![Primeira versão em escala industrial e pré-comercial do motor eletrostático, com capacidade de 0,5 HP. [Imagem: Daniel Ludois Lab]](https://cdnsjengenhariae.nuneshost.com/wp-content/uploads/2024/09/010170240823-motor-eletrostatico-c-motive.jpeg "Motor eletrostático atinge escala macro e pode gerar até 5 HP")
Engenheiros da Universidade de Wisconsin-Madison, nos EUA, acreditam estar prontos para levar ao mercado os inovadores motores eletrostáticos, cuja primeira versão foi apresentada há dez anos — veja Novo motor transforma diretamente eletricidade em rotação.
Esses motores convencionais operam utilizando um campo magnético rotativo, gerado por um estator fixo, que interage com o campo magnético de um rotor móvel, fazendo-o girar. Essa interação é impulsionada pela força de Lorentz.
Por outro lado, os motores eletrostáticos funcionam de maneira distinta, utilizando a força de Coulomb — uma força de atração ou repulsão entre cargas elétricas opostas ou semelhantes.
Embora motores eletrostáticos já existam há algum tempo, até agora eles se restringiam a aplicações em miniatura, na escala de milímetros. Pequenos drones movidos a energia solar e motores ultra miniaturizados, classificados como MEMS (sistemas microeletromecânicos), utilizam essa tecnologia.
A grande novidade é que a equipe liderada pelo professor Daniel Ludois conseguiu construir o primeiro motor eletrostático em escala macro. O novo motor pode gerar até 0,5 HP (360 watts), tornando-o viável para uma ampla gama de aplicações, desde robótica e eletrodomésticos até máquinas industriais de pequeno porte.
[Imagem: Baoyun Ge et al.]
Como funciona um motor eletrostático
Um motor eletrostático opera sem a necessidade de enrolamentos de cobre ou ímãs, o que reduz a dependência de materiais raros e caros, permitindo uma fabricação mais econômica. Além disso, com menos peças, o motor requer menos manutenção.
No entanto, fabricar motores eletrostáticos em grande escala é um desafio, pois a força eletrostática é mais eficaz em pequenas dimensões, enquanto o eletromagnetismo se torna mais vantajoso à medida que o motor cresce.
Para superar esse obstáculo, a equipe utilizou discos feitos de materiais não condutores, nos quais fios muito finos e espaçados foram depositados. Esses fios irradiam a força para fora do centro do disco, similar aos raios de uma roda de bicicleta. Ao aplicar cargas eletrostáticas cronometradas nesses fios, cria-se duas ondas de energia, uma no estator e outra no rotor, gerando uma sequência de atração e repulsão que faz o motor girar.
A diferença de fase entre essas duas ondas é ajustada para maximizar o torque no rotor. Para garantir torque suficiente para aplicações práticas, o motor eletrostático foi projetado com seis conjuntos de rotores e estatores alternados e empilhados, aumentando sua eficiência e capacidade.
[Imagem: Baoyun Ge et al.]
Hiato de Ar
Um dos principais desafios dos motores eletrostáticos é o espaço interno entre as placas que precisam se atrair e repelir para gerar movimento, conhecido como “hiato de ar”. À medida que o motor aumenta de tamanho, essa separação também cresce, o que reduz a densidade de energia em comparação com motores elétricos convencionais.
Para superar esse problema, a equipe substituiu o ar por um fluido orgânico de baixa viscosidade e com uma permissividade cerca de 20 vezes maior. A permissividade é a capacidade de um material de se polarizar em resposta a um campo elétrico. Ao utilizar um dielétrico de alta permissividade, o campo elétrico entre os eletrodos opostos se concentra mais, permitindo o armazenamento de mais energia no espaço entre eles.
Se o ar tivesse sido mantido, o motor teria utilidade prática limitada. No entanto, com o novo dielétrico líquido, o protótipo é capaz de gerar até 18 newton metros de torque.
Para criar os campos elétricos intensos de cerca de 2.000 volts entre os discos de rotores e estatores, a equipe utilizou eletrônica de potência disponível comercialmente. No entanto, eles esperam que avanços nessa área tragam ainda mais eficiência ao motor no futuro. Atualmente, estão trabalhando em uma versão de 1 HP (750 watts) e acreditam que podem alcançar até 5 HP. A equipe também fundou a empresa C-Motive Technologies para comercializar esses motores.
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