Cos'è il motore BLDC e i suoi vantaggi

1.Concetto di motori CC senza spazzole

Un motore DC senza spazzole (BLDC), noto anche come motore brushless o motore DC sincrono, è un tipo di motore che non richiede spazzole o commutatori per il funzionamento. L'ingresso di un motore BLDC è corrente continua (CC), ma essenzialmente simula la corrente alternata (CA) commutando ciclicamente gli interruttori principali dell'inverter. Ciò crea un campo magnetico variabile negli avvolgimenti della bobina, consentendo al rotore del motore di sperimentare una coppia continua e quindi una rotazione continua. I motori BLDC possono essere configurati come monofase, bifase o trifase a seconda del numero di avvolgimenti dello statore. I motori BLDC più comunemente riscontrati sono i motori trifase. Lo schema seguente illustra lo smontaggio di un motore DC brushless trifase.

2.Applicazione di motori CC senza spazzole

Si stima che la dimensione del mercato dei motori BLDC raggiungerà circa 19,76 miliardi di dollari entro il 2022. Con la crescente maturità della tecnologia dei motori BLDC, i motori BLDC hanno trovato ampie applicazioni in vari campi tra cui militare, aerospaziale, industriale, automobilistico, sistemi di controllo civili ed elettrodomestici. Sono comunemente utilizzati in dispositivi a bassa tensione e basso consumo come piccoli robot, droni, biciclette elettriche, aspirapolvere e utensili elettrici.

Di seguito sono elencate alcune applicazioni popolari:

Aspirapolvere/asciugacapelli: quando si tratta di asciugacapelli o aspirapolvere, il marchio più noto è Dyson. L'asciugacapelli Dyson, promosso come 'tecnologia nera di nuova generazione', è dotato del motore digitale intelligente V9, che è più piccolo, leggero e più veloce dei motori tradizionali. Senza l'uso di spazzole di carbone, il motore può raggiungere una velocità fino a 110.000 giri al minuto ed è più piccolo e leggero di altri motori. Il motore utilizzato nel motore digitale di Dyson è un 'motore DC brushless monofase', essenzialmente un tipo di motore BLDC.

Droni/Gimbal:

La chiave per il controllo motorio nei droni è il controllo della velocità e della direzione. I droni più apprezzati sono senza dubbio quelli di DJI. Il diagramma seguente mostra lo smontaggio del drone Spark, con quattro motori BLDC visibili ad ogni angolo.

Applicazioni simili includono i gimbal.

Utensili elettrici: gli utensili elettrici portatili più comuni utilizzati nella vita quotidiana includono chiavi elettriche, trapani e altri Bosch. Il risparmio energetico e l'elevata efficienza dei motori CC senza spazzole, insieme alla continua riduzione del costo degli utensili elettrici portatili, hanno portato a un rapido sviluppo nell'uso dei motori BLDC negli utensili elettrici. I più noti produttori internazionali come Bosch, Dewalt, Milwaukee e altri stanno guidando questa tendenza.

3. Costruzione di motori CC senza spazzole

Statore: lo statore di un motore BLDC è composto da lamiere di acciaio laminate, con avvolgimenti posizionati in fessure scavate lungo l'asse circonferenziale interno. Lo statore è simile a quello di un motore a induzione ma con una diversa distribuzione degli avvolgimenti. La maggior parte dei motori BLDC hanno tre avvolgimenti dello statore collegati a stella, ciascuno costituito da più bobine interconnesse. Le bobine vengono posizionate nelle fessure e interconnesse per formare avvolgimenti. Questi avvolgimenti sono distribuiti lungo la circonferenza dello statore per creare poli magnetici uniformemente distanziati.

Rotore: i motori BLDC utilizzano magneti permanenti come rotore, senza bobine all'interno. I poli magnetici sud e nord del rotore sono disposti alternativamente. Inoltre, con il progresso della tecnologia dei materiali magnetici morbidi e la diminuzione dei prezzi, i materiali delle terre rare al neodimio ferro boro ad alte prestazioni sono sempre più utilizzati per realizzare rotori a magneti permanenti. Il loro elevato prodotto di energia magnetica e le caratteristiche stabili consentono ai motori BLDC di avere migliori proprietà meccaniche e risposta dinamica, nonché efficienza e gamma di velocità più elevate. Ecco un diagramma schematico della sezione trasversale del magnete del rotore tratto da un documento di principio sul BLDC di Microchip:

Sensori Hall: l'aspetto più cruciale del controllo del motore BLDC è l'identificazione della posizione del rotore. Esistono due metodi per l'identificazione della posizione: uno consiste nell'utilizzare sensori di posizione per identificare la posizione del rotore, noti come sensori Hall; l'altro metodo è sensorless, che prevede l'identificazione della posizione del rotore rilevando la forza elettromotrice contraria. Per i motori BLDC con sensori, la maggior parte dei motori BLDC incorpora tre sensori Hall nello statore. Durante ogni commutazione, un avvolgimento è collegato al polo positivo dell'alimentatore di controllo (la corrente entra nell'avvolgimento), il secondo avvolgimento è collegato al polo negativo (la corrente ne esce) e il terzo avvolgimento è in uno stato disconnesso. La coppia è generata dall'interazione tra il campo magnetico prodotto dalle bobine dello statore e il magnete permanente. Quando il polo magnetico del rotore passa vicino al sensore Hall, il sensore emette un segnale di livello alto o basso, indicando che il polo magnetico sud/nord sta passando attraverso la regione rilevata dal sensore Hall. Lo sfasamento tra i segnali emessi dai sensori Hall può essere di 60° o 120°.