¿Por qué conformarse con el ruido? Cambie a motores BLDC silenciosos

Un motor ruidoso puede cambiar la sensación de un producto. Lo noto en los purificadores de aire instalados junto a la cama, los ventiladores utilizados en las oficinas y las pequeñas bombas instaladas cerca de las salas de estar. La máquina puede funcionar como se esperaba, pero el sonido hace que la gente la apague, la aleje o la use por menos tiempo. Para muchos equipos de productos, el ruido del motor no es sólo una cuestión de comodidad. Puede afectar la satisfacción del usuario, la colocación del producto y la calidad percibida. Los motores BLDC ofrecen una forma práctica de reducir varias fuentes de ruido comunes manteniendo un control de velocidad constante. No silencian todos los sistemas y el sonido final depende del diseño completo. Aún así, brindan a los ingenieros más control sobre las piezas que crean ruido no deseado. Un motor BLDC utiliza conmutación electrónica en lugar de que las escobillas rocen contra un conmutador. Esto elimina la fricción del cepillo y reduce una fuente de sonido mecánico. El motor también puede funcionar con un control de velocidad más suave, lo que ayuda a limitar los cambios repentinos de vibración. El resultado depende de algo más que del propio motor. La forma del ventilador, la calidad de los cojinetes, la estructura de la carcasa, el método de montaje y los ajustes de control afectan el sonido que escucha el usuario. A menudo analizo el ruido del motor a través de tres preguntas prácticas: - ¿De dónde viene el sonido? - ¿A qué velocidad se nota? - ¿Qué nivel de ruido es el adecuado para el uso del producto? El ruido mecánico es una parte del problema. Los rodamientos, el desequilibrio del eje, las piezas sueltas y la mala alineación pueden generar clics, zumbidos o vibraciones. Un motor BLDC con rodamientos adecuados y piezas giratorias equilibradas puede ayudar a reducir estos problemas. El ruido eléctrico también se puede escuchar como un tono agudo. Puede provenir del método de conmutación, la frecuencia de conmutación o la configuración de control del motor. Algunos productos utilizan control sinusoidal u orientado a campo para crear cambios de corriente más suaves. La elección correcta depende del motor, el controlador, la carga y el costo objetivo. Un ejemplo común es el purificador de aire de un dormitorio. A baja velocidad del ventilador, los usuarios pueden aceptar un suave sonido de flujo de aire. Un tono eléctrico agudo puede resultar más perturbador, incluso cuando el nivel sonoro medido no es muy alto. Un perfil de control BLDC más suave puede hacer que el sonido sea menos perceptible. Las aspas del ventilador y la ruta del aire aún necesitan atención porque la turbulencia del flujo de aire puede seguir siendo la principal fuente de ruido. Para un ventilador de oficina, la estabilidad de la velocidad también es importante. Si el motor cambia repetidamente de velocidad, el oyente puede notar un sonido pulsante. Un controlador con retroalimentación estable puede ayudar a mantener una velocidad de rotación más uniforme. Esto favorece un perfil de sonido más tranquilo durante largos períodos de funcionamiento. Cuando selecciono un motor BLDC para un producto de bajo ruido, reviso el sistema en varios pasos. Empiezo con el entorno operativo. Un motor para un electrodoméstico de dormitorio puede necesitar un objetivo de ruido diferente al que se utiliza dentro de una máquina de taller. Compruebo la distancia entre el producto y el usuario, las horas de funcionamiento previstas y si el producto funciona durante los periodos de silencio. Luego defino el rango de velocidad y la carga. Un motor puede sonar suave a una velocidad y volverse más ruidoso a otra. Realizar pruebas solo a la velocidad nominal puede ocultar problemas que aparecen durante el arranque, el funcionamiento a baja velocidad o cambios repentinos de carga. A continuación, verifico el método de control. El control sin sensores puede soportar un diseño compacto, mientras que los sensores Hall pueden proporcionar información útil sobre la posición del rotor a velocidades más bajas. El controlador debe coincidir con las características eléctricas del motor y las necesidades de respuesta del producto. El diseño mecánico recibe la misma atención. El montaje blando puede reducir la vibración transferida a la carcasa, pero un montaje demasiado flexible puede crear problemas de movimiento o alineación. El ventilador, bomba o engranaje conectado al motor también debe estar equilibrado y correctamente instalado. Mido el sonido en condiciones repetibles. El tamaño de la habitación, el ruido de fondo, la posición del micrófono, la carga del motor y la velocidad influyen en el resultado. Una simple prueba de escucha puede revelar un tono molesto, pero la medición ayuda al equipo a comparar diferentes diseños con menos conjeturas. La elección de un motor silencioso también puede contribuir a la gestión de la energía. Los motores BLDC suelen funcionar con control electrónico de velocidad, por lo que el producto puede ajustar la salida en lugar de funcionar a una velocidad fija. Un purificador de aire puede utilizar una velocidad más baja cuando la calidad del aire es estable. Un sistema de enfriamiento puede reducir la velocidad del ventilador cuando la temperatura alcanza su rango establecido. Una velocidad más baja puede reducir el uso de sonido y energía, según el diseño del sistema. Hay límites a tener en cuenta. Un motor BLDC no elimina el ruido del flujo de aire, los engranajes, las bombas o la carcasa del producto. Un controlador deficiente puede crear un tono audible. Un rodamiento dañado puede volverse ruidoso con el tiempo. Un motor con un rango de par incorrecto puede vibrar cuando cambia la carga. Por eso prefiero evaluar el motor como parte del producto completo. Es posible que un motor silencioso instalado en una carcasa mal diseñada no produzca un aparato silencioso. Un motor adecuado, un control estable, una carga equilibrada y un montaje cuidadoso deben trabajar juntos. Para los compradores, una solicitud de especificación útil puede incluir: - Velocidad nominal y rango de velocidad de operación - Datos de carga y torque del motor - Tipo de rodamiento - Método de control - Información de prueba de vibración - Condiciones de medición de sonido - Comportamiento de arranque - Entorno de servicio esperado La frase "motor silencioso" necesita contexto. Pregunte cómo se midió el sonido, a qué distancia, bajo qué carga y a qué velocidad. Un producto probado en una habitación silenciosa puede producir un resultado diferente después de su instalación dentro de una carcasa metálica o junto a un conducto de ventilador. Mi punto de vista es simple: el control del ruido debe comenzar durante la planificación del producto, no después de que un prototipo terminado comience a zumbar. Los motores BLDC brindan a los diseñadores una base útil porque eliminan el contacto de las escobillas y permiten un control electrónico detallado. El resultado final todavía proviene del sistema completo. Cuando el motor, el controlador, los cojinetes, las piezas giratorias y la carcasa se seleccionan como un solo grupo, es más probable que los usuarios noten el flujo de aire, el enfriamiento o el funcionamiento en lugar del motor en sí.

Un motor puede realizar bien su trabajo y aun así crear un problema cotidiano: el ruido. En un ventilador de dormitorio, un dispositivo médico, un purificador de aire, una bomba de laboratorio o un sistema de refrigeración de oficina, el ruido del motor puede afectar la comodidad y la concentración. Los motores con escobillas tradicionales también pueden requerir más mantenimiento porque sus escobillas y conmutadores se desgastan durante el funcionamiento. Los motores BLDC silenciosos ofrecen una forma práctica de reducir estas preocupaciones. Utilizan conmutación electrónica en lugar de cepillos mecánicos, lo que ayuda a reducir la fricción, los arcos eléctricos y el sonido producido por el contacto de los cepillos. El motor en sí es sólo una parte del resultado. También analizo el método de control, el equilibrio del ventilador o la bomba, la estructura de montaje y la velocidad de funcionamiento antes de decidir si un motor BLDC puede cumplir con un objetivo de ruido. Por qué es importante el ruido del motor Noto más el ruido del motor cuando el equipo funciona durante períodos prolongados. Se puede utilizar un ventilador de techo durante toda la noche. Un purificador de aire puede funcionar en un dormitorio o estudio. Una bomba médica puede funcionar cerca de los pacientes y el personal. Un ventilador dentro del equipo de oficina puede funcionar junto a las personas durante horas. Un pequeño aumento en el sonido puede resultar agotador si continúa sin interrupción. Las vibraciones de baja frecuencia también pueden atravesar un panel de montaje, un gabinete o un marco metálico. Esto significa que un motor silencioso aún puede crear un producto ruidoso si el sistema completo no se diseña cuidadosamente. Por eso trato el control del sonido como una tarea del sistema y no como una etiqueta del motor. Cómo los motores BLDC silenciosos reducen el sonido Un motor de CC sin escobillas utiliza un controlador para conmutar la corriente a través de los devanados del estator. El rotor sigue el campo magnético cambiante sin que las escobillas físicas rocen contra el conmutador. Este diseño puede ayudar a reducir varias fuentes de ruido comunes: - Sonido de contacto de las escobillas - Arco eléctrico - Partículas de desgaste - Fricción mecánica - Velocidad irregular causada por escobillas desgastadas Un motor BLDC también puede admitir el control de velocidad a través de un controlador o una señal de control. Cuando el motor funciona a una velocidad adecuada en lugar de funcionar a máxima potencia todo el tiempo, el ventilador o la bomba pueden producir menos ruido y vibración del flujo de aire. El resultado depende del montaje completo. La calidad de los rodamientos, el equilibrio del rotor, el diseño del devanado, la configuración del controlador y la estructura de la carcasa afectan el nivel de sonido. Donde veo a menudo que se utilizan motores BLDC Los motores BLDC silenciosos son adecuados para muchos productos que necesitan un funcionamiento constante y un ruido controlado. Purificadores de aire Los purificadores de aire suelen funcionar en dormitorios, aulas, oficinas y áreas de espera. Un motor BLDC puede ayudar a que el ventilador funcione a varios niveles de velocidad, lo que permite a los usuarios seleccionar un nivel de sonido más bajo durante el sueño o el trabajo silencioso. Equipos de climatización y ventilación Los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado necesitan un movimiento confiable del ventilador durante largos períodos de funcionamiento. Un motor BLDC puede proporcionar un control de velocidad que coincida con la demanda de enfriamiento o flujo de aire. Esto puede soportar un funcionamiento más estable que un motor que funciona a una velocidad fija. Equipos médicos y de laboratorio El ruido puede afectar la comunicación y la comodidad en clínicas y laboratorios. Las bombas, los ventiladores, los sistemas centrífugos y los compresores pequeños pueden beneficiarse de un diseño de motor que produzca menos ruido relacionado con las escobillas. El motor aún debe cumplir con las especificaciones de par, velocidad, aislamiento y control requeridas. El bajo nivel de ruido por sí solo no hace que un motor sea adecuado para equipos médicos o de laboratorio. Ventiladores de refrigeración y enfriamiento Un refrigerador, vitrina, gabinete de servidor o gabinete electrónico pueden usar un pequeño motor de ventilador BLDC para enfriamiento continuo. En estos productos, la vida útil del motor y la gestión del calor son tan importantes como el sonido. Electrodomésticos y electrodomésticos de oficina Las impresoras, los escáneres, los ventiladores de piso, los dispositivos de masaje y los electrodomésticos de cocina pueden usar motores compactos sin escobillas. Los diseñadores de productos suelen seleccionar la tecnología BLDC cuando necesitan velocidad controlada, tamaño compacto y necesidades de mantenimiento reducidas. Pasos que sigo al seleccionar un motor BLDC silencioso 1. Defina el objetivo de sonido de funcionamiento No uso la palabra “silencioso” como medida técnica. Cada motor produce algún sonido cuando funciona. Solicito un objetivo mensurable, como por ejemplo: - Nivel de presión sonora en decibeles - Distancia de prueba - Velocidad del motor - Condición de carga - Posición de instalación - Sala de prueba o ruido de fondo Un motor probado a 1000 rpm puede producir un resultado diferente a 3000 rpm. Un motor montado sobre goma puede sonar diferente que el mismo motor fijado a un panel metálico. 2. Confirme la velocidad y el par Un motor silencioso aún necesita mover la carga requerida. Para un ventilador, compruebo el flujo de aire y la presión estática. Para una bomba, compruebo el caudal y la presión. Para un mecanismo giratorio, verifico el par de arranque, el par de trabajo y la carga máxima. Si el motor seleccionado es demasiado pequeño, puede funcionar cerca de su límite. Esto puede aumentar el calor, la vibración y el sonido. Si es mucho más grande de lo necesario, el sistema puede costar más y requerir un controlador más grande. 3. Seleccione un método de control adecuado Los motores BLDC pueden utilizar control basado en sensores o sin sensores. Los sensores Hall pueden ayudar al controlador a comprender la posición del rotor, lo que puede favorecer un arranque suave y un funcionamiento estable a baja velocidad. El control sin sensores puede reducir el número de componentes, pero el diseño del control debe soportar la carga de arranque y el rango de velocidad requeridos. El conductor también influye en el sonido. Una configuración de conmutación deficiente, una ondulación de corriente elevada o un control de velocidad inestable pueden crear un chirrido perceptible incluso cuando el motor no tiene escobillas. 4. Verifique la vibración y el montaje Inspecciono el soporte del motor antes de juzgar el ruido del motor. Un tornillo flojo, una placa de metal delgada, un eje desalineado o una superficie de montaje dura pueden amplificar la vibración. Los ojales de goma y las piezas giratorias equilibradas pueden reducir la transferencia de vibraciones a la carcasa del producto. El ventilador o impulsor también debe estar equilibrado. Un motor equilibrado no puede compensar las aspas de un ventilador desequilibradas. 5. Revise el diseño de rodamientos y ejes Los rodamientos influyen tanto en la vida útil como en el sonido de funcionamiento. Verifico el tipo de rodamiento, el método de lubricación, la carga del eje, la temperatura de trabajo y las horas de funcionamiento previstas. Un motor que suena silencioso durante una prueba corta en banco puede producir más ruido después de un funcionamiento prolongado si el rodamiento no es adecuado para la carga o la temperatura. 6. Pruebe el producto completo Una prueba del motor por sí sola no muestra la experiencia del usuario final. Prefiero probar el conjunto completo con el ventilador, la bomba, el controlador, la carcasa y la estructura de montaje reales. La prueba debe cubrir el arranque, la velocidad baja, la velocidad nominal, los cambios de velocidad y el funcionamiento continuo. Este proceso a menudo revela problemas que no son visibles en una prueba de motor únicamente. Un ejemplo práctico Considere un purificador de aire utilizado en un dormitorio. Es posible que el producto necesite un flujo de aire elevado durante el día y un flujo de aire menor durante el sueño. Un motor BLDC con control de velocidad puede admitir ambos modos. A una velocidad más baja, el ventilador puede generar menos ruido del flujo de aire, mientras que el controlador puede aumentar la velocidad cuando el filtro se carga. El equipo de diseño aún necesita verificar la resistencia del filtro, el equilibrio del ventilador, la vibración del motor y el sonido del controlador. Si la carcasa tiene un panel delgado que resuena a la frecuencia de funcionamiento del motor, los usuarios pueden escuchar un zumbido incluso cuando el motor funciona bien. Este ejemplo muestra por qué la selección de motores y el diseño de productos deben trabajar juntos. Errores comunes que trato de evitar Usar “silencio” sin una condición de prueba crea confusión. Solicito valor en decibelios y método de prueba. Elegir un motor únicamente según su potencia nominal puede provocar un comportamiento deficiente a baja velocidad. El rango de velocidad, la curva de par y la compatibilidad del controlador también son importantes. Ignorar al conductor puede generar un ruido eléctrico audible. El motor y el controlador deben evaluarse como un solo conjunto operativo. Las pruebas sin la carcasa final pueden ocultar problemas de vibración. El producto ensamblado proporciona un resultado más útil. Reducir el ruido reduciendo la velocidad también puede reducir el flujo de aire o la salida de la bomba. Siempre comparo el objetivo sonoro con el rendimiento requerido. Preguntas para hacerle a un proveedor de motores BLDC - ¿Cuál es la velocidad nominal y el rango de velocidad de funcionamiento? - ¿Qué par está disponible a la velocidad requerida? - ¿El motor tiene o no sensores? - ¿Qué controlador o controlador se recomienda? - ¿Cuál es el nivel sonoro medido y la distancia de prueba? - ¿Se probó el motor con carga? - ¿Qué tipo de rodamiento se utiliza? - ¿Qué rango de temperatura de funcionamiento es compatible? - ¿Se pueden ajustar las dimensiones del eje, conector, devanado o montaje? - ¿Hay muestras disponibles para probar el sistema? Las respuestas claras me ayudan a comparar productos basándose en datos de ingeniería en lugar de en un lenguaje de marketing amplio. Un rendimiento más silencioso comienza con el motor adecuado, pero no termina ahí. Un motor BLDC silencioso puede brindar una experiencia de producto más tranquila cuando su velocidad, carga, controlador, cojinetes, ventilador o bomba y estructura de montaje se combinan cuidadosamente. Cuando evalúo un motor, me concentro en el sistema operativo completo. Ese enfoque me ayuda a reducir el ruido no deseado sin sacrificar el flujo de aire, el torque, la vida útil o el control que el producto necesita.

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Referencias R. Krishnan — 2010 — Variadores de motor de CC sin escobillas y síncronos de imán permanente TJE Miller — 1989 — Variadores de motor de reluctancia y imán permanente sin escobillas Jacek F. Gieras — 2010 — Tecnología de motores de imán permanente: diseño y aplicaciones P. Pillay y R. Krishnan — Marzo de 1989 — Modelado, simulación y análisis de variadores de motor de imán permanente N. Bianchi — 2005 — Análisis de máquinas eléctricas utilizando elementos finitos Comisión Electrotécnica Internacional — 2013 — Electroacústica: Sonómetros Parte 1 Especificaciones