Con il termine motore elettrico si definisce una macchina elettrica in cui la potenza di ingresso è di tipo elettrico e quella di uscita è di tipo meccanico, assumendo la funzione di attuatore. Questa tipologia di macchina elettrica è fondata, analogamente a quanto accade nel generatore elettrico, sulle forze elettromagnetiche che interagiscono tra un sistema di correnti ed un campo magnetico.^[1]

Tipi di motori elettrici

La divisione classica è tra motori in corrente continua (CC) e in corrente alternata (CA). Tuttavia non è una classificazione estremamente precisa, poiché esistono motori costruttivamente simili ai CC che possono essere alimentati anche in CA, chiamati motori universali. Diverse distinzioni si possono fare in base ad altri riferimenti: per esempio, la distinzione tra motori sincroni, nei quali la frequenza di alimentazione è pari ad un multiplo della frequenza di rotazione, ed asincroni, in cui le due frequenze sono diverse; pertanto di solito le categorie in cui si classifica il motore elettrico sono motore asincrono, motore sincrono o motore in corrente continua.

Funzionamento

Parti principali

Il motore elettrico, così come l'alternatore è composto da:

• Statore
• Rotore

Questi componenti generano un campo magnetico, in alcuni casi anche grazie all'uso di magneti.

Motore in corrente continua

La corrente elettrica passa in un avvolgimento di spire che si trova nel rotore. Questo avvolgimento, composto da fili di rame, crea un campo elettromagnetico al passaggio di corrente. Questo campo elettromagnetico è immerso in un altro campo magnetico creato dallo statore, il quale è caratterizzato dalla presenza di una o più coppie polari (calamite, elettrocalamite, ecc.). Il rotore per induzione elettromagnetica inizia a girare, in quanto il campo magnetico del rotore tende ad allinearsi a quello dello statore analogamente a quanto avviene per l'ago della bussola che si allinea col campo magnetico terrestre. Durante la rotazione il sistema costituito dalle spazzole e dal collettore commuta l'alimentazione elettrica degli avvolgimenti del rotore in modo che il campo magnetico dello statore e quello del rotore non raggiungano mai l'allineamento perfetto, in tal modo si ottiene la continuità della rotazione. Questo motore è alimentato a corrente continua, ma il sistema delle spazzole fa sì che la polarità all'interno degli avvolgimenti del rotore sia alternata durante la rotazione, quindi, tecnicamente, si tratta di un motore in corrente alternata. Durante la trasformazione, una modesta parte dell'energia viene dispersa per l'effetto Joule. Dato il principio di funzionamento, un motore elettrico fa sempre muovere l'albero motore di moto rotatorio; si può ottenere un moto lineare alternato utilizzando un glifo oscillante, componente meccanico che converte appunto il moto rotatorio in rettilineo oscillante.

Tale motore può essere usato in maniera reversibile anche come generatore elettrico, che assorbe energia meccanica. Questo senza subire alcun cambiamento nella sua struttura, permettendo così una sua versatilità molto ampia, che gli consente di passare da un funzionamento all'altro, velocemente e senza accorgimenti esterni rivolti al motore.

Motore passo-passo

I motori passo-passo, spesso chiamati anche passo, step o stepper, sono considerati la scelta ideale per tutte quelle applicazioni che richiedono precisione nello spostamento angolare e nella velocità di rotazione, quali la robotica, le montature dei telescopi e i servomeccanismi in generale. Tuttavia ultimamente, per le applicazioni high-end, vengono spesso sostituiti da motori brushless (senza spazzole, in cui la commutazione è controllata elettronicamente) o da attuatori voice-coil.

Motore senza spazzole

Il motore brushless (letteralmente "senza spazzole") è un motore elettrico in corrente continua con il rotore a magneti permanenti e lo statore a campo magnetico rotante. Non ha quindi bisogno di contatti elettrici striscianti (spazzole) sull'albero motore per funzionare. La commutazione della corrente circolante negli avvolgimenti dello statore, e quindi la variazione dell'orientamento del campo magnetico da essi generato, avviene elettronicamente. Ciò comporta una minore resistenza meccanica, elimina la possibilità che si formino scintille al crescere della velocità di rotazione, e riduce notevolmente la necessità di manutenzione periodica. I motori brushless vengono usati molto spesso nel modellismo dinamico.

Motore in corrente alternata

Questo tipo di motore funziona tramite l'alimentazione in corrente alternata e tra questi ricade anche il motore universale che è un motore in corrente continua adattato tramite avvolgimento statorico alla linea alternata.

Motore sincrono

È un tipo di motore elettrico in corrente alternata in cui lo statore, generalmente trifase, genera un campo magnetico rotante. Nel rotore è presente un campo magnetico (generato da un magnete permanente o un avvolgimento alimentato in continua) che è attirato dal campo magnetico rotante dello statore, generando la coppia motrice.

Motore asincrono

Il motore asincrono è un tipo di motore elettrico in corrente alternata in cui la frequenza di rotazione non è uguale o un sottomultiplo della frequenza di rete, ovvero non è "sincrono" con essa; per questo si distingue dai motori sincroni. Il motore asincrono è detto anche motore ad induzione in virtù del suo principio di funzionamento.

Motore lineare

Qualora il raggio del rotore fosse fatto tendere all'infinito, questo diventerebbe una retta (centro del raggio all'infinito) e la macchina assumerebbe una geometria lineare: praticamente lo statore e il rotore vengono come srotolati sul piano.

Questo motore è chiamato motore sincrono lineare e trova applicazione sia nella trazione ad alta velocità (treno a levitazione magnetica, JR-Maglev) che nella movimentazione di carichi e di pezzi per applicazioni robotizzate e per la realizzazioni di attuatori lineari.

Servizio

I motori elettrici a secondo della loro progettazione e tipologia d'impiego possono essere utilizzati in determinati modi, che vengono categorizzati in questo modo:^[2]

• S1 o Servizio continuativo il motore può funzionare senza sosta con carico costante rimanendo nella condizione di equilibrio termico.
• S2 o Servizio di durata limitata il motore può funzionare alternando periodi di servizio a periodi di pausa per ripristinare il regime freddo, i periodi di pausa hanno durata pari o maggiore a quelli di servizio ed il tempo di servizio viene in genere specificato in minuti.
• S3 o Servizio intermittente periodico si ha una successione di periodi di carico susseguiti a distacchi dalla fonte energetica.
  Il servizio viene segnato in percentuale con un rapporto d'intermittenza ts / (ts + tp) e dalla durata del ciclo.
• S4 o Servizio intermittente periodico con avviamento si hanno una successione periodica di fasi d'avviamento che gravano significativamente sul riscaldamento, seguita da fasi di carico susseguiti a distacchi dalla fonte energetica. Rispetto al "S3" viene specificato anche il numero di cicli nell'arco di un'ora.
• S5 o Servizio intermittente periodico con frenatura elettrica il motore funziona con una successione periodica di avviamento, carico costante, di una fase di frenatura elettrica e di una pausa con distacco dalla rete. Il tutto viene indicato come nel "S4", con l'indicazione aggiuntiva del tipo di frenatura e del momento della coppia resistente in frenatura.
• S6 o Servizio ininterrotto periodico con carico intermittente il motore lavora continuativamente, ma alterna periodi a carico costante con periodi di funzionamento a vuoto. La designazione di questo servizio è dello stesso tipo del servizio S3.
• S7 o Servizio ininterrotto periodico con frenatura elettrica si ha un lavoro continuo da parte del motore, il quale alterna fasi d'avviamento, funzionamento a carico costante e una fase di frenatura elettrica. La designazione di questo servizio è dello stesso tipo del servizio S5.
• S8 o Servizio ininterrotto periodico con variazioni correlate di carico e velocità si ha un funzionamento continuativo, caratterizzato da un periodo di funzionamento a carico costante ad una velocità di rotazione prestabilita, seguito da uno o più periodi di funzionamento con altri carichi costanti corrispondenti a diverse velocità di rotazione, tutti di pari durata. Per designare il servizio, si fa seguire l'abbreviazione S8 dai momenti d'inerzia del motore e del carico riferiti all'asse del motore, dalle indicazioni di carico, velocità e rapporto di intermittenza per ogni regime caratterizzato da una determinata velocità.
• S9 o Servizio con variazioni non periodiche di carico e di velocità servizio in cui generalmente il carico e la velocità variano in modo non periodico nel campo di funzionamento ammissibile. Questo servizio comprende sovraccarichi frequentemente applicati che possono essere largamente superiori ai valori a pieno carico.

Note

• Luigi Olivieri, Edoardo Ravelli, Elettrotecnica, Volume secondo: Macchine elettriche, Dodicesima edizione riveduta e aggiornata, Padova, CEDAM - Casa Editrice Dott. Antonio Milani, 1972, ISBN non esistente.

Voci correlate

• Corrente alternata
• Spazzole (elettrotecnica)
• Motore in corrente alternata
  • Motore asincrono
  • Motore sincrono
  • Motore monofase
  • Motore trifase
• Corrente continua
• Motore in corrente continua
  • Motore lineare
  • Motore brushless
  • Motore passo-passo
• Motore elettrico di trazione
• Veicolo elettrico
• Propulsione elettrica per uso spaziale