As pequenas coisas que eu não sabia sobre pequenos motores DC

Todos nós desmontamos um pequeno brinquedo e tiramos um daqueles pequenos motores de lata. "Com isso! Eu posso fazer qualquer coisa!" nós proclamamos enquanto o seguramos no alto. Dez minutos depois, depois de o termos feito rodar algumas vezes, vai para a gaveta para nunca mais ser visto.

Sempre parece que eles estão em tudo, mas fazê-los funcionar de forma útil em um projeto é uma missão tola. Para que diabos eles servem? Onde as pessoas aprendem a magia negra necessária para fazê-las funcionar? É fácil retirar a folha de especificações para eles. A maioria deles é feita ou feita para imitar motores da Mabuchi Motor Corporation do Japão. Só essa empresa é responsável por mais de 1,5 bilhão de minúsculos motores por ano.

Nas especificações, você encontrará itens como velocidade de operação, tensão, corrente de parada e torque de parada. Mas eles oferecem tudo menos um guia de aplicação convincente ou um conjunto básico de suposições que um engenheiro deve fazer antes de usar um. Esta não é de forma alguma uma lista completa e um salto sobre a parte elétrica quase completamente, já que esse aspecto dos motores DC está excessivamente bem documentado.

A primeira coisa a notar é que eles realmente não foram feitos para conduzir nada diretamente. Eles devem ser isolados da condução real por um trem de engrenagens. Isso ocorre por vários motivos. A primeira é que eles normalmente giram muito rápido, 6.000 – 15.000 rpm não é atípico nem mesmo para o menor motor. Portanto, embora a folha de dados possa lançar algo impressionante como um motor de 3 watts, não é exatamente verdade. Em vez disso, é 3 N*m/s por 15.000 rotações por minuto do motor. Ou apenas 1,2 miliwatt por rotação, que é um tipo estranho de unidade que estou usando apenas para demonstração, mas dá a sensação de que não há uma tonelada de "oomph" disponível. No entanto, se você começar a combinar muitas rotações usando um trem de engrenagens, poderá começar a obter potência real, mesmo com as perdas por atrito.

Os únicos itens de consumo em que consigo pensar que quebram regularmente essa regra são brinquedos infantis muito baratos, que não são projetados para durar muito, e aquelas borrachas elétricas e agitadores de café. Ambos estão assumindo que suas necessidades de torque são baixas e suas necessidades de velocidade são altas, ou que a queima do motor não é uma perda real para o mundo (pelo menos a curto prazo).

Isso ocorre porque os motores diminuem quase instantaneamente. A maioria desses motores são centenas de voltas de fio esmaltado muito fino enroladas em torno de algumas placas de aço silício soldadas por pontos ou coagidas juntas. Isso significa que mesmo um pequeno evento de calor de alguns milissegundos pode ser suficiente para queimar o revestimento de 10 micrômetros de espessura que isola as bobinas umas das outras. Em termos práticos, se você travar um pequeno motor algumas vezes seguidas, é melhor jogá-lo fora, porque não há mais como adivinhar qual é a classificação real de desempenho. Da mesma forma, partidas consistentemente difíceis, sobretensão, sobrecorrente e outros abusos podem arruinar rapidamente o motor. Como a energia que produz é destinada a se espalhar por muitas rotações, o motor simplesmente não foi projetado (nem poderia ser razoavelmente construído) para produzir tudo em um impulso dramático.

Isso me leva a outra pequena observação sobre esses minúsculos motores. A maioria deles não tem as escovas de carvão que se espera dos motores mais potentes. Principalmente eles têm uma tira de cobre que foi estampada para ter alguns dedos pressionando contra o comutador. Há muitos prós nesses contatos de metal e nem tudo é corte de custos, mas a menos que você tenha lido "Contatos elétricos" de Ragnar Holm e realmente entendido, eles são difíceis de explicar. Há todo tipo de magia. Por exemplo, apenas formar o tipo certo de filme de óxido na superfície do comutador é uma batalha por si só.

É uma troca estranha. Você pode tornar o motor mais barato com os contatos de metal, por exemplo. Contatos de metal também têm atrito muito menor do que escovas de carbono ou grafite. Eles são mais silenciosos e também transferem menos corrente, o que pode parecer uma coisa ruim, mas se você tem um motor parado com fios parecidos com cabelos transferindo os duendes, a última coisa que você deseja fazer é transferir o máximo de corrente possível por eles. No entanto, uma folha fina de cobre também não vai durar muito.