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L'ascesa dei motori DC brushless (BLDC) rappresenta essenzialmente il loro superamento a 360 gradi rispetto ai tradizionali motori a spazzole in termini di progettazione strutturale, prestazioni e costi operativi. I motori a spazzole tradizionali realizzano la commutazione di corrente attraverso il contatto meccanico tra spazzole e commutatori. Questo difetto strutturale rende difficile per loro raggiungere risultati innovativi in indicatori fondamentali come efficienza, durata e affidabilità. Al contrario, i motori DC brushless adottano la tecnologia di commutazione elettronica, abbandonando completamente spazzole e commutatori, risolvendo fondamentalmente i problemi intrinseci dei motori tradizionali e soddisfacendo perfettamente i requisiti fondamentali delle industrie moderne per i motori, ovvero "alta efficienza, lunga durata e basso consumo energetico".
Innanzitutto, la lunghissima durata utile e i bassi costi di manutenzione sono i "principali punti di forza" dei motori CC brushless. Le spazzole e i collettori dei tradizionali motori a spazzole si usurano continuamente a causa dell'attrito ad alta velocità, con una durata utile complessiva di sole 1.000-3.000 ore. In scenari industriali con funzionamento continuo, potrebbe essere necessario spegnere la macchina per sostituire le spazzole ogni mese, il che non solo aumenta i costi di manutenzione, ma influisce anche seriamente sull'efficienza produttiva. I motori CC brushless, invece, realizzano la commutazione elettronica tramite sensori e controller Hall, senza alcun contatto meccanico e parti soggette a usura. La loro durata utile può raggiungere le 10.000-30.000 ore, ovvero da 5 a 10 volte quella dei tradizionali motori a spazzole. Prendendo ad esempio gli aspirapolvere domestici, i prodotti che utilizzano motori a spazzole solitamente subiscono un'attenuazione di potenza dopo 1 o 2 anni di utilizzo, mentre quelli dotati di motori senza spazzole possono avere una durata utile estesa fino a 5 o 8 anni, senza richiedere praticamente alcuna manutenzione durante questo periodo, riducendo notevolmente i costi operativi dell'utente.
In secondo luogo, le caratteristiche di elevata efficienza e risparmio energetico li rendono più competitivi in un contesto di carenza energetica. L'attrito delle spazzole dei tradizionali motori a spazzole causa una perdita di energia dal 10% al 20% e le scintille di commutazione causano interferenze elettromagnetiche, riducendo ulteriormente l'efficienza energetica. La loro efficienza complessiva è solitamente compresa tra il 60% e il 75%. Grazie all'eliminazione delle perdite per attrito meccanico, l'efficienza di conversione energetica dei motori CC brushless può essere aumentata dall'85% al 95%. A parità di potenza, il loro consumo energetico è inferiore di oltre il 30% rispetto a quello dei tradizionali motori a spazzole. Prendendo come esempio il motore del nastro trasportatore di una catena di montaggio industriale, un motore CC brushless da 5 kilowatt funziona per 8.000 ore all'anno. Calcolato a un prezzo dell'elettricità industriale di 0,6 yuan per kWh, può far risparmiare 7.200 yuan all'anno sui costi dell'elettricità rispetto a un motore a spazzole della stessa potenza. Nel sistema di motori ausiliari dei veicoli alimentati da nuove energie, l'elevata efficienza dei motori brushless migliora direttamente l'autonomia di crociera dei veicoli, rendendoli la scelta principale delle case automobilistiche.
Le eccellenti prestazioni di controllo e la stabilità operativa consentono loro di adattarsi a scenari più complessi. La regolazione della velocità dei tradizionali motori a spazzole si basa sulla variazione della tensione di armatura, che presenta una bassa precisione di regolazione della velocità e una bassa velocità di risposta, rendendo difficile soddisfare le esigenze di un controllo preciso. I motori CC brushless possono realizzare un controllo preciso di velocità e coppia attraverso la tecnologia di controllo vettoriale, con un ampio intervallo di regolazione della velocità fino a 1:1000, e il tempo di risposta dal funzionamento stabile a bassa velocità all'avvio istantaneo ad alta velocità è di soli pochi millisecondi. Nel campo dei droni, la capacità di controllo preciso dei motori brushless garantisce il volo stazionario stabile e la sterzata flessibile dei droni; nelle apparecchiature mediche, le loro basse vibrazioni e la bassa rumorosità soddisfano i severi requisiti degli strumenti chirurgici per la stabilità operativa. Inoltre, le scintille di commutazione generate dai tradizionali motori a spazzole interferiscono con le apparecchiature elettroniche circostanti, mentre i motori brushless hanno una migliore compatibilità elettromagnetica durante il funzionamento e possono essere applicati in settori come le comunicazioni e l'aerospaziale, che hanno requisiti estremamente elevati per l'ambiente elettromagnetico.
La graduale eliminazione degli svantaggi economici ne ha accelerato la diffusione. Inizialmente, a causa dell'elevato costo dei controller e dei sensori Hall, il prezzo dei motori brushless DC era da 2 a 3 volte superiore a quello dei motori tradizionali con spazzole, il che ne limitava l'applicazione nella fascia medio-bassa del mercato. Con lo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori, il costo dei chip di controllo dei motori è diminuito significativamente. Allo stesso tempo, la produzione su larga scala ha ridotto il prezzo complessivo dei motori brushless di oltre il 50% rispetto a dieci anni fa. In molti scenari applicativi, sebbene il costo di acquisto iniziale dei motori brushless sia leggermente superiore, combinato con la loro lunghissima durata e i vantaggi in termini di risparmio energetico, il costo del ciclo di vita completo è già inferiore a quello dei motori tradizionali con spazzole. Ad esempio, dopo aver utilizzato motori brushless nelle ventole di scarico delle cucine commerciali, i costi di elettricità e manutenzione risparmiati ogni anno possono compensare la differenza di costo iniziale, mostrando significativi benefici economici a lungo termine.
Naturalmente, in alcuni scenari semplici, estremamente sensibili ai costi e con bassi requisiti di controllo (come giocattoli e piccoli ventilatori), i motori a spazzole tradizionali hanno ancora un certo spazio vitale. Tuttavia, dal punto di vista delle tendenze di sviluppo tecnologico, con il continuo aggiornamento della tecnologia di controllo motore, i confini applicativi dei motori CC brushless sono in continua espansione. Dagli utensili elettrici di uso quotidiano alle grandi apparecchiature industriali, dall'elettronica di consumo alla nuova industria energetica, i motori CC brushless stanno promuovendo l'innovazione tecnologica dell'intera industria automobilistica con i loro vantaggi insostituibili e sono diventati un componente di potenza fondamentale e indispensabile nella moderna produzione industriale e nella vita quotidiana.
