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Motori DC ad alte temperature

Chi conosce il catalogo maxon e le specifiche tecniche avrà notato che per i nostri motori vengono specificate le temperature ambiente e le temperature degli avvolgimenti massime. La maggior parte dei motori DC ha una temperatura ambiente massima compresa tra 85 ⁰C e 100 ⁰C e una temperatura degli avvolgimenti massima tra 100 ⁰C e 125 ⁰C. Perché?

Prima di tutto per la differenza tra temperatura ambiente e la temperatura massima dell'avvolgimento. L'alimentazione in ingresso viene divisa in tensione (V) e corrente (A). La tensione determina la velocità mentre la corrente definisce la coppia. Quando il motore è in funzione, la corrente genera calore nell'avvolgimento. Ciò significa che quando si specifica che il motore può funzionare ad alte temperature, si intende che non potrà essere usato con la stessa intensità con cui verrebbe utilizzato alle normali temperature da officina o si brucerà.

Quali sono i problemi correlati al calore?

All'interno del motore si trova un circuito magnetico generato da un magnete permanente e dall'elettromagnete: l'avvolgimento del motore. Sia il magnete permanente che l'avvolgimento sono influenzati dal calore. I magneti al neodimio iniziano a smagnetizzarsi a circa 160 ⁰C indebolendosi. Purtroppo il raffreddamento del motore non ripristina le caratteristiche iniziali in quanto si tratta di una degradazione permanente. L'avvolgimento è ricoperto da una vernice isolante che offre stabilità e isolamento. Quando la temperatura supera i 160 ⁰C, la vernice si ammorbidisce: a questo punto l'avvolgimento può deformarsi causando uno sfregamento che consuma l'isolamento e causa un cortocircuito e il guasto del motore. Temperature particolarmente elevate possono causare la fusione della vernice e dell'isolamento con conseguente corto circuito. Il risultato è sempre lo stesso: il motore si danneggia irreparabilmente.

Motori maxon per alte temperature

Non sorprende che vi siano ambienti dove si preferisce utilizzare i motori quando le temperature sono maggiori, ad esempio durante la trivellazione profonda alla ricerca di petrolio, gas o energia geotermica, oppure nelle valvole di comando dei motori di velivoli. maxon ha una gamma di motori DC progettati per questi ambienti. La gamma HD (Heavy Duty) brushless può funzionare a temperature ambiente fino a 200 ⁰C con una temperatura dell'avvolgimento massima di 240 ⁰C.

Come funzionano questi motori a temperature così elevate?

I magneti dei motori HD maxon vengono prodotti in samario cobalto (SmCo). I magneti in terre rare al samario cobalto possono raggiungere temperature di gran lunga superiori prima che inizino a smagnetizzarsi. Il filo di rame utilizzato nell'avvolgimento presenta inoltre un maggiore isolamento alle alte temperature. Infine la vernice di impregnazione è idonea a una temperatura molto superiore e assicura quindi che l'avvolgimento si mantenga stabile per l'intero range di temperature di esercizio.

Perché non rendere tutti i motori in grado di raggiungere temperature superiori?

Produrre un motore per alte temperature non è semplice; l'isolamento ottimizzato del filo di rame è molto rigido e ciò rende molto più difficile l'avvolgimento. Inoltre non funziona con tutti i pattern di avvolgimento. Un altro motivo sono i costi in quanto i materiali specializzati sono anche più costosi. Perché le persone dovrebbero scegliere un motore di prezzo elevato e più specializzato per le applicazioni in cui non è necessario?

Nelle applicazioni su larga scala, maxon è in grado di aggiornare i motori standard per i progetti in cui sono necessarie temperature superiori se non è disponibile un motore adatto nella gamma HD limitata. maxon esaminerà la fattibilità della produzione dell'avvolgimento e creerà un lotto di produzione su misura per gli avvolgimento per garantire che il filo abbia una resa adeguata. Infine, se la resa è sufficiente, verranno prodotti motori campione e verranno convalidate le specifiche tecniche.

Cosa fare se la vostra applicazione supera i limiti della temperatura ambiente?

Contattate il vostro sales engineer tecnico di maxon. Abbiamo tutti una preparazione che ci permette di indicarvi il prodotto giusto per l'applicazione giusta nell'ambiente giusto.

Prima di tutto facciamo una serie di domande sull'applicazione. Quali velocità e coppie sono necessarie in uscita?  Quale sarà il ciclo di funzionamento del motore? Qual è l'alimentazione in ingresso? Esaminiamo ambiente, temperatura, urti/vibrazioni ecc., analizziamo anche altri limiti, spazio a disposizione, massa ecc. Una volta raccolti tutti i dati, iniziamo la valutazione delle possibili opzioni per fornire una soluzione.

Se sono presenti temperature elevate, dobbiamo effettuare una termoanalisi per garantire che il motore non si bruci una volta in funzione. Analizziamo la velocità e il profilo di coppia nel corso del ciclo di funzionamento sulla base della temperatura ambiente specifica. Utilizziamo il software sviluppato da maxon che ci fornisce informazioni fondamentali, compresa la temperatura dell'avvolgimento. Raggiunge o supera la temperatura dell'avvolgimento massima? Il ciclo di funzionamento prevede un tempo sufficiente per il raffreddamento? Dopo cicli multipli, si mantiene sotto la temperatura massima dell'avvolgimento?

Grazie alla nostra formazione e agli strumenti a disposizione, indicheremo una sola soluzione che siamo certi soddisfi tutti i requisiti.

Author: Andrew Gibson

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