{"id":4285,"date":"2020-07-21T11:19:00","date_gmt":"2020-07-21T11:19:00","guid":{"rendered":"https:\/\/servotecnica.com\/motori-coreless-vs-motori-ironcore\/"},"modified":"2023-02-13T18:49:28","modified_gmt":"2023-02-13T18:49:28","slug":"motori-coreless-vs-motori-ironcore","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/servotecnica.com\/it\/motori-coreless-vs-motori-ironcore\/","title":{"rendered":"Motori coreless vs motori ironcore"},"content":{"rendered":"\n<h2 class=\"wp-block-heading\">LA SFIDA<\/h2>\n\n<p>I motori brushless a magneti permanenti, possono generare moto rotatorio e lineare. Sono noti per l&#8217;alta densit\u00e0 di coppia e l\u2019efficienza elevate. Sono anche comunemente detti motori brushless in corrente continua, motori brushless in corrente alternata, motori sincroni a magneti permanenti o servomotori. Queste macchine elettriche generano essenzialmente coppia (rotatoria) o forza (lineare).<\/p>\n\n<p>Per molte applicazioni nel campo dell\u2019ottica, della scansione, della metrologia, dell&#8217;optoelettrica e del traking, la sfida principale \u00e8 quella di ottenere una coppia\/forza costante e prevedibile. I motori brushless a magneti permanenti tradizionali sono soggetti a coppia di cogging, un disturbo derivante dall\u2019interazione tra il magnete permanente e le cave interposte ai denti dello statore. Il cogging \u00e8 una coppia ciclica con un angolo che crea ripple di coppia (e il corrispondente ripple di velocit\u00e0), andando ad aggiungere un elemento non lineare nel controllo del motore.<\/p>\n\n<p>Nel corso degli anni sono stati adottati vari metodi per ridurre al minimo il cogging come, ad esempio, lamelle elicoidali, magneti elicoidali, speciali modifiche meccaniche e compensazione elettrica nel controller del motore. Nella maggior parte delle applicazioni che richiedono un moto costante con carichi ridotti.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">LA SOLUZIONE<\/h2>\n\n<p>I motori slotless (senza cave) sono stati concepiti per ottimizzare l\u2019uniformit\u00e0 e ottenere una coppia in uscita prevedibile con effetti non lineari minimi. Comunemente definiti motori slotless se rotanti e ironless se lineari, i motori slotless hanno bobine avvolte in aria. Se disposte correttamente, queste bobine interagiscono con il flusso dei magneti permanenti per creare forza o coppia. La coppia di cogging viene eliminata grazie alla rimozione della discontinuit\u00e0 creata dai denti dello statore. La tecnologia slotless \u00e8 particolarmente efficace con i sistemi di precisione ad azionamento diretto, perch\u00e9 tutta la coppia \u00e8 una funzione della corrente di fase e il motore non genera disturbi di coppia indesiderati o non controllati.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">TOPOLOGIA DEL MOTORE<\/h2>\n\n<p>I motori brushless a magneti permanenti presentano due componenti interni fondamentali: il gruppo del magnete permanente e quello delle bobine statoriche. Nella versione rotante questi due componenti sono detti gruppo rotore e gruppo statore, mentre in quella lineare prendono il nome di barra magnetica e forcer. Il rotore\/barra magnetica \u00e8 un componente magnetico costituito da magneti permanenti applicati o immersi in una struttura ferromagnetica. Lo statore\/forcer \u00e8 l\u2019assieme delle bobine opportunamente combinate atte a generare un campo magnetico con varie fasi, tre nella realizzazione pi\u00f9 comune.&#13;\nLa parte restante di questa nota tecnica \u00e8 dedicata al confronto e alle differenze tra motori rotanti slotless e slotted. Gli stessi principi valgono anche per i motori lineari ironless e ironcore.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">STRUTTURA DI ROTORE E STATORE<\/h2>\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Gruppo rotore a magneti permanenti<\/h3>\n\n<p>Il gruppo rotore \u00e8 generalmente un anello o un albero di acciaio su cui sono fissati dei magneti, che possono essere meccanicamente distinti o costituire un anello solido con singoli campi magnetici magnetizzati su di esso.<\/p>\n\n<p>Il numero di poli \u00e8 direttamente correlato al numero di magneti permanenti del gruppo rotore.&#13;\nTalvolta, si pu\u00f2 scegliere di conteggiare il numero di coppie nord-sud, parleremo in questo caso di coppie di polari. Il numero totale di poli determina il rapporto di trasferimento tra la frequenza elettrica e la velocit\u00e0 meccanica. In genere, i motori con un numero inferiore di poli hanno una velocit\u00e0 meccanica pi\u00f9 alta, mentre quelli con pi\u00f9 poli sono solitamente pi\u00f9 lenti. Detto questo, grazie ai progressi dell\u2019elettronica moderna ad ampia larghezza di banda, \u00e8 stato possibile aumentare sempre di pi\u00f9 la velocit\u00e0 anche dei motori con un numero di poli elevato.<\/p>\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/servotecnica.com\/images\/Blog\/rotore-magneti-meccanicamente-distinti.png\" alt=\"rotore magneti meccanicamente distinti\" width=\"375\" height=\"270\"\/><figcaption><em>La figura 1 &#8211; Esempio di rotore con magneti meccanicamente distinti.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Gruppo statorico<\/h3>\n\n<p>Affinch\u00e9 il motore possa girare, \u00e8 necessario eccitare propriamente un certo numero di fasi elettromagnetiche che, nei motori brushless a magneti permanenti, sono solitamente tre. Tali fasi elettromagnetiche vengono eccitate mediante uscite in corrente generate da un controller di motore. Il controller del motore utilizza tipicamente la retroazione per monitorare la posizione del rotore e creare il vettore di corrente corretto nelle fasi dello statore per ottenere la coppia. Una volta creata, la coppia pu\u00f2 essere controllata insieme a velocit\u00e0 e posizione in modo da gestire qualsiasi applicazione di motion control.<\/p>\n\n<p>Il gruppo dello statore \u00e8 tipicamente costituito da lamelle di ferro dolce con denti che sporgono radialmente. Gli spazi tra tali denti sono detti cave e consentono l\u2019inserimento del filo delle bobine elettromagnetiche. Questa tipologia di motore \u00e8 detta slotted.<\/p>\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/servotecnica.com\/images\/Blog\/motore-diretto-frameless-3.png\" alt=\"motore diretto frameless 3\" width=\"600\" height=\"355\"\/><figcaption><em>Figura 2 &#8211; Un classico motore diretto frameless con elevato numero di poli e costruzione con anello a basso profilo.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n<p>Nell&#8217;esempio riportato in figura 2, i denti e le cave dello statore sono chiaramente visibili. L\u2019anello grigio al centro del motore \u00e8 il rotore realizzato in materiale magnetico con 36 poli magneticamente inclinati magnetizzati su di esso. Si noti che i poli sono stati approssimati per ragioni rappresentative. La configurazione inclinata contribuisce a ridurre il fenomeno del cogging, alternando assialmente il campo magnetico e compensando la frequenza fondamentale della coppia di cogging.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">STATORE SLOTTED<\/h2>\n\n<p>Le configurazioni tradizionali di uno statore slotted si basano su denti che concentrano il flusso elettromagnetico verso i magneti del rotore e riducono il traferro complessivo del circuito magnetico. In genere ogni fase prevede molteplici denti. I motori slotted sono i pi\u00f9 diffusi perch\u00e9 assicurano un buon equilibrio tra coppia in uscita, costante del motore, efficienza e facilit\u00e0 di fabbricazione. Essi garantiscono solitamente la costante di moto pi\u00f9 elevata Kt (torque\/Amper) per un motore di taglia data, oltre a un\u2019alta efficienza e grande accelerazione con un\u2019inerzia minima.<\/p>\n\n<p>Come spiegato in precedenza, gli spazi tra i denti dello statore consentono di inserire il filo delle fasi elettromagnetiche. Le cave sono la causa principale della coppia di cogging poich\u00e9 creano una permeabilit\u00e0 discontinua mentre i magneti passano dall\u2019una all\u2019altra. Per ridurre al minimo la frequenza fondamentale della coppia di cogging, \u00e8 prassi comune inclinare o sfalsare i denti dello statore o i magneti del rotore.<\/p>\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/servotecnica.com\/images\/Blog\/statore-con-denti-inclinati-3.png\" alt=\"statore con denti inclinati 3\" width=\"800\" height=\"466\"\/><figcaption><em>Figura 3 &#8211; Statore con denti inclinati.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n<p>La coppia di cogging dei motori slotted varia tipicamente dall\u20191 al 5% della coppia di picco a seconda della configurazione del motore. Nelle applicazioni con carichi utili pi\u00f9 elevati, la coppia di cogging minima \u00e8 ridotta rispetto alla coppia di azionamento e ha un effetto irrilevante sulle prestazioni del sistema. Tuttavia, nelle applicazioni in cui il carico utile \u00e8 ridotto o quando il moto uniforme \u00e8 un requisito essenziale, la coppia di cogging generalmente produce un ripple di velocit\u00e0 che pu\u00f2 avere effetti negativi sulle prestazioni.<\/p>\n\n<p>La frequenza della coppia di cogging \u00e8 una funzione del numero di poli e del numero di cave del motore. La frequenza fondamentale di questo cogging \u00e8 il minimo comune multiplo tra numero di poli e di cave. Tuttavia, a causa delle variazioni di produzione e degli effetti tridimensionali, al profilo della coppia di cogging con l\u2019angolo contribuiscono anche altri attributi armonici pi\u00f9 e meno alti.<\/p>\n\n<p>Gli statori con cave sono soggetti anche a saturazione magnetica all\u2019aumentare della corrente. Questo fenomeno \u00e8 detto anche linearit\u00e0 della costante di coppia (Kt). Per ottimizzare la taglia e l\u2019uscita del motore, solitamente il ferro \u00e8 vicino alla saturazione magnetica in corrispondenza del limite termico continuativo del motore. In alcuni motori il valore di targa continuativo dell\u2019uscita incorpora un errore di linearit\u00e0 di ben il 10% Kt.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">STATORE SLOTLESS<\/h2>\n\n<p>Un motore brushless a magneti permanenti ideale produce una coppia sinusoidale senza distorsione armonica. Il motore slotless \u00e8 quello che pi\u00f9 si avvicina a questo obiettivo. Lo statore senza cave non presenta i denti e le rispettive cave. Le bobine di fase sono orientate spazialmente attorno allo statore per formare la relazione tra le fasi elettromagnetiche necessarie per il funzionamento del motore. Quando eccitate, le bobine creano un campo magnetico simile a quello del motore slotted, ma la curva coppia\/angolo risultante \u00e8 sinusoidale. La coppia di cogging \u00e8 pari a zero per via dell\u2019assenza di denti e cave corrispondenti.<\/p>\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/servotecnica.com\/images\/Blog\/motore-slotless-con-magneti-meccanicamente-distinti-3.png\" alt=\"motore slotless con magneti meccanicamente distinti 3\" width=\"600\" height=\"346\"\/><figcaption><em>Figura 4 &#8211; Motore slotless con rotore progettato per utilizzare magneti meccanicamente distinti.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n<p>Il rotore al centro \u00e8 costituito da 8 magneti distinti e ha otto poli. Gli statori slotless hanno una sezione trasversale radiale molto sottile che consente di utilizzare un diametro di rotore pi\u00f9 grande.<\/p>\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/servotecnica.com\/images\/Blog\/rotore-12-poli-3.png\" alt=\"rotore 12 poli\" width=\"626\" height=\"365\"\/><figcaption>Figura 5: il rotore al centro \u00e8 un anello magnetico solido con 12 poli.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n<p>In un motore slotless, tutta la coppia \u00e8 funzione della corrente applicata all\u2019avvolgimento, semplificando cos\u00ec il sistema di servocomando e assicurando un funzionamento pi\u00f9 uniforme. Inoltre, il motore presenta una linearit\u00e0 di Kt significativamente migliore rispetto alla versione slotted.<\/p>\n\n<p>Un aspetto che riguarda le configurazioni slotless \u00e8 il grande traferro magnetico tra rotore e statore derivante dall\u2019eliminazione dei denti dello statore. Ci\u00f2 comporta una densit\u00e0 inferiore del flusso e, di conseguenza, una coppia in uscita pi\u00f9 bassa per un motore di taglia data. La coppia in uscita di una configurazione slotless \u00e8 solitamente pari al 70-75% di un motore slotted di taglia equivalente, ma con l&#8217;ottimizzazione di svariati parametri \u00e8 possibile arrivare fino all\u201985%. Se l\u2019uniformit\u00e0 costituisce un requisito critico, la tecnologia slotless \u00e8 preferibile, mentre i motori slotted sono probabilmente la soluzione migliore quando il fattore essenziale \u00e8 la densit\u00e0 della coppia.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">CURVA COPPIA VS ANGOLO<\/h2>\n\n<p>Un motore rotante genera essenzialmente una coppia, che \u00e8 una funzione della corrente e della posizione. Il metodo pi\u00f9 comune per analizzare questo fenomeno \u00e8 la curva coppia-angolo. La curva coppia-angolo rappresenta la coppia in uscita di un motore, inclusa la coppia di cogging, ed \u00e8 la figura di merito pi\u00f9 utile per prevedere il funzionamento di un motore in un\u2019applicazione specifica. Il rapporto coppia-angolo pu\u00f2 essere misurato energizzando una fase del motore mentre il rotore viene ruotato manualmente misurando la coppia generata mediante un trasduttore di coppia.<\/p>\n\n<p>Tutti i motori brushless a magneti permanenti hanno un profilo di coppia-angolo che \u00e8 solitamente sinusoidale e in genere contiene svariate armoniche. La coppia di cogging \u00e8 uno dei fattori che contribuiscono e che pu\u00f2 dare come risultato una distorsione armonica significativa. Questa distorsione provoca un ripple di coppia mentre il motore \u00e8 in funzione, con effetti sul ripple di velocit\u00e0.<\/p>\n\n<p>Le figure 6 e 7 seguenti illustrano come la coppia di cogging rappresenta la differenza principale fra i motori slotted e slotless. La figura 6 mostra chiaramente che quando un motore slotted non opera alla coppia nominale massima, il cogging \u00e8 una percentuale relativamente bassa dell\u2019uscita e il ripple di coppia \u00e8 significativamente superiore. Nella Figura 7 si pu\u00f2 chiaramente osservare che la coppia di cogging \u00e8 pari a zero nella curva coppia vs angolo.<\/p>\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/servotecnica.com\/images\/Blog\/ripple-di-coppia-forza-grafico-2.png\" alt=\"ripple di coppia forza grafico\" width=\"609\" height=\"462\"\/><figcaption><em>Figura 6 &#8211; La curva viola \u00e8 la coppia sinusoidale teorica rispetto all\u2019angolo. La curva verde \u00e8 il risultato di compromesso della coppia di cogging. La curva rossa \u00e8 la coppia di cogging e la curva blu la coppia risultante di tutte le tre fasi che operano insieme. Tutti i valori sono stati normalizzati a 1 per semplificare la visualizzazione. L\u2019esempio ha una coppia di cogging al 5% della coppia nominale dei motori.<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n<figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/servotecnica.com\/images\/Blog\/ripple-di-coppia-forza-angolo-elettrico-grafico-2.png\" alt=\"ripple di coppia forza angolo elettrico grafico\"\/><figcaption><em>Figura 7 &#8211; L\u2019assenza di coppia di cogging fa s\u00ec che il motore produca un vettore di coppia costante mentre ruota o si muove. Tutta la coppia \u00e8 direttamente correlata alla corrente erogata all\u2019avvolgimento. La coppia in uscita \u00e8 lineare e le variazioni di corrente e moto sono molto pi\u00f9 controllabili. La linea viola \u00e8 sovrapposta alla linea verde e, pertanto, le due curve si sovrappongono.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">RIEPILOGO E CONCLUSIONI<\/h3>\n\n<p>L\u2019offerta Servotecnica include motori slotted e slotless. I motori slotted danno buoni risultati in termini di densit\u00e0 di coppia e accelerazione elevate, mentre i motori slotless sono eccellenti per ottenere un funzionamento uniforme con una buona linearit\u00e0 di Kt quando utilizzati in un sistema servoassistito.<\/p>\n\n<p>La coppia di cogging varia significativamente a seconda delle diverse configurazioni dei motori e solitamente si adottano misure per ridurne gli effetti, come inclinare i magneti o le lamelle dello statore. Entrambe le tecnologie offrono ampi fori rotore e possono essere adattate ad applicazioni di azionamento diretto con basso profilo.<\/p>\n\n<p>Le caratteristiche prestazionali principali di ciascun tipo di motore sono riepilogate nella tabella seguente.<\/p>\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table><thead><tr><td>\u00a0Parameter<\/td><td>\u00a0Slotted<\/td><td>\u00a0Slotless<\/td><\/tr><\/thead><tbody><tr><td> Moto pi\u00f9 uniforme (ripple di velocit\u00e0 minimo)\t<\/td><td>\u00a0<\/td><td>\u2713<\/td><\/tr><tr><td> Costante di coppia pi\u00f9 elevata\t<\/td><td>\u2713\u00a0<\/td><td>\u00a0<\/td><\/tr><tr><td> Linearit\u00e0 della costante di coppia (Kt) \t<\/td><td>\u00a0<\/td><td>\u00a0\u2713<\/td><\/tr><tr><td> Foro passante pi\u00f9 grande \t<\/td><td>\u00a0<\/td><td>\u00a0\u2713<\/td><\/tr><tr><td> Accelerazioni pi\u00f9 elevate \t<\/td><td>\u2713\u00a0<\/td><td>\u00a0<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><figcaption>Tabella 1: sintesi delle caratteristiche principali dei motori slotted e slotless.<\/figcaption><\/figure>\n\n<p>Fonte:\u00a0<a href=\"https:\/\/www.celeramotion.com\/applimotion\/support\/technical-papers\/slotless-vs-slotted-motors\/\">Celera Motion<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>LA SFIDA I motori brushless a magneti permanenti, possono generare moto rotatorio e lineare. 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