Motor Pancake BLDC: cómo funciona, compensaciones y aplicaciones

Contenido

1 ¿Qué hace que un motor BLDC tenga forma de "panqueque"?
2 Las ventajas y desventajas de rendimiento de un factor de forma plano
3 Dónde aparece el diseño Pancake en los productos cotidianos
4 El motor de cubo: un motor BLDC Pancake que ya conoces
5 Cómo combinar un controlador con un motor estilo panqueque

¿Qué hace que un motor BLDC tenga forma de "panqueque"?

Un motor BLDC tipo panqueque recibe su nombre por sus proporciones, no por su función. En lugar de la forma alta y cilíndrica de "lata de sopa" de un motor convencional, es plano y ancho, con una relación longitud-diámetro lo suficientemente baja como para que todo parezca más un disco que un tubo.

Esa forma proviene de cómo se mueve el flujo magnético en su interior. En un motor de flujo radial estándar, el campo magnético viaja desde el eje hacia la carcasa. En un motor tipo panqueque, también llamado motor de flujo axial , el flujo corre paralelo al eje, con el rotor colocado plano al lado del estator en lugar de enrollado alrededor de él. Este único cambio en la geometría es lo que permite que todo el motor colapse en forma de disco plano.

Las ventajas y desventajas de rendimiento de un factor de forma plano

El diseño tipo panqueque no es sólo un truco de empaque, sino que cambia el rendimiento del motor. Debido a que los devanados se encuentran más cerca del borde exterior del disco donde el radio es mayor, el motor genera más torque para una cantidad determinada de cobre que un diseño radial de volumen similar. La estructura plana y abierta también expone más superficie al aire, lo que hace que el enfriamiento sea considerablemente más sencillo que extraer calor de un núcleo cilíndrico fuertemente enrollado.

Esos beneficios vienen con costos reales. Mantener un entrehierro uniforme y preciso entre un rotor plano y un estator supone una tolerancia de fabricación más estricta que el entrehierro concéntrico en un motor radial, lo que eleva los costes de producción. La velocidad también es limitada, ya que la forma del disco del rotor y las fuerzas magnéticas en juego no toleran los mismos rangos de RPM que maneja cómodamente un motor radial. Para aplicaciones donde el espacio axial es reducido pero el torque y el margen térmico importan más que la velocidad máxima, esa compensación tiende a funcionar a favor del diseño tipo panqueque.

Dónde aparece el diseño Pancake en los productos cotidianos

El perfil plano hace que este tipo de motor se adapte naturalmente a cualquier lugar donde la longitud axial sea el recurso escaso en lugar del diámetro. Los cardanes de cámara y las articulaciones robóticas utilizan pequeños motores BLDC tipo panqueque para mantener el conjunto giratorio lo suficientemente delgado como para caber dentro de una carcasa compacta. Los drones se benefician de la misma característica: montan motores planos directamente en el brazo sin agregar volumen que afectaría la dinámica del vuelo.

A mayor escala, la misma geometría aparece en motocicletas eléctricas y transmisiones de vehículos, donde un motor plano puede atornillarse directamente a un basculante o conjunto de ruedas en lugar de requerir una carcasa y un eje de transmisión separados. Donde un mayor rango de torque y flexibilidad de engranajes mecánicos importan más que un perfil plano, Motores de tracción media como alternativa cuando más par y flexibilidad de engranajes importan más que un perfil plano siguen siendo el mejor ajuste, ya que se ubican en la manivela y dirigen la potencia a través del engranaje existente del vehículo en lugar de impulsar la rueda directamente.

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El motor de cubo: un motor BLDC Pancake que ya conoces

Si ha montado una bicicleta eléctrica o un scooter eléctrico, probablemente ya haya utilizado un motor BLDC tipo pancake sin darse cuenta. Un motor de cubo integra el motor de tracción directamente en la rueda, y eso solo funciona porque el motor es lo suficientemente plano como para caber dentro del cubo sin agregar un ancho excesivo al conjunto de la rueda.

Informes de la industria sobre la adopción de motores de flujo axial en la movilidad eléctrica apunta exactamente a esta característica: la forma de panqueque se presta naturalmente a la integración en la rueda, ya que el motor se ubica dentro de la rueda en lugar de requerir un punto de montaje y una transmisión separados. Motores de cubo para bicicletas eléctricas y scooters construidos con este mismo diseño plano de flujo axial aplicar el mismo principio de diseño a una escala adecuada para los desplazamientos diarios y los viajes de corta distancia, intercambiando algo de velocidad máxima por una transmisión más simple, de menor mantenimiento y con menos piezas móviles.

Cómo combinar un controlador con un motor estilo panqueque

Las características de par y velocidad de un motor tipo pancake son lo suficientemente diferentes de las de un motor radial como para que el emparejamiento del controlador merezca su propia atención. Estos motores tienden a entregar un par fuerte a RPM más bajas, lo que significa que un controlador sintonizado para un motor de perfil más alto y de mayor velocidad puede no extraer el rendimiento completo del motor tipo pancake o, peor aún, puede hacerlo funcionar fuera de su banda operativa eficiente.

Hacer esto bien comienza con hacer coincidir correctamente las clasificaciones de corriente y voltaje. Controladores de motor de CC sin escobillas dimensionados para coincidir con el perfil de corriente y voltaje de un motor determinado son el punto de partida para cualquier decisión de emparejamiento. Para aplicaciones donde el zumbido característico del motor plano debe ser mínimo, como bicicletas eléctricas de consumo o robótica de interior, un controlador ultrasilencioso adecuado para perfiles de motores de baja velocidad y alto par tiende a ser una mejor combinación que un controlador optimizado exclusivamente para las RPM máximas. Para cualquiera que no esté seguro de cómo traducir las especificaciones de un motor tipo pancake determinado en una elección de controlador, una guía de emparejamiento de controlador y motor para hacer coincidir las especificaciones correctamente recorre los parámetros relevantes paso a paso.

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