Tipi di motori ad alta coppia e applicazioni
I motori torque sono motori con una coppia particolarmente elevata. Ciò significa che spesso si può fare a meno di un riduttore aggiuntivo. Per questo motivo i motori torque vengono anche chiamati azionamenti diretti. Questi motori elettrici sono solitamente relativamente corti rispetto ai motori ad alta velocità. D’altra parte, i motori a coppia elevata hanno solitamente un diametro elevato. L’ampio diametro del rotore garantisce una coppia elevata nella gamma di velocità più bassa. Al contrario, i motori ad alta velocità hanno solitamente un diametro ridotto. E di solito sono relativamente lunghi. La coppia dei motori ad alta velocità è molto più bassa in confronto, ma raggiungono velocità più elevate. La coppia di solito si riduce molto più rapidamente con i motori ad alta velocità. Tuttavia, questo dipende molto dal tipo di motore elettrico utilizzato come motore a coppia elevata. Nel video di YouTube che segue, vengono presentati tutti i principali tipi di motori a coppia elevata.
Tipi di motori ad alta coppia
I motori CA e i motori BLDC senza spazzole sono utilizzati principalmente per i motori di coppia. Spesso vengono chiamati anche motori CC senza spazzole. Esistono due modelli di motori elettrici a coppia elevata che vengono utilizzati principalmente. Si tratta dei motori a flusso assiale e dei motori a flusso radiale. I motori a flusso radiale possono essere ulteriormente suddivisi in due tipi diversi. Si tratta di motori con rotori interni e rotori esterni. I rotori esterni sono utilizzati principalmente per i motori a flusso radiale ad alta coppia. Anche i motori a flusso trasversale possono generare coppie elevate. Tuttavia, sono utilizzati molto raramente nell’industria. Di norma, per tutti questi tipi di motori elettrici si utilizzano magneti permanenti. Questo perché i magneti permanenti possono ottenere una coppia maggiore dal motore a parità di corrente di fase. Tuttavia, è ovviamente possibile costruire un motore a coppia elevata anche senza magneti permanenti. Ad esempio, come motore a riluttanza con rotore esterno. Nel video di YouTube qui sotto è possibile vedere un’animazione di un motore a riluttanza a coppia elevata.
Video sui motori ad alta coppia
Progettazione di motori torque
Cosa rende così speciale un motore a coppia elevata? Il segreto dei motori a coppia elevata è soprattutto il grande diametro. Questo è il motivo principale per cui vengono spesso utilizzati motori a flusso assiale e motori a rotore esterno. Perché questi tipi di motori elettrici sono adatti a motori corti con un grande diametro. Non è il diametro esterno del rotore a essere determinante, ma il diametro del traferro centrale. È qui che le forze meccaniche tra il rotore e lo statore sono generate dal flusso magnetico. Maggiore è il diametro in cui si generano queste forze, maggiore è la coppia risultante. Naturalmente è possibile costruire motori ad alta coppia anche con un diametro ridotto, ma non è così facile. Un’altra caratteristica importante dei motori ad alta coppia è l’elevato numero di magneti permanenti. Tuttavia, la combinazione dei poli dello statore e del rotore deve essere sempre ben assortita. Un altro punto importante è la forza e lo spessore dei magneti permanenti. Quanto più forti e spessi sono i magneti permanenti, tanto maggiore è la coppia. Naturalmente, la coppia può essere aumentata solo entro certi limiti. Di conseguenza, anche la velocità massima che il motore elettrico può raggiungere diminuisce. Questo perché anche la contro-EMF aumenta quando si utilizzano magneti più forti. Esistono naturalmente altri modi per aumentare la coppia. Ad esempio, utilizzando un traferro più piccolo o una corrente di fase più elevata dall’inverter.
Caratteristiche e vantaggi dei motori torque
Grazie alle coppie elevate dei motori elettrici ad alta coppia, in molti casi non è più necessario un riduttore aggiuntivo. In questo modo si eliminano le perdite di un riduttore e si aumenta l’efficienza complessiva dell’azionamento elettrico. Infatti, è costituito solo dal motore ad alta coppia e dall’inverter o dall’elettronica di potenza. Questo è un grande vantaggio per le imbarcazioni e gli aerei elettrici, ad esempio. Ma anche per le moto elettriche e i robot mobili. Tuttavia, i motori ad alta coppia senza riduttore sono solitamente più grandi dei motori elettrici con riduttore. Questo perché il motore a coppia elevata ha di solito una velocità inferiore rispetto a un motore con riduttore. A causa della velocità inferiore, i motori a coppia elevata hanno anche una densità di potenza inferiore. Tuttavia, le dimensioni complessive dei motori ad alta coppia sono solitamente paragonabili a quelle degli azionamenti con riduttore. Tuttavia, questo dipende anche dal tipo di riduttore utilizzato.
Applicazioni del motore a coppia
Esistono due applicazioni principali per le quali i motori ad alta coppia sono particolarmente adatti. La prima è quella in cui sono richieste alta dinamica ed elevata precisione. In altre parole, le applicazioni in cui è necessario spostare un oggetto in modo rapido e preciso da un punto A a un punto B. Si tratta, ad esempio, di robot industriali, macchine utensili e macchine di produzione. D’altro canto, i motori a coppia elevata sono particolarmente adatti per le applicazioni in cui è richiesto un elevato grado di efficienza. Ad esempio, per le lunghe distanze delle moto elettriche e degli aerei.
Applicazioni mobili con motori torque
Grazie alle coppie elevate dei motori elettrici a coppia elevata, in molti casi non è più necessario un riduttore aggiuntivo. Questo elimina le perdite di un cambio e aumenta l’efficienza complessiva dell’azionamento elettrico. La maggiore efficienza complessiva si nota anche in fase di frenata. Ciò significa che durante la frenata è possibile recuperare più energia rispetto a un sistema di azionamento con riduttore.
Applicazioni industriali con motori torque
Grazie alla loro elevata dinamica, i motori ad alta coppia sono utilizzati anche in macchine di produzione, robot e macchine utensili. Per accelerare più rapidamente le masse delle macchine con coppie elevate. Rinunciando al riduttore in una macchina utensile, un motore ad alta coppia non solo consente di lavorare i pezzi più velocemente, ma anche con maggiore precisione. Nelle macchine di produzione, i costi di manutenzione possono essere ridotti rinunciando ai riduttori e utilizzando motori a coppia elevata. Questo perché si tratta solo del motore ad alta coppia e dell’inverter o dell’elettronica di potenza.