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Motores DC a altas temperaturas

Aqueles que conhecem o catálogo da maxon e as especificações técnicas terão notado que existem temperaturas ambiente e de enrolamento máximas especificadas para os nossos motores. A maioria dos motores DC têm uma temperatura ambiente máxima entre 85 ⁰C e 100 ⁰C e uma temperatura de enrolamento máxima entre 100 ⁰C e 125 ⁰C. Porque é que isto acontece?

Em primeiro lugar, falaremos da diferença entre temperatura ambiente e temperatura de enrolamento. O fornecimento de entrada divide-se entre tensão (V) e corrente (A). A tensão determina a velocidade e a corrente determina o binário. Quando em uso, a corrente irá produzir calor no enrolamento. Isto significa que quando um motor é especificado para o funcionamento a altas temperaturas ambiente, não pode ser operado da mesma forma como se estivesse a temperaturas de serviço normais, caso contrário, irá queimar.

Quais são os problemas associados ao calor?

Dentro do motor existe um circuito magnético gerado pelo íman e pelo eletroíman — o enrolamento do motor. Tanto o íman permanente como o enrolamento são afetados pelo calor. Os ímanes de neodímio começam a desmagnetizar a cerca de 160 ⁰C, tornando-se mais fracos. Infelizmente, arrefecer o motor não inverte o efeito; é uma degradação permanente. O enrolamento é revestido a verniz isolante que proporciona estabilidade e isolamento. À medida que a temperatura aumenta acima de 160 ⁰C, o verniz amolece e o enrolamento pode deformar-se, resultando em fricção que desgasta o isolamento e provoca um curto-circuito, bem como a falha do motor. Temperaturas muito elevadas podem derreter o verniz e o isolamento, resultando novamente num curto-circuito. Os resultados são sempre os mesmos: o motor é destruído.

Motores de altas temperaturas da maxon

Como é previsível, em alguns ambientes onde as pessoas pretendem usar motores, as temperaturas são mais elevadas, por exemplo, durante a perfuração no núcleo terrestre para petróleo, gás ou energia geotérmica, ou atuadores de válvulas nos motores de aeronaves. A maxon tem uma gama de motores DC concebidos para estes ambientes. A gama HD (Heavy Duty) sem escovas é capaz de operar em temperaturas ambiente de até 200 ⁰C com uma temperatura de enrolamento máxima de 240 ⁰C.

De que forma é que estes motores operem nestas altas temperaturas?

Os ímanes nos motores HD maxon são fabricados a partir de samário-cobalto (SmCo). Os ímanes de samário-cobalto de terras raras podem atingir temperaturas muito mais elevadas antes de começarem a desmagnetizar. O isolamento do fio de cobre utilizado no enrolamento possui também uma classificação de temperatura mais elevada. Por fim, o verniz de impregnação é classificado a uma temperatura muito mais elevada, o que assegura que o enrolamento permanece estável em toda a gama de temperaturas de serviço.

Porque não tornar todos os motores resistentes a temperaturas mais elevadas?

Fabricar um motor de alta temperatura não é um processo fácil; o isolamento melhorado no fio de cobre é muito rígido, o que torna o enrolamento muito mais difícil. E também não funciona com todos os padrões de enrolamento. Um outro motivo são os custos; materiais mais especializados têm um maior custo. Por que motivo iriam as pessoas querer um motor mais especializado de preço mais elevado para uma aplicação onde isso não é necessário?

Em aplicações de grandes volumes, a maxon pode atualizar motores padrão para projetos onde são necessárias temperaturas mais elevadas, se não existir um motor adequado na gama HD limitada. A maxon investigará a viabilidade de produzir o enrolamento e criará um lote de enrolamentos de tamanho de produção para assegurar um rendimento suficientemente elevado do fio. Finalmente, se o rendimento for suficiente, os motores de amostra são fabricados e a especificação técnica é validada.

O que faz quando a sua aplicação está a ultrapassar os limites da temperatura ambiente?

Contacte o seu Engenheiro de Vendas técnico da maxon. Possuímos todos a devida formação para lhe podermos especificar o produto certo para a aplicação certa no ambiente certo.

Primeiro, faremos uma série de questões sobre a aplicação. Qual a velocidade e o binário necessários na saída?  Que ciclo de operação o motor terá? Qual é o seu fornecimento de entrada? De seguida, olhamos para o ambiente, temperatura, choque/vibração, etc. Também nos informamos sobre outras restrições, limitação espacial, massa, etc. Assim que recolhermos todos os dados, começamos a avaliar as possíveis opções para lhe oferecer uma solução.

Quando existem temperaturas elevadas, devemos realizar uma análise térmica para garantir que o motor não se queima durante o funcionamento. Analisamos o perfil da velocidade e do binário ao longo do ciclo de operação com base na temperatura ambiente específica. O software desenvolvido pela maxon que utilizamos fornece-nos informações fundamentais, incluindo a temperatura do enrolamento. Atingiu ou excedeu a temperatura máxima do enrolamento? Há tempo suficiente no ciclo de operação para permitir que arrefeça? Após vários ciclos, permanece abaixo da temperatura máxima do enrolamento?

Com a nossa formação e as ferramentas disponíveis, apenas especificaremos uma solução que temos a certeza de que irá satisfazer os requisitos.

Autor: Andrew Gibson

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