Quando si sceglie un motore, il calcolo della coppia è una fase imprescindibile.La coppia è una grandezza fisica che indica la forza necessaria per far ruotare un oggetto attorno a un asse di rotazione. È strettamente correlata alla potenza e alla velocità di rotazione del motore e, se calcolata in modo errato, l’apparecchiatura potrebbe non funzionare correttamente. Al contrario, se scegli un motore con specifiche eccessive, devi stare attento perché ciò comporta un aumento dei costi e un ingombro maggiore.
In questo articolo spiegheremo la definizione di base della coppia e come distinguere le diverse unità di misura, per poi illustrare come usare la formula “T = 9550 × P/N”, che si basa sulla potenza e sul numero di giri.Abbiamo raccolto informazioni utili per la pratica, che spaziano dai concetti di coppia di carico e fattore di sicurezza da considerare nella scelta del motore, fino al meccanismo di aumento della coppia tramite i motoriduttori. Trattiamo anche l’uso dell’unità mN·m (millinewtonmetro), usata nei motori di piccole dimensioni, quindi questo articolo può essere utile anche a chi sta valutando la scelta di un micromotore.
| A cura di: Gruppo Commerciale Componenti Elettronici, C.I. Takiron Co., Ltd. Questo articolo è stato curato sulla base delle competenze tecniche avanzate e delle conoscenze acquisite nel corso degli anni, sin dalla fondazione dell’azienda nel 1919, come leader nel settore della lavorazione delle materie plastiche.Il nostro reparto analizza costantemente le tendenze di mercato e le ultime tecnologie relative ai micromotori ultracompatti e ad alta precisione, concentrandosi sulla fornitura di informazioni di alto valore aggiunto a progettisti e sviluppatori. In qualità di team di esperti che conosce a fondo le caratteristiche dei prodotti, ti aiutiamo a risolvere le tue sfide e a promuovere l’innovazione tecnologica attraverso contenuti accurati e pratici. |
Nozioni di base e unità di misura da tenere a mente prima di calcolare la coppia
Per eseguire correttamente il calcolo della coppia, è fondamentale comprendere le definizioni di base e le unità di misura.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Le basi della coppia: calcolata come il prodotto di forza e distanza
- Come distinguere tra le unità N·m e mN·m
- Il rapporto inversamente proporzionale tra coppia e numero di giri
Prima di passare ai calcoli per la scelta del motore, rivediamo un po’ le nozioni di base, una per una.
Le basi della coppia: calcolata come prodotto di forza e distanza
La coppia si calcola come il prodotto di “forza (F) × distanza dall’asse di rotazione (L)”. Ad esempio, quando stringi un bullone con una chiave inglese, più tieni la chiave lontana dal centro di rotazione, meno forza ti serve per farlo girare.
Seguendo lo stesso principio del leveraggio, più aumenta la distanza tra il punto di applicazione della forza e l’asse di rotazione, maggiore sarà la forza di rotazione. Più il valore della coppia è elevato, maggiore è la capacità del motore di muovere oggetti pesanti o di ruotare contrastando carichi elevati.Anche quando devi valutare le prestazioni di un motore, considerare la coppia come il prodotto tra la forza esercitata attorno all’asse di rotazione e la distanza di azione ti aiuterà a capire più facilmente le formule di calcolo di cui parleremo più avanti.
Come distinguere tra le unità N·M e MN·M
L’unità di misura internazionale della coppia è il N·m (newton metro).Si definisce 1 N·m la forza di rotazione che si ottiene applicando una forza di 1 N (newton) a un punto situato a 1 m di distanza dall’asse di rotazione. Nel settore dei motori di piccole dimensioni, invece, si usa comunemente il mN·m (millinewtonmetro), che corrisponde a un millesimo di N·m. Ecco come si rapportano le principali unità di misura.
| Unità | Descrizione |
| N·m (newton metro) | Unità di misura standard del Sistema Internazionale (SI). È la forza di rotazione che si ottiene applicando una forza di 1 N in un punto situato a 1 m dall’asse di rotazione |
| mN·m (millinewton metro) | Un millesimo di N·m. Si usa di solito nelle schede tecniche dei motori di piccole dimensioni |
| kgf·m (chilogrammo-metro di peso) | Unità di misura obsoleta. È necessario convertirla nell’unità SI attuale N·m = kgf·m × 9,80665 |
Se mentre leggi le specifiche tecniche confondi le cifre di N·m e mN·m, c’è il rischio che i risultati dei calcoli abbiano uno scarto di tre cifre. Soprattutto quando si scelgono i micromotori, dato che si ha a che fare con valori di coppia dell’ordine dei mN·m, prendere l’abitudine di controllare le unità di misura aiuta a evitare errori di calcolo.
Il rapporto inversamente proporzionale tra coppia e numero di giri
Quando la tensione di alimentazione è costante, la coppia e la velocità di rotazione di un motore a corrente continua sono generalmente inversamente proporzionali. In pratica, quando il carico è elevato e serve una coppia maggiore, la velocità di rotazione diminuisce, mentre se il carico è leggero, il motore gira più velocemente.
Il grafico delle caratteristiche S-T (velocità-coppia) mostra in modo visivo la relazione tra coppia e velocità di rotazione. In questo grafico, l’asse verticale rappresenta la coppia, quello orizzontale la velocità di rotazione, e la relazione tra le due è rappresentata da una linea retta discendente verso destra.Quando devi scegliere un motore, puoi verificare sul grafico se il punto di funzionamento richiesto dall’apparecchiatura (la combinazione di coppia e velocità di rotazione) rientra nel campo di prestazioni del motore. Se sai come leggere la curva S-T, puoi fare un confronto oggettivo tra diversi motori candidati.
Formule e metodo di calcolo della coppia del motore
La coppia del motore si può calcolare con una formula che tiene conto della potenza e del numero di giri.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Calcolare la coppia con la formula di base
- Capire i tre tipi di coppia: di avviamento, nominale e massima
- Tieni conto della coppia di carico e del fattore di sicurezza
Ti spiego passo passo come usare le formule di calcolo e come valutare la coppia necessaria per la scelta.
Calcolare la coppia con la formula di base
La formula di base per calcolare la coppia di un motore è “T = 9550 × P / N”. T sta per coppia (N·m), P per potenza (kW) e N per numero di giri (rpm).Il coefficiente 9550 è un valore ricavato trasformando la relazione fisica tra potenza e coppia «P = T × 2πN/60 ÷ 1000». Poiché 60000 ÷ 2π ≈ 9550, puoi calcolare la coppia partendo dai due valori della potenza e del numero di giri.
Ad esempio, per un motore con potenza di 2,7 W e velocità di 17.000 giri/min, T = 9.550 × (2,7 ÷ 1.000) ÷ 17.000 ≈ 0,0015 N·m = 1,5 mN·m.Dato che nei motori di piccole dimensioni la potenza viene talvolta indicata in W (watt), non dimenticare di convertirla in kW prima di fare il calcolo. Il risultato sarà espresso in N·m, quindi per confrontarlo con le specifiche del motore in mN·m dovrai moltiplicarlo per 1000. Se capisci bene come funziona la formula di base, potrai applicarla anche a motori con condizioni diverse.
Capire i tre tipi di coppia: di avviamento, nominale e massima
Esistono tre tipi di coppia del motore, a seconda della fase di funzionamento. La coppia di avviamento è quella che si genera nel momento in cui il motore inizia a girare da fermo; la coppia nominale è il valore massimo che può essere erogato in sicurezza durante il funzionamento continuo; la coppia massima è il valore limite istantaneo che può essere raggiunto per un breve periodo.
| Tipi di coppia | Spiegazione | Principali situazioni in cui va verificato |
| Coppia di avviamento | La forza che si genera quando si inizia a ruotare da fermo | Avviamento con carico pesante |
| Coppia nominale | Il valore massimo che si può erogare in sicurezza durante il funzionamento continuo | Criteri di progettazione per il funzionamento normale |
| Coppia massima | Valore limite istantaneo raggiungibile in breve tempo | Verifica della resistenza a sovraccarichi e urti |
Poiché i valori di coppia da verificare variano a seconda del prodotto e della documentazione, controlla separatamente le voci relative alla coppia di avviamento, alla coppia nominale e alla coppia massima riportate nelle tabelle tecniche e nei grafici delle caratteristiche. A seconda dell’applicazione, se definisci in anticipo quale tipo di coppia è prioritario, i criteri di selezione risulteranno più chiari.
Tieni conto della coppia di carico e del fattore di sicurezza
Nella scelta effettiva del motore, è necessario calcolare con precisione la coppia di carico necessaria per azionare l’apparecchiatura. La coppia di carico non dipende solo dalla semplice resistenza alla rotazione, ma è determinata dalla combinazione di diversi fattori. I principali elementi da considerare nel calcolo sono i seguenti:
【Componenti della coppia di carico】
- Coppia di attrito dovuta alla resistenza di attrito
- Momento d’inerzia di un corpo rotante
- Coppia di accelerazione che si applica durante l’accelerazione
Il modo di calcolare la coppia necessaria e i valori indicativi del fattore di sicurezza variano a seconda del tipo di motore e dei criteri di selezione del produttore, quindi ti consiglio di controllare la documentazione tecnica del prodotto che userai.Il motivo per cui si imposta un fattore di sicurezza è che, nelle condizioni di utilizzo effettive, si prevede un aumento del carico dovuto alle variazioni di temperatura e al deterioramento nel tempo. Scegliendo un motore in cui la coppia nominale sia superiore al valore “coppia di carico × fattore di sicurezza”, puoi contare su un funzionamento stabile a lungo termine.
Punti pratici per la scelta dei motori basati sul calcolo della coppia
Per applicare i risultati dei calcoli di coppia alla scelta pratica dei motori, servono alcuni spunti pratici.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Ridurre la velocità e aumentare la coppia con un motoriduttore
- Confronta le caratteristiche di coppia dei diversi tipi di motore
- Quando calcoli la coppia di un motore di piccole dimensioni, fai attenzione alla conversione delle unità di misura
Ecco alcuni punti concreti per mettere in pratica le tue conoscenze matematiche nel lavoro di selezione.
Riducendo la velocità con un motoriduttore e aumentare la coppia
Un motoriduttore è un prodotto che integra un motore e una riduttrice. Funziona in modo tale da ridurre il numero di giri grazie agli ingranaggi della riduttrice e, allo stesso tempo, aumentare la coppia. La formula per calcolare la coppia in uscita è la seguente.
Coppia in uscita = coppia nominale del motore × rapporto di riduzione × rendimento del riduttore
Più il rapporto di riduzione è elevato, più il numero di giri diminuisce e, di conseguenza, la coppia aumenta. Tuttavia, a causa delle perdite dovute all’efficienza di trasmissione degli ingranaggi, la coppia effettiva in uscita è inferiore al valore teorico.Anche se il motore da solo non è in grado di fornire la coppia necessaria, in alcuni casi è possibile soddisfare i requisiti scegliendo un motoriduttore. Se dai calcoli risulta che la coppia nominale è insufficiente, l’uso di un motoriduttore rappresenta un’opzione valida.
Confrontare le caratteristiche di coppia dei diversi tipi di motore
Poiché le caratteristiche di coppia variano a seconda del tipo di motore, è necessario scegliere quello più adatto all’applicazione. Di seguito sono riportate le caratteristiche di coppia dei motori più comuni.
| Tipi di motori | Principali caratteristiche di coppia |
| Motore a corrente continua | Ha una coppia di avviamento elevata e la coppia aumenta in proporzione alla corrente |
| Motore CC senza spazzole | Offre una coppia stabile su un ampio intervallo di giri e permette un facile controllo della velocità |
I motori a corrente continua hanno la caratteristica di aumentare la coppia in proporzione alla corrente e sono semplici da controllare. I motori a corrente continua senza spazzole, grazie al ridotto contatto meccanico, presentano un’usura contenuta e sono adatti a un funzionamento di lunga durata. Confrontando le caratteristiche di velocità di rotazione e coppia dei motori e scegliendo il tipo più adatto alle condizioni d’uso, puoi sfruttare al massimo le prestazioni dell’intero impianto.
Quando calcoli la coppia di un motore di piccole dimensioni, fai attenzione alla conversione delle unità di misura
Nei motori di piccole dimensioni, i valori di coppia si attestano a livelli dell’ordine dei mN·m (milliniutonmetri) e, se sbagli la conversione con l’unità N·m, c’è il rischio di ottenere un errore di tre cifre. Controllare attentamente le unità di misura fin dalla lettura dei dati tecnici è un modo efficace per evitare errori nella scelta.
Inoltre, nei motori con struttura priva di nucleo ferroso, come i motori coreless, non si verifica la coppia di cogging (una minima irregolarità di rotazione causata dall’interferenza magnetica tra il nucleo ferroso e i magneti), il che li rende ideali per un controllo di precisione che sfrutta le loro caratteristiche di rotazione fluida.Per scegliere il motore più adatto alle tue esigenze e alle condizioni d’uso, basta comunicare in modo preciso al produttore del motore i valori richiesti di coppia, velocità di rotazione, tensione di alimentazione e altri parametri: in questo modo potrai restringere efficacemente la rosa dei candidati.
Riepilogo
La coppia di un motore è un indicatore della forza di rotazione definito come “forza × distanza”. Usando la formula di base “T = 9550 × P/N”, puoi calcolare la coppia in base alla potenza e al numero di giri.Quando scegli un motore, è importante capire i tre tipi di coppia (di avviamento, nominale e massima) e impostare il fattore di sicurezza seguendo le indicazioni riportate nella documentazione tecnica del motore che intendi utilizzare.Utilizzando un motoriduttore, è possibile aumentare la coppia in base al rapporto di riduzione. Poiché per i motori di piccole dimensioni il calcolo avviene in mN·m, occorre prestare attenzione anche alla conversione delle unità di misura. Una volta acquisite le nozioni di base sul calcolo della coppia, ti auguriamo di riuscire a scegliere il motore più adatto alle tue esigenze.
Informazioni sui prodotti e richieste di informazioni
Per maggiori dettagli sui micromotori di C.I. Takiron, dai un’occhiata al sito web qui sotto.
- Sito del prodotto: https://cik-ele.com/
- Motori senza nucleo: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Motori brushless: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Motoriduttore: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Se hai difficoltà a scegliere il motore compatto giusto per lo sviluppo del tuo prodotto, non esitare a contattarci tramite il modulo di richiesta. Un nostro tecnico valuterà l’applicazione e le tue esigenze per proporti la soluzione più adatta.
- Contatti: https://cik-ele.com/contact/
