Scarica questo articolo in .Formato PDF
I mercati del motore e del controllo motore stanno prosperando in una serie di settori, in particolare le applicazioni mediche e robotiche. Inoltre, c’è una ricca domanda di motori piccoli, efficienti, ad alta e bassa coppia e ad alta e bassa potenza nel settore automobilistico.
Queste applicazioni possono scegliere tra motori a spazzole dc, motori brushless dc (BLDC) o una combinazione di entrambi. La maggior parte dei motori funziona secondo la legge di induzione di Faraday (vedi qui)., Tuttavia, ci sono differenze fondamentali tra questi motori e nelle opportunità di lavoro che li attendono.
Motori a spazzole DC
Intorno dalla fine del 1800, motori a spazzole dc sono uno dei più semplici tipi di motori. Senza l’alimentazione dc o la batteria necessaria per il funzionamento, un tipico motore a spazzole DC è costituito da un’armatura (aka, rotore), un commutatore, spazzole, un asse e un magnete di campo (Fig. 1) (vedere ” Brushed DC Motor Fundamentals”).
1., Semplice nella costruzione, un motore a spazzole CC generico include un’armatura o un rotore, un commutatore, spazzole, un asse e un magnete di campo. Naturalmente, è necessaria una batteria o un alimentatore.Le proprietà del motore sono determinate dal materiale di cui è fatto, dal numero di bobine avvolte attorno ad esso e dalla densità delle bobine. L’armatura o il rotore è un elettromagnete e il magnete di campo è un magnete permanente. Il commutatore è un dispositivo ad anello diviso avvolto attorno all’asse che contatta fisicamente le spazzole, che sono collegate ai poli opposti della fonte di alimentazione (Fig. 2).,
2. Un anello diviso che avvolge l’asse, il commutatore entra in contatto fisico con le spazzole, che si collegano ai poli opposti di una fonte di alimentazione per fornire cariche positive e negative al commutatore.
Le spazzole caricano il commutatore inversamente in polarità al magnete permanente, a sua volta causando la rotazione dell’armatura. La direzione di rotazione, in senso orario e/o antiorario, può essere invertita facilmente invertendo la polarità delle spazzole, cioè invertendo i cavi sulla batteria.,
Motori brushless DC
In termini di differenze, il nome è un giveaway morto. I motori BLDC mancano di spazzole. Ma le loro differenze di design sono un po ‘ più sofisticate (vedi “Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals”). Un motore BLDC monta i suoi magneti permanenti, di solito quattro o più, attorno al perimetro del rotore in un modello trasversale (Fig. 3).
3. Visto dall’alto, questo motore brushless dc (BLDC) impiega quattro magneti permanenti montati sulla parte superiore del rotore, eliminando la necessità di connessioni, un commutatore e spazzole.,
L’efficienza è una caratteristica di vendita primaria per i motori BLDC. Poiché il rotore è l’unico portatore dei magneti, non richiede alimentazione, cioè senza connessioni, senza commutatore e senza spazzole. Al posto di questi, il motore impiega circuiti di controllo. Per rilevare dove si trova il rotore in determinati momenti, i motori BLDC impiegano, insieme ai controller, encoder rotativi o un sensore Hall (vedere “Brushless DC Motor Control Made Easy”).
I motori BLDC sono motori sincroni, il che significa che i loro rotori e statori girano alla stessa frequenza., Sono disponibili in configurazioni monofase, bifase e trifase (vedi ” Motore brushless DC (BLDC)”).
Per spazzolare
Quando si tratta di una gamma vagamente definita di applicazioni di base, si potrebbe usare un pennello o un motore brushless. E come tutte le tecnologie comparabili e concorrenti, i motori a spazzole e brushless hanno i loro pro e contro.
Sul lato pro, i motori a spazzola sono generalmente economici e affidabili. Offrono anche un semplice controllo a due fili e richiedono un controllo abbastanza semplice o nessun controllo nei progetti a velocità fissa., Se le spazzole sono sostituibili, questi motori vantano anche una vita operativa piuttosto estesa. E poiché hanno bisogno di pochi componenti esterni o di nessun componente esterno, i motori a spazzola tendono a gestire in modo affidabile gli ambienti difficili.
Per il rovescio della medaglia, i motori a spazzole richiedono una manutenzione periodica in quanto le spazzole devono essere pulite e sostituite per un funzionamento continuo, escludendole per progetti medici critici. Inoltre, se è richiesta una coppia elevata, i motori a spazzola cadono un po ‘ piatti. All’aumentare della velocità, l’attrito della spazzola aumenta e la coppia vitale diminuisce.,
Tuttavia, la coppia potrebbe non essere un problema in alcune applicazioni e potrebbe essere effettivamente desiderabile. Ad esempio, gli spazzolini da denti elettrici richiedono velocità più elevate con una coppia decrescente, che è buona per il pennello e i denti e le gengive.
Altri svantaggi dei motori a spazzole DC includono un’inadeguata dissipazione del calore causata dalle limitazioni del rotore, un’elevata inerzia del rotore, un intervallo di bassa velocità dovuto alle limitazioni imposte dalle spazzole e interferenze elettromagnetiche (EMI) generate dall’arco a spazzola.
O non spazzolare
Motori BLDC hanno una serie di vantaggi rispetto ai loro fratelli spazzola., Per uno, sono più precisi nelle app di posizionamento, basandosi su sensori di posizione ad effetto hall per la commutazione. Inoltre richiedono meno e talvolta nessuna manutenzione a causa della mancanza di spazzole.
Battono i motori a spazzola nel compromesso velocità / coppia con la loro capacità di mantenere o aumentare la coppia a varie velocità. È importante sottolineare che non vi è alcuna perdita di potenza tra i pennelli, rendendo i componenti significativamente più efficienti. Altri pro BLDC includono potenza di uscita elevata, dimensioni ridotte, migliore dissipazione del calore, gamme di velocità più elevate e funzionamento a basso rumore (meccanico ed elettrico).,
Nulla è perfetto, però. I motori BLDC hanno un costo di costruzione più elevato. Richiedono anche strategie di controllo che possono essere sia complesse che costose. E richiedono un controller che può costare quasi quanto se non più del motore BLDC che governa.
La scelta sta nelle nostre applicazioni
Le linee di fondo per fare una scelta tra componenti di qualsiasi tipo sono il tipo di applicazione e il taglio dei costi per il prodotto finale. Ad esempio, un robot giocattolo destinato al mercato da sei a otto anni potrebbe richiedere da quattro a nove motori., Possono essere tutti componenti a spazzola o brushless dc o una miscela di entrambi.
Se questo robot esegue solo movimenti di base o fa parte di un kit introduttivo, non è necessario utilizzare BLDC di lunga durata che costano più delle controparti spazzolate. Il giocattolo o il kit probabilmente finiranno nel cestino ben prima che i motori a spazzola si siano bruciati.
Le applicazioni tipiche del motore a corrente continua spazzolato includono giocattoli motorizzati, elettrodomestici e periferiche per computer. I produttori di auto li arruolano per alzacristalli elettrici, sedili e altri design in cabina a causa del loro basso costo e del design semplice.,
I motori BLDC sono più versatili, principalmente a causa della loro esperienza nei reparti di velocità e coppia. Inoltre sono disponibili in pacchetti compatti, rendendoli praticabili per una varietà di design compatti. Le app tipiche includono dischi rigidi per computer, lettori multimediali basati su meccanica, ventole di raffreddamento a componenti elettronici, utensili elettrici senza fili, HVAC e refrigerazione, sistemi industriali e di produzione e giradischi a azionamento diretto.
L’industria automobilistica mette anche motori BLDC di potenza superiore a lavorare in veicoli elettrici e ibridi., Questi motori sono essenzialmente motori sincroni ca con rotori a magneti permanenti. Altri usi unici includono biciclette elettriche in cui i motori si inseriscono nelle ruote o nei coprimozzi, posizionamento e attuazione industriali, robot di assemblaggio e attuatori lineari per il controllo delle valvole.
