Grazie a innovazioni nel design, nella tecnologia di controllo e nelle tecniche di produzione, i motori brushless per pompe e sistemi di ventilazione sono ora più efficienti e silenziosi. Questi miglioramenti avranno un impatto positivo su elettrodomestici e sull’industria automobilistica, grazie anche all’impiego della stampa 3D.
Piccoli motori, grandi potenziali di risparmio
I piccoli motori elettrici sono presenti in molti dispositivi di uso quotidiano, come elettrodomestici, utensili e computer, oltre che nelle automobili moderne, dove alimentano unità ausiliarie come pompe e ventilatori. Sebbene il consumo energetico di ciascun motore sia relativamente basso, la loro diffusione massiva rappresenta un’enorme opportunità per migliorare l’efficienza energetica complessiva. Il gruppo di ricerca del “CD Laboratory for Brushless Drives for Pumps and Fan Applications” dell’Università di Tecnologia di Graz, guidato dalla professoressa Annette Mütze, ha sfruttato questo potenziale. Grazie a un nuovo approccio nel design e nell’utilizzo di tecniche produttive avanzate, i motori sviluppati consumano meno energia, producono meno rumore e risultano più leggeri.
Design innovativo per motori più silenziosi
Una delle sfide affrontate dal team di ricerca riguardava la riduzione delle vibrazioni indesiderate nei motori. I motori con poli ad artiglio, comunemente utilizzati in sistemi di illuminazione dei veicoli, generano un fenomeno noto come “cogging”, che provoca vibrazioni durante la rotazione. I ricercatori hanno ridotto questi momenti di bloccaggio introducendo smussi e scanalature nelle griffe degli artigli. Questo semplice ma efficace intervento, che non comporta un aumento dei costi, ha permesso di ridurre del 70% il rumore prodotto dai motori, migliorando significativamente la fluidità e il silenzio del loro funzionamento.
Controllo ottimizzato per ridurre il consumo energetico
Un altro aspetto su cui si sono concentrati i ricercatori riguarda l’efficienza del controllo del flusso di energia elettrica nei motori. In genere, la corrente che alimenta il motore viene regolata mediante la modulazione dell’ampiezza dell’impulso, un metodo che richiede numerosi processi di commutazione e provoca un consumo energetico aggiuntivo. Il team di Graz ha sviluppato una strategia di controllo semplificata che riduce notevolmente le perdite di commutazione. “Per ogni ciclo di lavoro attiviamo e disattiviamo i nostri azionamenti una sola volta,” spiega Annette Mütze. Questo approccio ha consentito di diminuire sensibilmente il consumo di energia e, grazie alla riduzione dei cicli di commutazione, anche il numero di componenti elettronici necessari, come i condensatori, è stato dimezzato, abbassando così i costi complessivi.
Stampa 3D per nuclei di ferrite
La terza innovazione riguarda l’integrazione di nuclei in ferrite stampati in 3D nei motori PCB. I motori PCB (Printed Circuit Board) utilizzano avvolgimenti sotto forma di circuiti stampati per generare il campo magnetico necessario al loro funzionamento. Questo approccio permette un alto grado di automazione nella produzione. Integrando nuclei in ferrite stampati in 3D, i ricercatori sono riusciti a migliorare la conduzione del flusso magnetico nei motori, rendendo possibile l’uso di magneti a base di ferrite più economici. Questa soluzione riduce i costi di produzione mantenendo elevate le prestazioni.
Collaborazione con l’industria
Il progetto di ricerca è stato sviluppato in collaborazione con MSG Mechatronic Systems GmbH, partner industriale del laboratorio CD, che ha contribuito allo sviluppo di azionamenti brushless per applicazioni con pompe e ventilatori. Questo tipo di collaborazione tra università e industria rappresenta un esempio concreto di come l’innovazione accademica possa essere trasferita efficacemente al mondo produttivo, con benefici tangibili per vari settori, dall’automotive agli elettrodomestici.
I risultati di questa ricerca aprono nuove prospettive per lo sviluppo di motori elettrici più efficienti e sostenibili, offrendo soluzioni tecnologiche avanzate per ridurre l’impatto ambientale senza compromettere le prestazioni.
