushless, a comutação é eletrônica
Em vez de depender do contato físico entre escovas e comutador, utilizamos um controlador eletrônico para energizar as bobinas na sequência apropriada.
É por isso que não podemos tratar um motor brushless comum como se fosse simplesmente um motor DC de dois fios.
O sistema precisa saber:
qual conjunto de bobinas energizar
e
em qual momento.
E isso explica os três fios
Essa é uma dúvida clássica.
Um motor brushed normalmente apresenta:
2 fios.
Um brushless RC típico apresenta:
3 fios.
Esses três fios estão relacionados às fases do motor.
O ESC brushless controla eletronicamente essas fases para criar a sequência de campos magnéticos necessária à rotação.
Portanto:
Bateria → ESC brushless → três fases → motor
O ESC é uma parte essencial do sistema.
Não ligue um motor brushless RC diretamente à bateria
Isso é muito importante.
Em um motor brushed simples, podemos aplicar uma tensão DC adequada diretamente aos dois terminais e ele gira.
Em um brushless RC convencional de três fios, não funciona dessa maneira.
Precisamos do ESC brushless para produzir a sequência elétrica apropriada.
Portanto:
bateria → motor brushed
pode funcionar diretamente, dentro das especificações.
Mas:
bateria → motor brushless de três fases
não é a ligação correta.
Precisamos do controlador.
O ESC brushless é muito mais do que uma chave
Podemos imaginar o ESC recebendo energia DC da bateria e utilizando dispositivos eletrônicos de potência para controlar as diferentes fases do motor.
Simplificando:
Bateria DC
↓
ESC
↓
sequência eletrônica nas fases
↓
motor brushless gira
E essa sequência precisa mudar continuamente conforme o rotor se movimenta.
É uma operação muito rápida.
Mas como o ESC sabe a posição do rotor?
Existem diferentes maneiras de fazer isso.
Alguns motores possuem sensores que fornecem informações sobre a posição do rotor.
Mas muitos sistemas utilizados no aeromodelismo trabalham de maneira sensorless.
Nesse caso, o ESC utiliza características elétricas do próprio motor para estimar a posição necessária para realizar a comutação.
Por isso um ESC brushless é um circuito consideravelmente mais sofisticado do que simplesmente um interruptor eletrônico.
Rotor e estator
Esses dois termos aparecem frequentemente quando estudamos motores.
Rotor é a parte que gira.
Estator é a parte que permanece estacionária.
Parece óbvio depois que sabemos os nomes:
rotor → rotação
estator → estacionário
Nos motores brushless utilizados em modelismo existem diferentes configurações físicas.
Duas palavras aparecem muito:
inrunner
e
outrunner.
O que é um motor brushless inrunner?
No inrunner, a parte rotativa principal fica internamente.
Externamente, a carcaça permanece parada.
Esse formato pode ser interessante para aplicações de rotações elevadas.
Visualmente ele lembra bastante o formato cilíndrico tradicional de muitos motores.
O que é um brushless outrunner?
No outrunner, uma parte externa do motor gira junto com o rotor.
Se você já segurou um motor brushless de aeromodelo funcionando, provavelmente percebeu algo inicialmente estranho:
a carcaça externa está girando.
Isso é completamente normal nessa configuração.
Por essa razão precisamos ter cuidado para não deixar:
fios;
parafusos;
objetos;
partes estruturais
encostarem na região rotativa.
Outrunners são extremamente comuns no aeromodelismo
Eles permitem configurações muito interessantes de torque e rotação para movimentar hélices.
Por isso encontramos tantos motores desse tipo em:
aeromodelos;
multirrotores;
outros projetos RC.
Mas isso não significa que todo brushless seja outrunner.
Brushless descreve a ausência das escovas e a forma de comutação; inrunner e outrunner descrevem aspectos da construção do motor.
Então brushless é sempre melhor?
Não necessariamente.
É tentador criar uma regra:
brushless = bom
brushed = ruim
Mas engenharia raramente funciona assim.
Cada tecnologia possui características que podem ser interessantes dependendo da aplicação.
O motor brushed tem grandes vantagens
Ele pode ser:
simples;
barato;
fácil de controlar;
fácil de inverter;
adequado para inúmeros pequenos projetos.
Se quero fazer uma pequena experiência com uma pilha e um motor, um brushed é fantástico.
Não preciso de um ESC brushless sofisticado.
O brushless também possui vantagens importantes
Ao eliminar o sistema de escovas e comutador mecânico, podemos reduzir algumas fontes de:
atrito;
desgaste;
ruído elétrico;
manutenção.
Além disso, motores brushless podem apresentar excelente relação entre:
potência;
peso;
eficiência.
Essas características são extremamente interessantes em modelismo.
Pense em um aeromodelo
Peso é crítico.
Queremos potência para movimentar uma hélice.
Mas não queremos carregar massa desnecessária.
Eficiência também é importante porque a energia está armazenada em uma bateria que precisa voar junto com o avião.
Por isso motores brushless se tornaram tão importantes na propulsão elétrica de aeromodelos.
E nos drones?
Aqui a relação fica ainda mais evidente.
Um quadricóptero precisa controlar continuamente a velocidade de quatro motores.
Pequenas alterações na rotação de cada motor participam do controle de:
altura;
inclinação;
rolagem;
guinada.
O sistema faz correções constantemente.
Motores brushless e seus ESCs são extremamente adequados para esse tipo de aplicação.
E em carros RC?
Encontramos os dois.
Existem automodelos brushed e brushless.
Um conjunto brushed pode ser interessante por:
simplicidade;
custo;
facilidade de manutenção e utilização em determinadas categorias.
Um sistema brushless pode oferecer desempenho bastante elevado.
Tudo depende do objetivo do modelo.
E em barcos?
Novamente encontramos os dois tipos.
Um pequeno barco experimental pode funcionar perfeitamente com motor brushed.
Uma lancha de alto desempenho pode utilizar um potente conjunto brushless.
Já um rebocador de escala, como o Yarra que construí, possui necessidades completamente diferentes de uma lancha projetada para velocidade.
Isso mostra por que não devemos escolher um motor simplesmente porque ele possui “mais potência”.
Precisamos escolher para a aplicação.
O que significa KV em um motor brushless?
Esta é outra especificação que provoca muita confusão.
Nos motores brushless utilizados em modelismo encontramos valores como:
800 KV
1000 KV
2200 KV
3000 KV
KV, nesse contexto, está relacionado à constante de velocidade do motor, aproximadamente expressa em rpm por volt em condições sem carga, com as devidas considerações do sistema real.
Não confunda com:
kV = quilovolt.
São coisas completamente diferentes nesse contexto.
Um exemplo ajuda
Imagine teoricamente um motor de:
1000 KV
alimentado com aproximadamente:
10 V.
Uma estimativa idealizada de rotação sem carga seria:
1000 × 10 = 10.000 rpm.
Isso não significa que o motor permanecerá exatamente nessa rotação quando colocarmos uma hélice.
A carga muda completamente as condições de funcionamento.
Mas o KV ajuda a caracterizar o motor.
KV maior não significa simplesmente “motor melhor”
Essa é uma armadilha muito comum.
Um motor de:
3000 KV
não é automaticamente melhor do que um de:
1000 KV.
São características diferentes.
A escolha depende de:
tensão;
hélice;
carga;
aplicação;
corrente;
potência;
ESC;
bateria.
Em determinados projetos queremos maior rotação.
Em outros precisamos de uma combinação que favoreça torque e uma hélice diferente.
A hélice muda completamente o sistema
Isso é particularmente importante no aeromodelismo e nautimodelismo.
Não podemos escolher:
motor;
ESC;
bateria;
hélice
como componentes independentes.
Eles formam um sistema de propulsão.
Alterar a hélice pode mudar a carga sobre o motor.
E mudar a carga altera a corrente.
Uma hélice inadequada pode fazer o motor exigir uma corrente excessiva.
Isso pode sobrecarregar o ESC
Imagine:
motor exige determinada corrente com uma hélice.
Colocamos uma hélice maior ou mais agressiva.
A carga aumenta.
O motor passa a demandar mais corrente.
Essa corrente atravessa o ESC.
Se ultrapassarmos suas condições de operação, podemos ter:
aquecimento;
desarme;
falha;
danos.
Portanto, não basta escolher um ESC simplesmente porque “ele é brushless”.
Precisamos dimensioná-lo para o conjunto.
A bateria também participa dessa conta
Agora conseguimos ligar vários conteúdos que já trabalhamos.
A bateria precisa possuir:
tensão adequada
e
capacidade de fornecer a corrente exigida.
Isso vale para brushed e brushless.
Uma bateria com grande capacidade de corrente não “empurra” automaticamente toda essa corrente para o motor.
O sistema demanda corrente conforme suas características e condições de funcionamento.
Mas a fonte precisa conseguir fornecê-la adequadamente.
Como descobrir quanto o motor está consumindo?
Podemos medir.
E aqui aparece novamente uma ferramenta fundamental da bancada:
o multímetro.
Mas precisamos respeitar a capacidade do instrumento.
Motores podem consumir correntes muito maiores do que aquelas encontradas em pequenos circuitos eletrônicos.
Em sistemas de modelismo de maior potência, frequentemente utilizamos instrumentos apropriados, como wattímetros, capazes de medir parâmetros do conjunto de propulsão.
A ideia continua sendo a mesma:
não adivinhe quando você pode medir.
Corrente sem carga e corrente trabalhando são diferentes
Imagine ligar um motor sem hélice.
Ele gira livremente.
Agora instalamos uma hélice.
O motor precisa produzir trabalho mecânico.
A corrente muda.
Portanto, medir apenas o motor girando sem carga não informa necessariamente aquilo que acontecerá durante a utilização real.
É uma diferença fundamental.
Motor travado é uma condição crítica
Em um motor brushed, se impedirmos o eixo de girar enquanto existe alimentação, a corrente pode aumentar drasticamente.
Isso pode provocar:
aquecimento;
danos ao motor;
danos ao controlador;
problemas na bateria.
Algo semelhante precisa ser considerado em qualquer sistema de propulsão: impedir mecanicamente o movimento enquanto continuamos fornecendo potência pode produzir condições elétricas severas.
Não faça testes de travamento sem compreender exatamente o equipamento e os limites envolvidos.
Por que motores brushed produzem ruído elétrico?
Lembre-se das escovas tocando o comutador.
A corrente está sendo comutada mecanicamente enquanto o motor gira.
Podem ocorrer pequenas faíscas e transientes elétricos.
Isso gera interferência.
Em determinados projetos utilizamos capacitores e outras técnicas para reduzir o ruído produzido pelo motor.
Esse assunto é especialmente interessante em sistemas de rádio controle, nos quais temos eletrônica sensível relativamente próxima do motor.
Podemos enxergar a principal diferença assim
| Característica | Brushed | Brushless |
|---|---|---|
| Escovas | Sim | Não |
| Comutação | Mecânica | Eletrônica |
| Fios típicos do motor RC | 2 | 3 |
| Controle | Mais simples | Requer controlador apropriado |
| Desgaste das escovas | Existe | Não existe |
| Inversão básica | Inverter polaridade | Feita pelo controlador |
| Aplicações RC | Muitas | Muitas |
Essa tabela simplifica bastante, mas resume a diferença fundamental.
Como identificar rapidamente um motor?
Uma primeira pista pode ser o número de fios.
Dois fios: provavelmente estamos diante de um motor DC brushed convencional.
Três fios grossos: muito provavelmente um motor brushless trifásico típico de modelismo.
Mas isso é apenas uma pista.
Existem muitos tipos de motores elétricos.
O correto é sempre identificar o modelo e consultar suas especificações.
Nunca escolha o ESC apenas pelo conector
Dois equipamentos possuírem conectores que fisicamente encaixam não significa que sejam eletricamente compatíveis.
Antes de ligar, precisamos saber:
tipo de motor;
tensão;
corrente;
especificações do ESC;
especificações da bateria.
Esse cuidado vale para praticamente tudo em eletrônica.
Conector compatível não significa circuito compatível.
Brushed e brushless são excelentes para aprender eletrônica
Os dois motores permitem enxergar uma evolução tecnológica muito interessante.
No brushed:
a própria mecânica realiza a comutação.
No brushless:
transferimos essa tarefa para a eletrônica.
Isso abre caminho para estudar:
magnetismo;
bobinas;
transistores;
MOSFETs;
PWM;
sensores;
microcontroladores;
controle eletrônico;
potência.
Ou seja, estudar motores é também estudar uma grande parte da eletrônica.
Veja no vídeo a aula sobre motores brushed e brushless
Esta publicação foi criada justamente como uma aula completa sobre motores elétricos escovados e sem escovas — brushed e brushless.
Quer deixar de apenas ligar motores e começar a entender como eles funcionam?
Quando compreendemos a diferença entre brushed e brushless, várias outras coisas começam a fazer sentido.
Por que um motor possui dois fios e outro possui três?
Por que precisamos de ESC?
Como controlamos a velocidade?
Por que inverter dois fios funciona em um brushed?
Como escolher bateria?
Por que a corrente aumenta quando colocamos carga?
O que significa KV?
Como motor, ESC, bateria e hélice precisam trabalhar juntos?
No Método 7H RC, a proposta é justamente utilizar motores, baterias, LEDs, transistores, receptores e outros componentes encontrados no modelismo para aprender elétrica e eletrônica através da experimentação.
O objetivo não é apenas dizer:
“compre este motor e ligue estes fios.”
É fazer você compreender o que está acontecendo dentro do sistema, para conseguir medir, diagnosticar, modificar e construir seus próprios projetos.
E motores elétricos são um dos melhores lugares para começar.