TIPOLOGIA BRUSHED

Il sistema brushed è il sistema più basilare e semplice, produce molta potenza ai bassi regimi, e non necessita di particolari apparecchiature per sfruttarne la potenza ai massimi termini. Tuttavia questi tipo di motori soffrono di grande decadimento sia componentistico che prestazionale, in brevissimi tempi tra l’altro, pregiudicandone l’uso intenso in gare o situazioni dove richiedono sforzi prolungati, costringendo spesso a delle rimesse a punto o complete sostituzioni.

Fig. 3.1 Esempio di motore a spazzole per modelli in scala 1:10 (foto tratta da rc-recycler.com) Come si può notare dalla figura, la sua composizione appare piuttosto semplice; ad un’estremità sono collegati due cavi, cioè i cavi che vanno a collegarsi rispettivamente ai due poli del motore. Più sotto troviamo la parte di plastica, la “culatta” che ospita i collegamenti elettrici (quelli dei poli) e le spazzole22_{, trattenute in posizione rispettivamente da due molle,}

forzando così il contatto elettrico.

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Generalmente costituite interamente da carbone, esse rappresentano l’essenza di questa tecnologia; difatti, tramite l’impulso elettrico, queste trasmettono l’elettricità al collettore, posto sull’albero rotante, il quale inizierà a girare su se stesso, eccitato appunto dagli stimoli ricevuti dallo sfregamento con le spazzole.

L’albero rotante è costituito come accennato da un commutatore rivestito da una lamina (generalmente di rame) che permette il collegamento con le bobine di filo di rame posizionate sull’albero stesso (il rivestimento può essere tornito per permetterne il riutilizzo) le quali, attraverso l’impulso che dalle spazzole passa alla lamina del commutatore , lo trasformano in campo magnetico e in forza motrice, poiché essendo inoltre avvolte attorno all’armatura (parte magnetica del rotore), forniscono magnetismo, tramite il quale i magneti (uno positivo e uno negativo) spingono il rotore, facendolo roteare23_.

N.B: poiché la lamina che ricopre il commutatore è di materiale conduttivo, le varie parti che vanno a collegarsi alle bobine, sono separate da qualche decimo di millimetro, impedendo così un possibile, anzi certo, cortocircuito.

Questi magneti sono posizionati all’interno dello statore, ovvero la cassa cilindrica, il corpo del motore.

I magneti rimangono fissi, sono incollati allo statore stesso. Inizialmente questi magneti erano costituiti da samario di cobalto, tuttavia a causa della poca affidabilità legata alle temperature d’esercizio, si è passato ai magneti al Neodimio, attuale standard per la fabbricazione dei magneti per i motori brushless.

Come in ogni albero motore elettrico, alle due estremità sono posizionati due cuscinetti a sfera, generalmente in acciaio per quanto riguarda questo tipo di motori, mentre le compagnie produttrici attuali utilizzano prevalentemente cuscinetti ceramici, garantendo così una durata e precisione decisamente superiori a quelli più comuni in acciaio, comportando tuttavia un aumento dei costi di produzione e quindi di vendita.

Questi cuscinetti necessitano di particolare attenzione, poiché il minimo cedimento potrebbe portare gravi conseguenze come la rovina del rotore e dei magneti.

L’estremità dello statore che ospita le spazzole ed i contatti elettrici è definita “culatta” o “campana”, è di un materiale plastico isolante e avvitata direttamente allo statore. In essa convergono i due cavi elettrici, le cui estremità sono collegate alle molle o asticelle metalliche che mantengono in sede le spazzole al carbone, tenendole sempre aderenti al commutatore.

Nella parte centrale della calotta è presente l’alloggio per il cuscinetto dell’albero motore. Brevemente ho illustrato le componenti che costituiscono il motore a spazzole. Ciò ci è servito per rendere più semplice da capire il meccanismo di funzionamento dei motori brushless e la loro composizione. Oggigiorno quasi più nessuno produce i motori a spazzole, per i motivi che vediamo in seguito, i quali hanno lasciato completamente spazio ai più moderni senza spazzole.

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VANTAGGI

Gli unici due vantaggi che presenta questo tipo di motore, riguardano la forza motrice iniziale e i relativi bassi costi di produzione e di vendita.

1. La loro particolare costituzione permette di utilizzarli al meglio, senza l’ausilio di sensori. Questo perché la posizione del rotore è mantenuta grazie al magnetismo, e quindi non è necessaria una lettura precisa per permetterne il funzionamento.

Non presenta quindi il fastidioso effetto “coccing” tipico invece dei motori brushless senza sensori.

L’effetto coccing si verifica quando, in fase di accelerazione, il motore va a strattoni, pregiudicandone il perfetto funzionamento ai bassi regimi; un fenomeno decisamente fastidioso, soprattutto in condizioni di gara, dove le ripartenze sono molto frequenti.

Inoltre non è di certo benefico per la meccanica e per il motore stesso.

2. Costi di produzione bassi, principalmente grazie alla loro semplice struttura e ai materiali utilizzati, di uso abbastanza comune nel settore industriale. Non necessitando quindi di particolari leghe acciaiose o di altri materiali conduttivi.

SVANTAGGI

Adesso vi esporrò i motivi per i quali i motori a spazzole sono stati gradualmente abbandonati e superati dalla tecnologia brushless.

1. Necessità di manutenzione entro brevi tempi in caso di utilizzo prolungato e altamente stressante del motore. La manutenzione comporta tempo, conoscenze precise e componentistica nuova e/o aggiornata. Difatti la durata dei carboncini delle spazzole è abbastanza limitata, così come i cuscinetti in acciaio. Inoltre raramente può capitare di dover sostituire il rotore intero a causa di cedimenti dell’armatura dovuti alle alte temperature d’esercizio.

Infine è indispensabile il possesso del tornio per commutatori, in quanto con l’andare del tempo e l’accumulo di utilizzi, la lamina del commutatore tende a rovinarsi, rendendo imprecisa e scostante l’apporto elettrico; tornendolo quindi si ha la possibilità (limitata) di ricostituirlo ex novo.

2. Prestazioni non eccellenti, a causa dello scarso apporto energetico e della costituzione stessa del motore, poco dispersivo di calore.

3. Sicurezza di utilizzo precaria, dovuta principalmente dal fatto che lo sfregamento dei carboncini delle spazzole sul commutatore provoca scintille, le quali ovviamente generano calore all’interno del corpo motore, e non disperdendosi ne consegue un aumento repentino delle temperature causando cedimenti componentistici, riduzione delle funzioni elettromagnetiche, e quindi guasti o perdite di prestazioni, per non parlare poi dei rari casi d’incendio verificatasi.

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Questa particolare caratteristica rende questi motori inadatti alla sfruttamento continuo e pesante, richiesto in casi di competizioni.

Ora abbiamo elencato i pro e i contro dei motori brushed, fornendo un quadro generali e quindi generando un’idea su come si siano sviluppati i motori brushless.