Sensori e modalità di feedback per motori BLDC/PMSM*
Affinché un controllore possa pilotare correttamente un motore BLDC (Brushless DC) o PMSM (a magneti permanenti sincroni), deve conoscere costantemente la posizione del rotore.
Questa informazione è indispensabile per sincronizzare la commutazione delle fasi, regolare la coppia, la velocità e, in alcuni casi, la posizione assoluta.
Esistono diverse tecnologie di feedback, ognuna adatta a un livello di prestazione o precisione differente.
Sensori Hall: semplicità e robustezza
Il sistema più comune si basa su tre sensori a effetto Hall, integrati direttamente nel motore.
Questi sensori rilevano il passaggio dei poli magnetici del rotore e forniscono un'informazione digitale (0 o 1) al controllore.
I tre segnali combinati definiscono sei settori di commutazione per giro elettrico.
Il controllore commuta le fasi del motore a ogni cambiamento di stato, il che è sufficiente per mantenere una coppia stabile e una velocità fluida a regime moderato.
Vantaggi:
Soluzione economica e molto affidabile.
Sufficiente per la maggior parte delle applicazioni di trazione, attuatori o automazioni semplici.
Funziona anche a velocità molto bassa (a differenza del sensorless).
Limiti:
Risoluzione limitata (6 posizioni elettriche per giro).
Leggera ondulazione della coppia percepibile a bassa velocità.
I sensori Hall sono quindi un eccellente compromesso semplicità / robustezza / costo per i motori alimentati da 24 a 51,2 V in applicazioni mobili o industriali.
Encoder (incrementale o assoluto): precisione e controllo avanzato
Per le applicazioni che richiedono un controllo preciso della posizione, della velocità o del movimento, i motori sono dotati di un encoder.
Può trattarsi di:
di un encoder incrementale (che genera impulsi A/B e un riferimento Z),
o di un encoder assoluto, che fornisce direttamente la posizione angolare del rotore.
Alcuni encoder forniscono segnali sin/cos, consentendo un'interpolazione molto fine della posizione, con risoluzioni di diverse migliaia di punti per giro.
Vantaggi:
Controllo molto preciso della coppia, della velocità e della posizione.
Indispensabile per i sistemi robotizzati, sincronizzati o multi-asse.
Consente un controllo vettoriale (FOC) performante e fluido.
Limiti:
Costo più elevato.
Richiede un cablaggio e una configurazione più rigorosi.
Questo tipo di feedback è privilegiato nei attuatori elettrici di alta precisione, negli assi delle macchine o nei robot agricoli, dove la riproducibilità del movimento è essenziale.
Sensorless: pilotaggio senza sensore
È anche possibile pilotare un motore BLDC senza sensori fisici.
Il controllore stima quindi la posizione del rotore misurando la forza contro-elettromotrice (back-EMF) generata dagli avvolgimenti al momento della commutazione.
Vantaggi:
Riduzione del costo e della complessità del motore (nessun sensore).
Affidabilità aumentata in alcuni ambienti difficili (polvere, vibrazioni).
Limiti:
Inefficace a velocità molto bassa o all'avvio, poiché la back-EMF è troppo debole per essere misurata.
Meno robusto durante coppie elevate o variazioni rapide di carico.
Le soluzioni sensorless sono adatte per applicazioni in cui il motore funziona principalmente a velocità costante, e dove è possibile un avvio assistito (meccanico o software).
Confronto sintetico
| Tipo di feedback | Principio | Vantaggi | Limiti | Applicazioni tipiche |
| Sensori Hall (3 sensori) | Rilevamento di settori tramite campi magnetici | Semplicità, affidabilità, basso costo | Risoluzione limitata | Trazione, attuatori, automazione standard |
| Encoder (incrementale / assoluto) | Misura precisa della posizione angolare | Alta precisione, controllo fluido | Costo, cablaggio complesso | Robotica, posizionamento, sincronizzazione |
| Sensorless (back-EMF) | Stima tramite tensione indotta | Nessun sensore, manutenzione ridotta | Avvio difficile, meno preciso a bassa velocità | Ventilazione, pompe, azionamenti continui |
In sintesi
La scelta del tipo di sensore dipende dal livello di prestazioni atteso:
Per un pilotaggio robusto ed economico → sensori Hall.
Per un controllo fine e sincronizzato → encoder.
Per un costo minimo e velocità stabili → sensorless.
Il feedback di posizione è un elemento essenziale del controllo del motore, garantendo sia le prestazioni, la sicurezza, che la durabilità del sistema.
*: Le informazioni tecniche presentate in questo articolo sono fornite a titolo indicativo. Non sostituiscono i manuali 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 per un uso improprio o un'interpretazione errata delle informazioni fornite.