Las pequeñas cosas que no sabía sobre los motores de CC pequeños

Todos hemos desarmado un pequeño juguete y sacado uno de esos pequeños motores de latas. "¡Con esto! ¡Puedo hacer cualquier cosa!" proclamamos mientras lo sostenemos en alto. Diez minutos más tarde, después de haberlo hecho girar varias veces, se mete en el cajón y nunca más se lo vuelve a ver.

Siempre parece que están en todo, pero lograr que funcionen de manera útil en un proyecto es una tontería. ¿Para qué diablos son? ¿Dónde aprenden las personas la magia negra necesaria para que funcionen? Es bastante fácil sacar la hoja de especificaciones para ellos. La mayoría de ellos están hechos por o están hechos para imitar motores de Mabuchi Motor Corporation de Japón. Solo esa empresa es responsable de más de 1.500 millones de motores diminutos al año.

En las especificaciones, encontrará cosas como la velocidad de funcionamiento, el voltaje, la corriente de parada y el par de parada. Pero ofrecen cualquier cosa menos una guía de aplicación convincente o un conjunto básico de suposiciones que un ingeniero debe hacer antes de usar una. Esta no es de ninguna manera una lista completa, y se salta la parte eléctrica casi por completo, ya que ese aspecto de los motores de CC está irrazonablemente bien documentado.

Lo primero que hay que tener en cuenta es que realmente no están destinados a conducir nada directamente. Están destinados a ser aislados de la conducción real por un tren de engranajes. Esto es por muchas razones. La primera es que normalmente giran muy rápido, de 6000 a 15 000 rpm no es atípico ni siquiera para el motor más pequeño. Entonces, aunque la hoja de datos puede arrojar algo impresionante como que es un motor de 3 vatios, no es exactamente cierto. Más bien, son 3 N*m/s por cada 15 000 rotaciones por minuto del motor. O solo 1,2 milivatios por rotación, que es una unidad extraña que solo estoy usando para demostración, pero te da la sensación de que no hay una tonelada de "empuje" disponible. Sin embargo, si comienza a combinar muchas rotaciones usando un tren de engranajes, puede comenzar a obtener algo de potencia real, incluso con las pérdidas por fricción.

Los únicos artículos de consumo que se me ocurren que rompen regularmente esta regla son los juguetes para niños muy baratos, que de todos modos no están diseñados para durar mucho, y esas gomas de borrar eléctricas y removedores de café. Ambos dan por sentado que sus necesidades de par son bajas y sus necesidades de velocidad son altas, o que el motor quemado no es una pérdida real para el mundo (al menos a corto plazo).

Esto se debe a que los motores se reducen casi instantáneamente. La mayoría de estos motores son cientos de bucles de alambre esmaltado muy delgado envuelto alrededor de algunas placas de acero al silicio soldadas por puntos o forzadas de otra manera. Esto significa que incluso un pequeño evento de calor de unos pocos milisegundos podría ser suficiente para quemar el revestimiento de 10 micrómetros de espesor que aísla las bobinas entre sí. Hablando en términos prácticos, si detiene un pequeño motor varias veces seguidas, es mejor que lo deseche, porque ya no se puede adivinar cuál es su índice de rendimiento real. Del mismo modo, los arranques constantemente difíciles, el sobrevoltaje, la sobrecorriente y otros abusos pueden arruinar rápidamente el motor. Debido a que la energía que produce está destinada a distribuirse en muchas rotaciones, el motor simplemente no está diseñado (ni podría construirse razonablemente) para producirlo todo en un impulso espectacular.

Esto me lleva a otra pequeña nota sobre estos pequeños motores. La mayoría de ellos no tienen las escobillas de carbón que uno espera de los motores más potentes. En su mayoría, tienen una tira de cobre que ha sido estampada para que algunos dedos presionen contra el conmutador. Estos contactos de metal tienen muchas ventajas y no todo es reducción de costos, pero a menos que haya logrado leer "Contactos eléctricos" de Ragnar Holm y realmente lo haya entendido, son difíciles de explicar. Hay todo tipo de magia. Por ejemplo, simplemente formar el tipo correcto de película de óxido en la superficie del conmutador es una batalla en sí misma.

Es un intercambio extraño. Puede hacer que el motor sea más barato con los contactos metálicos, por ejemplo. Los contactos metálicos también tienen una fricción mucho menor que las escobillas de carbón o grafito. Son más silenciosos y también transfieren menos corriente, lo que puede parecer algo malo, pero si tienes un motor atascado con hebras parecidas a pelos que transfieren a los duendes, lo último que querrías hacer es transferir la mayor cantidad de corriente posible. a través de ellos. Sin embargo, una hoja de cobre delgada como el papel tampoco durará mucho.

Entonces todo se reduce a esto, al menos tal como lo entiendo: si todo lo que se requiere del motor durante su vida útil es ráfagas de movimiento muy rápido, de baja energía y alta eficiencia, entonces los cepillos de tiras de metal son perfectos. Si necesita hacer funcionar el motor durante largos períodos de tiempo y el ruido no es un problema, entonces la versión con escobilla de carbón funcionará, simplemente no la detenga. Costará un poco más.

Por tocar otra pequeña consideración mecánica. No están diseñados para soportar ninguna carga axial, ni tampoco ninguna carga radial. La mayoría de ellos tienen un buje de bronce de plástico o aluminio, encajado a presión en un cuerpo de acero estampado simple. Entonces, si diseña una caja de cambios para uno de estos, asegúrese de aplicar la menor fuerza posible en las superficies de apoyo. Si alguna vez ha desarmado un juguete pequeño, probablemente haya notado que el motor puede deslizarse un poco hacia adelante y hacia atrás en su montaje. Esta es la razón por.

Por último, debido a que la mayoría de estos motores simplemente no están destinados a funcionar cerca de sus especificaciones máximas escritas, es mejor asumir que sus especificaciones son una mentira bien intencionada pero completa. La mayoría de los diseños funcionan con el 25% inferior del número máximo escrito en la hoja de cálculo. Por lo general, se garantiza que hacer funcionar el motor en cualquier lugar cerca de la parte superior lo bloqueará con el tiempo.

Estos son motores útiles y ubicuos, pero a diferencia de sus primos más poderosos, tienen su propio conjunto de desafíos con los que trabajar. Sin embargo, teniendo en cuenta que puede comprarlos por libra más baratos que los dulces, hay una buena razón para familiarizarse con ellos.