Posizionatore albero motore: cos’è e come funziona per motori elettrici? Per non ripetere motore elettrico.

Potrebbe sembrare che i motori elettrici siano dispositivi estremamente semplici, ma non lo sono esattamente. Sono infatti costituiti da un numero inferiore di ricambi rispetto alle unità di combustione, ma il grande pubblico non sarebbe nemmeno in grado di nominarne molte. Un ottimo esempio è il dispositivo appena discusso, il cui scopo è quello di trasmettere informazioni alla centralina del motore circa la posizione angolare e la velocità di rotazione del rotore. Questo componente è chiamato risolutore.

Nella fase iniziale della popolarità delle auto elettriche, la funzione di resolver veniva svolta dal cosiddetto Sensori Hall, ma nel tempo c’è stato uno spostamento verso soluzioni basate sull’induzione. Spiegheremo brevemente la causa di ciò nella revisione di vari tipi di risolutori.

Encoder rotativi assoluti

Per illustrare l’importanza di questa invenzione, parliamo prima di encoder rotativi incrementali.

Questo dispositivo, spesso utilizzato nell’industria, presenta molti vantaggi, ma anche uno svantaggio significativo, ovvero che non può memorizzare informazioni sulla posizione o impulsi in uscita. Questi devono essere calcolati e scritti su una fonte esterna, altrimenti le relative informazioni scompaiono quando viene interrotta l’alimentazione alla macchina.

Dopo la ripartenza, la macchina dotata di questo tipo di encoder deve essere impostata alla posizione selezionata (punto di riferimento) e a questo punto possiamo dare al contatore un valore zero, ottenendo così la posizione di partenza.

Tuttavia, maggiore è il numero di assi supportati da encoder di una macchina, maggiore sarà il dispendio di tempo del processo. In un ambiente di impianto di produzione, è molto gravoso e, nel caso di un’auto, del tutto impossibile.

Gli encoder assoluti soddisfano questo problema. Questo tipo differisce dal precedente in quanto è possibile leggere la posizione corrente da esso in qualsiasi momento.

Parleremo di più sui diversi tipi di encoder assoluti più avanti in questo articolo.

Encoder rotativi ottici

Attualmente è il tipo di encoder assoluto più utilizzato. Per quanto riguarda il principio di funzionamento, è molto simile agli encoder incrementali: anche qui il conteggio viene eseguito rilevando alternativamente segmenti scuri e chiari. Nel caso degli encoder ottici, invece, il loro numero e la disposizione delle testine sono differenti.

Encoder rotativi magnetici assoluti

Anche in questo caso le differenze sono lievi rispetto alle versioni incrementali: il principio di funzionamento e la struttura meccanica sono pressoché identici, sebbene la struttura interna sia leggermente diversa. Anche il numero e la disposizione delle testine di scansione e dei circuiti di interfaccia variano.

È interessante notare che i circuiti di uscita degli encoder rotativi magnetici assoluti sono gli stessi utilizzati nelle versioni ottiche, il che ne garantisce la compatibilità.

Encoder rotativi induttivi assoluti (resolver)

Raggiungiamo un dispositivo con un enorme potenziale per l’industria automobilistica. Il resolver comunemente utilizzato nei servomotori non è altro che un sensore di posizione angolare che misura la posizione angolare istantanea di un asse rotante durante un giro. La struttura meccanica del resolver ricorda solitamente un piccolo motore dotato di una parte rotante (che è collegata all’asse azionato) e di un elemento statorico che emette un segnale in uscita.

I valori restituiti dal resolver hanno un senso e uno scopo ben precisi, in quanto consentono di determinare la posizione angolare assoluta.

Il segnale inviato dal resolver è proporzionale al seno e al coseno dell’angolo di rotazione dell’asse. Poiché ogni posizione angolare ha una combinazione univoca di valori seno e coseno mentre ruota, il trasmettitore invia un valore diverso per ciascuna posizione.

Da un punto di vista elettrico, un resolver è in realtà un trasformatore in cui l’accoppiamento tra primario e due secondari cambia in funzione del seno e coseno della posizione angolare del rotore.

Lo sviluppo dei resolver sta procedendo rapidamente, anche grazie all’iniziativa della stessa industria automobilistica. Sempre più spesso si trovano resolver brushless in cui l’avvolgimento primario è eccitato da un trasformatore e l’avvolgimento secondario è avvolto attorno allo statore.

Il resolver, come qualsiasi trasformatore richiede il segnale di riferimento. La modulazione di ampiezza del segnale di riferimento produce un segnale di uscita in due avvolgimenti secondari perpendicolari. Questa modulazione dipende dal seno e dal coseno dell’angolo di rotazione del rotore.

Un encoder rotativo induttivo può dare valori a 360° in senso assoluto, ma finora non abbiamo menzionato il numero totale di giri.

Ebbene, se necessario, ulteriori resolver (tramite trasmissione) sono responsabili del conteggio dei giri.

Il resolver non necessita di un’alimentazione separata, cioè di una sorgente di corrente, in quanto il segnale di riferimento necessario al suo funzionamento è fornito da circuiti elettronici. Se l’elettronica funziona bene, il resolver fornisce la posizione angolare assoluta o il valore di posizione subito dopo l’accensione.

Vantaggi tecnici

Non è un caso che raramente si senta parlare del risolutore. È un componente stabile e affidabile dei motori elettrici ed è estremamente preciso. Supporta anche una vasta gamma di velocità di rotazione e il segnale generato è ben protetto dal campo magnetico vagante. Per la sua semplicità non necessita di molti materiali per la sua costruzione, perché, a differenza delle soluzioni magnetiche, non necessita di magnete, e anche il suo posizionamento è semplice. Grazie alle sue piccole dimensioni, può essere impresso su un wafer di silicio.

LX34070 – esempio

La società dell’Arizona Microchip ha recentemente introdotto il resolver sul mercato con grandi speranze.

Il sensore di posizione induttivo LX34070 consente soluzioni di controllo del motore più affidabili che soddisfano severi requisiti di sicurezza, riducono i costi complessivi del sistema e funzionano in modo fluido e preciso nell’ambiente ostile dei motori CC automobilistici, correnti elevate e bobine, ha affermato Fanie Duvenhage, vice presidente di Microchip.

I progettisti possono utilizzare l’LX34070 per semplificare ulteriormente il controllo del motore EV se combinato con altri dispositivi di sicurezza funzionali e pronti all’uso di Microchip, inclusi i nostri microcontrollori AVR e PIC a 8 bit, microcontrollori a 32 bit e driver di segnale digitale dsPIC. Duvenhage ha aggiunto.