Dimensionamiento enorme del motor sin escobillas: guía de combinación de bastidor, par, refrigeración y transmisión

Un motor sin escobillas de 130mm que acciona un soplador industrial de 2 kilovatios consume aproximadamente 6 A por fase en un bus rectificado de 230 VCA, y la pieza que falla primero en el campo rara vez es el cobre. Los rodamientos, la trayectoria térmica o un accionamiento que no puede suministrar corriente de arranque alcanzan su límite antes que el devanado. Ésa es la realidad práctica de un enorme motor sin escobillas: por encima de aproximadamente 1 kW deja de ser una línea de catálogo y se convierte en una decisión del sistema que abarca el bobinado, la refrigeración, la detección y el cableado.

Lo que se considera un enorme motor sin escobillas: tamaño del bastidor, potencia y par

Un enorme motor sin escobillas es una máquina trifásica de imanes permanentes con un diámetro exterior del estator de 100mm o más, una potencia continua superior a aproximadamente 500 W y un par de eje medido en newton-metros enteros en lugar de fracciones.

El diámetro del marco es el primer filtro porque el par aumenta linealmente con el diámetro del rotor al cuadrado y con la longitud de la pila con un esfuerzo cortante magnético fijo. Pasar de un marco de 57 milímetros a uno de 112 milímetros con la misma longitud de pila es casi una ganancia de par cuatro veces mayor, antes de que el grado del imán, el bobinado o el enfriamiento entren en escena. Esa relación explica por qué los motores de 57 mm se compran en stock por miles, mientras que las unidades de 100 mm y 130mm casi siempre se construyen según un plano.

Retek Motion construye esta clase en marcos de 100 mm, 112 mm y 130 mm, incluido un motor de ventilador de alta resistencia de 130 mm con capacidad de 2 kW en 230 VCA y una unidad de bajo engranaje de 112 mm con capacidad de 600 W a 24 VCC. La gama más amplia se recoge en motores CC sin escobillas de alta potencia .

Dimensionamiento de un enorme motor sin escobillas: los cuatro números que deciden el bastidor

El tamaño se reduce a cuatro números: par continuo, ciclo de trabajo, voltaje del bus de CC y resistencia térmica desde el devanado hasta el ambiente. Fije esos cuatro y el diámetro del marco, la longitud de la pila y el bobinado casi se eligen solos.

1. Par continuo, no pico. Un devanado de clase F con un límite de punto caliente de 155 grados Celsius sobrevive de tres a cuatro veces su corriente continua durante unos segundos; la clase H a 180 grados agrega aproximadamente 25 grados de espacio libre y aproximadamente un 10 por ciento más de corriente continua.
2. Ciclo de trabajo. Un transportador que funciona ocho horas en S1 y un cargador que funciona dos minutos cada diez en S3 necesitan bastidores diferentes para el mismo par máximo. Bajar a un ciclo de trabajo del 40 por ciento generalmente permite entre un 20 y un 25 por ciento más de corriente en el mismo punto de acceso, lo que puede reducir el tamaño del diseño en un marco.
3. Tensión del bus y par constante. La constante de par Kt en newton-metros por amperio establece la corriente que necesita un par: 3 Nm a 0,15 Nm por amperio consume 20 A, mientras que los mismos 3 Nm a 0,6 Nm por amperio consumen 5 A y se comporta en un bus de 310 V. Elija primero el autobús y luego el sinuoso.
4. Resistencia térmica. La resistencia térmica del devanado al ambiente en un marco de 112 mm al aire libre generalmente se sitúa entre 1,5 y 2,5 grados Celsius por vatio, por lo que 4 W de pérdida de cobre es un pequeño aumento y 40 W es un aumento de 60 a 100 grados. Eso es lo que convierte un número de hoja de datos en una calificación continua.

La refrigeración y la clasificación IP establecen la clasificación continua, no la línea máxima

El par continuo es un número térmico. Un marco de 130 mm que alcanza un máximo de 12 Nm en un banco a menudo mantiene de 4 a 5 Nm en aire en calma, porque la pérdida de cobre que produjo el pico no tiene adónde ir una vez que el devanado alcanza su límite de aislamiento.

La pérdida de cobre aumenta con el cuadrado de la corriente, por lo que una sobrecarga del 20 por ciento añade aproximadamente un 44 por ciento más de calor. En este tamaño, dos palancas importan más que cualquier otra cosa: el recorrido de refrigeración y la clase de sellado. El aire forzado a través de una carcasa con aletas normalmente compra de 1,5 a 2 veces el par continuo del mismo marco en aire en calma. Una carcasa IP65 con clasificación de lavado agrega una barrera térmica entre el devanado y el flujo de aire, razón por la cual un motor sellado de dimensiones idénticas generalmente tiene una clasificación continua más baja que su contraparte abierta.

El movimiento del aire industrial pone a prueba ese argumento con mayor dureza, porque una máquina continua de 2 kW tiene que eliminar aproximadamente 300 W de pérdida de una carcasa que a menudo está sellada contra el polvo.

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Coincidencia de controladores: por qué los grandes motores sin escobillas se paran antes de quemarse

El fallo de campo más común de un enorme motor sin escobillas no es un devanado quemado, sino un accionamiento que no puede suministrar corriente en el instante en que el rotor la solicita.

El par máximo necesita una corriente máxima y el inversor debe mantener esa corriente sin exceder su propia temperatura de unión. Un motor de 2 kW en un bus de 310 V consume entre 6 y 7 A con carga nominal, cómodamente dentro de un variador modesto; la misma potencia del eje en un bus de 24 V necesita de 85 a 90 A, lo que cambia la sección transversal del cable, la clasificación del conector y el diseño térmico de la etapa MOSFET. Por lo tanto, la constante de par y la tensión del bus son una decisión, no dos.

En un bus de 24 V, el hardware de clase de tracción permanece en la clase de unos pocos cientos de vatios, lo que se adapta a equipos de manipulación de materiales sellados que tienen que arrancar bajo carga.

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Motor de catálogo o bobinado personalizado: lo que cambia por encima de los 100 mm

Por encima de unos pocos cientos de unidades al año, un motor grande sin escobillas hecho a medida suele superar a una unidad de catálogo que casi encaja, porque cada compromiso en engranajes, montaje o cableado se paga nuevamente con cada unidad enviada.

La economía sólo funciona cuando las piezas se fabrican en un solo lugar. Jiangsu Retek Motion Co., Ltd. trasladó la fundición a presión, el mecanizado CNC y la inyección de cables internamente entre 2021 y 2023, que es lo que hace que una carcasa y un arnés combinados sean prácticos en un volumen reducido; en 2024, la empresa realizaba envíos a más de 20 países. Las construcciones personalizadas comienzan a partir de una solicitud de presupuesto que contiene los cuatro números de tamaño, no de una cifra de catálogo.

Dónde se especifican realmente los grandes motores sin escobillas

Los grandes motores sin escobillas se concentran en cinco familias de aplicaciones: tracción y manipulación de materiales, movimiento de aire industrial, aviones no tripulados de carga pesada, articulaciones robóticas con engranajes y herramientas médicas o de cuidado personal.

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Preguntas frecuentes sobre enormes motores sin escobillas

¿Cuánto par produce un motor sin escobillas de 130 mm?

Un bastidor de 130 mm suele ofrecer de 10 a 15 Nm de par máximo y de 4 a 6 Nm de forma continua con un bobinado de clase F en aire en calma. La diferencia proviene de la longitud de la chimenea, el grado del imán y la refrigeración: el mismo estator que soporta 5 Nm al aire libre puede contener de 8 a 10 Nm con convección forzada y aislamiento de clase H.

¿Es un motor grande sin escobillas más eficiente que un motor grande de CC con escobillas?

Sí, aproximadamente entre 8 y 15 puntos porcentuales con la misma salida, porque no hay caída de las escobillas ni del conmutador. Un motor con escobillas de 104 mm con capacidad nominal de 180 VCC y 1000 W sigue siendo competitivo en precio de compra y es fácil de manejar, pero el desgaste de las escobillas determina el intervalo de mantenimiento y el conmutador limita la corriente continua en instalaciones selladas o de gran altitud.

¿Qué debe contener una solicitud de cotización para un BLDC grande personalizado?

Envíe cinco entradas: par continuo y máximo con duración, ciclo de trabajo, voltaje del bus de CC, temperatura ambiente con método de enfriamiento y la interfaz mecánica que incluye eje, brida y conector. El diámetro del marco, la longitud de la pila y el bobinado se derivan de esos cinco; sin ellos, cualquier constante de par citada es una suposición.