La prevalencia de los motores de corriente continua sin escobillas (BLDC) sigue creciendo, ya que siguen apareciendo nuevas aplicaciones para ellos. Los datos recopilados por Grand View Research prevén que el mercado mundial de BLDC experimentará una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) de aproximadamente el 6,6% de aquí a 2027. Esto significa que su valor será de unos 27.000 millones de dólares al final de ese periodo.

Dado que los BLDC constituyen una gran proporción del consumo total de electricidad en el mundo, es evidente que es fundamental garantizar un funcionamiento eficaz. La conmutación electrónica de los BLDC está permitiendo un considerable ahorro de energía. Aunque los sistemas basados en sensores pueden ofrecer un control muy eficaz de los motores BLDC, no siempre son adecuados. En una gran proporción de casos, las graves limitaciones de espacio o los problemas presupuestarios prohibirán este enfoque. En su lugar, el control sin sensores se consigue mediante la medición de la FEM inducida.

Mediante el control orientado al campo (FOC) es posible proporcionar un campo magnético del estator que gire suavemente. En general, esta metodología significa que la ondulación del par se mantiene al mínimo. Así, el sistema no está sometido a tensiones mecánicas no deseadas y se produce muy poco ruido audible.

Hay cuatro pasos básicos en el FOC. Son los siguientes

Medición de la corriente real que pasa por los devanados del estator
Generación de una señal de error mediante la comparación de la corriente medida con la corriente deseada
Amplificación de la señal de error para crear una tensión de corrección
Modulación de la tensión de corrección en los terminales del motor

Gracias a este bucle de retroalimentación continuamente actualizado, el motor puede mantenerse en funcionamiento sin problemas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que determinar con precisión la posición del rotor sin la tecnología de sensores (por ejemplo, dispositivos de efecto Hall) puede resultar difícil, y esto es especialmente cierto cuando el rotor gira a bajas velocidades.

El funcionamiento a estas bajas velocidades afecta a la capacidad de los algoritmos FOC para calcular la conmutación que debe aplicarse. Las técnicas que tratan de compensar esto significan que muchas de las ventajas originales del uso de FOC se pierden, ya que la aplicación de señales de alta frecuencia provoca una ondulación del par que genera ruido acústico y vibraciones en el sistema. Esto hace que se produzcan pérdidas de eficiencia. Además, la presencia de estas señales de alta frecuencia también puede ser problemática desde el punto de vista de la compatibilidad electromagnética (EMC).

La introducción de la unidad de microcontrolador (MCU) M4K de Toshiba representa un gran paso adelante en el control eficiente de los motores BLDC. Este dispositivo integra la tecnología IP Advanced Vector Engine Plus (A-VE+), propiedad de la empresa, que ejecuta todos los cálculos matemáticos necesarios para un FOC sin sensores totalmente eficiente.

Otra innovación es la tecnología Advanced Programmable Motor Driver (A-PMD) empleada. A-PMD significa que las salidas PWM del motor pueden producirse utilizando portadoras individuales de ancho de pulso (PWM) asignadas a cada fase del motor. Por consiguiente, ya no es necesario aplicar señales de alta frecuencia cuando el motor funciona a bajas velocidades (eliminando así los problemas de vibración y ruido ya señalados). La solución M4K habilitada por A-VE+ también requiere muy poca sobrecarga de procesamiento, una vez que se ha completado el trabajo de configuración inicial.

Toshiba ha publicado un documento técnico en el que se detallan los pormenores de este último enfoque de FOC. Puede descargarse aquí