Motore brushless

Un motore brushless è una tipologia di motore elettrico “senza spazzole”, ovvero non sono presenti contatti elettrici striscianti (spazzole) sull’albero del rotore. Questi motori possono essere alimentati sia a corrente continua (BLDCM, Brushless Direct Current Motor) che a corrente alternata (PMSM, Permanent Magnet Syncronous Motor) dipendentemente dalla configurazione di costruzione, possiedono il rotore a magneti permanenti e lo statore a campo magnetico stazionario (nel caso dei BLDCM) o rotante (nel caso dei PMSM).

La commutazione della corrente circolante negli avvolgimenti dello statore, e quindi la variazione dell’orientamento del campo magnetico da essi generato, avviene elettronicamente. Ciò comporta una minore resistenza meccanica, eliminando così la possibilità che si formino scintille al crescere della velocità di rotazione, e riducendone notevolmente la necessità di manutenzione periodica.

Azionamenti brushless

Gli azionamenti brushless sono particolarmente adatti ad essere utilizzati nei settori in cui è molto importante l’elevata dinamica, quali quelli dell’automazione industriale, della robotica, delle macchine utensili, dei veicoli a propulsione elettrica e ibrida e degli attuatori aerospaziali. Per tale motivo la struttura del rotore dei motori brushless è realizzata in modo tale da avere una inerzia molto bassa (talvolta alleggerita praticando dei fori) in modo da soddisfare richieste di accelerazioni dinamiche elevate.

Tali azionamenti rispetto a quelli in corrente continua, a fronte di sistemi di controllo più complessi (si deve provvedere al controllo della corretta sequenza di commutazione delle fasi, oltre a quello della tensione o della corrente), maggiori costi (per la necessaria presenza di un sensore di posizione, un inverter ed una logica di commutazione), sensibili ondulazioni di coppia (che alle basse velocità possono determinare elevate ondulazioni di velocità e rumore acustico) e problemi di smagnetizzazioni e instabilità alle alte temperature dei magneti permanenti (diversamente dai motori in corrente continua, essendo i magneti disposti sul rotore le loro dimensioni ed il loro peso sono vincolati dalle esigenze dinamiche), presentano vari vantaggi:

  • minore manutenzione e limitazioni ambientali praticamente nulle;
  • più elevata densità di potenza e quindi minori pesi e volumi;
  • migliore rapporto coppia/inerzia e quindi migliori prestazioni dinamiche;
  • possibilità di fornire coppia a velocità nulla (nei motori in corrente continua il passaggio di correnti elevate nelle stesse lamelle del commutatore per un certo tempo può comportarne il rapido deterioramento);
  • maggiore affidabilità;
  • possibilità di funzionamento a velocità, coppie e tensioni di alimentazione più elevate (non ci sono i limiti connessi ai contatti striscianti ed alla commutazione),
  • disponibilità della piena coppia fino alla massima velocità;
  • perdite rotoriche praticamente nulle e quindi maggiore rendimento, convertitori statici di minore potenza nominale e assenza del problema del trasferimento ai pezzi da lavorare del calore prodotto dalle perdite rotoriche, che influenza l’operazione di lavorazione;
  • più agevole asportazione del calore (gli avvolgimenti essendo disposti sullo statore e quindi più vicini alla superficie esterna del motore, consentono una più diretta dissipazione nell’ambiente del calore) e quindi, a parità di tipo di isolante, valori a regime di corrente e di coppia più elevati;
  • ridotte emissioni EMI e rumore acustico;
  • non avendo spazzole il motore ha una vita più lunga, un funzionamento meno rumoroso (non c’è attrito di strisciamento ne scintillamento) e non contamina con la polvere generata dalle spazzole l’ambiente.

Nei confronti degli azionamenti asincroni comportano i seguenti vantaggi:

  • più elevati rapporti potenza/peso e potenza/volume;
  • minore inerzia e quindi migliore dinamica;
  • maggiore rendimento (perdite rotoriche praticamente assenti);
  • non richiedono una sorgente di corrente magnetizzante per l’eccitazione;
  • richiedono convertitori statici di minore potenza nominale a parità di coppia all’asse (in relazione al maggiore rendimento ed al fatto che non serve una sorgente di corrente magnetizzante);
  • non c’è il problema del trasferimento alla macchina utensile ed ai pezzi da lavorare del calore prodotto dalle perdite rotoriche, che influenza l’operazione di lavorazione.

Tipologie di controllo dei motori brushless

Possiamo individuare tre tipologie principali di controllo dei motori brushless.

A carico constante

Questi tipi di applicazioni (ventilatori, compressori, pompe, ecc.), dove la variazione di velocità è più importante della precisione, richiedono controllori di basso costo, funzionanti in genere ad anello aperto, e il carico è direttamente accoppiato all’albero del motore.

A carico variabile

Questi tipi di applicazioni, largamente diffusi in campo casalingo, automobilistico e aerospaziale, richiedono buone risposte dinamiche e dispositivi di retroazione di velocità, pertanto necessitano di algoritmi di controllo avanzati e controllori più complessi, con conseguente incremento del costo del sistema.

Di posizionamento

In questo tipo di applicazioni, in cui ricade la maggior parte delle applicazioni di automazione industriale e che richiedono frequentemente l’inversione della direzione di rotazione, sono importanti la risposta dinamica in velocità e coppia. Un ciclo tipico ha una fase di accelerazione, una a velocità costante, una di decelerazione e una di posizionamento. Il carico sul motore può variare durante tutte queste fasi, con conseguente necessità di un controllore più complesso. Questi sistemi funzionano principalmente in anello chiuso con uno o più anelli di controllo (di coppia, di velocità e di posizione) funzionanti simultaneamente.

Lascia un commento