Motore PMSM o BLDC: che differenza c'è tra questi due motori a magneti?
Le schede tecniche parlano a volte di motore « BLDC », a volte di motore « PMSM », talvolta per motori che sembrano identici. Non è un caso: questi due nomi designano cugini molto stretti. Questa guida spiega cosa li distingue davvero e perché la questione importa soprattutto per il controller.
L'essenziale
- BLDC e PMSM sono due motori senza spazzole a magneti permanenti, costruiti nello stesso modo nelle grandi linee.
- La differenza sta nella forma della tensione che il motore produce girando: a trapezio per il BLDC, a seno per il PMSM.
- Un BLDC si sposa naturalmente con un controllo ad onda quadra, un PMSM con un controllo sinusoidale o vettoriale (FOC).
- In pratica, la maggior parte dei motori per monopattino si guida benissimo in FOC, indipendentemente dal loro nome.
Cosa hanno in comune
Entrambi i motori hanno:
- dei magneti permanenti sulla parte rotante, il rotore;
- degli avvolgimenti sulla parte fissa, lo statore, ripartiti in tre fasi;
- nessuna spazzola: è il controller che commuta la corrente elettronicamente, da cui il nome « brushless », senza spazzole.
Il motore mozzo di un monopattino è di questo tipo, con una particolarità: il rotore è all'esterno. I magneti sono incollati all'interno del cerchio, che gira attorno allo statore fissato all'asse. Si parla di motore a rotore esterno.
La vera differenza: la forza contro-elettromotrice
Quando si fa girare un motore a magneti a mano, esso produce una tensione ai suoi morsetti: è una dinamo. Questa tensione si chiama forza contro-elettromotrice. La sua forma dipende da come gli avvolgimenti sono ripartiti e da come i magneti sono formati.
| BLDC | PMSM | |
|---|---|---|
| Forma della tensione prodotta | Trapezoidale (piani e rampe) | Sinusoidale |
| Controllo naturale | Onda quadra, sei step per giro elettrico | Sinusoidale o vettoriale (FOC) |
| Coppia con il suo controllo naturale | Leggere ondulazioni a ogni commutazione | Molto regolare |
| Sensori tipici | Tre sensori Hall bastano | Posizione fine necessaria: encoder, resolver o stima |
Con un controllo ad onda quadra, la corrente viene inviata a gradini in due fasi alla volta. Se la tensione del motore ha la stessa forma di piano, la coppia resta quasi costante: è l'accordo del BLDC. Con un controllo sinusoidale, la corrente varia dolcemente nelle tre fasi; se la tensione del motore è anch'essa sinusoidale, la coppia è perfettamente liscia: è l'accordo del PMSM.
Nella realtà, il confine è sfumato
La maggior parte dei motori reali si trova a metà strada: la loro tensione non è né un trapezio perfetto né una sinusoide pura. Ecco perché uno stesso motore per monopattino può essere venduto sotto l'uno o l'altro nome.
Nella pratica d'officina, la maggior parte dei motori mozzo per monopattino si pilota benissimo in controllo vettoriale, che li rende più silenziosi e più dolci rispetto all'onda quadra. La forma esatta della loro tensione ha solo un effetto secondario sul risultato.
E il motore sincrono e il motore asincrono?
« Sincrono » significa che il rotore gira esattamente al ritmo del campo creato dagli avvolgimenti: è il caso dei motori a magneti, BLDC come PMSM. Il motore asincrono, invece, non ha magneti: il campo del rotore è indotto dallo statore, e il rotore gira un po' meno veloce del campo. Robusto e senza magneti, è meno compatto a parità di potenza e si incontra raramente sui piccoli veicoli.
Magneti in superficie o all'interno
Tra i PMSM si distinguono ancora i motori a magneti incollati in superficie del rotore (SPM) e quelli a magneti alloggiati all'interno (IPM). Questa differenza cambia molto il comportamento ad alta velocità: è l'oggetto della nostra guida motori IPM e SPM.
Cosa cambia quando si sceglie un motore
- Il nome, BLDC o PMSM, conta meno della tensione, della corrente sopportabile, del raffreddamento e della costante di velocità del motore. Vedi la nostra guida su Kv, Kt e poli.
- Il controller deve saper leggere i sensori di cui il motore è dotato.
- I nostri motori per monopattino elettrico sono motori a magneti senza spazzole, declinati in versioni High Speed e High Torque.
Domande frequenti
Si può pilotare un motore BLDC in FOC?
Sì. Il controllo vettoriale funziona benissimo sulla maggior parte dei motori cosiddetti BLDC, con un guadagno in termini di silenziosità e dolcezza. La coppia può presentare leggere ondulazioni se la tensione del motore è molto lontana da una sinusoide, ma è raramente fastidioso.
Come sapere se il mio motore è piuttosto BLDC o PMSM?
Osservando all'oscilloscopio la tensione tra due fasi quando si fa girare il motore a mano: un seno regolare indica un PMSM, dei piani un BLDC. In pratica, non c'è quasi mai bisogno di saperlo.
Il motore di un monopattino è sincrono?
Sì. È un motore a magneti permanenti, quindi sincrono: la sua velocità di rotazione è direttamente legata alla frequenza della corrente che gli invia il controller.