COME SCEGLIERE UN MOTORE INDUSTRIALE | SPIEGAZIONE DELLE CARATTERISTICHE DI CIASCUNA TIPOLOGIA E DEI CRITERI DI SELEZIONE IN BASE ALL’APPLICAZIONE

I motori industriali sono utilizzati come fonte di azionamento per un’ampia gamma di apparecchiature, quali sistemi di trasporto, robot e dispositivi medici. Tuttavia, data la grande varietà di tipi disponibili (motori a corrente continua, motori a corrente alternata, motori brushless e altri), non sono pochi i responsabili della progettazione e dell’approvvigionamento che si trovano in difficoltà nel decidere quale motore sia più adatto alle specifiche esigenze applicative.

Una scelta errata del motore può impedire di garantire la coppia e la velocità di rotazione necessarie, con il rischio di un calo delle prestazioni dell’apparecchiatura e di un aumento dei costi. Per scegliere il prodotto adeguato, è importante comprendere le caratteristiche di ciascuna tipologia e confrontare in modo globale parametri quali potenza, dimensioni, durata e prestazioni di controllo.

In questo articolo illustreremo le principali tipologie e caratteristiche dei motori industriali, spiegando i punti da verificare in fase di selezione e come scegliere il motore in base all’applicazione.

Scegliere i motori industriali in base all’applicazione e alle prestazioni richieste

Quando si sceglie un motore industriale, è importante definire chiaramente l’applicazione dell’apparecchiatura e le prestazioni richieste. Questi motori vengono utilizzati in un’ampia gamma di settori, quali macchinari industriali, impianti di automazione, sistemi di trasporto, robot e apparecchiature mediche, ma la velocità di rotazione, la coppia, la precisione di posizionamento e il tempo di funzionamento richiesti variano a seconda dell’applicazione.

Ad esempio, nei nastri trasportatori sono richieste una rotazione stabile e la capacità di funzionare in modo continuo, mentre nelle articolazioni dei robot è necessario un controllo di posizione ad alta precisione. Al momento della selezione, è opportuno verificare principalmente i seguenti punti.

Il fatto che un motore abbia una potenza elevata non significa necessariamente che sia adatto all’apparecchiatura. È importante verificare che soddisfi la coppia e la velocità di rotazione richieste e che sia in grado di adattarsi alle condizioni di funzionamento, prima di confrontare i diversi tipi e le specifiche.

Le 5 principali tipologie di motori industriali e le loro caratteristiche

Tra i motori industriali figurano i motori a corrente continua (DC), i motori a corrente alternata (AC), i motori brushless, i motori passo-passo e i servomotori. Poiché ciascuno di essi presenta modalità di azionamento, metodi di controllo e caratteristiche operative diverse, è necessario effettuare una selezione in base all’applicazione prevista.

In questa sezione illustreremo le caratteristiche dei 5 tipi più rappresentativi, gli impieghi a cui sono adatti e gli aspetti da considerare in fase di selezione.

Motori a corrente continua (DC) e motori a corrente alternata (AC) | Utilizzati per azionamenti rotativi generici

I motori a corrente continua (DC) sono alimentati da corrente continua, mentre i motori a corrente alternata (AC) sono alimentati da corrente alternata. Entrambi sono utilizzati in un’ampia gamma di apparecchiature industriali, ma presentano caratteristiche e applicazioni appropriate diverse.

I motori a corrente continua con spazzole consentono di regolare facilmente la velocità di rotazione in base alla tensione e sono adatti per apparecchiature di piccole dimensioni e sistemi di azionamento semplici. Tuttavia, poiché la loro struttura prevede il contatto tra le spazzole e il commutatore, la loro durata è limitata dall’usura. Al momento della scelta, occorre tenere in considerazione anche la necessità di manutenzione e il rumore elettrico.

I motori CA sono adatti ad applicazioni che richiedono un funzionamento continuo o una potenza elevata, come pompe, ventilatori e nastri trasportatori. La scelta deve essere effettuata in base alla velocità di rotazione richiesta, alle condizioni di carico e alle modalità di funzionamento.

Motori brushless | Adatti ad applicazioni che richiedono alta efficienza e lunga durata

I motori brushless sono adatti alle apparecchiature industriali che richiedono un azionamento ad alta efficienza e lunga durata. Sono caratterizzati da una struttura che non utilizza spazzole né commutatori, ma che genera la rotazione tramite la commutazione elettronica della corrente da parte del driver.

Poiché non si verifica l’usura delle spazzole, è possibile ridurre gli oneri di manutenzione legati alla loro sostituzione. Inoltre, grazie alla progettazione che limita le perdite, è più facile ottenere un’elevata efficienza e un basso livello di generazione di calore; essendo anche facilmente adattabili a dimensioni ridotte, vengono adottati anche in apparecchiature mediche, robot e apparecchiature di precisione.

Tuttavia, per il loro funzionamento è necessario un driver compatibile. Al momento della scelta, è opportuno verificare non solo le prestazioni del motore stesso, ma anche l’intervallo di velocità di rotazione, la precisione di controllo, le specifiche di alimentazione e lo spazio di installazione.

 Motori passo-passo e servomotori | Adatti al posizionamento e al controllo di precisione

Per i dispositivi che richiedono il posizionamento, i motori passo-passo e i servomotori rappresentano le opzioni più indicate. Il tipo più adatto varia a seconda della precisione, della velocità e delle condizioni di carico richieste.

I motori passo-passo ruotano di un angolo fisso in risposta a segnali a impulsi, consentendo il posizionamento con una configurazione relativamente semplice. Tuttavia, se il carico o l’accelerazione sono eccessivi, sussiste il rischio di “perdita di sincronismo”, ovvero l’impossibilità di ruotare secondo i comandi.

I servomotori controllano la rotazione sulla base delle informazioni relative alla posizione e alla velocità rilevate, ad esempio, da un encoder. Sono adatti per il posizionamento ad alta precisione e per risposte rapide, ma è importante tener conto anche dei costi relativi alle apparecchiature periferiche e alla messa a punto al momento della scelta.

Confronto tra le differenze di 5 tipi di motori industriali

I motori industriali presentano differenze in termini di coppia, numero di giri, potenza, prestazioni di controllo e durata. Per scegliere il prodotto più adatto all’applicazione, esaminiamo le caratteristiche dei cinque tipi più rappresentativi nella tabella comparativa.

Si noti che la distinzione tra motori a corrente continua (DC) e motori a corrente alternata (AC) si basa sul tipo di alimentazione e non segue gli stessi criteri di classificazione utilizzati, ad esempio, per i motori brushless. Nella tabella comparativa, come esempio rappresentativo di motore a corrente continua (DC) viene preso in esame il motore a corrente continua con spazzole.

Se si privilegia il funzionamento continuo, si possono prendere in considerazione i motori CA o i motori brushless, mentre per il posizionamento relativamente semplice sono indicati i motori passo-passo. Per le applicazioni che richiedono un posizionamento ad alta velocità e alta precisione, sono indicati i servomotori.

Tuttavia, anche all’interno della stessa tipologia, le prestazioni variano a seconda della potenza nominale, della velocità di rotazione, della presenza o meno di un riduttore e del metodo di controllo. Dopo aver ristretto la scelta, è opportuno verificare le specifiche dei singoli prodotti tenendo conto della coppia, della precisione, dei tempi di funzionamento e dell’ambiente di utilizzo richiesti dall’apparecchiatura.

Punti da verificare nella scelta di un motore industriale

Una volta ristretto il campo dei tipi di motore, è necessario verificare le prestazioni richieste dall’apparecchiatura e le condizioni d’uso. Oltre al rapporto tra coppia, velocità di rotazione e potenza, è importante confrontare anche lo spazio di installazione, le prestazioni di controllo e i costi, al fine di scegliere il prodotto che meglio soddisfa le specifiche richieste.

Di seguito vengono illustrati i principali punti da verificare durante la selezione del motore.

Verifica di coppia, velocità di rotazione e potenza

Quando si sceglie un motore industriale, è importante verificare il rapporto tra coppia, numero di giri e potenza. La coppia è la forza che fa ruotare l’albero, il numero di giri indica la velocità di rotazione al minuto, mentre la potenza è proporzionale al prodotto di entrambi.

Come unità di misura della coppia si utilizza il N·m (newton metro); nei motori di piccole dimensioni viene impiegato anche il mN·m (millinewton metro), pari a un millesimo di 1 N·m. È necessario prestare attenzione poiché, in fase di avviamento o di accelerazione, può essere richiesta una coppia maggiore rispetto a quella necessaria per il funzionamento a velocità costante.

La coppia necessaria va calcolata tenendo conto della forza richiesta per muovere il carico e di quella necessaria per l’accelerazione, prevedendo un margine di sicurezza. Inoltre, nei casi in cui sia richiesta una coppia elevata a bassa velocità, i motoriduttori rappresentano una valida opzione.

È importante non basarsi esclusivamente sull’entità della potenza in uscita, ma verificare che sia possibile garantire una coppia sufficiente alla velocità di rotazione richiesta.

Verificare le dimensioni, la durata e l’ambiente di utilizzo

Per i motori industriali è necessario scegliere un prodotto adatto allo spazio di installazione, alle condizioni operative e all’ambiente di utilizzo. Se si utilizza un motoriduttore, è necessario verificare le dimensioni complessive dell’insieme costituito dal motore e dalla riduttrice.

È importante considerare lo spazio di installazione necessario anche per i dispositivi periferici, quali encoder e driver. Qualora sia richiesto un funzionamento continuo prolungato, sono importanti anche la potenza nominale, la generazione di calore, la durata dei componenti e la facilità di manutenzione.

Ad esempio, nei motori CC con spazzole è necessario tenere conto dell’usura delle spazzole, mentre i motori senza spazzole consentono di ridurre l’onere legato alla loro sostituzione. Inoltre, anche la temperatura ambiente, l’umidità, le vibrazioni, la polvere e l’umidità influiscono sul funzionamento e sulla durata.

Non date priorità solo alla miniaturizzazione, ma scegliete specifiche in grado di garantire le prestazioni e la durata necessarie.

Verificare le prestazioni di controllo e i costi

Nella scelta di un motore industriale, è importante valutare congiuntamente le prestazioni di controllo richieste e i costi successivi all’installazione. È necessario chiarire se si richiede semplicemente una rotazione a velocità costante o se sono necessarie variazioni di velocità, funzionamento in avanti e indietro e posizionamento di precisione.

Se sono richiesti un posizionamento ad alta precisione e una risposta rapida, è necessario valutare un sistema di controllo che includa encoder e driver. A seconda del tipo di motore, variano anche i costi relativi alle apparecchiature periferiche, alla configurazione e alla regolazione.

Inoltre, è importante effettuare un confronto che non si limiti al solo prezzo del motore, ma che includa anche il consumo energetico e i costi di manutenzione e sostituzione. Evitiamo di puntare a prestazioni superiori al necessario e procediamo alla scelta tenendo conto dell’equilibrio tra i costi a lungo termine e le prestazioni richieste.

Come scegliere un motore industriale in base all’applicazione e alle prestazioni richieste

I motori adatti variano a seconda che si tratti di apparecchiature in cui è prioritario il funzionamento continuo o di apparecchiature che richiedono un posizionamento di alta precisione. Anche nei casi in cui la miniaturizzazione o il risparmio energetico sono prioritari, è necessario modificare i criteri di selezione.

Di seguito illustreremo come scegliere il motore in base alle prestazioni richieste, prendendo in esame alcune applicazioni tipiche.

Per il funzionamento continuo e le potenze elevate, prendere in considerazione i motori a corrente alternata

Per applicazioni che richiedono un funzionamento continuo prolungato o una potenza elevata, come pompe, ventilatori e nastri trasportatori, i motori a corrente alternata (AC) rappresentano una scelta ideale. Alimentati da corrente alternata, molti di questi prodotti offrono robustezza e durata eccezionali e sono ampiamente utilizzati come fonte di potenza per gli impianti industriali.

Oltre al funzionamento a velocità costante, alcuni motori a corrente alternata supportano anche il funzionamento in entrambe le direzioni e il controllo della velocità. A seconda delle condizioni di carico e delle modalità di funzionamento, è opportuno verificare anche la presenza o meno di riduttori o freni.

Tuttavia, nei casi in cui siano richiesti un posizionamento di alta precisione o accelerazioni e decelerazioni ad alta velocità, i comuni motori a induzione potrebbero non essere adeguati; in tali casi, entrano in gioco anche i motori passo-passo e i servomotori. È importante effettuare la scelta tenendo conto delle prestazioni di controllo richieste e delle condizioni di funzionamento.

Se il posizionamento è prioritario, prendere in considerazione i motori passo-passo o i servomotori

Nelle applicazioni in cui il posizionamento è prioritario, si utilizzano motori passo-passo e servomotori in base alla precisione, alla velocità e alle condizioni di carico richieste. Per un posizionamento relativamente semplice, sono adatti i motori passo-passo, che ruotano di un angolo fisso in risposta a segnali a impulsi.

Tuttavia, è necessario prestare attenzione poiché, se il carico o l’accelerazione sono eccessivi, si rischia il verificarsi di una “perdita di sincronismo” che impedisce la rotazione secondo il comando. Nei casi in cui siano richiesti posizionamenti ad alta velocità e alta precisione o la capacità di far fronte a variazioni di carico, i servomotori rappresentano una valida opzione.

I servomotori consentono di controllare la rotazione utilizzando le informazioni di posizione fornite dall’encoder. Al momento della scelta, è opportuno verificare anche i costi relativi alle apparecchiature periferiche e alla messa a punto.

Se si cercano dimensioni ridotte, alta efficienza e lunga durata, è opportuno prendere in considerazione i motori brushless o i motori senza nucleo

Nei settori in cui sono richieste miniaturizzazione e risparmio energetico, come nel caso delle apparecchiature mediche, degli strumenti di precisione e della robotica, nonché in applicazioni che richiedono una lunga durata, i motori senza nucleo e i motori brushless rappresentano una scelta vantaggiosa. I motori brushless, non essendo soggetti all’usura delle spazzole, consentono di ridurre facilmente gli oneri di manutenzione e sono adatti a un funzionamento ad alta efficienza.

Inoltre, i motori senza nucleo, privi di nucleo ferroso nel rotore, sono caratterizzati da una struttura che rende la parte rotante leggera, rendendoli adatti ad accelerazioni e decelerazioni rapide, nonché a dimensioni ridotte e peso contenuto. Poiché i motori brushless si classificano in base al sistema di commutazione, mentre i motori senza nucleo in base alla presenza o meno del nucleo ferroso, è necessario verificare la struttura e le prestazioni in base all’applicazione.

Confrontate la coppia, la velocità di rotazione, la reattività, il sistema di controllo e i costi necessari, e scegliete il prodotto che meglio soddisfa le prestazioni richieste dall’apparecchiatura.

Riepilogo

Esistono diversi tipi di motori industriali, quali i motori a corrente continua (DC), i motori a corrente alternata (AC) e i motori brushless, ciascuno con caratteristiche e applicazioni specifiche. Al momento della scelta, è importante valutare in modo globale, oltre alla coppia, alla velocità di rotazione e alla potenza, anche le dimensioni, la durata, le prestazioni di controllo e il costo.

In particolare, per le apparecchiature industriali che richiedono dimensioni ridotte, alta efficienza e lunga durata, i motori brushless e i motori senza nucleo rappresentano valide opzioni. È importante definire chiaramente le prestazioni richieste dall’apparecchiatura e scegliere il prodotto più adatto all’applicazione.

Takiron CI offre una gamma di motori di piccole dimensioni, tra cui motori senza nucleo, motori senza spazzole e motoriduttori. Se avete dubbi sulla scelta o sulle specifiche dei motori industriali, non esitate a contattarci.

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