Il motore brushless, come funziona e importanza nell'industria del futuro

Che cosa è un motore brushless

Il motore elettrico brushless è un tipo di motore elettrico che funziona in corrente continua e dispone di un rotore a magneti permanenti. A differenza di un motore DC con spazzole, questo non ha bisogno dell'aiuto di spazzole per funzionare perché commuta automaticamente il flusso di potenza all'interno dei suoi avvolgimenti. Ciò significa una minore resistenza meccanica ed elimina la possibilità di scintille all'aumentare della velocità. Anche le esigenze di manutenzione sono notevolmente ridotte.

Come funziona un motore brushless

I motori sincroni brusless (brush = spazzola, less = meno, in sostanza: motori senza spazzole) rientrano nella categoria dei motori passo-passo con la seguente modifica rispetto a quanto abbiamo detto precedentemente:

- il commutatore elettronico che invia impulsi nella opportuna sequenza agli avvolgimenti statorici è asservito ad un sensore di posizione dell’albero, in modo che il commutatore stesso possa inviare i richiesti impulsi quando il rotore si trova in posizione tale da risentire della massima coppia.

Ad esempio, consideriamo un motore passo-passo come in figura.

Nella posizione indicata in figura supponiamo che sia:

Fase 1

La coppia è sicuramene forte, ma man mano che il rotore avanza (abbiamo supposto in senso orario) la coppia cala fino ad annullarsi quando il rotore è verticale in quanto il braccio delle due forze agenti sul rotore è nullo. Non conviene allora aspettare tale situazione (rotore verticale) per passare alla fase successiva:

Fase 2

Certamente una coppia in media maggiore (a parità di correnti di eccitazione) la si ottiene se:

- quando il rotore è all’incirca inclinato di 45° in figura (ed è il sensore che avvisa di ciò), il commutatore elettronico dà gli impulsi necessari per passare alla «fase 2» suddetta.

Riassumendo: tali motori danno maggior garanzia di mantenere il passo ed hanno, a parità di correnti statoriche € di caratteristiche strutturali, coppia maggiore.

I motori brushless passo-passo

Nei motori sincroni «tradizionali» il campo magnetico rotante è ottenuto mediante un sistema trifase equilibrato di correnti circolanti negli avvolgimenti statorici; si tratta cioè di un campo alla «Galileo Ferraris».
Nulla vieta di realizzare il campo magnetico rotante con elettromagneti eccitati in corrente continua come schematizzato in figura. Gli avvolgimenti eccitatori possono essere (presi singolarmente):

a) non percorsi da corrente (è come se non ci fossero i corrispondenti elettromagneti);
b) percorsi da corrente continua in moto tale da produrre un polo Nord;
c) percorsi da corrente continua in senso contrario al precedente in modo tale da produrre un polo Sud.

Sì può allora pensare di produrre un campo magnetico rotante a 4 poli nel modo seguente:

Fase 1 - Con corrente continua in senso opportuno (seguite sulla figura mentre leggete):

(elettromagneti 2-4-6-8 diseccitati).

Fase 2 - Successivamente modifichiamo la situazione nel modo seguente:

 
(elettromagneti 1-3-5-7 diseccitati). Cosa è successo? Evidentemente il campo magnetico ha la stessa configurazione di prima, ma ruotata di 45° in senso orario.

Fase 3 - Successivamente ancora:

 
(elettromagneti 2-4-6-8 diseccitati). Il campo magnetico ha compiuto una ulteriore rotazione di 45°.

Fase 4 - Ancora successivamente:

(elettromagneti 1-3-5-7 diseccitati) e il campo magnetico ha compiuto un’altra rotazione di 45°.

Ormai avete capito benissimo e, se vi va, potete anche continuare da soli, ma vi accorgerete che la fase successiva alla 4 è la fase 1. Insomma, le 4 fasi indicate si susseguono ciclicamente. Si tratta di un campo rotante a quattro fasi (e il motore che ne deriva si chiama motore passo-passo a quattro fasi).

Il mercato dei motori brushless nel futuro dell'industria

Si prevede che la dimensione del mercato globale dei motori Brushless raggiungerà i 23,52 miliardi di dollari entro il 2028, esibendo un CAGR dell'8,4% durante il periodo di previsione. Si prevede che l'aumento dell'adozione di motori brushless ad alta efficienza energetica in tutto il mondo e la transizione dell'industria automobilistica globale verso i veicoli elettrici aumenterà considerevolmente il mercato globale dei motori brushless.

L'industria globale dei veicoli elettrici si è notevolmente ampliata negli ultimi anni grazie alle politiche di supporto sostenute e all'aumento dei progressi tecnologici. Secondo l'IEA, si stima che le vendite globali di auto elettriche raggiungeranno nei prossimi anni un aumento del 40 % su base annua. Ciò è attribuibile ai crescenti progressi tecnologici e all'aumento delle politiche ambientali e di sostenibilità da parte dei governi.

I veicoli elettrici sono considerati uno degli importanti sviluppi tecnologici per ridurre e controllare l'aumento dell'inquinamento atmosferico nelle aree densamente popolate. È anche considerata una scelta promettente per contribuire alla riduzione delle emissioni di gas serra. Gli altri vantaggi del veicolo elettrico includono una migliore efficienza rispetto ai veicoli con motore a combustione interna e zero emissioni dallo scarico.