Uma máquina síncrona híbrida de rotor com duplo modo e duplo estator para aplicações de velocidade variável

Por que o motor de uma máquina de lavar importa

Oculto dentro de toda máquina de lavar automática há um motor elétrico que precisa girar roupas pesadas e encharcadas lentamente durante a lavagem e depois acelerar o tambor em alta velocidade para centrifugar a água. Fazer ambas as tarefas de forma eficiente, silenciosa e econômica é mais difícil do que parece. Este artigo descreve um novo tipo de motor que pode alternar entre uma personalidade de "lavagem" com alto torque e uma personalidade rápida e economizadora de energia na função de "centrifugação", tudo em um único projeto compacto, prometendo contas de energia mais baixas e menos materiais raros e caros.

Dois trabalhos muito diferentes em uma única máquina

As máquinas de lavar passam por dois estágios principais. Durante o ciclo de lavagem, o tambor gira lentamente, mas deve entregar grande torque para mover a roupa encharcada. No ciclo de centrifugação, o tambor gira muito rápido, mas precisa de menos torque e de altíssima eficiência para evitar desperdício de eletricidade e superaquecimento. Hoje, os fabricantes geralmente escolhem entre motores de indução tradicionais, que são baratos mas ineficientes, e motores com ímã permanente, que são eficientes porém dependem de ímãs raros e caros e podem ter desempenho ruim em velocidades muito baixas. O novo projeto busca capturar o melhor dos dois mundos, ao mesmo tempo em que facilita a manutenção e reduz a dependência de materiais raros.

Um motor, duas carcaças e um rotor inteligente

A máquina proposta usa uma configuração incomum: duas carcaças estacionárias (estatores) envolvendo um único anel rotativo central (rotor). O estator externo opera em estilo “engrenado”, produzindo naturalmente alto torque em baixa velocidade, ideal para o ciclo de lavagem. O estator interno funciona como um motor síncrono clássico de alta eficiência acionado por ímãs permanentes na face interna do rotor, ideal para o ciclo de centrifugação rápido. O rotor carrega tanto um conjunto de muitos dentes finos para a interação externa quanto um padrão magnético mais simples para a interação interna, de modo que a mesma peça rotativa serve ambos os modos sem alterar o hardware.

Potência sem escovas e sem peças de desgaste adicionais

Máquinas convencionais com rotor bobinado precisam de contatos elétricos deslizantes, chamados escovas e anéis coletores, para alimentar correntes nas bobinas do rotor. Essas peças se desgastam, fazem faísca e exigem manutenção. Neste projeto, o estator externo abriga duas bobinas diferentes: uma bobina principal trifásica que produz o esforço de rotação e uma bobina auxiliar menor que cria um padrão magnético especial de baixa frequência. À medida que o rotor passa por esse padrão, uma bobina dedicada no próprio rotor capta uma corrente alternada, que é imediatamente convertida em corrente contínua por um pequeno retificador montado no rotor. Essa corrente contínua alimenta então a bobina de campo principal do rotor, tudo sem qualquer contato elétrico físico. Na prática, a máquina “carrega” seu próprio campo rotorico sem fio enquanto está em funcionamento.

Ajustando o motor para os ciclos de lavagem e centrifugação

Os autores simulam o comportamento do motor em ambos os modos usando modelos computacionais detalhados. No modo de lavagem em baixa velocidade, a seção externa no estilo vernier produz cerca de 20 newton‑metros de torque após refinamento, mais do que o dobro de um projeto de referência recente, com eficiência de aproximadamente 77%. Inicialmente o torque apresentava oscilações consideráveis, mas a equipe reduziu esse “ripple de torque” inclinando levemente os dentes do rotor, sacrificando apenas uma pequena fração do torque médio. No modo de alta velocidade para centrifugação a 1200 rotações por minuto, apenas a seção interna com ímã permanente é energizada. Nesse modo o motor entrega cerca de 5,9 newton‑metros de torque com rotação muito suave e eficiência impressionante de aproximadamente 95%, bem superior às máquinas somente vernier em velocidades semelhantes.

O que isso pode significar para eletrodomésticos

Ao combinar dois estilos de operação em uma estrutura compartilhada, esse motor de duplo modo e duplo estator pode atuar como um robusto trator de baixa velocidade durante a lavagem e como um rápido e eficiente sprinter durante a centrifugação. Ele usa relativamente pouco material de ímã permanente, evita escovas e anéis coletores e ainda atende às exigentes necessidades de torque e eficiência das máquinas de lavar modernas. Para os usuários cotidianos, isso pode se traduzir em operação mais silenciosa, menor consumo de energia e eletrodomésticos mais duráveis, enquanto os fabricantes ganham flexibilidade para cumprir normas de eficiência rigorosas sem depender fortemente de materiais magnéticos escassos.

Citação: Ali, S., Ali, Q., Munir, H.M. et al. A dual-mode dual-stator hybrid rotor synchronous and vernier machine for variable speed applications. Sci Rep 16, 10315 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40821-y

Palavras-chave: motor de máquina de lavar, acionamento de velocidade variável, rotor sem escovas, máquina vernier, eletrodomésticos energeticamente eficientes