Os motores sem escovas, também conhecidos pelo termo em inglês brushless, estão hoje presentes em uma enorme quantidade de equipamentos.
Podemos encontrá-los em:
drones;
aeromodelos;
barcos RC;
automodelos;
ventoinhas de computador;
ferramentas elétricas;
diversos equipamentos eletrônicos.
No modelismo, a combinação entre motores brushless, ESCs e baterias LiPo permitiu alcançar níveis de potência e desempenho que seriam muito mais difíceis com os antigos sistemas utilizados nos modelos elétricos.
Mas afinal:
o que significa um motor ser “sem escovas”?
Primeiro precisamos entender o motor com escovas
Antes do brushless, vamos olhar para o motor DC tradicional.
Ele é chamado de:
brushed motor
ou
motor com escovas.
As escovas são contatos elétricos que permitem levar corrente para as bobinas do motor enquanto ele gira.
É um sistema relativamente simples e utilizado há muito tempo.
Se você desmontar determinados motores DC pequenos, encontrará internamente justamente essas escovas fazendo contato com o comutador.
Por que são chamadas de escovas?
O nome pode causar alguma confusão.
Não estamos falando de uma escova como aquela utilizada para limpar alguma coisa.
São contatos elétricos, normalmente feitos de materiais condutores apropriados, que permanecem pressionados contra o comutador.
Enquanto o rotor gira, existe contato físico.
E justamente esse contato traz algumas desvantagens.
As escovas sofrem desgaste
Esse é um dos problemas dos motores escovados.
Existe:
contato + movimento + atrito.
Com o tempo, ocorre desgaste.
Depois de muitas horas de funcionamento, as escovas podem precisar ser substituídas.
Em motores pequenos e baratos, muitas vezes nem vale a pena realizar essa manutenção.
Simplesmente substituímos o motor.
O atrito também representa perdas
Sempre que temos contato mecânico entre partes móveis, temos algum atrito.
Parte da energia disponível acaba sendo transformada em calor.
Além disso, existe o próprio desgaste mecânico.
Eliminar as escovas permite eliminar esse ponto de contato.
É justamente essa a ideia básica do motor brushless.
Brushless significa literalmente “sem escovas”
A palavra pode ser dividida assim:
brush = escova
less = sem
Portanto:
brushless = sem escovas.
Em português utilizamos normalmente:
motor sem escovas.
A diferença fundamental está na maneira como a comutação necessária ao funcionamento do motor é realizada.
No motor brushed, a comutação é mecânica
O motor precisa alterar a maneira como suas bobinas são energizadas para continuar produzindo movimento.
No motor tradicional, parte desse processo é realizada mecanicamente pelo conjunto:
escovas + comutador.
É uma solução muito engenhosa.
E possui uma vantagem importante:
podemos alimentar um pequeno motor brushed diretamente com corrente contínua.
Um motor brushed simples possui dois fios
É extremamente comum encontrarmos:
fio positivo
e
fio negativo.
Ligamos uma bateria apropriada:
Bateria → Motor
e o motor gira.
Se invertermos a polaridade:
Motor → gira para o sentido contrário.
Isso torna o motor brushed extremamente fácil de utilizar em projetos simples.
No brushless a situação é diferente
Quando retiramos as escovas, também retiramos o mecanismo responsável pela comutação mecânica.
Precisamos então realizar essa função de outra maneira.
A solução é:
comutação eletrônica.
É por isso que o motor brushless utilizado no modelismo precisa trabalhar associado a um controlador eletrônico.
É aí que entra o ESC
ESC significa:
Electronic Speed Control
ou:
controle eletrônico de velocidade.
No sistema brushless, ele possui uma função essencial.
Não está apenas “diminuindo ou aumentando a velocidade”.
Ele também realiza eletronicamente o acionamento adequado das bobinas para permitir que o motor funcione.
Por isso, no modelismo, o ESC é indispensável para o funcionamento do motor brushless.
A ligação básica fica assim
Em vez de:
Bateria → Motor
temos:
Bateria → ESC → Motor brushless
E, em um modelo de rádio controle:
Transmissor
↓
Receptor
↓
ESC
↓
Motor brushless
A bateria fornece a energia.
O receptor fornece o comando.
O ESC controla eletronicamente o motor.
Por que o motor brushless possui três fios?
Essa é uma das características que mais chama a atenção de quem está acostumado com motores DC tradicionais.
Motor brushed:
normalmente 2 fios.
Motor brushless utilizado no modelismo:
normalmente 3 fios.
Esses três fios correspondem às conexões utilizadas pelo ESC para comandar eletronicamente as fases do motor.
Não procure positivo e negativo nesses três fios
É muito comum alguém pegar um motor brushless pela primeira vez e perguntar:
“Qual é o positivo?”
“Qual é o negativo?”
Nos três fios entre o motor brushless e o ESC, essa não é a maneira correta de pensar.
Não temos simplesmente:
positivo + negativo + outro fio.
Temos as conexões das fases controladas eletronicamente pelo ESC.
Então como ligar os três fios?
No sistema básico de modelismo, conectamos:
três saídas do ESC
aos
três fios do motor.
Depois fazemos o teste.
Se o motor girar no sentido desejado, está resolvido.
Mas pode acontecer de ele girar ao contrário.
E existe uma solução extremamente simples.
Para inverter a rotação, troque dois fios
Se o motor brushless estiver girando no sentido errado:
desconecte a bateria e troque entre si quaisquer dois dos três fios entre o ESC e o motor.
Por exemplo:
Antes:
A → A
B → B
C → C
Depois:
A → B
B → A
C → C
O motor passa a girar no sentido oposto.
Por que trocar dois fios funciona?
Porque alteramos a sequência relativa das fases.
O ESC produz um campo magnético girante.
Ao trocar duas das conexões, invertemos a sequência.
Consequentemente, o campo passa a girar no sentido contrário.
O rotor acompanha.
Por isso uma alteração elétrica tão simples consegue inverter o sentido mecânico do motor.
Não faça isso invertendo a bateria
Existe uma diferença fundamental.
Para mudar o sentido de um motor brushless, podemos trocar duas fases entre ESC e motor.
Não devemos inverter:
positivo e negativo da bateria no ESC.
O ESC possui uma polaridade de alimentação definida.
Uma inversão incorreta da bateria pode danificar o controlador.
Quais são as vantagens de eliminar as escovas?
Uma das vantagens mais evidentes é eliminar o desgaste das próprias escovas.
Sem esse contato mecânico, desaparece esse componente de manutenção.
Mas existem outras vantagens.
Podemos ter:
menores perdas associadas às escovas;
menor geração de interferência por esse contato;
boa relação potência/peso;
alta eficiência;
grande capacidade de rotação;
boa confiabilidade.
Essas características ajudam a explicar a enorme popularidade dos motores brushless.
As escovas também podem produzir interferência elétrica
Esse é um aspecto interessante e mencionado no conteúdo original.
O contato das escovas pode gerar interferências capazes de afetar equipamentos eletrônicos próximos, inclusive circuitos de áudio.
Quem já trabalhou com pequenos motores DC próximos de circuitos eletrônicos talvez tenha encontrado esse problema.
O motor funciona e aparecem:
ruídos;
interferências;
comportamentos indesejados.
Por isso muitas ventoinhas modernas são brushless
Um exemplo muito próximo do nosso cotidiano é a ventoinha utilizada em computadores.
Ela precisa trabalhar:
durante muitas horas;
com pouco ruído;
próxima de circuitos eletrônicos;
com boa confiabilidade.
Motores sem escovas são extremamente adequados para essa aplicação. O próprio artigo original utiliza as ventoinhas de computador como exemplo de utilização dessa tecnologia.
Ferramentas elétricas também migraram para brushless
Outro exemplo interessante são as parafusadeiras.
Durante muito tempo, ferramentas elétricas portáteis utilizaram predominantemente motores com escovas.
Hoje encontramos facilmente ferramentas anunciadas como:
Brushless
ou
Motor sem escovas.
Essa característica se tornou inclusive um argumento comercial importante.
No modelismo a mudança foi enorme
Os motores brushless transformaram o modelismo elétrico.
Eles passaram a ser utilizados em:
aviões;
helicópteros;
drones;
carros;
barcos.
O conteúdo original destaca justamente a expansão dos motores brushless para barcos, carros e aviões de modelismo.
E as baterias LiPo contribuíram muito para isso
Um motor potente precisa de uma fonte de energia capaz de acompanhá-lo.
A popularização das baterias LiPo — polímero de lítio — combinou muito bem com os motores brushless.
Temos:
boa capacidade de fornecimento de corrente
baixo peso
motores brushless potentes
ESCs modernos
=
modelos elétricos com excelente desempenho.
Essa combinação entre brushless e LiPo é destacada também no artigo original.
Um aeromodelo elétrico pode ter muita potência
Houve uma época em que muita gente associava aeromodelismo elétrico a modelos pequenos e relativamente fracos.
Isso mudou completamente.
Hoje um conjunto:
LiPo + ESC + brushless
pode produzir uma relação potência/peso impressionante.
É possível construir desde pequenos modelos tranquilos até aeronaves de desempenho muito elevado.
O mesmo aconteceu com os carros RC
No automodelismo, motores brushless permitem acelerações extremamente fortes.
Mas novamente precisamos pensar no sistema completo.
Não basta simplesmente colocar “o motor mais potente”.
Precisamos considerar:
motor;
ESC;
bateria;
transmissão;
engrenagens;
pneus;
refrigeração.
A potência precisa ser compatível com todo o conjunto.
Nos barcos RC, brushless também oferece enorme desempenho
Uma lancha equipada com motor brushless pode alcançar velocidades muito elevadas.
Mas a carga sobre o motor depende bastante da hélice.
Uma hélice inadequada pode aumentar muito a corrente.
Isso pode aquecer:
motor;
ESC;
bateria;
conectores.
Por isso, potência exige dimensionamento.
O que significa KV em um motor brushless?
Ao procurar motores brushless para modelismo, encontramos números como:
800 KV
1000 KV
2200 KV
3500 KV
5000 KV
O KV está relacionado aproximadamente à rotação por minuto por volt em condições sem carga.
Por exemplo, de forma idealizada:
1000 KV × 10 V ≈ 10.000 rpm
Isso não significa que o motor necessariamente trabalhará exatamente nessa rotação quando estiver movimentando uma hélice ou outra carga.
Mas o KV é uma característica importante para comparar motores.
KV não significa quilovolt
Essa confusão é comum.
Quando vemos:
2200 KV
não significa:
2200 quilovolts.
No contexto das especificações desses motores, KV está relacionado à constante de velocidade do motor.
Quanto maior o KV, maior tende a ser a rotação por volt.
Mas isso não significa automaticamente:
maior KV = motor melhor.
Um KV menor pode ser exatamente aquilo que precisamos
Imagine um grande barco com uma hélice relativamente grande.
Talvez seja mais interessante utilizar:
menor rotação + maior torque adequado à aplicação
do que simplesmente buscar uma rotação enorme.
Já outra aplicação pode exigir rotações maiores.
A escolha depende do projeto.
O tamanho do motor também importa
Motores brushless são encontrados em diferentes dimensões.
No modelismo podemos encontrar identificações associadas às dimensões físicas do motor.
Não devemos escolher apenas pelo KV.
Precisamos observar:
tamanho;
peso;
potência;
corrente;
tensão recomendada;
tipo de montagem;
eixo;
aplicação.
Existem motores outrunner e inrunner
Outra classificação muito comum é:
outrunner
e
inrunner.
Nos outrunners, uma parte externa do motor gira.
Nos inrunners, a carcaça externa permanece fixa e o rotor gira internamente.
Visualmente, a diferença é bastante fácil de perceber quando os motores estão funcionando.
Outrunner
Em muitos motores outrunner, vemos praticamente a “parte de fora” do motor girando junto com o eixo.
Eles são extremamente populares em aeromodelismo.
Podem oferecer características muito interessantes de torque para movimentar hélices diretamente.
Inrunner
Nos inrunners, o rotor gira dentro da carcaça.
A parte externa permanece parada.
São muito utilizados em aplicações nas quais rotações elevadas podem ser interessantes, incluindo determinadas configurações de automodelismo e nautimodelismo.
Mas não existe uma regra de que um tipo seja sempre melhor que o outro.
A aplicação determina a escolha.
Motor e ESC precisam ser compatíveis
Esse ponto é fundamental.
Não podemos escolher o motor e depois ligar qualquer ESC que esteja disponível na bancada.
Precisamos verificar:
tensão da bateria;
corrente exigida;
capacidade do ESC;
tipo de motor;
aplicação.
Um ESC subdimensionado pode aquecer excessivamente e falhar.
A hélice pode mudar completamente o consumo
Imagine o mesmo motor brushless.
Utilizamos uma pequena hélice.
Medimos determinada corrente.
Agora instalamos uma hélice maior.
A corrente pode aumentar significativamente.
Portanto, dizer:
“esse motor consome 20 A”
sem informar as condições de funcionamento pode ser insuficiente.
A carga mecânica importa.
O multímetro ajuda, mas existem instrumentos específicos
Para correntes menores e dentro dos limites do instrumento, podemos utilizar um multímetro adequadamente configurado.
No modelismo também são comuns medidores capazes de mostrar:
tensão;
corrente;
potência;
energia consumida.
Isso é extremamente útil para verificar se estamos operando o conjunto dentro de condições adequadas.
O aquecimento conta uma história
Depois de um teste, observe:
motor;
ESC;
bateria;
conectores.
Temperaturas excessivas podem indicar que alguma coisa precisa ser revista.
Pode ser:
hélice inadequada;
ESC subdimensionado;
motor sobrecarregado;
refrigeração insuficiente;
conexão elétrica ruim.
Não ignore aquecimento anormal.
Em barcos podemos utilizar refrigeração a água
Modelos de alta potência podem utilizar sistemas de refrigeração específicos.
A água é captada durante a navegação e conduzida através de mangueiras.
Dependendo do projeto, podemos refrigerar:
motor;
ESC.
Depois a água retorna ao exterior.
É uma solução muito interessante para nautimodelos de maior desempenho.
Motores brushless também precisam de cuidados
“Sem escovas” não significa:
sem manutenção para sempre.
Ainda temos componentes mecânicos, como:
eixo;
rolamentos;
conectores;
fixações.
Também precisamos observar:
temperatura;
sujeira;
umidade;
vibração;
estado dos fios.
A ausência das escovas elimina um ponto de desgaste, mas não torna o sistema indestrutível.
Em barcos, proteja o motor da água
Mesmo que determinados motores tolerem alguma exposição, não devemos simplesmente assumir que qualquer motor brushless pode ficar molhado.
Água, especialmente quando associada a eletrônica, conectores e rolamentos, pode causar problemas.
O ideal é projetar adequadamente a instalação e seguir as características do equipamento utilizado.
Brushless significa necessariamente mais rápido?
Não.
Essa é uma simplificação comum.
A tecnologia brushless permite construir sistemas com excelente desempenho, mas a velocidade final depende de todo o conjunto.
Temos:
motor + KV + tensão + ESC + carga + transmissão/hélice + modelo.
Um motor brushless pode inclusive ser escolhido justamente para trabalhar em uma aplicação de baixa velocidade.
Brushless significa necessariamente mais potente?
Também não podemos afirmar isso isoladamente.
Existem motores brushed muito potentes e pequenos brushless de baixa potência.
A comparação precisa considerar motores e aplicações equivalentes.
A grande vantagem da tecnologia brushless está em suas características de eficiência, controle, relação potência/peso e ausência das escovas, e não simplesmente na palavra “brushless”.
Então por que eles dominaram o modelismo?
Porque oferecem uma combinação muito atraente:
baixo peso;
boa eficiência;
grande faixa de potência;
altas rotações quando necessárias;
ausência de desgaste das escovas;
controle eletrônico preciso.
Quando combinamos isso com baterias LiPo modernas e ESCs compactos, temos um sistema extremamente interessante para modelos elétricos.
O preço também caiu bastante
Quando motores brushless começaram a se popularizar no modelismo, o custo podia ser uma barreira maior.
Com a enorme disseminação da tecnologia, tornou-se possível encontrar conjuntos para praticamente todos os tamanhos de modelos.
Isso ajudou bastante na substituição dos antigos motores brushed em muitas aplicações.
Mas motores brushed continuam úteis
Isso também é importante.
O surgimento de uma tecnologia mais moderna não torna automaticamente a anterior inútil.
Motores brushed ainda são excelentes para:
projetos simples;
brinquedos;
pequenos mecanismos;
experimentos;
aplicações de baixo custo.
Além disso, são extremamente fáceis de controlar e compreender.
Para aprender eletrônica, um pequeno motor brushed continua sendo fantástico.
A diferença principal pode ser resumida assim
Motor brushed:
possui escovas;
normalmente possui dois fios;
a comutação ocorre mecanicamente;
pode ser alimentado diretamente em aplicações simples.
Motor brushless:
não possui escovas;
no modelismo normalmente possui três fios para o ESC;
a comutação é eletrônica;
precisa de um controlador eletrônico adequado para funcionar.
Essa necessidade de controle eletrônico é justamente um dos pontos centrais do conteúdo original.
O ESC é parte essencial do sistema brushless
Se você encontrou um motor brushless retirado de algum equipamento e pensou:
“Vou colocar dois fios na bateria para ver se funciona”,
pare.
O princípio de funcionamento não é o mesmo de um motor brushed comum.
No modelismo, precisamos do controlador eletrônico apropriado.
A ligação básica é:
Bateria → ESC → Motor brushless.
O rádio controla o ESC, e o ESC controla o motor
Em um modelo RC, podemos visualizar todo o caminho:
Sua mão
↓
Transmissor
↓
Receptor
↓
ESC
↓
Motor brushless
↓
Hélice ou transmissão
Cada elemento possui uma função.
Quando compreendemos essa cadeia, fica muito mais fácil diagnosticar problemas.
O motor não gira: onde está o problema?
Podemos verificar progressivamente:
A bateria está carregada?
O ESC está recebendo alimentação?
O receptor está funcionando?
O ESC armou corretamente?
O sinal do acelerador está chegando?
Os três fios do motor estão conectados?
Existe algum conector frouxo?
O motor está mecanicamente livre?
Essa maneira de dividir o sistema em blocos facilita muito a manutenção.
Motor tremendo não significa necessariamente motor queimado
Se um brushless tenta partir, treme ou apresenta funcionamento irregular, podemos ter um problema em uma das fases.
Vale verificar:
fios;
conectores;
soldas;
ESC.
Uma conexão ruim pode produzir sintomas bastante estranhos.
Não condene imediatamente o motor.
Veja no vídeo os detalhes da construção
No vídeo da página mostro mais detalhes sobre esses motores e sua constituição. A ideia principal é compreender por que o motor sem escovas representa uma evolução importante em relação aos motores escovados e, ao mesmo tempo, por que ele exige um sistema eletrônico para funcionar.
A ausência das escovas elimina problemas relacionados ao desgaste desses contatos e às interferências que eles podem produzir. Em contrapartida, a comutação passa a depender da eletrônica.
Brushless é um ótimo exemplo da evolução da eletrônica no modelismo
Antigamente tínhamos uma solução mecanicamente simples:
bateria → motor com escovas.
Hoje podemos ter:
LiPo → ESC → motor brushless.
O sistema eletrônico é mais sofisticado.
Mas essa sofisticação permite controlar motores muito eficientes e potentes utilizando componentes pequenos e leves.
É justamente essa combinação que ajudou os motores brushless a se espalharem pelos modelos de barcos, carros e aviões.
Quer entender motores brushless, ESCs e baterias na prática?
Quando olhamos apenas para um motor brushless, podemos pensar que ele é simplesmente um motor com três fios.
Mas por trás desses três fios existem conceitos muito interessantes:
campo magnético;
bobinas;
comutação eletrônica;
ESC;
tensão;
corrente;
potência;
baterias LiPo.
Assim, você não precisa simplesmente decorar:
“motor brushless usa ESC”.
Você começa a compreender por que ele precisa do ESC, por que possui três fios, como podemos inverter seu sentido de rotação e por que a combinação entre motor brushless, ESC e bateria LiPo se tornou tão importante no modelismo elétrico.