I motori senza alloggiamenti e i motori con alloggiamenti sono due topologie di motori elettrici chiaramente diverse. I loro nomi descrivono la forma delle laminazioni in acciaio elettrico utilizzate nello statore. Questo articolo illustra l’impatto che tale forma ha sulle caratteristiche del motore. È fondamentale comprendere le differenze tra questi due tipi di motore quando si seleziona il motore elettrico corretto per ciascuna applicazione.

Che cos’è un motore con alloggiamenti?

In un motore con alloggiamenti, chiamato anche motore a nucleo in ferro, l’acciaio laminato presenta “denti” in ferro, creando spazi tra un dente e l’altro, chiamati anche cave. In un motore con alloggiamenti, gli avvolgimenti in rame sono avvolti attorno ai denti statorici. I denti in acciaio concentrano il campo magnetico nel traferro.

Il modo più semplice per determinare la topologia del motore di un determinato dispositivo meccatronico è ruotare l’albero per rilevare la presenza o l’assenza della coppia di cogging. Se è presente la coppia di cogging, il motore è un motore a magneti permanenti con alloggiamenti. In caso contrario, potrebbe essere una progettazione senza alloggiamenti. Questo perché i denti in ferro attraggono i magneti sul rotore mentre ruota, creando una rotazione non uniforme, chiamata cogging.

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Che cos’è un motore senza alloggiamenti?

In un motore senza alloggiamenti, l’acciaio laminato ha la forma di un anello liscio ed è posizionato interamente all’esterno degli avvolgimenti dello statore. Cogging non è presente nei motori senza alloggiamenti. In un motore con alloggiamenti, gli avvolgimenti in rame sono avvolti attorno ai denti statorici. Nei motori senza alloggiamenti, l’avvolgimento è realizzato in modo diverso. Esistono diverse tecnologie di avvolgimento per i motori senza alloggiamenti.

Come funziona un motore senza alloggiamenti?

I motori senza alloggiamenti funzionano secondo i principi fondamentali dell’induzione elettromagnetica, come qualsiasi altro motore elettrico in DC. Applicando corrente, gli avvolgimenti dello statore creano un campo magnetico che interagisce con i magneti del rotore, inducendo il movimento di rotazione e generando coppia.

L’assenza di cave nello statore offre diversi vantaggi. L’eliminazione della coppia di cogging, per esempio, consente una rotazione più fluida, rendendo questi motori ideali per applicazioni che richiedono alta precisione e basse vibrazioni. Inoltre, i motori senza alloggiamenti hanno tipicamente induttanza e resistenza più basse, il che si traduce in maggiore efficienza e migliore gestione termica. La progettazione del nucleo liscio permette anche una costruzione del motore più compatta grazie alla sezione sottile, consentendo una densità di potenza più elevata in un ingombro più ridotto.

Le laminazioni in acciaio elettrico sono anche una fonte di perdite dipendenti dalla velocità. Quando il motore ruota, i magneti del rotore creano un campo magnetico alternato che interagisce con l’acciaio elettrico. Queste perdite nello statore sono maggiori nelle parti delle laminazioni dello statore più vicine ai magneti. In un motore con alloggiamenti, le laminazioni sono più vicine al rotore, creando perdite dipendenti dalla velocità più elevate.

Applicazioni dei motori senza alloggiamenti

Le caratteristiche uniche dei motori senza alloggiamenti li rendono adatti a varie applicazioni che richiedono precisione, alte velocità, elevato rapporto ID/OD ed elevata efficienza. Tra le applicazioni più rilevanti figurano:

• Dispositivi medicali: Utilizzati in sistemi di imaging medicale, strumenti chirurgici e altri dispositivi in cui sono essenziali movimenti precisi e affidabili.
• Aerospazio: Apprezzati in aerospazio per la loro natura leggera e compatta, ottimizzando lo spazio e l’efficienza energetica.
• Difesa: Molte applicazioni nel settore della difesa richiedono alta precisione, tracciamento fluido, basso peso e assenza di cogging, rendendo i motori senza alloggiamenti la scelta ottimale.
• Produzione di Semiconduttori: L’estrema precisione necessaria per produrre semiconduttori può essere ottenuta usando motori senza alloggiamenti.
• Robotica: Ideali per sistemi robotici che richiedono posizionamento esatto e vibrazioni minime.
• Strumenti di precisione: Utilizzati in dispositivi ottici e altri strumenti in cui un movimento accurato e fluido è cruciale.
• Rim-drives marini: Il grande diametro interno consente un’elica di grandi dimensioni in un propulsore a corona, aumentando l’efficienza.

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Motori senza alloggiamenti Alva vs motori con alloggiamenti convenzionali

Un motore senza alloggiamenti e un motore con alloggiamenti hanno punti di forza e debolezze differenti:

• Coppia di picco: Per via della loro progettazione, i motori senza alloggiamenti sono quasi impossibili da saturare, il che significa che solo i limiti termici ne limitano le capacità di coppia di picco. In molte applicazioni, la saturazione delle laminazioni in acciaio limita le capacità di coppia di picco del motore con alloggiamenti.
• Diametro interno: Grazie alle laminazioni sottili in acciaio, un motore senza alloggiamenti ha un rapporto diametro interno/diametro esterno più elevato rispetto a un motore con alloggiamenti, consentendo una progettazione più compatta.
• Precisione: I motori senza alloggiamenti hanno coppia di cogging nulla, e un’erogazione della coppia più lineare per un aumento della coppia rispetto ai motori con alloggiamenti, consentendo un grado di precisione più elevato.
• Tempo di risposta più rapido: I motori senza alloggiamenti hanno induttanza più bassa rispetto ai motori con alloggiamenti, con una costante di tempo elettrica più piccola e una risposta della corrente più rapida all’aumento della tensione.
• Inerzia rotazionale: A causa della maggiore distanza dalle laminazioni dello statore, i motori senza alloggiamenti hanno magneti più grandi rispetto ai motori con alloggiamenti, il che a sua volta aumenta l’inerzia rotazionale del motore.
• Costo: I motori con alloggiamenti utilizzano meno materiale magnetico rispetto ai motori senza alloggiamenti, il che a sua volta può portare a un costo materiale inferiore in produzione per i motori con alloggiamenti.
• Efficienza: Sia i motori senza alloggiamenti sia i motori con alloggiamenti possono raggiungere un’elevata efficienza se progettati correttamente per l’applicazione. A velocità molto elevate, i motori senza alloggiamenti hanno perdite inferiori ed efficienza più alta rispetto ai motori con alloggiamenti.

Alva’s FiberPrinting™ ti offre tutti questi vantaggi. I grafici sotto mostrano tre confronti tra un motore senza alloggiamenti Alva e un motore con alloggiamenti convenzionale, controllati con un driver motore ottimale.

Motori di coppia di precisione senza alloggiamenti

I motori senza alloggiamenti eccellono nelle applicazioni che richiedono posizionamento preciso e movimento altamente controllato. Un motore di coppia è un motore progettato in modo ottimale per un’elevata coppia. L’uso di un motore di coppia di precisione senza alloggiamenti può aumentare le prestazioni nelle applicazioni di precisione grazie alla coppia di cogging nulla e al rapporto coppia-corrente lineare a coppie più elevate. Un motore di coppia senza alloggiamenti praticamente non satura mai, consentendo ai motori di coppia di precisione senza alloggiamenti di raggiungere coppie di picco molto elevate.

In ambiti come la chirurgia robotica, le apparecchiature per semiconduttori e i sistemi di imaging di fascia alta, la precisione fornita dai motori di coppia senza alloggiamenti è spesso critica. Questi motori consentono movimenti e posizionamenti esatti, fondamentali in contesti in cui anche deviazioni minime possono avere conseguenze significative.

I motori senza alloggiamenti presentano vantaggi chiari rispetto ai motori con alloggiamenti, soprattutto in scenari che richiedono alta precisione, funzionamento fluido e progettazione compatta. Una comprensione approfondita delle differenze tra questi tipi di motore è cruciale per selezionare l’opzione più adatta per ciascun progetto.

Nicolas Giraudo

Chief Commercial Officer

nicolas@alvaindustries.com

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