Per le applicazioni in cui è necessario evitare l’usura per motivi di purezza, come in campo medico o nella tecnologia dei semiconduttori o perché è indispensabile una lunga vita utile, risulta ideale la commutazione «brushless», ossia elettronica. Con i motori brushless non è possibile creare un collegamento elettrico tramite contatti scorrevoli. L’avvolgimento, perciò, fa parte dello statore, all’interno del quale ruota il magnete permanente. Con questo tipo di commutazione, l’applicazione della tensione ai contatti è controllata elettronicamente. In questo caso, il flusso di corrente nello statore deve corrispondere con precisione alla posizione dell’armatura. La posizione del rotore è generalmente determinata tramite sensori. Per azionare i motori brushless viene generato pertanto un segnale di commutazione elettronica per mezzo di sensori e un controllo. Ciò prevede una serie di diversi processi, che sono descritti qui di seguito:
Commutazione senza sensori
Nei motori molto piccoli non vi è spazio a sufficienza per sensori Hall o dischi encoder. Il volume del sistema di sensori supererebbe, infatti, quello dell'azionamento stesso. Per ovviare a questo problema si ricorre alla cosiddetta commutazione senza sensori. Nel caso dei motori brushless CC, la forza contro-elettromotrice indotta a ritroso nell’avvolgimento dal campo magnetico viene spesso elaborata e analizzata a tale scopo. In questo modo è possibile ottenere sia i segnali necessari alla commutazione dei motori, sia i segnali che contengono le informazioni sulla velocità. Tale principio funziona, tuttavia, solo oltre determinate velocità in quanto il segnale di tensione è debole a basse velocità ed è pari a zero da fermo, determinando così l’interruzione delle informazioni relative alla posizione del rotore.
Commutazione a blocchi
Nel funzionamento a blocchi, i cosiddetti sensori Hall digitali forniscono solo informazioni su quali fili vengono attivati o disattivati successivamente. Di conseguenza, i segnali dei sensori sono rettangolari. Con tre fili vi sono, dunque, sei possibili combinazioni di commutazione. Quest’elettronica relativamente semplice garantisce una bassa usura e facilita anche coppie di avviamento e velocità elevate.
Commutazione sinusoidale
I sensori Hall possono essere utilizzati come encoder per generare una tensione di controllo sinusoidale o una corrente sinusoidale negli avvolgimenti. Se, da un lato, una corrente costante e molto elevata è ideale perché consente di ottenere una coppia elevata, le asimmetrie possono causare interruzioni durante l’inversione della corrente e, a loro volta, determinare oscillazioni nella coppia. Siccome la repentina variazione della corrente è associata all’induzione di una tensione (forza contro-elettromotrice), si possono verificare interazioni con il campo magnetico in grado di generare delle forze nei cuscinetti. Ciò si traduce in una maggiore usura e, in talune condizioni, può causare rumori aggiunti. Questo effetto può essere evitato utilizzando una corrente sinusoidale. L’inversione di corrente si verifica nel punto in cui la corrente avrebbe comunque attraversato la linea dello zero. La commutazione sinusoidale pertanto determina una rumorosità particolarmente ridotta e oscillazioni di coppia minime. Per i motori che utilizzano il principio dell’armatura a campana, queste caratteristiche risultano di grande importanza grazie all’inerzia tipicamente molto bassa. A basse velocità, suscitano un effetto particolarmente positivo.
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