Cos’è un motore brushless a corrente continua? Spiegazione approfondita di struttura, vantaggi e destinazioni d’uso

I motori CC senza spazzole stanno trovando sempre più applicazione in un’ampia gamma di settori, dalle apparecchiature industriali a quelle mediche. Risolvendo i problemi tipici dei tradizionali motori CC con spazzole e offrendo caratteristiche eccellenti quali lunga durata, alta efficienza e bassa rumorosità, stanno attirando l’attenzione nel campo dello sviluppo dei prodotti.

Ma immagino che ci siano molti tecnici che pensano: “Non capisco bene la struttura e il principio di funzionamento dei motori brushless a corrente continua” oppure “Vorrei sapere quali sono i vantaggi concreti e per quali applicazioni sono adatti”.

In questo articolo spiegheremo in modo sistematico tutto ciò che un tecnico deve sapere sui motori brushless in corrente continua: dalla struttura di base al principio di funzionamento, passando per i quattro vantaggi principali e gli specifici campi di applicazione. Speriamo che ti sia utile come riferimento per la scelta del motore giusto.

Cos’è un motore brushless a corrente continua? Struttura di base e principio di funzionamento

I motori brushless a corrente continua sono motori che non utilizzano spazzole né commutatori, ma impiegano dispositivi a semiconduttore per commutare la corrente; presentano bobine sullo statore e magneti permanenti sul rotore.Per il funzionamento è necessario un circuito di controllo dedicato, ma proprio perché non servono spazzole né commutatore, non si verificano né usura da contatto né scintille, il che migliora notevolmente la durata, l’affidabilità e l’efficienza.

Qui ti spiegherò in dettaglio la struttura, il principio di funzionamento e le differenze rispetto ai motori CC a spazzole.

Cosa tratteremo in questa sezione

• Struttura dei motori brushless a corrente continua
• Principi di funzionamento e modalità di azionamento
• Confronto strutturale con un motore CC con spazzole

Comprendendo ciascuno di questi elementi, i vantaggi dei motori brushless a corrente continua diventano chiari.

Struttura dei motori brushless a corrente continua

I motori brushless a corrente continua sono composti da uno statore costituito da bobine e da un rotore dotato di magneti permanenti. Non hanno spazzole né commutatore, ma funzionano con un sistema che controlla la corrente tramite sensori dei poli magnetici e un circuito di azionamento.

Quando si fa passare corrente nelle bobine dello statore, si genera un campo magnetico che, interagendo magneticamente con i magneti permanenti del rotore, produce una forza di rotazione. Il numero di componenti è ridotto, il che permette di realizzare modelli più compatti; inoltre, non servendo né spazzole né commutatore, non si verificano usura da contatto né scintille nelle parti conduttrici, con un notevole miglioramento della durata, dell’affidabilità e dell’efficienza.

Principi di funzionamento e modalità di azionamento

La rotazione viene mantenuta rilevando la posizione dei poli magnetici del rotore tramite un sensore di poli magnetici e commutando in sequenza la corrente verso le bobine dello statore tramite interruttori a semiconduttore. Controllando con precisione i tempi di commutazione della corrente, si ottengono rotazioni ad alta velocità e un’erogazione fluida della coppia.

Per l’azionamento è indispensabile un circuito di controllo dedicato, che gestisce l’accensione e lo spegnimento della corrente tramite microcontrollori e circuiti integrati di pilotaggio. La commutazione precisa della corrente tramite controllo elettronico è alla base delle elevate prestazioni dei motori brushless a corrente continua.

Confronto strutturale con un motore a corrente continua con spazzole

I motori a corrente continua con spazzole hanno le bobine sul rotore e i magneti sullo statore, e la corrente viene commutata tramite spazzole e commutatore. I motori a corrente continua senza spazzole, invece, hanno una configurazione opposta e utilizzano un sistema di controllo elettronico a semiconduttori.

Poiché non servono spazzole né commutatori, non si verificano né usura da contatto né scintille nelle parti elettriche, il che garantisce una maggiore durata e una riduzione del rumore. Anche se i costi aumentano perché serve un circuito di controllo, il fatto che non richieda manutenzione e funzioni in modo stabile a lungo è sicuramente un grande vantaggio.

I 4 principali vantaggi dei motori brushless a corrente continua

I motori CC senza spazzole, grazie alla loro struttura priva di spazzole e commutatore, risolvono i problemi che caratterizzavano i tradizionali motori CC con spazzole. I quattro vantaggi principali sono: ① lunga durata, ② basso rumore elettrico, ③ dimensioni ridotte e peso leggero, ④ elevata efficienza di conversione energetica.

Grazie a queste caratteristiche, il loro impiego si sta diffondendo in una vasta gamma di applicazioni, come le apparecchiature industriali che richiedono un funzionamento continuo e le apparecchiature mediche che necessitano di un controllo di alta precisione.

Cosa tratteremo in questa sezione

• Vantaggio 1: Maggiore durata
• Vantaggio 2: Riduzione del rumore elettrico
• Vantaggio 3: dimensioni ridotte e peso ridotto
• Vantaggio 4: Elevata efficienza di conversione energetica

Vediamo un po’ che valore apportano questi vantaggi allo sviluppo dei prodotti.

Vantaggio 1: Maggiore durata

Poiché non presentano l’usura delle spazzole e del commutatore, i motori CC senza spazzole hanno una durata di vita oltre 10 volte superiore rispetto ai motori CC con spazzole. Mentre questi ultimi avevano una durata compresa tra mille e alcune migliaia di ore, i motori CC senza spazzole sono in grado di funzionare ininterrottamente per decine di migliaia di ore.

Poiché la frequenza delle manutenzioni si riduce notevolmente, questa soluzione è molto apprezzata in applicazioni che richiedono un funzionamento stabile a lungo termine, come le apparecchiature industriali e i dispositivi medici. Grazie alla riduzione dei costi di sostituzione dei componenti e delle operazioni di manutenzione, contribuirà anche a ridurre i costi operativi nell’intero ciclo di vita.

Vantaggio 2: Riduzione del rumore elettrico

Poiché la corrente viene controllata tramite semiconduttori senza contatti meccanici, non si verificano i rumori da scintilla che si generano quando le spazzole entrano in contatto con il commutatore. L’impatto sugli apparecchi elettronici circostanti è minimo, il che lo rende ideale per l’uso in dispositivi medici e strumenti di misura che richiedono un controllo di precisione.

Inoltre, permette di ridurre il rischio di errori di comunicazione e malfunzionamenti, il che lo rende particolarmente vantaggioso per le applicazioni che richiedono un’elevata affidabilità. Ci si può aspettare anche una riduzione delle ore di progettazione necessarie per le misure anti-rumore elettrico e dei costi dei componenti di schermatura.

Vantaggio 3: dimensioni ridotte e peso ridotto

Dato che ci sono pochi componenti necessari, come spazzole e commutatore, è possibile realizzare motori più piccoli e leggeri. Anche se non ci sono standard ufficiali, di solito si considerano “piccoli” i motori con un angolo di montaggio inferiore a 90 mm; sono quindi adatti per essere integrati in alloggiamenti compatti.

Contribuisce anche a rendere l’intero dispositivo più compatto, rendendolo perfetto per l’uso in spazi ristretti, come nei dispositivi portatili o nelle apparecchiature mediche portatili. Grazie al peso ridotto, si alleggerisce anche il carico durante il trasporto e l’installazione, migliorando così la praticità d’uso del prodotto nel suo complesso.

Vantaggio 4: Elevata efficienza di conversione energetica

Grazie alla miniaturizzazione dei componenti, il fabbisogno energetico è stato ridotto e alcuni prodotti raggiungono un’efficienza di conversione energetica superiore al 90%. Con un basso consumo energetico e ottime prestazioni in termini di risparmio energetico, questi prodotti contribuiscono a garantire un funzionamento prolungato dei dispositivi alimentati a batteria e a ridurre i costi operativi grazie al minor consumo di elettricità.

In un contesto in cui è necessario puntare alla neutralità carbonica, l’adozione di motori ad alta efficienza rappresenta una misura efficace per le aziende che vogliono ridurre il proprio impatto ambientale. Grazie all’allungamento della durata delle batterie, si potranno ridurre anche la frequenza delle sostituzioni e la quantità di rifiuti.

Scopi di utilizzo ed esempi di applicazione dei motori brushless a corrente continua

Le eccellenti caratteristiche dei motori brushless a corrente continua vengono sfruttate in diversi settori industriali. Nel campo degli elettrodomestici, garantiscono lunga durata ed alta efficienza in lavatrici, condizionatori e aspirapolvere, mentre nel settore automobilistico si stanno diffondendo sempre di più come servosterzo elettrico e motori di trazione.Inoltre, nei robot industriali sono apprezzati per la loro resistenza al funzionamento continuo, mentre nel settore delle apparecchiature mediche si stanno espandendo le applicazioni che sfruttano le loro caratteristiche di dimensioni ridotte, rotazione ad alta velocità e bassa rumorosità.

Qui ti presentiamo alcuni degli scopi d’uso più comuni e degli esempi concreti.

Cosa tratteremo in questa sezione

• Applicazioni nei prodotti elettrodomestici
• Applicazioni nei settori delle macchine industriali e della robotica
• Uso nei dispositivi medici e ottici

Vediamo un po’ come vengono utilizzati i motori brushless a corrente continua nei vari settori.

Applicazioni nei prodotti elettrodomestici

Viene ampiamente utilizzato negli elettrodomestici che funzionano ininterrottamente per anni, come lavatrici, condizionatori, ventilatori e aspirapolvere. Trovi applicazione nei seguenti prodotti.

【Esempi di applicazione nei prodotti elettrodomestici】

• Motori di azionamento per lavatrici e asciugatrici
• Ventola di ventilazione per condizionatori e ventilatori
• Motore di traslazione e di aspirazione dell’aspirapolvere
• Parti rotanti di frullatori e miscelatori
• Il meccanismo di ventilazione dell’asciugacapelli
• Il compressore del frigorifero

La loro diffusione sta aumentando, grazie al fatto che i consumatori apprezzano sia l’alta efficienza, che permette di ridurre la bolletta elettrica, sia la lunga durata, che riduce la frequenza di sostituzione. Per i prodotti che puntano sull’efficienza energetica, l’adozione di motori brushless a corrente continua (DC) rappresenta probabilmente la chiave per la competitività.

Applicazioni nel settore delle apparecchiature industriali e della robotica

Nei robot industriali e nei sistemi di movimentazione utilizzati negli impianti di produzione, si dà grande importanza alla resistenza al funzionamento continuo e all’elevata capacità di dissipazione del calore. I motori brushless a corrente continua garantiscono prestazioni stabili anche durante il funzionamento prolungato.

[Esempi di applicazione nelle apparecchiature industriali]

• Azionamento del braccio dei robot industriali
• Dispositivo di assemblaggio per linee di produzione automobilistiche
• Meccanismo di funzionamento del robot di prelievo
• Motore di trazione per AGV (veicoli a guida automatica)
• Meccanismo di avanzamento delle macchine utensili
• Sistema di trasporto per apparecchiature di produzione di semiconduttori

Anche nelle linee di produzione che richiedono un funzionamento continuo per lunghe ore, questa soluzione è molto apprezzata perché garantisce un funzionamento stabile a lungo termine senza bisogno di manutenzione. Poiché la riduzione dei tempi di fermo si traduce direttamente in un aumento della produttività, è fondamentale scegliere motori affidabili.

Uso nei dispositivi medici e ottici

Il loro impiego si sta diffondendo sempre di più nei settori medico e ottico, ad esempio nei respiratori artificiali, nei dispositivi di lavaggio a impulsi per interventi chirurgici, nei trapani odontoiatrici e nei meccanismi di messa a fuoco delle telecamere endoscopiche.Essendo compatti, leggeri e in grado di ruotare ad alta velocità, oltre a essere silenziosi e a produrre poche vibrazioni, sono perfetti per applicazioni che richiedono un controllo di precisione. Contribuiscono anche a migliorare la sicurezza dei pazienti e rappresentano una tecnologia di base che sostiene l’evoluzione delle apparecchiature mediche.

Nel campo delle apparecchiature ottiche, questi sistemi trovano impiego in applicazioni che richiedono un posizionamento di precisione, come il meccanismo di messa a fuoco automatica delle fotocamere, la stabilizzazione dell’immagine e l’azionamento delle lenti dei microscopi. Grazie alla bassa coppia di cogging, garantiscono un funzionamento fluido, riducendo al minimo l’impatto sulla qualità dell’immagine.

Riepilogo

I motori DC senza spazzole sono caratterizzati da una struttura priva di spazzole e commutatore, che permette loro di offrire quattro vantaggi principali: lunga durata, bassa rumorosità, dimensioni compatte e peso ridotto, nonché elevata efficienza. Vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, dagli elettrodomestici alle apparecchiature industriali e alle apparecchiature mediche, contribuendo a migliorare le prestazioni dei prodotti e a ridurne il consumo energetico.

Poiché non servono spazzole né commutatori, non si verificano né l’usura da contatto né le scintille nelle parti elettriche, il che migliora notevolmente la durata, l’affidabilità e l’efficienza.

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/