Utilizzo di motori BLDC per meccanismi a basse velocità di rotazione*

I motori a corrente continua senza spazzole (BLDC) sono sempre più utilizzati in applicazioni varie, in particolare per azionare meccanismi a bassa velocità di rotazione, come i motori a ruota.

Tuttavia, per ottenere un coppia elevata a queste basse velocità, l'integrazione di un riduttore è spesso indispensabile.

Questo articolo presenta il ruolo dei riduttori, i loro principali tipi, nonché le basi di calcolo necessarie per ottimizzare l'uso dei motori BLDC in questo contesto.

1. A bassa velocità e alta coppia: l'importanza del riduttore

I riduttori svolgono un ruolo essenziale nella conversione della velocità di rotazione del motore in coppia disponibile all'uscita.

Permettono di moltiplicare la coppia trasmessa alla ruota o all'albero di uscita, il che è cruciale nelle applicazioni che richiedono una forza significativa a bassa velocità (robot mobili, motorizzazioni dirette, azionamenti di precisione, ecc.).

Calcolo del rapporto di riduzione

Il rapporto di riduzione R è definito come segue:

\(R = \frac{n_{motore}}{n_{uscita}}\)

dove:

\(n_{uscita}\) : velocità di rotazione del motore (giri/min)
\(n_{motore}\) : velocità di rotazione in uscita dal riduttore (giri/min)

La coppia di uscita è quindi data dalla relazione:

\(T_{uscita} = T_{motore} \times R \times \eta_{trans} \)

con:

\(T_{motore}\) : coppia nominale del motore
\(R\) : rapporto di riduzione
\(\eta_{trans}\) : rendimento globale del sistema di trasmissione

Questa formula mostra che la coppia in uscita aumenta proporzionalmente al rapporto di riduzione, tenendo conto delle perdite meccaniche (attriti, giochi, deformazioni, ecc.).

2. Caso particolare del motore a ruota

In un'applicazione motore a ruota, il riduttore non si limita ad adattare la velocità:

supporta anche le cariche radiali e assiali generate dal peso del veicolo e dagli sforzi dinamici.

Così:

il dimensionamento dei cuscinetti deve essere eseguito con cura,
la rigidità meccanica del riduttore deve garantire una buona resistenza agli urti,
e l’impermeabilità è spesso un criterio di affidabilità importante (ambiente esterno, polvere, umidità, ecc.).

3. Tipi di riduttori adatti ai motori BLDC

Tipo di riduttore	Vantaggi	Svantaggi	Applicazioni tipiche
A vite senza fine	Rapporto di riduzione elevato, compattezza	Basso rendimento, possibile surriscaldamento	Porte motorizzate, attuatori
Planetario	Eccellente compattezza, buon rendimento, elevata robustezza	Costo più elevato, montaggio preciso necessario	Motori a ruota, robot, AGV
A ingranaggi diritti	Semplicità, buon rendimento	Rumore, ingombro	Macchine utensili, azionamenti fissi
A cinghia	Flessibilità di posizionamento, smorzamento degli urti	Possibile slittamento, manutenzione regolare	Nastri trasportatori, azionamenti flessibili

4. Sicurezza e mantenimento in caso di interruzione di corrente

Per i sistemi in cui la posizione deve essere mantenuta a fermo, si raccomanda di utilizzare un freno a mancanza di corrente.

Questo tipo di freno, spesso a molla, si rilascia solo sotto tensione (tramite un elettromagnete).

Vantaggi:

Maggiore sicurezza in caso di interruzione di corrente
Mantenimento meccanico del sistema su pendenza o in posizione fissa
Protezione contro i movimenti involontari

Questo dispositivo è particolarmente utile per le applicazioni mobili, gli ascensori o qualsiasi sistema che richieda un arresto sicuro.

5. Conclusione

L'uso di motori BLDC per meccanismi a basse velocità di rotazione rappresenta una soluzione efficiente e affidabile.

L'aggiunta di un riduttore ben dimensionato consente di:

massimizzare la coppia disponibile,
ottimizzare il rendimento globale,
e garantire la sicurezza e la durabilità del sistema.

Selezionando il tipo di riduttore appropriato e effettuando i calcoli adeguati, è possibile progettare azionamenti efficaci che rispondano precisamente alle esigenze di ogni applicazione.

*: Le informazioni tecniche presentate in questo articolo sono fornite a titolo indicativo. Non sostituiscono le istruzioni ufficiali dei produttori. Prima di qualsiasi installazione, manipolazione o utilizzo, si prega di consultare la documentazione del prodotto e rispettare le istruzioni di sicurezza. Il sito Torque.works non può essere ritenuto responsabile di un uso improprio o di un'interpretazione errata delle informazioni fornite.