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Opzioni tecnologiche per i motori aerospaziali

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Decodifica della selezione dei micro motori per le applicazioni aerospaziali

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Nel settore aerospaziale, affidabilità e durata non sono negoziabili. L'esigenza di soddisfare gli obiettivi di dimensione, peso e potenza (SWaP) aggiunge ulteriore sfida, poiché queste applicazioni richiedono soluzioni efficienti e compatte che eccellano in ambienti difficili. Le tecnologie dei motori a corrente continua, tra cui i motori DC coreless a spazzole, i motori cilindrici BLDC (con e senza scanalature) e i motori piatti BLDC con scanalature, si rivelano le scelte ottimali per soddisfare queste esigenze, offrendo una gamma di fattori di forma diversi, adatti alle specifiche esigenze applicative.

I motori DC coreless a spazzole sono costituiti da un rotore, realizzato con una disposizione a bobina fissata a un albero, e da uno statore con magneti fissi. Poiché la bobina non è costituita da laminazioni di ferro, il motore è considerato ironless. I progetti senza ferro presentano notevoli vantaggi, in quanto vengono eliminate le perdite tipiche del nucleo di ferro. I motori vengono commutati utilizzando spazzole in metallo prezioso o grafite che riducono la resistenza di contatto e l'attrito, oltre a semplificare l'elettronica di controllo.

I motori cilindrici BLDC utilizzano una bobina stazionaria con un magnete permanente rotante. Gli avvolgimenti della bobina, che fanno parte dello statore, possono essere eccitati e commutati elettricamente; ciò elimina la necessità di un sistema di commutatori e spazzole.

Nell'ambito della tecnologia BLDC, esistono due uniche topologie di motore: a scanalature e senza scanalature. La differenza principale tra i due design risiede nell'avvolgimento dello statore. Nei motori con scanalatura, il filo della bobina è inserito in scanalature di laminazione, che possono essere ulteriormente rinforzate mediante sovrastampaggio dello statore assemblato. I motori senza scanalature utilizzano un design della bobina auto-incollato che può essere più facile da produrre.

I motori piatti scanalati CC senza spazzole, invece, hanno una configurazione unica con bobine inserite in fessure di laminazione all'interno di una configurazione esterna del rotore. Ciò fornisce una soluzione su misura per le applicazioni A&D, garantendo efficienza e affidabilità senza inutili complessità.

Criteri di selezione dei motori per applicazioni aerospaziali

Le tecnologie dei motori in c.c. offrono una gamma di soluzioni perfettamente adatte agli esigenti requisiti dell'industria aerospaziale, con ogni opzione che offre i propri vantaggi. Tuttavia, esistono dei compromessi tra queste tecnologie di motori, a seconda dei criteri specifici richiesti dall'applicazione. I parametri chiave del sistema di controllo assi da considerare quando si sceglie un motore per la propria applicazione includono:

Densità di coppia. I motori a corrente continua offrono una coppia elevata in strutture compatte, con una coppia transitoria fino a 3-5 volte la coppia massima continua. I motori BLDC slotless e slotted forniscono fino a 10 volte la coppia massima continua senza saturazione magnetica. I motori BLDC piatti a rotore esterno offrono un'elevata densità di coppia con un fattore di forma inferiore.

Perdite per attrito. I motori CC a spazzole riducono al minimo l'attrito grazie ai materiali delle spazzole e del commutatore a basso attrito. I motori CC di precisione progettati per A&D riducono al minimo le perdite grazie a un'attenta valutazione dei cuscinetti del motore.

Perdite di ferro. I motori CC con nucleo in ferro subiscono perdite per correnti parassite alle velocità più elevate, mentre i motori senza ferro, preferiti per le applicazioni a velocità più elevate, eliminano le perdite di ferro. I motori BLDC con nucleo in ferro possono ridurre al minimo le perdite di ferro grazie a una progettazione strategica e alla scelta dei materiali.

Velocità massima. I piccoli motori a corrente continua e i motori BLDC piatti possono funzionare ininterrottamente a 10.000 giri/minuto o più, mentre i motori BLDC cilindrici possono superare i 40.000 giri/minuto. I motori ad alta velocità sono dotati di sistemi di cuscinetti bilanciati per ridurre al minimo le vibrazioni.

Coppia di ingranamento. I motori CC senza nucleo e i motori BLDC senza scanalature eliminano la coppia di cogging, mentre i motori BLDC con scanalature possono ridurla al minimo grazie alle regolazioni del progetto.

Durata del motore. La durata dei motori CC a spazzole è limitata dall'usura delle spazzole e del commutatore, mentre i motori BLDC, a commutazione elettronica, sono limitati dalla durata dei cuscinetti.

Inerzia. I motori BLDC a scanalature sono preferiti per le applicazioni a bassa inerzia del rotore, mentre i motori BLDC piatti a scanalature hanno un'inerzia maggiore a causa dei rotori più grandi.

Robustezza. I motori scanalati BLDC sono i più robusti, adatti ad ambienti difficili grazie al design dello statore e del rotore. I motori piatti BLDC, sebbene meno robusti, possono essere progettati per soddisfare i requisiti A&D.

Conclusione

L'industria aerospaziale richiede una gamma completa di tecnologie motoristiche in grado di soddisfare i diversi requisiti applicativi con affidabilità ed efficienza costanti. Dai progetti compatti alle densità di coppia elevate, le soluzioni per motori in corrente continua offrono uno spettro di prestazioni su misura per le esigenze specifiche, il tutto affrontando le sfide dei vincoli SWaP. I motori BLDC slotless e DC coreless si distinguono non solo per l'efficienza e la compattezza, ma anche per la capacità di resistere ai rigorosi standard DO-160G e MIL-STD-810, che li rendono preziosi in ambienti in cui la resilienza è fondamentale.

State affrontando la complessità della scelta del motore perfetto per la vostra applicazione? Rivolgetevi agli ingegneri di Portescap che vi forniranno