Motori con spazzole e motori senza spazzole: qual è la differenza e cosa è meglio?

Motori con spazzole e motori senza spazzole: qual è la differenza e cosa è meglio?

I motori elettrici a corrente continua sono alcune delle invenzioni più importanti su cui il mondo moderno ha fatto molto affidamento. Questi motori sono utilizzati in elettrodomestici, utensili elettrici, droni, sistemi di raffreddamento per PC, robotica e veicoli elettrici.



Due dei motori elettrici a corrente continua più comuni in uso oggi sono i motori a corrente continua con spazzole e senza spazzole. Entrambi i motori hanno la stessa idea fondamentale di utilizzare l'elettromagnetismo per fornire rotazioni meccaniche. Ma con concetti di design diversi, i motori brushed e brushless sono destinati ad avere le loro differenze in termini di prestazioni, costi e manutenzione.





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Quindi quale design del motore è migliore: spazzolato o brushless?





Come funziona un motore elettrico CC?

I motori elettrici convertono l'elettricità in energia meccanica. Lo fanno consentendo all'elettricità di passare attraverso gli avvolgimenti di rame, creando un campo elettromagnetico che eccita i magneti permanenti all'interno del motore, facendo muovere il rotore e producendo energia meccanica.

Sebbene sia i motori brushed che quelli brushless abbiano lo stesso obiettivo di convertire l'elettricità in energia meccanica, i loro design sono diversi. Per capire la loro differenza, parliamo di design del motore, a cominciare dal motore a spazzole.



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Design del motore spazzolato

  Illustrazione del motore a spazzole

I motori a spazzole sono in produzione ormai da oltre un secolo. Sono noti per avere un design semplicistico che utilizza un paio di spazzole di carbone per fornire potenza al motore. I motori a spazzole avranno sempre quattro parti principali, queste sono:

  • Statore: La parte stazionaria del motore. Contiene i magneti permanenti che fanno muovere il rotore.
  • Rotore: La parte rotante del motore. Contiene una bobina di rame che, una volta alimentata, rende elettromagnetica la bobina di rame.
  • Commutatore: Un anello di metallo che assicura che il rotore continui a girare invertendo la polarità per ogni mezzo giro del rotore.
  • Spazzole: Una parte fissa in carbonio collegata direttamente ai terminali della fonte di alimentazione. Trasmettono potenza all'anello del commutatore, che quindi attiva il rotore.

Un motore a spazzole utilizza spazzole per alimentare elettricamente il motore consentendo al rotore e al collettore di ruotare. Il rotore è composto da avvolgimenti di rame che, quando alimentati, diventano sostanzialmente un elettromagnete.





Quindi cosa succede se due magneti si avvicinano?

Bene, a seconda dell'allineamento dei poli magnetici, si attraggono o si respingono. L'obiettivo di un motore a spazzole è utilizzare l'attrazione e la repulsione per ruotare il motore. È qui che diventa utile un commutatore.





Un commutatore è un anello metallico al centro del rotore che commuta il polo magnetico del rotore ogni 180 gradi. Ciò garantisce efficacemente che il polo magnetico del rotore si allinei sempre con lo stesso polo magnetico dello statore, causando repulsione.

Il risultato? Continuo le rotazioni meccaniche hanno forza sufficiente per alimentare il tuo frullatore (o qualsiasi cosa utilizzi un motore a spazzole).

Design del motore senza spazzole

  Illustrazione del motore senza spazzole

I motori brushless hanno iniziato a guadagnare popolarità negli anni '80, quando i transistor sono diventati più comuni nell'elettronica. Avendo prontamente disponibile componenti a stato solido ha svolto un ruolo importante nel rendere i motori brushless applicabili per utensili elettrici, elettrodomestici ed elettronica. Il loro design complesso ma efficiente offre ai motori brushless una coppia maggiore rispetto alle loro controparti con spazzole.

Il design del motore brushless impiega diverse parti essenziali. Includerebbero:

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  • Statore: La parte stazionaria del motore. Contiene diverse bobine di rame che, una volta alimentate, diventano un magnete attivo.
  • Rotore: La parte rotante del motore. Questo contiene i magneti permanenti che vengono fatti ruotare a causa del campo elettromagnetico tra lo statore e il rotore.
  • Sensore ad effetto Hall: Un sensore che rileva quali bobine sono eccitate e quali no.
  • Circuito di controllo: Un circuito elettronico progettato per decidere quali bobine all'interno dello statore energizzare.

Come suggerisce il nome, i motori brushless non utilizzano spazzole per alimentare il motore. Anche i motori brushless non hanno commutatori che trasportano corrente. Invece, utilizza un sensore ad effetto hall e un circuito di controllo per garantire che i poli magnetici opposti dello statore e del rotore siano sempre allineati. Un'altra cosa che troverai diverso è che lo statore ospita gli avvolgimenti di rame mentre il rotore ospita i magneti permanenti.

Un motore brushless funziona fondamentalmente allo stesso modo di un motore a spazzole: utilizzando differenze di poli magnetici per muovere il rotore, creando rotazione e coppia.

Ma senza spazzole e commutatori, come possono ottenere energia gli avvolgimenti di rame?

Semplice, rendi fermi gli avvolgimenti di rame. Le spazzole non sono più necessarie con gli avvolgimenti di rame fissi in quanto è possibile alimentare direttamente le bobine tramite fili.

Per quanto riguarda i commutatori, un motore brushless utilizza un sensore ad effetto hall e un circuito di controllo. Un sensore Hall è un sensore circolare piatto posizionato accanto agli avvolgimenti di rame dello statore. Poiché lo statore ospita diverse bobine, il sensore Hall può rilevare se una di queste bobine è eccitata o meno.

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  Illustrazione del campo magnetico del motore brushless
Illustrazione di Jayric Maning --Nessuna attribuzione richiesta
Realizzato con Sketchup

Il sensore fornisce quindi la sua lettura al circuito di controllo e decide quali bobine eccitare. Quindi, se i magneti permanenti del rotore si avvicinano ai poli magnetici di attrazione, il circuito di controllo smetterà di eccitare queste bobine ed attiverà la bobina successiva che attira i magneti permanenti del rotore. Il circuito di controllo alimenterà anche le bobine prima dei magneti permanenti, causando repulsione e aggiungendo ancora più coppia alla rotazione.

Pro e contro dei motori brushed e brushless

Con le differenze nel design del motore, sia i motori con spazzole che quelli senza spazzole avranno pro e contro. Ecco una tabella per aiutarti a capire i loro punti di forza e di debolezza:

Durata Breve Lungo
Accelerazione medio Alto
Efficienza medio Alto
Coppia medio Alto
Acustica Rumoroso Silenzioso
Costo Economico Costoso (con circuito di controllo)

Dovresti acquistare hardware con un motore spazzolato o brushless?

  Punti interrogativi per strada
Credito immagine: Veronique Debord-Lazaro / Flickr

Come puoi vedere nella tabella, i motori brushless sono migliori sotto ogni aspetto (tranne nel costo) rispetto alla loro controparte spazzolata. Forniscono una coppia più elevata, un'accelerazione più rapida, una minore rumorosità e una maggiore efficienza e sono più durevoli.

Quindi, quando hai la possibilità di acquistare un nuovo utensile elettrico, un elettrodomestico da cucina, un drone o qualsiasi cosa abbia bisogno di un motore, scegliere oggetti con un motore brushless è generalmente l'opzione migliore.

Quindi i motori a spazzole dovrebbero essere obsoleti?

Beh no. Soprattutto perché un motore brushless (più circuito di controllo) costerà molto di più di un articolo che utilizza un motore a spazzole. E sebbene un motore brushless sia migliore della sua controparte con spazzole, non significa che un motore con spazzole sia cattivo. In effetti, un motore con spazzole è abbastanza buono. Puoi ottenere gli stessi compiti con un motore a spazzole come farebbero le persone con uno senza spazzole.

In generale, i motori brushless sono i motori ideali all'interno dei tuoi strumenti e attrezzature. Ma ci sono anche situazioni in cui potresti voler utilizzare invece i motori a spazzole. Queste situazioni includerebbero:

  • Quando il motore viene utilizzato per brevi raffiche momentanee (ad es. frullatore, sedili elettrici e tergicristalli)
  • Quando uno strumento/apparecchio diventa utile solo poche volte all'anno
  • Quando l'attività non richiede molta coppia (ad es. Giocattoli, prese d'aria)
  • In condizioni operative estreme. I motori con spazzole non necessitano di sensori o circuiti di controllo che potrebbero guastarsi in condizioni meteorologiche estreme

Fare acquisti intelligenti

Ora che hai compreso la differenza tra motori a spazzole e motori brushless, si spera che ti renda più facile fare un acquisto intelligente quando acquisti elettrodomestici, strumenti e attrezzature da cucina. Questo dovrebbe anche spiegare perché alcuni articoli sono più costosi delle loro controparti anche se provengono dalla stessa marca, hanno le stesse caratteristiche e utilizzano lo stesso fattore di forma. Ricorda, solo perché puoi acquistare un articolo premium utilizzando un motore brushless non significa sempre che sia la cosa intelligente da acquistare.