Comparación de ventajas y desventajas entre esquemas de motores con y sin escobillas

Un motor de CC con escobillas produce un par máximo en reposo, que disminuye linealmente al aumentar la velocidad. Los motores sin escobillas pueden superar algunas de las limitaciones de los motores con escobillas; Incluyen una mayor eficiencia y una menor sensibilidad al desgaste mecánico. Estos beneficios tienen el costo de una electrónica de control potencialmente menos robusta, más compleja y más costosa.
Los motores sin escobillas típicos tienen imanes permanentes que giran alrededor de una armadura fija, eliminando el problema de conectar corriente a una armadura en movimiento. Un controlador electrónico reemplaza el componente de escobillas/conmutador del motor de CC sin escobillas, que cambia constantemente la fase de los devanados para mantener el motor en funcionamiento. El controlador realiza una distribución de energía de sincronización similar mediante el uso de un circuito de estado sólido en lugar de un sistema de escobillas/conmutador.
Los motores de CC sin escobillas ofrecen varias ventajas sobre los motores de CC sin escobillas, incluida una alta relación par-peso, mayor par por vatio (eficiencia mejorada), mayor confiabilidad, menor ruido, mayor vida útil (corrosión sin escobillas y del conmutador), eliminación de chispas ionizantes de conmutadores y reducción general de interferencias electromagnéticas (EMI). Como no hay devanados en el rotor, no están sujetos a la fuerza centrífuga y, dado que los devanados están sostenidos por la carcasa, pueden enfriarse por conducción y no requieren flujo de aire dentro del motor para enfriarlos. Esto a su vez significa que el interior del motor puede quedar completamente cerrado y protegido de la suciedad u otras sustancias extrañas.
La conmutación del motor sin escobillas se puede implementar en software utilizando un microcontrolador o una computadora con microprocesador, en hardware analógico o en firmware digital utilizando una matriz de puertas programables en campo (FPGA). La marcha atrás con electrónica en lugar de escobillas permite una mayor flexibilidad y funcionalidad que no está disponible con los motores de CC con escobillas, incluidos límites de velocidad, operación de "micropasos" para un control lento y/o fino del motor y par de retención en reposo. El software del controlador se puede personalizar para motores específicos para su uso en la aplicación, lo que resulta en una mayor eficiencia de conmutación.
La potencia máxima aplicada a un motor sin escobillas está limitada en gran medida por el calor, y demasiado calor debilitará el imán y dañará las propiedades de aislamiento de los devanados.
Los motores sin escobillas son más eficientes que los motores sin escobillas cuando se trata de convertir electricidad en energía mecánica. Esta mejora se debe en gran medida a la frecuencia de la corriente de conmutación determinada por la retroalimentación del sensor de posición. El beneficio adicional se debe a la ausencia de escobillas, lo que reduce la pérdida de energía mecánica por fricción. Las ganancias de eficiencia son mayores en las áreas sin carga y con carga baja de la curva de rendimiento del motor. Bajo cargas mecánicas elevadas, la eficiencia de los motores sin escobillas y los motores con escobillas de alta calidad es comparable.
Los entornos y requisitos para que los fabricantes utilicen motores de CC sin escobillas incluyen funcionamiento sin mantenimiento, alta velocidad y riesgos de chispas o que puedan afectar el funcionamiento de equipos electrónicamente sensibles.
La estructura de un motor sin escobillas puede ser similar a la de un motor paso a paso. A diferencia de los motores paso a paso, los motores sin escobillas se utilizan normalmente para producir una rotación continua. Los motores paso a paso generalmente no incluyen sensores de posición del eje para retroalimentación interna sobre la posición del rotor. En cambio, el controlador paso a paso dependerá de sensores para detectar la posición del dispositivo que se está accionando. A menudo se detienen cuando el rotor se encuentra en una posición angular definida, sin dejar de producir par. Un sistema de motor sin escobillas bien diseñado también se puede mantener a cero RPM y un par limitado.