Bobinagem de um Motor Brushless Outrunner

Bobinagem de um Motor Brushless Outrunner

Mensagempor Shark » 31 dez 2008, 00:22

Acredito que a maioria dos aeromodelistas nunca se tenha aventurado a rebobinar um motor, e acho muito bem, pois é uma aventura frustrante e dolorosa, isto se quisermos que fique bem bobinado, claro.

Existem varias maneiras de bobinar um motor brushless "outrunner", dependendo da aplicação do motor e do número de dentes do estator.

Para quem se ficou a perguntar o que é o estator, o estator é a pequena peça metalica no centro do motor onde esta enrolado o fio. Podem ter um variado número de dentes, mas sempre em múltiplos de 3. Os mais comuns são os estatores de 9 e 12 dentes.

Antes de começar a bobinar um motor temos de pensar como o vamos bobinar para que possamos escolher o melhor fio para o trabalho.

Ora então, vamos começar por ver os vários esquemas de bobinagem:

Temos o esquema ABC em estrela

CD_Star_diagram_sm.gif


O esquema ABC em Delta

CD_Delta_diagram_sm.gif


O esquema LRK, que pode ser em delta ou estrela. Este esquema apenas pode ser usado em estatores de 12 dentes com 10 ou 14 imans.

lrk_sm.gif


E o esquema dLRK, que é basicamente igual ao LRK mas tem as espiras distribuidas por dois dentes, e na minha opinião é um dos esquemas mais fáceis de bobinar. Podemos bobinar os pólos aos pares seguindo o esquema e só no final soldar as pontas todas.
Para o caso de ficarem a pensar que como tem as espiras distribuídas pode levar o dobro das voltas, isto não e verdade pois como o LRK só leva espiras em metade dos dentes, tem o espaço nos outros dentes livre para levar cobre. Mesmo assim penso que dLRK é capaz de levar mais uma ou duas espiras que LRK. A única diferença em termos de funcionamento, prende-se com o facto que LRK tem as voltas finais com maior diâmetro, logo mais comprimento do fio, o que aumenta a resistência total do fio, prejudicando o rendimento. Rendimento é a razão entre a força que obtemos do motor e a pontêcia que lhe introduzimos através da bateria, ou, em termos mais técnicos, razão entre a potencia obtida no veio do motor e a potencia medida à saída da bateria.

distributed-wind_sm.gif


Geralmente usa-se os esquemas ABC em estatores de 9 dentes e LRK em estators de 12.

Bem agora que já escolhemos o esquema de bobinagem vamos escolher a terminação. Delta ou Estrela? Isto das terminações tem apenas a ver com a maneira como se liga as pontas dos fios.

A terminação em delta fica com 1,732 vezes mais kv que em estrela. Para se ter o mesmo kv com Delta, que em Estrela teríamos que enrolar 1,732 vezes mais voltas por dente. Na prática tanto faz o esquema que se escolhe, têm desempenhos equivalentes. Portanto a escolha recai mais em aspectos práticos, como disponibilidade da espessura necessária para este ou aquele trabalho. Ou, pegando novamente nos esquemas de bobinar, Delta é muito funcional no dLRK.

Ok muito giro até agora mas o que é isso do kv?
Kv é um valor indicativo da "força" do motor, que indica o valor de rotações que o motor faz por 1volt aplicado. Indica, por alto, o tamanho de hélice indicado para o motor, para uma dada bateria. Por exemplo dois motores com 300w de potência máxima, um tem kv de 1500 e o outro 3000. O de 1500 será indicado para hélices bastante maiores que o de 3000, usando a mesma bateria em ambos os motores.

Como se varia o kv? O kv depende do número de voltas por dente. Quanto mais voltas, menor o kv, e menor será a potencia máxima, mantendo o mesmo estator e a mesma bateria.
Isto porquê? Porque ao aumentarmos o número de voltas, teremos de diminuir o diâmetro do fio, aumentando a resistência, o que aumenta o calor produzido podendo, em ultima análise, queimar o fio e estragar o motor. Portanto quanto maior o fio, menos voltas, mas mais potencia máxima. Por este motivo, o motor de 1500kv indicado em cima será maior e mais pesado que o de 3000kv para poder suportar a mesma potência à mesma tensão.
Usando baterias diferentes em cada motor, dois motores do mesmo fabricante com as mesmas dimensões em que a única diferença seja o nº de voltas e/ou a terminação, ambos terão a mesma capacidade de potência máxima, a qual até, é somente utilizável por meio de uma redutora, dado dar-se sempre a alta rotação! Ou seja, pegando novamente num motor com 1500kv e outro com 3000kv mas desta vez de iguais dimensões, se ao primeiro aplicarmos maior tensão que ao segundo, este terá o mesmo comportamento que o segundo, apenas com uma tensão superior e menos amperes. Ou vice, versa, um motor com 3000kv consegue rodar um hélice tão grande quanto o 1500kv mas a uma tensão menor e com mais amperes. Acontece que por simplicidade, quase todos estamos habituados a usar sempre a mesma tensão e andar só a escolher o motor em função dela (e o mercado a isso nos tenta "obrigar").

Portanto a regra prática acaba por ser:
Procurar na internet motores com estatores do mesmo tamanho e com kv que desejamos. Ver o número de voltas, configuração e terminação, e bobinar o motor com essa configuração. Se não encontrarmos informação para o kv que desejamos, procura-se informação para outro kv (nº de voltas, esquema e terminação) e daí se determina o número de voltas necessárias pela fórmula:
(nº voltas necessárias) = [(Kv motor conhecido) x (nº voltas motor conhecido)] / (Kv desejado)

Bem neste momento já escolhemos o esquema de bobinagem e a terminação. Está na altura de ir escolher o fio.

O fio de bobinar é um fio de cobre especial que é coberto com uma película isolante. Essa película costuma ser um composto chamado enamel, que facilita a bobinagem do motor, pois não pode haver condução eléctrica entre o estator e o fio de bobinar. Este fio vem em variados tamanhos desde 0,078mm até 2mm e cabe à pessoa que vai rebobinar o motor escolher o tamanho do fio. Num motor convém sempre meter o mais cobre possível, ou seja escolher sempre o fio mais grosso para o número de voltas que pretendemos dar, podendo estas voltas ser dadas em camadas. Por exemplo, quero meter 15 voltas por dente, então, se o espaço permitir, meto 6 voltas na primeira camada, 6 na segunda, e 3 na terceira. esta última camada convém ser dada mais perto do exterior do estator pois é onde costuma haver mais espaço. Pode-se também bobinar usando múltiplos fios em paralelo, do estilo de em vez de usar um fio de 0,63mm usar 2 de 0.2 ou 3 de 0,13 de modo a se obter a mesma área total de secção do fio. Múltiplos fios, são mais fáceis de bobinar, e daí se costumar ver os motores de fábrica com múltiplos fios finos.

Agora cabe ao bobinador escolher o tamanho de fio que mais se adapta ao esquema de bobinagem e ao tamanho do estator. Mais uma vez, a pesquisa pode indicar-nos o que deveremos usar.

Que pode acontecer se escolher o fio errado?
Bem se o fio for fino demais, o motor vai funcionar na mesma, ter o kv desejado, mas vai ter um rendimento mais baixo do que se fosse com o fio ideal, pode sempre meter mais voltas e mudar a terminação para delta, que com bastante sorte talvez resolva o problema. Se for grosso demais, vai ficar com um kv alto, que se pode corrigir mudando a terminação para estrela caso esta mudança por sorte calhe resolver o problema.

Bem agora já escolhemos configuração, terminação, nº de voltas e fio. Vamos para a frustração e dor :D . Vamos começar a bobinar!

Para bobinar eu costumo começar por juntar o que preciso:

Material Bobinagem.JPG


-Fio
-Estator
-Algo de plástico para calcar o fio. Eu uso essa hélice :P
-Multímetro para ver não há ligação entre fio e estator, ou seja, curto-circuitos! (muito importante verificar este aspecto senão corre o risco de queimar o motor e o variador!!!)
-Papel higiénico e ciano para o caso do estator ter buracos no isolamento (pequeno truque :D )
-Algo para agarrar o estator (não é necessário mas dá um muito jeito)
-Alicate (Dá mesmo muito jeito) que não aparece nessa foto porque me esqueci :oops:

Agora que já temos tudo vamos começar por ver se o estator tem buracos no isolamento.

Falhas no Estator.JPG


O meu tinha portanto toca a cortar pedaços minúsculos de papel e colar lá com ciano.

Após tapar todas as falhas e deixar o ciano secar, está na hora de começar a bobinagem em si. O esquema que escolhi foi o ABC em estrela pois escolhi um fio grosso para poder usar em delta :oops: . Usei fio de 0,63mm e vou dar 15 voltas por dente que me fará ficar com um kv de perto de 1200kv neste motor pois quero que o motor gire uma 10x4,7 (e as simulações de motocalc me apontaram ser este valor o melhor, neste caso)

Bem, vamos começar.

Primeiro prendemos o estator no torno e corta-se um bocado de fio. No meu caso foi 1,10 metros. Damos duas voltas com uma ponta do fio num dente do estator, de modo a que fique preso. Depois prendemos a outra ponta do fio no alicate e enrolamos o fio à volta do alicate fechado. Eu gosto desta maneira porque ajuda a puxar o fio enquanto se bobina e por o alicate ser condutor basta descarnar um bocado da ponta e ajuda a testar a condutividade com o estator.

Após termos feito isto, começamos a enrolar o fio num dente qualquer. 6 voltas na 1ª camada, 6 na 2ª e 3 na 3ª. Ver se há condução entre fio e estator e próximo dente. ATENÇÃO: ter cuidado com a maneira como se enrola. No ABC com 9 pólos são todos enrolados para o mesmo lado, mas no dLRK já não é assim.

Segundo dente terminado e volta-se a ver se há condutividade. Ter sempre a atenção de ver se há condutividade no fim de enrolar cada dente. Poupa-se frustração de ter de desenrolar uma fase inteira porque não se sabe em que dente está o curto-circuito.

2o dente pronto.JPG


Depois é partir para o último dente da primeira fase.

E 1 fase completa. A 1ª é a mais fácil de se bobinar porque se tem muito espaço, mas deve-se ter sempre em consideração que temos de lá meter mais duas fases.

1 fase de tras.JPG


1 fase frente.JPG


Bem agora é só repetir para as restantes duas fases.

Já com duas fases

2 fases.JPG


A partir daqui os dedos já doem de tanto apertar o fio, e a frustração já era tanta, que, a modos que me esqueci de tirar mais fotos :oops: , portanto imaginem só :P.

Depois mete se a última fase e soldam-se as terminações de acordo com o que se decidiu, e os fios que sobram vão para as fichas para ligar ao variador. Manga termoretractil em tudo para não haver ligaçao com o estator, monta se o motor e vê-se se há condução entre o fio e o estator novamente. Caso não haja, liga se o motor, se não, volta-se a desmontar e a ver onde há condução.

O motor não deve ser testado sem nada no veio, porque as vezes ficam com Kv muito alto e podem passar o limite de rotaçoes, como já me aconteceu num motor que sem nada ficou a ferver com 3 segundos a funcionar. Eu costumo usar um bocado de fita cola no veio que já simula esforço sem fazer grande coisa.

Tá tudo porreiro? Então mete num modelo e manda para cima. Se não abre-se e altera-se.

Bem e acho que é só isto. Qualquer duvida ou qualquer alteração postem que eu altero, alem de que gosto sempre de saber mais um bocado :P.

E já sabem, se puderem evitar bobinar um motor, não o bobinem porque eu bobinei o meu ontem e ainda me doem os dedos hoje

Links úteis,
Esquemas e sentidos de rotação ao bobinar para múltiplas combinações estator/nº de imans. Letra maiúsculas e minúsculas diferenciam o sentido com que se dão as voltas ao bobinar.
(em alemão, portanto, usar o tradutor do google, por exemplo)
http://www.powercroco.de/Kombinationstabelle2.html
Ou mais em pormenor
http://www.powercroco.de/Schema.html
Pormenor das etapas para se bobinar um estator de 12 pólos com dLRK em dois links. Muito prático os links e a configuração em si!
http://www.powercroco.de/schemamodus12N_YY.html
http://www.powercroco.de/schemamodus12N_YY2.html

Para procurar informações para se saber as voltas que se tem de dar, consultar, por exemplo, a secção "Electric motor Design and Construction"!
http://www.rcgroups.com/electric-motor-design-and-construction-361/
Não tem Permissão para ver os Ficheiros anexados nesta Mensagem.
Editado pela última vez por Shark em 31 dez 2008, 17:09, num total de 2 vezes.
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Re: Bobinagem de um Motor Brushless Outrunner

Mensagempor _King_Pin_ » 03 fev 2009, 21:35

Este tópico foi elaborado com a inspiração e ajuda, correcções e sugestões das seguintes pessoas a quem agradeço:

Shark
Chispas
King_Pin
Moraes
Oliveira
StarRider
ZTXNew

As mensagens que foram postadas com as dicas e ajudas destes, foram movidas para zona restrita após terem sido incorporadas no texto principal.

Vamos manter este sticky desbloqueado. Caso notem necessidade de actualizar, corrigir ou acrescentar informação podem responder nestes mesmos tópicos.

Mas a mecânica será sempre aproveitar as dicas, incluir no texto e limpar mensagens desnecessárias deixando para os iniciados apenas o sumo do consenso obtido, pelo que peço-vos que se abstenham de fazer posts desnecessários tipo: "está fixe..."

Caso tenham dúvidas relativamente a um projecto específico, deverão criar novo tópico de modo a manter-se este "limpo"! :)

Obrigado!
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