Principi base dei motori c.c. a spazzole

Questo blog tratta della composizione e del funzionamento dei motori a spazzole c.c., oltre che di alcune particolarità sul loro utilizzo. I motori a spazzole c.c. (BDC) hanno quattro componenti principali: statore, rotore, commutatore e spazzole.

• Lo statore contiene o magneti permanenti o elettromagneti e rimane fisso.
• Il rotore, chiamato anche armatura, è la parte del motore che ruota.
• Il commutatore è la parte del motore che stabilisce un collegamento tra il rotore e le spazzole.
• Le spazzole sono collegate alla fonte di alimentazione c.c.

Per comprendere sino in fondo il funzionamento di un motore a spazzole c.c., possiamo analizzare un modello di base. Qui potete vedere un avvolgimento (rotore), collegato a un commutatore dotato di spazzole, collegato a una batteria, con i magneti (lo statore) sull'altro lato dell'avvolgimento. L'energia della batteria trasforma l'avvolgimento in un elettromagnete che contrasta la forza del campo dei magneti che si trovano su entrambi i lati.

Durante la rotazione dell'avvolgimento, ciascun lato del commutatore finirà per fare contatto con la spazzola opposta, cambiando la polarità. Il cambiamento avviene quando un lato dell'avvolgimento si avvicina al magnete opposto che lo attrae e cambia la polarità, in modo che il magnete che inizialmente lo attraeva lo respinga. È così che la rotazione può continuare. Tuttavia, come non è difficile immaginare, la rotazione così ottenuta non è molto fluida. Per renderla uniforme e mantenerla fluida, al rotore vengono aggiunti altri avvolgimenti e commutatori.

Ora, mentre le spazzole interrompono la continuità con ogni sezione del commutatore, si verifica un picco transitorio di tensione nella direzione opposta (o polarità inversa). Il picco transitorio produce rumore elettrico che può essere fonte di grossi problemi se la stessa fonte di tensione è collegata anche a dispositivi elettronici sensibili. Per far fronte a ciò, e ridurre il rumore generato, occorre aggiungere un TVS bidirezionale per i motori che cambiano direzione oppure un TVS unidirezionale per i motori che girano in un'unica direzione.

Il vostro dispositivo necessita di un freno immediato? Potete ottenerlo cortocircuitando i conduttori del motore, un metodo efficace per cortocircuitare efficacemente l'energia generata dal motore, che altrimenti lo manterrebbe in funzione per un breve periodo. Questo processo, chiamato frenatura dinamica, costringe gli avvolgimenti dell'indotto a contrastare i magneti e impedisce all'albero di ruotare. Se il motore è collegato a un carico con una grande quantità di moto, la frenatura dinamica può riscaldare eccessivamente il motore, arrivando anche a determinare un arresto per surriscaldamento dell'avvolgimento dell'indotto. Collocando in serie un grande resistore di potenza si contribuisce a eliminare il problema.

Per ulteriori informazioni sui motori a spazzole c.c. oppure per scoprire altri tipi di motori, vi rimandiamo ai video della serie "Another Teaching Moment".