Micromotori: quale scegliere? Ecco come orientarsi

Il primo passo per identificare fra i micromotori quello più idoneo tra le molteplici opzioni disponibili sul mercato è definire i requisiti dell’applicazione unitamente all’ambiente e alla modalità d’uso.

La decisione finale sarà il risultato bilanciato tra dimensioni, prestazioni, affidabilità e costo.

Se poi non si riesce a identificare il prodotto tra quelli disponibili, è possibile rivolgersi direttamente ai produttori per richiedere la realizzazione di micromotori personalizzati.

Le doti dei micromotori di qualità

I micromotori non sono tutti uguali e, tra le doti di cui tenere conto per la scelta vi sono:

  • il lungo ciclo di vita, che va valutato in base all’applicazione e che risulta necessario, per esempio, per apparati medici come le pompe per insulina;
  • un livello di controllo preciso, indispensabile per applicazioni di automazione avanzata come, per esempio, la realizzazione di mani robotiche.
  • l’elevata resistenza al carico meccanico, essenziale in applicazioni quali le macchine per l’esecuzione di tatuaggi. In questi casi, è bene ricordare che è importante valutare la direzione della forza applicata sull’albero motore (radiale o di spinta) per evitare che diventi eccessiva e possa danneggiare il motore o l’albero;
  • l’ampio range di temperature di esercizio supportato è fondamentale per alcune applicazioni come, per esempio, la realizzazione di serrature elettroniche o di videocamere di sicurezza che sono costantemente esposte agli agenti atmosferici;
  • l’elevata silenziosità è un requisito fondamentale, per esempio, nella realizzazione delle ottiche per le telecamere di broadcasting, per evitare che il rumore per i movimenti di zoom o messa a fuoco, entri nella registrazione video;
  • il basso livello di vibrazioni è necessario per la realizzazione di apparati dove va ridotto al minimo il disagio dell’operatore come, per esempio la realizzazione di mandrini ad alta velocità in strumenti chirurgici.

Le caratteristiche tecniche da considerare

Una serie di caratteristiche tecniche deve essere valutata prima di pervenire alla scelta del micromotore idoneo.

Alcune voci dell’elenco seguente possono apparire ovvie, ma l’esperienza dimostra che, sovente, gli aspetti elencati vengono sottovalutati o trascurati.

  • Dimensioni: è fondamentale tenere sempre ben presente i limiti entro i quali il micromotore può essere posizionato ovvero controllare la massima lunghezza e diametro ammessi, tenendo conto anche dell’albero di trasmissione.
  • Alimentazione: la coppia e la velocità di rotazione del motore dipendono dalla tensione e dalla corrente fornite dall’alimentatore; è quindi essenziale verificare qual è la tensione nominale richiesta, se la fonte di alimentazione è stabilizzata o a batteria.
  • Coppia e velocità di rotazione: la definizione di questi requisiti può essere calcolata o simulata in base all’applicazione. Quando questo non è possibile è consigliabile provare con un motore di dimensioni relativamente grandi, abbastanza potente per far funzionare l’applicazione, e misurare la corrente del motore durante il funzionamento.
  • Velocità di risposta: viene tipicamente parametrizzata in base alla costante di tempo meccanica che corrisponde al tempo richiesto dal motore per raggiungere il 63,2% della sua massima velocità in condizioni di assenza di carico.
  • Efficienza massima: è una misura che fornisce indicazioni indirette sul livello di dissipazione termica e sull’eventuale durata delle batterie.
  • Tempo e frequenza di utilizzo: valutare quanto spesso viene utilizzato il motore all’interno di un ciclo di funzionamento e quanto sono frequenti i cicli è essenziale per garantire un ciclo di vita del motore compatibile con quello dell’applicazione.
  • Design coreless: un micromotore progettato in modalità coreless (ovvero privo del nucleo di ferro attorno al quale viena effettuato l’avvolgimento in rame) ha una incrementata rapidità di risposta, può essere più facilmente miniaturizzato e non risente del cosiddetto effetto “cogging” garantendo una regolazione più precisa e riducendo ulteriormente il rumore e le vibrazioni. Quando tutte queste esigenze sono importanti, scegliere un design coreless diventa una scelta irrinunciabile.
  • Brushless o brushed: I micromotori dotati di spazzole (brushed) sono adatti ad applicazioni che richiedono una maggiore linearità di movimento e controllo soprattutto in regimi di bassa velocità di rotazione (inferiore a 1000 giri/minuto). I micromotori privi di spazzole e commutatore (brushless) sono indicati per applicazioni ad alta velocità, che richiedono maggiore potenza. Sono meno soggetti a usura e, di conseguenza, adatti ad applicazioni che richiedono un lungo ciclo di vita; inoltre sono più silenziosi rispetto ai motori brushed.
  • Commutazione in metallo prezioso e a grafite: I micromotori brushed possono essere dotati di un sistema di commutazione in metallo prezioso, più adatto per applicazioni a bassa corrente e dispositivi a batteria oppure di un sistema di commutazione in grafite che li rende più robusti, adatti ad applicazioni dinamiche ma caratterizzati da dimensioni maggiori.

Scegliere un micromotore nella fase di progettazione

Quando si stanno realizzando nuove soluzioni o prodotti che richiedono un micromotore il progettista difficilmente dispone in anticipo di tutte le informazioni necessarie per selezionare il dispositivo più adatto all’applicazione in divenire.

Va ricordato che il micromotore rappresenta tipicamente solo un tassello di un puzzle più ampio. La scelta iniziale, spesso, deve avvenire sulla base di informazioni limitate ed è, quindi, necessario prevedere una serie di passaggi e test successivi per le opportune operazioni di messa a punto e modifica prima di trovare la soluzione ideale.

Premesso che la possibilità di disporre di informazioni più accurate possibile nella prima fase di sviluppo è sempre auspicabile, l’approccio più razionale nella scelta di acquisto dovrebbe seguire le seguenti fasi:

  • definire le esigenze e i requisiti nel modo più preciso possibile;
  • effettuare una prima prova con un micromotore standard;
  • realizzare una seconda e terza prova con motori customizzati in base alle specifiche richieste dell’applicazione;
  • definire le specifiche definitive;
  • solo a questo punto confermare la quantità e le opzioni di consegna.
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