Cos'è e come funziona il MOTORE BRUSHLESS - Momento torcente - Effetto Hall - Animazione 3D

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In questo video parleremo di un motore in corrente continua, ideale per applicazioni in cui serve:affidabilità, scarsa o nessuna manutenzione, silenziosità, controllo della velocità e basso costo.

Nello specifico spiegheremo cos’è e come funziona il motore “brushless”, il nome stesso ci dice già qualcosa, è un motore, appunto, senza spazzole.
Come avevamo già visto nel nostro precedente video sul funzionamento del motore in corrente continua, le spazzole sono dei dispositivi che hanno la funzione di trasferire l’elettricità agli avvolgimenti di rame del motore, tramite strisciamento.
Il motore brushless non presentando contatti striscianti sul collettore del rotore, risolve completamente il problema della manutenzione e sostituzione di contatti e spazzole.
JAES, nel suo catalogo è grado di offrire molte tipologie di motori brushless di moltissimi produttori.
A differenza del motore elettrico a spazzole, nel motore brushless, non essendoci parti striscianti, non si creano scintille o rumori da attrito.
Questa è una caratteristica fondamentale per il motore brushless che lo rende adatto ad essere utilizzato in ambienti dove le scintille sono pericolose. Per esempio in ambienti con gas infiammabili.
Si tratta di un tipo di motore che ha il rotore con magneti permanenti, non potrebbe essere diversamente, dato che, appunto, non sono previsti contatti sul rotore.
Lo statore ha invece degli elettromagneti eccitati tramite avvolgimenti in bobine.
Questa è una differenza importante rispetto ai tradizionali motori a spazzole in quanto questi ultimi possono avere sia statore che rotore composti da elettromagneti, per incrementare i campi magnetici e quindi avere una densità di potenza meccanica, per unità di peso del motore, più elevata.
La coppia torcente del motore brushless è dovuta all’interazione magnetica imposta dagli elettromagneti sui magneti permanenti.
Esiste una precisa sequenza di eccitazione degli elettromagneti che impone ai magneti permanenti un movimento angolare sempre nella stessa direzione, ed il più possibile costante, a parità di eccitazione.
Quando scorre l’elettricità nella bobina 1, i poli opposti del rotore e dello statore sono attratti l’un l’altro.
Quando il rotore si avvicina alla bobina 1, nella bobina 2 scorre l’elettricità. Quando il rotore si avvicina alla bobina 2, nella bobina 3 scorre l’elettricità. Successivamente nella bobina 1 scorrerà di nuovo l’elettricità, ma con polarità opposta. Questo processo è ripetuto continuamente all’interno del motore e assicura una rotazione costante del rotore.
Ovviamente la sequenza è ciclica e il rotore continua fino a quando è alimentato, ripetendo la sequenza, e quindi la propria rotazione.
Per chiarire meglio: la sequenza di eccitazione degli elettromagneti dello statore è tale che i magneti del rotore sono attratti dagli elettromagneti, senza comunque mai raggiungerli, in quanto l’eccitazione è sempre e solo di quelle bobine “non ancora raggiunte”.
Un esempio per capire meglio questo principio, è rappresentato dalla corsa dei cani in cui si mette una lepre davanti ai levrieri a distanza tale da essere vista ma mai raggiunta.
I cani in questa analogia sono il rotore che insegue il flusso magnetico generato nelle bobine dello statore in esatta sequenza.
Nel caso di più bobine, sempre multipli di 2, ha senso utilizzare una sequenza che le utilizzi tutte in modo da aumentare il flusso magnetico a cui i magneti permanenti sono soggetti, e spegnendo solo gli elettromagneti in opposizione.
Questa semplice accortezza aumenta il momento torcente, ossia la potenza che il motore può fornire, senza modificare sostanzialmente la struttura costruttiva.
Maggiore è il numero delle bobine tanto più fluido è il movimento del rotore, che avrà così un Momento Torcente costante.
Ma come fa il nostro motore brushless a sapere il preciso istante in cui eccitare la corretta sequenza di elettromagneti per permettere la continuità del movimento rotatorio?
A questo scopo si utilizza tipicamente un DRIVER che ha un sensore per rilevare la posizione dei magneti del rotore e pilotare dunque l’alimentazione delle bobine. Tramite l’opportuna sequenza di eccitazione.
Il sensore nei moderni motori brushless sfrutta l’effetto Hall. In questa animazione possiamo osservare la configurazione di un sensore standard.
Questo è un semplice dispositivo a 2 poli che può pilotare 2 o 4 o 8 o più elettromagneti nella sequenza appena vista.
Mentre questa è la rappresentazione di una sua disposizione circuitale classica con dei diodi di protezione. È necessario aggiungere dei diodi per proteggere il sensore dalle correnti di autoinduzione negative, nel caso in cui si dovesse togliere l’alimentazione in modo repentino ad una delle bobine...

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