Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
Un motore brushless è qualcosa di semplice e pulito. Si tratta di pochi componenti principali. Il modo in cui questi semplici componenti lavorano tra loro è davvero interessante. Imparare a conoscere ogni componente del motore è la cosa più importante per scegliere il motore giusto per qualsiasi lavoro. Questo articolo vi mostrerà come fare. Analizzeremo tutti i componenti di un motore brushless. Vedremo come fanno muovere le cose. Scoprirete perché è molto utile conoscere queste informazioni per la vostra prossima applicazione. Questa è una guida per tutti coloro che vogliono imparare davvero come funziona un motore brushless, dall'interno.
Quando ero alle prime armi, pensavo che un motore fosse solo un oggetto. Gli si dà elettricità e lui gira. Ma un motore è composto da molte parti che lavorano insieme. Il funzionamento di un motore brushless è dovuto al modo in cui due parti principali, lo statore e il rotore, lavorano insieme. Un motore brushless CC, detto anche motore BLDC, utilizza l'elettricità per creare un campo magnetico. Questo campo spinge e tira i magneti che si trovano sul rotore.
Questa semplice spinta è ciò che fa girare la parte centrale del motore. Non è come i vecchi motori, quindi non ci sono spazzole che possono usurarsi. Questo rende il motore brushless molto affidabile e funziona molto bene. L'idea principale è quella di ottenere la giusta quantità di elettricità al momento giusto. Questo crea un campo magnetico che gira. Questo campo rotante fa girare il rotore insieme ad esso. Questa semplice idea è utilizzata in molte cose che vediamo ogni giorno. Ogni componente del motore ha un compito da svolgere per far sì che la rotazione avvenga in modo fluido. Un buon motore svolge questo compito in modo ottimale.
L'elettricità si trasforma in energia magnetica e poi in movimento. Questo modo di lavorare non spreca molta energia. Ciò significa che l'energia dispersa sotto forma di calore è minore. Questo è un motivo importante per cui il motore brushless è molto utilizzato. L'aspetto positivo di questo motore è che è semplice e funziona molto bene. Un motore ben progettato offre una grande potenza anche se è piccolo. Per imparare tutto sui sistemi che utilizzano un motore, bisogna innanzitutto comprendere questa idea principale. Tutto inizia con il campo magnetico che gira all'interno del motore.
Che cos'è uno statore? Il nome stesso fornisce un indizio: rimane in un posto. Lo statore è la parte del motore che non si muove. È un componente principale del motore costituito da bobine di filo. Quando l'elettricità passa attraverso queste bobine di filo, lo statore diventa un forte magnete che utilizza l'elettricità. Può creare un forte campo magnetico. Lo statore non si muove affatto. Il suo compito è quello di creare il campo magnetico in movimento che fa andare il motore.
Si può pensare che lo statore sia come il corpo di un motore. Tiene in posizione tutte le parti e fa il lavoro duro. Le bobine dello statore sono suddivise in gruppi. Un controllore invia energia a questi gruppi, uno dopo l'altro. È questo che fa girare il campo magnetico. Il numero di gruppi, o poli, presenti sullo statore aiuta a controllare la velocità e la forza di rotazione del motore. Un motore con più poli ha spesso una coppia maggiore, ma non gira altrettanto velocemente.
Il modo in cui è progettato lo statore è molto importante per il buon funzionamento del motore. Il modo in cui i fili sono avvolti e il tipo di materiale al centro possono modificare la potenza del motore e il suo utilizzo dell'energia. Un buon design dello statore è un elemento molto importante per qualsiasi motore che debba funzionare bene. Lo statore è come il cuore del motore. Produce l'energia che fa muovere tutto il resto. Questa parte del motore è davvero necessaria.
Se lo statore è la parte che rimane ferma, il rotore è la parte che gira. Il rotore di un motore brushless presenta un elemento molto importante: un gruppo di forti magneti. Questi sono noti come magneti del rotore. Questi magneti sono permanenti. Ciò significa che hanno un proprio campo magnetico che non viene meno, con un polo nord e un polo sud. Sono l'altra parte importante del motore. Il rotore è il componente rotante del motore.
Lo statore genera un campo magnetico rotante. I magneti permanenti sul rotore vengono tirati e spinti da questo campo. Si può immaginare di tenere un magnete e poi usarne un altro per farlo girare senza mai toccarlo. È proprio quello che accade in un motore brushless. I magneti del rotore vogliono allinearsi con il campo magnetico dello statore. Quando il campo dello statore gira, trascina con sé i magneti del rotore. In questo modo si ottiene una rotazione fluida e una forte coppia.
La forza di ciascun magnete e la sua posizione sul rotore sono molto importanti. Dei buoni magneti producono un'attrazione magnetica più forte. Questo fa sì che il motore abbia più coppia e funzioni meglio. I magneti del rotore sono un componente chiave che ha un effetto diretto sulla potenza del motore. Questa semplice spinta e attrazione tra il campo dello statore e il magnete del rotore è ciò che fa funzionare così bene questo tipo di motore. Un legame magnetico forte significa un motore forte.
Un motore brushless ha bisogno di qualcosa che lo controlli. Deve sapere sempre dove si trova il rotore. Per questo motivo è necessario un sistema di retroazione. Il controllore del motore deve conoscere l'esatta posizione dei magneti del rotore. In questo modo può inviare energia alle bobine corrette dello statore al momento giusto. Se non disponesse di queste informazioni, il motore non girerebbe nel modo giusto. Potrebbe muoversi in modo irregolare o non girare. Il sistema di retroazione è come gli occhi e le orecchie del motore.
Questo sistema di retroazione invia sempre informazioni sulla posizione al controllore. Il controllore utilizza queste informazioni per modificare l'elettricità inviata allo statore. In questo modo si crea il campo magnetico liscio e rotante che trascina il rotore. Un buon circuito di retroazione è molto importante per controllare il motore in modo preciso. Questo è molto vero per i lavori che richiedono una velocità o una posizione precisa. L'elemento di retroazione è un componente del motore molto importante.
Esistono diversi tipi di parti di feedback. Ogni tipo è adatto a cose diverse. Il tipo di sistema di feedback scelto dipende dal lavoro che si deve svolgere. Alcuni lavori richiedono informazioni molto precise sulla posizione. Altri lavori potrebbero necessitare di semplici informazioni sulla velocità. Il giusto sistema di retroazione farà in modo che il motore funzioni al meglio. Un motore privo di feedback è come se cercasse di volare con gli occhi chiusi. La retroazione dà al motore il controllo. La retroazione è molto importante.
Che cos'è un encoder? L'encoder è una sorta di elemento di retroazione. È un elemento molto comune che viene utilizzato con i motori brushless. Il suo compito è quello di far conoscere al controllore l'esatta posizione e velocità dell'albero del motore. Uso molto l'encoder nel mio lavoro perché fornisce un feedback molto preciso. Un encoder fornisce molte più informazioni rispetto ai sensori più semplici.
Un encoder funziona emettendo una serie di segnali elettrici durante la rotazione del motore. Può essere un encoder magnetico o uno che utilizza la luce. Un encoder ottico ha un dischetto con delle linee. Una luce viene fatta passare attraverso il disco. Quando il motore gira, le linee bloccano la luce, generando così dei segnali. Un encoder magnetico ha un magnete speciale e dei sensori che fanno una cosa simile. Il controllore conta questi segnali per conoscere l'esatta posizione del rotore. Se un encoder è in grado di produrre più segnali in un giro, il feedback sulla posizione è più preciso.
Queste informazioni esatte rendono l'encoder la scelta perfetta per molte attività. I robot, le macchine da taglio speciali e le stampanti devono conoscere la posizione esatta di un motore. Un encoder fornisce loro questo importante feedback. L'uso di un encoder può migliorare il funzionamento di un sistema. Permette di controllare la velocità e la posizione in modo molto preciso. Le informazioni fornite dall'encoder aiutano il motore a funzionare in modo regolare e a consumare meno energia. L'encoder è un ottimo elemento per qualsiasi lavoro che richieda il controllo del movimento. L'encoder è un'ottima parte del motore.
Abbiamo imparato che un motore brushless ha bisogno di feedback. Ma come ottiene queste informazioni sulla sua posizione? Oltre a un encoder che fornisce molti dettagli, molti progetti di motori BLDC utilizzano un componente più semplice. Utilizzano sensori a effetto Hall. Si tratta di sensori piccoli e semplici in grado di percepire un campo magnetico. Di solito sono collocati all'interno del motore, vicino ai magneti del rotore. Si tratta di un metodo molto comune e a basso costo per ottenere un feedback di posizione.
Quando il rotore gira, i suoi magneti passano davanti ai sensori a effetto Hall. Ogni magnete ha un polo nord e uno sud. Il sensore è in grado di capire quale polo sta passando e invia un segnale al controllore. La maggior parte dei motori ha tre sensori di Hall. L'andamento dei segnali provenienti da questi tre sensori fornisce al controllore un'idea generale della posizione del rotore. Divide un giro completo in sei parti. Per molti lavori, questo feedback è tutto ciò che serve.
Questo metodo fornisce al controllore le informazioni di base sulla posizione di cui ha bisogno. Il controllore sa quindi quale bobina dello statore alimentare successivamente. In questo modo il rotore continua a girare nella direzione corretta. Non è preciso come un encoder, ma questo tipo di feedback è affidabile e non costa molto. È un modo intelligente di controllare il motore. Il sistema utilizza il magnete sul rotore per effettuare il movimento e fornire un feedback di posizione. Conoscere la posizione del rotore è la parte più importante del funzionamento di un motore brushless.
In molti dei miei progetti non ho molto spazio a disposizione. Ho bisogno di un motore di dimensioni ridotte. Un motore e un encoder separato possono occupare troppo spazio. La buona notizia è che è possibile acquistare un motore con la parte di retroazione già incorporata. Molte aziende vendono un pacchetto motore completo. Ciò significa che il motore, l'encoder o altri sensori sono riuniti in un unico pezzo. Questo rende tutto molto più semplice.
Quando si integra l'elemento di retroazione, si ottiene un sistema più piccolo e più affidabile. L'encoder o il sensore sono già stati posizionati e allineati in fabbrica. In questo modo si risparmia molto tempo quando si montano le cose. Non dovrete preoccuparvi di allineare da soli un encoder delicato. Un unico pacchetto significa anche un minor numero di fili e connettori. In questo modo l'intero progetto appare più pulito ed è meno probabile che si verifichino problemi. È un ottimo modo per supportare un progetto di piccole dimensioni.
Questo modo all-in-one è perfetto per una piccola macchina o un braccio robotico. Cerco sempre di trovare un motore venduto come pacchetto completo. In questo modo si semplifica il lavoro di progettazione. Il costo potrebbe essere un po' più elevato all'inizio. Ma il tempo e il lavoro risparmiati lo rendono di solito un buon affare. Si ottiene un motore pronto all'uso non appena lo si riceve. È possibile integrarlo facilmente nella macchina.
Ecco una tabella che mostra alcune scelte comuni per il feedback:
| Tipo di feedback | Quanto è esatto | Costo | Buono per |
|---|---|---|---|
| Sensori di Hall | Non molto preciso | Basso | Per un semplice controllo della velocità (come nei ventilatori) |
| Encoder magnetico | Piuttosto preciso | Medio | Per molti usi, anche in luoghi difficili |
| Encoder ottico | Molto preciso | Alto | Per quando la posizione deve essere perfetta (robot) |
Quando si cerca un motore, si scopre che spesso viene venduto in "serie". Una serie di motori è un gruppo di motori realizzati in modo simile, ma di dimensioni diverse o con potenze diverse. Ad esempio, una serie può avere motori della stessa larghezza ma di lunghezza diversa. Un motore più lungo della stessa serie avrà di solito una coppia maggiore. In questo modo è facile trovare il motore più adatto alle proprie esigenze.
Quando scelgo una serie di motori, controllo alcuni aspetti fondamentali. Innanzitutto, qual è la gamma di prestazioni? La serie mi offre una buona scelta di coppia e velocità per le mie esigenze? In secondo luogo, quali sono le altre possibilità di scelta? Posso acquistare il motore con diversi avvolgimenti di filo? Posso scegliere il mio elemento di retroazione, come un encoder o i sensori di Hall? Una buona serie di motori dovrebbe offrire delle scelte.
Infine, verifico la qualità e l'aiuto che posso ottenere dall'azienda che lo produce. Il foglio informativo è facile da leggere? Offrono una buona assistenza in caso di domande? La scelta di un motore è una scelta che vi accompagnerà per molto tempo. È importante lavorare con un'azienda che vi aiuterà con il suo prodotto. Una buona serie di motori vi dà la possibilità di scegliere. Vi permette di ingrandire o rimpicciolire il vostro progetto senza dover cambiare tutto ciò che avete impostato. Questa serie di motori è un'ottima scelta.
Scegliere il motore giusto può sembrare difficile. Le scelte sono davvero tante. Ma se prima si fanno alcune considerazioni, si può trovare il motore perfetto. La prima cosa da fare è conoscere le esigenze del vostro lavoro. Che cosa deve fare? Deve andare molto veloce? Avete bisogno di una forte forza di rotazione per sollevare qualcosa di pesante? Dovete controllare la sua posizione in modo preciso? Dovete rispondere a queste domande fin dall'inizio.
Una volta conosciuti i propri obiettivi, è possibile esaminare i dettagli del motore. I due numeri più importanti sono la velocità e la coppia. Assicuratevi che il motore sia in grado di fornire la coppia necessaria alla velocità prevista. Osservate la potenza necessaria. Il motore funzionerà con la tensione di cui disponete? Pensate a quanto è grande e pesante. Il motore sarà in grado di adattarsi al vostro progetto? Un motore piccolo è spesso una buona scelta.
Infine, pensate al luogo in cui il motore verrà utilizzato. Sarà in un luogo caldo o polveroso? Alcuni motori sono fatti per funzionare bene in luoghi difficili. È necessario scegliere il motore giusto che possa durare nel tempo. Non limitatevi a scegliere il motore con la maggiore potenza. Scegliete il motore più adatto al lavoro che state svolgendo. Un po' di pianificazione ora vi eviterà molti problemi in futuro. Questo vi aiuterà a trovare il motore giusto.
Quando si parla di prestazioni di un motore, ci sono alcuni elementi importanti. Il primo è la sua efficienza. Questo dato indica l'efficienza con cui il motore utilizza l'elettricità per far muovere gli oggetti. Un motore ad alta efficienza non spreca molta energia scaldandosi. Questo è molto positivo per gli apparecchi che funzionano a batteria. Significa anche che il motore non si scalda tanto quando è in funzione. Una buona prestazione inizia con una buona efficienza.
Un altro aspetto fondamentale è la coppia in uscita. Si tratta della forza di rotazione che il motore è in grado di produrre. Alcuni lavori hanno bisogno di una coppia elevata all'inizio per partire. Altri lavori hanno bisogno della stessa quantità di coppia per continuare a funzionare. Il diagramma di coppia di un motore mostra la quantità di coppia che può produrre a diverse velocità. Anche la potenza del motore è una parte molto importante delle sue prestazioni.
Infine, si pensi alla risposta dinamica del motore. Si tratta della velocità con cui il motore può reagire per cambiare velocità o direzione. Per un braccio robotico, è necessario un motore in grado di reagire molto rapidamente. Questo dipende dal modo in cui il motore è costruito e dal controllore che viene utilizzato. Tutti questi elementi - efficienza, coppia e risposta - concorrono a determinare le prestazioni del motore. Un buon motore presenta una buona combinazione di tutti e tre gli elementi per il lavoro che deve svolgere. Il motore giusto aiuterà il vostro progetto a essere un successo.
Per velocizzare il progetto, è possibile etichettare le pile di laminazione con dettagli quali tolleranza, materiale, finitura superficiale, se è necessario o meno un isolamento ossidato, quantitàe altro ancora.
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