Motori BLDC
(1)Motori elettrici, compresi i sempre più popolari motori BLDC (dall'inglese Brushless Direct-Current Motor), noti anche come motori senza spazzole o motori sincroni a corrente continua DC (dall'inglese Corrente continua), sono dispositivi utilizzati per convertire l'energia elettrica in energia meccanica, il più delle volte in forma di movimento rotazionale. I motori BLDC sono uno dei tanti gruppi di motori elettrici, che, grazie ai suoi indubbi vantaggi, viene utilizzato in un numero crescente di dispositivi, che vanno da componenti di computer come azionamenti ottici e ventole di raffreddamento, a elettroutensili, giocattoli e veicoli telecomandati, ad es. droni, elettrodomestici, per finire con macchinari e dispositivi per il trasporto e la movimentazione di carichi, compresi scooter, biciclette e auto elettriche.
Struttura dei motori BLDC
I motori brushless, rispetto ai motori a commutatore, sono caratterizzati da una struttura diversa. La differenza sostanziale tra questi due tipi di azionamenti è la mancanza del commutatore che commuta i successivi avvolgimenti del rotore nei motori BLDC. Invece di questo componente in questi motori ha luogo la cosiddetta commutazione elettronica: uno speciale controller adattato per il funzionamento con i motori BLDC gestisce e commuta l'alimentazione sui successivi avvolgimenti dello statore; in modo tale da creare un movimento del campo elettromagnetico regolare e rotante, seguito dal rotore su cui sono posizionati dei magneti permanenti (spesso sotto forma di forti magneti al neodimio). La commutazione degli avvolgimenti successivi viene effettuata con l'aiuto di semiconduttori, come i transistor. Se il vettore del campo elettromagnetico creato dall'avvolgimento viene spostato angolarmente rispetto al vettore del campo magnetico prodotto dai magneti del rotore, allora si crea una coppia che mette in moto il rotore.
I motori trifase possono avere avvolgimenti collegati a triangolo, dove la fine di ciascun avvolgimento è collegata all'inizio dell'avvolgimento successivo, e l'alimentazione viene collegata a ciascuno dei tre vertici creati in questo modo. Gli avvolgimenti possono anche essere collegati a stella, dove una delle estremità degli avvolgimenti è collegata in un punto centrale comune, mentre l'alimentazione viene collegata alle estremità libere di ciascuno di essi. La configurazione dei collegamenti a triangolo assicura una coppia inferiore a basse velocità, tuttavia, consente una velocità di rotazione massima più elevata rispetto al collegamento a stella. In pratica, nel caso dei motori BLDC, la combinazione più comune è un collegamento a stella, poiché nelle applicazioni tipiche è caratterizzato da una maggiore efficienza.
I motori brushless sono disponibili in tre configurazioni, in cui il rotore è circondato da uno statore (ing. inrunners), lo statore è circondato da un rotore (ing. outrunners) o il rotore e lo statore sono piatti e paralleli (ing. axial). In ogni caso, è il rotore a magneti permanenti che si muove rispetto alla parte fissa provvista di avvolgimenti. Di norma i motori BLDC con il rotore che circonda lo statore (denominati outrunners) sono caratterizzati da valori di coppia superiori e velocità inferiori. Poiché lo statore è fermo ed è parte integrante dell'alloggiamento, il raffreddamento può essere effettuato principalmente per conduzione e non è necessaria alcuna circolazione forzata aggiuntiva d'aria per consentire il raffreddamento del motore. La potenza massima di un motore brushless è limitata in pratica solo dalla quantità di calore emesso, il cui eccesso può portare al deterioramento dell'isolamento degli avvolgimenti e, di conseguenza, alla sua distruzione.
Gestione del motore brushless
Il sistema di controllo del motore BLDC molto spesso si presenta sotto forma di controllo con feedback. Un sensore elettronico, il più delle volte sotto forma di sensore Hall, controlla l'attuale posizione angolare del rotore, in modo che il controller riceva informazioni su come commutare gli avvolgimenti successivi per avere un movimento rotatorio più fluido e stabile dell'albero. La regolazione del controller delle fasi (o della frequenza di commutazione degli avvolgimenti dello statore) e dell'ampiezza degli impulsi di corrente continua, consentono il controllo della velocità di rotazione e della coppia applicata sull'albero. Ci sono anche soluzioni prive di sensori per determinare la posizione angolare del rotore. Viene quindi utilizzato il segnale "Back EMF" (ing. Back Electromotive Force), che viene generato da magneti rotanti (campo magnetico) attaccati al rotore. La tensione indotta su ciascuna delle bobine viene confrontata con la tensione centrale, presente nel punto di collegamento di tutti e tre gli avvolgimenti (nel caso in cui siano collegati a stella). Questi segnali vengono amplificati e inviati al sistema di rilevamento della posizione del rotore e le loro forme d'onda vengono spostate l'una rispetto all'altra di 120°. Il problema quando si utilizza tale soluzione è il momento dell'avviamento del motore, poiché questi segnali non vengono ancora generati e la posizione del rotore non è nota.
Vale la pena sapere che i motori BLDC possono avere un numero diverso di fasi. Esistono motori BLDC monofase, bifase e trifase. Maggiore è il numero di fasi, maggiore è la potenza e l'efficienza del motore, nonché più silenzioso è il suo funzionamento; a seguito di una commutazione più fluida degli avvolgimenti, che causa meno vibrazioni della struttura.
Vantaggi dei motori BLDC
La commutazione elettronica nei motori BLDC, il cosiddetto ECM (ing. Electronically Commutative Motors), e pertanto la mancanza di commutatore e spazzole di carbone che scivolano su di esso, conducono a molti vantaggi. Si tratta principalmente della mancanza di scintille, problema comune nei motori a spazzole, grazie al quale questi motori possono essere utilizzati in zone in cui potrebbe esserci il rischio di incendio o esplosione. Non vi sono nemmeno perdite di energia, poiché non vi è attrito tra le spazzole di carbone e il commutatore, fenomeno che può anche portare a un funzionamento improprio dei sistemi microelettronici situati nelle vicinanze, a causa del rumore elettronico generato durante tale commutazione. La durevolezza di un motore BLDC viene determinata quasi solo dalla vita utile e dall'affidabilità dei cuscinetti utilizzati nella sua struttura. La mancanza di spazzole e commutatore comporta anche un peso inferiore dei motori BLDC, una loro maggiore efficienza (rispetto ai tradizionali motori elettrici DC) e un funzionamento silenzioso. Questi motore inoltre possono raggiungere elevate velocità di rotazione, tuttavia è possibile impostare facilmente dei limiti per quanto riguarda questo parametro, nonché controllarli a basse velocità di rotazione.
Durante la scelta di un motore BLDC è necessario prestare attenzione alla tensione di alimentazione appropriata. Questo valore potrà essere desunto dai parametri dell'alimentatore che verrà utilizzato, assieme al controller, per consentire il funzionamento di un determinato motore. Inoltre è possibile prendere in considerazione il diametro dell'albero e la configurazione del rotore.
Magazzino:
