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Con spazzole o brushless: come scegliere il motore giusto per ogni applicazione

17 Giu 2021
Esperti di Kollmorgen

In realtà non c'è molto dibattito tra motori con spazzole e brushless. Per le nuove versioni ed applicazioni, i motori brushless coprono più del 90% dell'intero mercato. I motori brushless eliminano l'usura e la formazione di archi correlate all'uso di spazzole e sono in generale più efficienti e duraturi. I vecchi sistemi spesso possono trarre beneficio dalla sostituzione dei motori a spazzole con motori brushless, ma in alcuni casi un motore con spazzole può rappresentare la scelta preferita quando occorre mantenere molto semplici le elettroniche di controllo. Analizzeremo i benefici dei motori brushless e spiegheremo perché in talune situazioni i motori con spazzole possono essere una scelta migliore. 

Con spazzole e brushless: cosa suggerisce il nome?  

La differenza principale tra i due motori è insita nel nome: uno è dotato di spazzole , l'altro no. I motori CC con spazzole hanno un nucleo in ferro a cave con avvolgimenti fissati a un commutatore. Le spazzole portano la corrente agli avvolgimenti. Nei motori brushless, al contrario, la commutazione elettronica determina la sequenza di alimentazione degli avvolgimenti dello statore, invece di usare le spazzole e un commutatore fisico. Questi motori hanno una struttura meccanica più semplice, ma sono caratterizzati da architetture di controllo e microprocessori più complessi, tanto che occorrono oltre otto cavi per i motori e i sistemi di controllo.

Se i motori brushless sono semplici a livello meccanico, ma complessi a livello logico, i motori con spazzole sono esattamente il contrario. Hanno una struttura meccanica più complessa a causa dei commutatori a barra e dei gruppi di spazzole, ma per il motore e il sistema di controllo servono solo da due a quattro cavi, il che ne semplifica il controllo attraverso una relazione coppia-velocità lineare. Tuttavia, spazzole e commutatori sono soggetti ad usura e limitano la durata dei motori e, poiché emettono scintille durante l'uso, i motori con spazzole sono generalmente inadatti ad ambienti pericolosi.  

I motori con spazzole possono comunque risultare vantaggiosi in applicazioni che richiedono un ampio foro passante, che può arrivare fino al 70% del diametro esterno del motore. Il foro passante può servire ad esempio per instradare un cavo, come spazio di montaggio per altro hardware o come percorso ottico.

 

Brush Motor Section illustration

 

Brushless Motor Illustration

Confronto tra le prestazioni 

Nella maggior parte delle applicazioni, generalmente un motore brushless è più vantaggioso di un motore con spazzole a livello di prestazioni. Un motore brushless ha potenza superiore, fattore di forma ridotto, maggior densità di coppia, velocità più elevate, sistemi di controllo più complessi per velocità e posizione più precise, e dissipa più facilmente il calore. Il minor attrito interno grazie all'assenza delle spazzole rende inoltre il motore più efficiente e duraturo.  

A questo punto potrebbe sembrare che i motori con spazzole non abbiano da offrire prestazioni analoghe ai rivali brushless, ma sicuramente hanno altri vantaggi. Grazie all'elevato numero di cave, i motori con spazzole vantano una minor oscillazione di coppia rispetto ai modelli brushless (per saperne di più sull'oscillazione di coppia leggi il nostro blog Coppia di cogging e oscillazione di coppia: cosa occorre sapere). Hanno anche un'elevata coppia di stallo e una coppia elevata e uniforme a basse velocità.  

Con spazzole o brushless: quale usare 

Quando abbiamo a che fare con nuove versioni e applicazioni in cui il design richiede prestazioni elevate e sistemi di controllo complessi, i motori brushless non hanno rivali. Tuttavia, quando in un'applicazione occorre soddisfare requisiti specifici a livello di prestazioni, i motori con spazzole possono essere una scelta migliore. Abbinati a sistemi di controllo semplici, sono utili in alcune applicazioni:  

  • Sistemi di posizionamento che richiedono un mantenimento costante del carico. Questo si ottiene grazie all'elevata coppia di stallo (funzionamento di "arresto"). 
  • Sistemi di controllo della velocità che possono sfruttare la coppia elevata a basse velocità (<100 giri/min). 
  • Elevato rapporto tra diametro del foro passante e diametro esterno. 
  • Applicazioni tradizionali con motori a spazzole in cui il passaggio alla tecnologia brushless potrebbe essere antieconomico a causa delle modifiche necessarie all'architettura di controllo. 

Quando passare a un motore brushless 

I motori brushless di un sistema tradizionale possono essere sostituiti da motori brushless, ma questo richiederà molto più di un semplice scambio di motori. Rispetto ai semplici sistemi di controllo di un motore con spazzole, i motori brushless sfruttano mezzi elettronici per determinare la sequenza di alimentazione dello statore. Questo significa che i sistemi di controllo elettronico dovranno essere aggiornati. Il motore non è che un componente del sistema, pertanto occorre considerare il sistema nella sua globalità per stabilire se il passaggio a un motore brushless sarebbe più conveniente rispetto al mantenimento dell'architettura esistente.

 

Large Through-Bore Aspect Ratio Capability illustration

Mentre i moderni sistemi ad alte prestazioni utilizzano i motori brushless, la tecnologia con spazzole può risultare vantaggiosa per i sistemi tradizionali o per sistemi nuovi che richiedano un'elevata coppia di stallo, una coppia elevata a basse velocità o controlli semplici. Kollmorgen vanta le competenze tecniche in materia di prodotti, oltre ad un'ampia gamma di motori standard e con modifiche semplici, per l'adeguamento a sistemi analogici esistenti, lo sviluppo di un nuovo sistema brushless o il passaggio da un motore con spazzole a uno brushless. 

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Questo blog è il risultato della collaborazione di un team di esperti di motion & automation in Kollmorgen, tra cui ingegneri, addetti al servizio clienti ed esperti di progettazione. In qualsiasi fase del vostro progetto vi troviate, noi siamo qui per aiutarvi.

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