In settori come quello delle apparecchiature industriali, dei dispositivi medici e della robotica, la progettazione che riesce a conciliare la miniaturizzazione delle apparecchiature con la garanzia della coppia necessaria è fondamentale per le prestazioni del prodotto. Domande come “È possibile aumentare un po’ la coppia mantenendo le stesse dimensioni?” o “Vogliamo ridurre le dimensioni, ma non siamo sicuri che il sistema riesca a sopportare il carico” sono temi di progettazione che si presentano spesso nei reparti di sviluppo.In questo articolo spiegheremo in modo chiaro tutto ciò che c’è da sapere sui motori compatti ad alta coppia: dai principi di funzionamento di base alle tecniche più comuni per aumentare la coppia, dalle principali applicazioni ai punti chiave da verificare al momento della scelta. Abbiamo anche raccolto in formato domande e risposte le perplessità più frequenti che sorgono durante la progettazione. Questi contenuti ti saranno utili come riferimento per la scelta dei motori e per preparare i documenti da presentare durante le riunioni interne.
| A cura di: Gruppo Commerciale Componenti Elettronici, C.I. TAKIRON Corporation Questo articolo è stato curato sulla base delle competenze tecniche avanzate e delle conoscenze acquisite nel corso degli anni, sin dalla fondazione dell’azienda nel 1919, come leader nel settore della lavorazione delle materie plastiche.Il nostro reparto analizza costantemente le tendenze di mercato e le ultime tecnologie relative ai micromotori ultracompatti e ad alta precisione, concentrandosi sulla fornitura di informazioni di alto valore aggiunto a progettisti e sviluppatori. In qualità di team di esperti che conosce a fondo le caratteristiche dei prodotti, ti aiutiamo a risolvere le tue sfide e a promuovere l’innovazione tecnologica attraverso contenuti accurati e pratici. |
Nozioni di base sui motori compatti ad alta coppia
Quando devi scegliere un motore compatto ad alta coppia, è importante prima di tutto avere le idee chiare sui termini di base e sui valori numerici: così il confronto tra le diverse metodologie e la valutazione delle applicazioni procederanno senza intoppi. Capire cosa si intende per “coppia”, quali sono i motori considerati “compatti” e come conciliare le esigenze di dimensioni ridotte con quelle di coppia elevata sono conoscenze fondamentali per prendere decisioni di progettazione.In questo capitolo esamineremo, uno dopo l’altro, i fondamenti che ti aiuteranno a comprendere gli aspetti tecnici e le strategie per aumentare la coppia, da tre diversi punti di vista.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Cosa sono i motori compatti ad alta coppia?
- Nozioni di base e unità di misura della coppia
- L’importanza di conciliare dimensioni ridotte e coppia elevata
Seguendo questi passaggi uno dopo l’altro, si crea un collegamento tra la definizione dei termini e il loro significato dal punto di vista progettuale, e sarai pronto per capire le tecniche di aumento della coppia.
Cosa sono i motori compatti ad alta coppia?
Per “motore compatto ad alta coppia” si intende un motore progettato con dimensioni ridotte ma dotato di una coppia elevata, ovvero la forza di rotazione. I motori ad alta coppia sono considerati motori con una forza di rotazione elevata. D’altra parte, non esiste una definizione chiara e unificata nel settore per i motori compatti.A volte si definiscono “motori di piccole dimensioni” quelli con potenza pari o inferiore a 100 W e “motori ultra-piccoli” quelli con potenza pari o inferiore a 3 W, ma la definizione in sé non è considerata chiara. In questo articolo ci concentreremo sui motori che combinano dimensioni ridotte e coppia elevata.I micromotori realizzati da C.I. Takiron rientrano, come vedremo più avanti, nella categoria dei motori con coppia dell’ordine di mN·m. Poiché i presupposti di progettazione sono diversi rispetto a quelli dei grandi motori industriali dell’ordine di N·m, ti consigliamo di leggere questo articolo tenendo presente che si tratta di motori ad alta coppia destinati a dispositivi di piccole dimensioni: così potrai comprenderlo meglio.
Nozioni di base e unità di misura della coppia
La coppia è un parametro che indica la forza (momento di forza) esercitata su un asse in senso rotatorio. Nelle spiegazioni dei termini tecnici del settore FA, la coppia viene definita come la forza che agisce attorno a un asse in senso rotatorio, e la sua unità di misura nel Sistema Internazionale (SI) è il N·m (newton metro).Il N·m, in base alla legge sulle unità di misura, è definito come il momento della forza che si ottiene applicando una forza di 1 N perpendicolarmente a un punto distante 1 m. Nel campo dei motori di piccole dimensioni, si utilizzano valori inferiori al N·m, ovvero gli mN·m. Il rapporto tra le due unità è il seguente.
| Unità | Come si legge | Rapporti tra le grandezze |
| N·m | Newton-metro | Unità composta del Sistema Internazionale (SI) che esprime il momento di una forza |
| mN·m | millinewton-metro | Un valore pari a un millesimo di N·m |
La coppia sviluppata dai micromotori si limita a valori dell’ordine dei mN·m, un ordine di grandezza diverso rispetto ai N·m dei motori di grandi dimensioni. Quando valuti la fonte di azionamento per dispositivi di piccole dimensioni, mantenere lo stesso sistema di unità di misura ti aiuta a stimare con maggiore precisione la coppia necessaria e a confrontare i prodotti in modo più accurato.
L’importanza di conciliare dimensioni ridotte e coppia elevata
Ti spiego perché è importante riuscire a conciliare le dimensioni ridotte con una coppia elevata. In linea di massima, più un motore è grande, maggiore è la coppia che genera. Se riesci ad aumentare la coppia senza cambiare le dimensioni, puoi progettare un motore più piccolo in grado di eguagliare le prestazioni di coppia di uno più grande.Molti dispositivi di uso quotidiano, come smartphone, aspirapolvere e asciugacapelli, sono dotati di motori. Man mano che i dispositivi diventano più piccoli, le dimensioni dei motori che si possono integrare al loro interno subiscono delle limitazioni. L’obiettivo è progettare in modo da garantire la coppia necessaria pur rispettando tali limiti, per conciliare la miniaturizzazione complessiva del dispositivo con il mantenimento delle prestazioni.In settori in cui lo spazio di installazione è limitato, come quello delle apparecchiature mediche o degli strumenti di precisione, i motori che, pur essendo compatti, sviluppano una coppia sufficiente, ampliano la libertà di progettazione dei prodotti.
Come aumentare la coppia in un motore compatto ad alta coppia
La coppia di un motore dipende dalla progettazione elettromagnetica interna e dal meccanismo di riduzione esterno. Per aumentare la coppia mantenendo le stesse dimensioni, serve un progetto che combini e ottimizzi questi elementi. I metodi per aumentare la coppia possono essere classificati in base a diversi punti di vista.In questo capitolo, partendo da questo approccio, spiegheremo le principali strategie per aumentare la coppia nei motori di piccole dimensioni, suddividendole in tre punti di vista.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Ottimizzazione dei magneti e dei materiali del nucleo
- Soluzioni ingegnose per l’avvolgimento e il traferro
- Bassa velocità e coppia elevata grazie al motoriduttore
Se metti a confronto l’approccio basato sulla progettazione interna e quello basato sui meccanismi esterni, riesci a capire quale soluzione per aumentare la coppia sia più adatta alle tue esigenze.
Ottimizzazione dei magneti e dei materiali del nucleo
L’ottimizzazione dei magneti e dei materiali del nucleo è una tecnica che permette di aumentare la coppia partendo dalla progettazione elettromagnetica interna del motore. Tra i fattori interni che influenzano la coppia, si possono citare i seguenti due punti.
| Elementi | Contributo all’aumento della coppia |
| Rivedere i magneti | Sostituire con magneti più potenti per aumentare la coppia |
| Miglioramento del materiale del nucleo | Utilizzo di lamiere magnetiche ad alta permeabilità per aumentare la densità di flusso magnetico |
Esistono diversi tipi di magneti, come quelli in ferrite, al neodimio e in samar-cobalt; i magneti al neodimio, pur avendo una forte forza magnetica, sono sensibili al calore, e per i modelli standard si consiglia in genere di non superare gli 80 °C circa come temperatura di esercizio.Per quanto riguarda il materiale del nucleo, più è alta la permeabilità magnetica, maggiore è la funzionalità del nucleo come elettromagnete, il che porta a una maggiore coppia. Scegliendo il magnete e il materiale del nucleo in base alle condizioni di temperatura di impiego, si riesce a realizzare un progetto che aumenta la coppia mantenendo le stesse dimensioni.
Soluzioni ingegnose per l’avvolgimento e il traferro
Anche le soluzioni relative all’avvolgimento e al traferro sono tecniche che aumentano la coppia partendo dal design interno. Per quanto riguarda l’avvolgimento, aumentando il numero di spire della bobina o il diametro del filo, la corrente e il flusso magnetico aumentano, portando a un aumento della coppia. Se si aumenta il diametro del filo, la coppia di avviamento e la corrente di avviamento aumentano in proporzione al quadrato di tale diametro.Inoltre, una volta superato un certo limite, questa relazione di proporzionalità al quadrato tende a non valere più. Il traferro è lo spazio che c’è tra il rotore e lo statore. Più lo si restringe, maggiore è l’influenza del campo magnetico. Dato che l’avvolgimento e il traferro sono correlati, è efficace una progettazione che li regoli entrambi insieme.
Bassa velocità e coppia elevata grazie al motoriduttore
L’ottenimento di basse velocità e coppia elevata tramite un motoriduttore è una tecnica che aumenta la coppia grazie a un meccanismo di riduzione esterno. Il motoriduttore è un prodotto che combina un motore e una testa ingranata (riduttore) e permette di aumentare la coppia in uscita in base al rapporto di riduzione.La coppia in uscita quando si monta la testa di riduzione si calcola con la formula «Tout = Tin × i × η» (coppia in uscita = coppia in ingresso × rapporto di riduzione × efficienza di trasmissione). La coppia in uscita aumenta in proporzione al rapporto di riduzione, mentre il numero di giri diminuisce in base a tale rapporto.Unendo il motore e il riduttore in un unico blocco, si ottiene una coppia elevata anche se il numero di giri diminuisce; per questo è importante progettare il sistema in modo ottimale tenendo conto del numero di giri. I motoriduttori di C.I. Takiron sono prodotti che combinano un riduttore con motori senza nucleo o motori brushless, e rappresentano la scelta ideale quando si vuole garantire una coppia elevata a bassa velocità in apparecchiature di piccole dimensioni.
Principali applicazioni dei motori compatti ad alta coppia e criteri di selezione
I motori compatti ad alta coppia sono prodotti ampiamente utilizzati in settori come quello delle apparecchiature mediche e industriali, dove serve una coppia adeguata in spazi ristretti. Per procedere concretamente alla loro adozione, oltre a capire bene l’applicazione, è utile avere a portata di mano i punti da verificare in fase di selezione e le risposte alle domande che potrebbero sorgere in fase di progettazione: così la valutazione procederà senza intoppi.In questo capitolo spiegheremo, nell’ordine, le applicazioni più comuni, i punti chiave da tenere presenti nella scelta e le domande più frequenti.
Cosa tratteremo in questa sezione
- Principali applicazioni dei motori compatti ad alta coppia
- Punti da verificare nella scelta dei motori di piccole dimensioni
- Domande frequenti sui motori compatti ad alta coppia
Se segui passo passo il percorso, dalla comprensione dell’uso alla verifica della scelta fino alla risoluzione dei dubbi sul posto, avrai a disposizione tutti gli elementi necessari per preparare i documenti per la discussione interna.
Principali applicazioni dei motori compatti ad alta coppia
Gli impieghi principali dei motori compatti ad alta coppia si stanno espandendo in settori in cui è richiesto un controllo preciso della coppia a livelli dell’ordine di mN·m in spazi limitati. Tra i campi di applicazione più rappresentativi si possono citare i seguenti.
【Principali campi di applicazione dei motori compatti ad alta coppia】
- Dispositivi medici (endoscopi, cateteri)
- Attrezzature industriali (utensili elettrici)
- Apparecchiature ottiche (sistema di azionamento delle lenti)
- Dispositivi di sicurezza (serrature elettroniche)
I motori ad alta coppia trovano impiego in un’ampia gamma di settori, tra cui macchinari industriali, robotica e apparecchiature mediche.I motori ultracompatti con albero cavo sono destinati a trovare impiego in settori medici e industriali, come l’OCT e l’endoscopia. Poiché la coppia e la velocità di rotazione richieste variano a seconda del settore, la scelta del motore in base ai requisiti dell’applicazione costituisce il punto di partenza fondamentale nella fase di progettazione.
Punti da verificare nella scelta di un motore di piccole dimensioni
Quando si sceglie un motore di piccole dimensioni, è importante valutare in modo globale la coppia e il numero di giri necessari, le condizioni di alimentazione, la durata e le dimensioni. Per scegliere il motore giusto, devi confrontare le caratteristiche, le prestazioni e le proprietà di ciascun modello. Di seguito ti elenchiamo i punti principali da verificare in anticipo.
| Punti da verificare | Contenuto |
| Coppia e numero di giri | Comprendere l’equilibrio tra la coppia e il numero di giri necessari |
| Requisiti di alimentazione | Controlla che la tensione e la corrente di alimentazione rientrino nei valori previsti |
| Condizioni d’uso | Tieni conto delle condizioni ambientali di funzionamento, come la temperatura |
Si ritiene che, all’aumentare della temperatura ambiente, la resistenza degli avvolgimenti aumenti, la forza magnetica del magnete diminuisca e la coppia di avviamento si riduca. Se si tengono in considerazione anche le condizioni di temperatura dell’ambiente di utilizzo, si riesce a scegliere il motore giusto senza fraintendere le prestazioni effettive.
Domande frequenti sui motori compatti ad alta coppia
In vista dello studio sui motori compatti ad alta coppia, abbiamo raccolto le domande più frequenti in formato Q&A.
D1. È possibile aumentare la coppia senza modificare le dimensioni?
A. Sì, è possibile. Si ritiene che, rivedendo i magneti, gli avvolgimenti, il traferro, il materiale del nucleo e l’altezza della stratificazione del nucleo, sia possibile aumentare la coppia mantenendo le stesse dimensioni.
Q2. Il fatto di rallentare con le marce per aumentare la coppia è una soluzione di compromesso?
A. Non è detto che sia una soluzione di compromesso. La riduzione della velocità tramite ingranaggi è un metodo efficace per aumentare la coppia. Tuttavia, è necessario progettare tenendo conto dell’equilibrio tra precisione, rumorosità e durata.
Q3. Se si aumenta la coppia, aumenta anche il calore generato?
A. Aumenta. Per aumentare la coppia è necessario aumentare la corrente, e le perdite nell’avvolgimento si traducono in calore.
Q4. Mi puoi spiegare perché l’alimentatore e i driver rappresentano un limite all’avvio?
A. All’avvio del motore si verifica una corrente di picco che raggiunge diverse volte la corrente nominale. Quando scatta la protezione da sovracorrente dell’alimentatore, la tensione di uscita cala; a causa della riduzione della tensione applicata, la coppia diminuisce e non è più possibile ottenere la coppia massima all’avvio.
È più facile fare ordine analizzando i punti che spesso creano problemi in fase di progettazione, distinguendoli in base alle misure per aumentare la coppia e alle condizioni di alimentazione.
Riepilogo
In questo articolo abbiamo riassunto tutto ciò che c’è da sapere sui motori compatti ad alta coppia: dai concetti di base alle tecniche più comuni per aumentare la coppia, dalle principali applicazioni ai punti da verificare nella scelta, fino alle domande più frequenti. Per aumentare la coppia mantenendo le stesse dimensioni, un metodo efficace consiste nell’ottimizzare il design interno (magneti, nucleo, avvolgimenti) e combinarlo con la riduzione della velocità tramite un motoriduttore.Inoltre, al momento della scelta è importante tenere presenti i requisiti specifici per ogni applicazione e le condizioni di temperatura dell’ambiente di utilizzo. C.I. TAKIRON Corporation offre consulenza sulle specifiche dei micromotori in base alle tue esigenze e realizza anche soluzioni personalizzate. Se hai bisogno di aiuto nella progettazione, non esitare a contattarci.
Informazioni sui prodotti e richieste di informazioni
Per maggiori dettagli sui micromotori di C.I. Takiron, dai un’occhiata al sito web qui sotto.
- Sito del prodotto: https://cik-ele.com/
- Motori senza nucleo: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Motori brushless: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Motoriduttore: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Se hai difficoltà a scegliere il motore compatto giusto per lo sviluppo del tuo prodotto, non esitare a contattarci tramite il modulo di richiesta. Un nostro tecnico valuterà l’applicazione e le tue esigenze per proporti la soluzione più adatta.
- Contatti: https://cik-ele.com/contact/
