I motori DC di FAULHABER - Instancabili e senza coppia residua

A differenza dei tradizionali motori a corrente continua con armature di ferro, i motori DC di FAULHABER sono dotati di una bobina in rame autoportante con avvolgimento inclinato. Oltre a ridurre al minimo il momento d'inerzia del rotore, questo design conferisce agli azionamenti una dinamica massima e un funzionamento preciso senza coppia residua. Questa tecnologia è stata sviluppata dal Dr. Fritz Faulhaber Senior. Grazie alle massime prestazioni con un ingombro minimo, ha permesso di creare nuove opzioni di azionamento per molti settori di applicazione.

L'abbreviazione DC sta per «direct current», che in inglese significa corrente continua. Un motore DC converte la corrente continua in energia meccanica. Tra i componenti più importanti troviamo un rotore mobile, uno statore fisso e un commutatore, che è un invertitore di corrente o di polarità che dirige la corrente nel rotore con una direzione di flusso che cambia continuamente. Nei motori DC tradizionali, il rotore è composto da una bobina avvolta attorno a un'anima in ferro (armatura), circondata esternamente da magneti dello statore a forma di U. Nei motori DC di FAULHABER è il contrario.

Nei motori DC di FAULHABER, lo statore a magneti permanenti è cilindrico e si trova all'interno, mentre il rotore ruota intorno ad esso all'esterno.

Il rotore è composto da una bobina in rame autoportante senza ferro con design ad avvolgimento inclinato. Questa tecnologia è stata sviluppata dal Dr. Fritz Faulhaber Sr. ed è stata messa sotto brevetto nel 1958. Rappresenta il componente chiave dei motori DC di FAULHABER. L’unica eccezione sono i micromotori DC piatti a spazzole della serie SR-Flat, dove il rotore e lo statore sono disposti a forma di disco per ridurne la lunghezza.

Il motore ha un peso complessivo bassissimo per via della bobina in rame autoportante senza ferro. Inoltre, questa struttura garantisce un momento d’inerzia minimo e un funzionamento ad alta precisione e senza coppia residua. Grazie a queste caratteristiche i motori DC di FAULHABER presentano una dinamica e una densità di potenza straordinariamente elevate.

Lo statore di un motore DC è costituito da un magnete permanente. La corrente continua viene condotta nel rotore. Questo produce dei campi magnetici che vengono respinti o attratti dai poli magnetici dello statore. Questa forza genera il movimento del motore DC. Il commutatore inverte continuamente la direzione di flusso della corrente e quindi la polarità dei campi magnetici. In questo modo, da una singola attrazione e repulsione dei poli può derivare una rotazione continua. La corrente viene trasmessa al rotore da un contatto strisciante, le cosiddette «spazzole».

Questa trasmissione di corrente viene definita commutazione. FAULHABER offre due varianti:

• La commutazione in metallo prezioso ha una bassa densità di corrente e una bassa resistenza di contatto. Questa tipologia è particolarmente adatta alle applicazioni a bassa potenza, alimentate a batteria e con basse tensioni di avviamento.
• Nella commutazione in grafite le spazzole caricate a molla sono fatte di una combinazione di grafite insieme al rame o all’argento. Hanno un'ampia superficie di contatto e raggiungono un'elevata forza di contatto per un’ottimale trasmissione di potenza all'avvolgimento, anche in caso di urti o vibrazioni.

I parametri basilari sono:

• Corrente nominale e tensione nominale
• Velocità e coppia
• Dimensioni (lunghezza e diametro max)

Tra le numerose varianti di prodotto proposte da FAULHABER c'è quasi sempre un azionamento in grado di offrire la soluzione perfetta per i vostri requisiti. Aggiungendo un riduttore, ad esempio, è possibile ampliare notevolmente la gamma di velocità o regolare la coppia. FAULHABER offre un’ampia gamma di riduttori perfettamente coordinati ai motori DC.

La posizione e il tipo di punti di montaggio così come il diametro dell’albero possono rivestire un ruolo importante nella scelta. Inoltre, bisogna tener conto anche delle condizioni di impiego esterne. In caso di condizioni ambientali avverse, come l’umidità, la polvere, la pressione negativa o le temperature estreme, potrebbero essere richiesti un determinato grado di protezione, l’idoneità al vuoto o un intervallo di temperatura particolarmente ampio.

Anche gli accessori disponibili possono rappresentare un fattore importante. FAULHABER offre la più ampia selezione del settore di possibili combinazioni personalizzate per i propri motori DC: La gamma di prodotti comprende oltre ai riduttori di precisione (riduttori planetari, riduttori a stadi e riduttori a stadi senza gioco) anche encoder ad alta risoluzione (encoder incrementali ed assoluti) e controlli performanti (controlli di velocità, controlli di posizione). Il nostro Drive Calculator permette di trovare facilmente e rapidamente il motore DC più adatto per le proprie esigenze. Offriamo anche la produzione personalizzata di azionamenti configurati per un'applicazione specifica.

Il nostro tutorial Motor Calculations for Coreless Brush DC Motors (Come eseguire i calcoli per motori DC a spazzole senza ferro) spiega come avviene il calcolo dei parametri essenziali di un azionamento per un'applicazione. Aiuta gli utenti a selezionare il giusto motore DC per l'applicazione o un prototipo. Il tutorial riassume i metodi, le formule e i dettagli di calcolo più importanti che consentono di determinare la potenza di uscita, la curva caratteristica velocità-coppia e le curve caratteristiche di corrente ed efficienza.

I motori DC a spazzole presentano vantaggi costruttivi che possono rivestire un ruolo importante durante la scelta di un motore.

• Controllo semplice, facilità di integrazione
  Nei motori brushless, il campo rotante deve variare continuamente e questo richiede un circuito di feedback e un certo sforzo di controllo. Un motore DC a spazzole, invece, richiede solo un collegamento alla tensione continua. Questo vuol dire che può essere facilmente integrato in qualsiasi controllo.
   
• Basso momento di inerzia, dinamica elevata
  Nei motori DC di FAULHABER, a ruotare è un avvolgimento in rame autoportante senza ferro con una massa ridottissima e un conseguente momento d'inerzia minimo. Questo conferisce al motore un alto livello di dinamica: Offre prestazioni elevate anche in caso di tensione di avviamento bassissima ed è in grado di funzionare anche a basse velocità. Questo è particolarmente importante quando l'alimentazione è a batteria. Al contempo, è in grado di eseguire velocissimi cambi di velocità. A causa del basso momento di inerzia, però, hanno una capacità di sovraccarico limitata.
   
• Struttura semplice, soluzioni economicamente vantaggiose
  Grazie alla semplicità del loro design, i motori DC a spazzole richiedono poca elettronica e, a seconda della versione, funzionano anche con componenti semplici. Questo consente di realizzare soluzioni davvero vantaggiose dal punto di vista economico.

A confronto, i motori brushless CC richiedono un'elettronica decisamente più complessa. Questo significa inoltre che sono più costosi e richiedono uno sforzo di integrazione maggiore. Poiché la bobina è fissa mentre i magneti si muovono, il momento di inerzia è maggiore in questo tipo di motore. Richiede una tensione di avviamento più elevata, ma allo stesso tempo può sopportare un sovraccarico maggiore. I motori brushless CC mostrano i propri punti di forza soprattutto in condizioni di sovraccarico frequenti e in applicazioni con funzionamento continuo in cui è richiesta la massima vita utile: non richiedono spazzole, che sono soggette a usura. Sono disponibili anche come motori piatti con una lunghezza complessiva molto ridotta.