Per far fronte alle problematiche che si creano passando ai motori a corrente alternata, più compatti e potenti, sono stati realizzati nuovi sensori di velocità per i veicoli elettrici industriali.

La tendenza a sostituirei motori a corrente continua con quelli a corrente alternata pone nuove sfide ai progettisti di soluzioni meccatroniche per le applicazioni di controllo e sensorizzazione. Mentre con l’adozione dei motori a c.a. più compatti e potenti si hanno minori ingombri e minori costi di materiale, proprio la maggiore compattezza dei sistemi fa sì che tutti i componenti interessati, elettronica, cuscinetti, ecc. siano più vicini l’uno all’altro e debbano funzionare in un ambiente più severo.

Per certi componenti, quali l’elettronica dei sensori, l’ambiente può essere veramente un problema. A causa dell’interferenza dei forti campi magnetici generati dalle correnti dei motori in c.a. (tra 600 e 800 A), i cuscinetti sensorizzati esistenti, che utilizzano i dispositivi a effetto Hall per rilevare la velocità, il senso di rotazione e la posizione degli alberi, non possono operare in modo ottimale. Per i motori elettrici di nuova generazione dei veicoli industriali, sono in previsione correnti di 1.000 A.

Nuova generazione di sensori
Per i motori elettrici a c.a. la SKF ha realizzato una nuova generazione di sensori di velocità che sono insensibili ai campi fortemente magnetici. Cosa importante, essi si possono incorporare nei cuscinetti per seguire la tendenza generale nei veicoli elettrici verso una maggiore integrazione dei componenti e verso le soluzioni ‘plug and play’. La SKF da lungo tempo adotta la tecnologia dei sensori nei cuscinetti destinati alle applicazioni industriali, agli autoveicoli, alle locomotive e alle turbine eoliche e comprende quindi la necessità di produrre elementi robusti che richiedano una ridotta manutenzione, abbinata a lunghe durate di esercizio.

Studiati per le prossime generazioni
L’esperienza acquisita dalla SKF nella meccatronica e nella tecnologia dei sensori ha promosso lo sviluppo di cuscinetti “sensorizzati”, capaci di soddisfare le necessità presenti e future dei sistemi di azionamento dei veicoli industriali, senza problemi di compatibilità di tipo magnetico.

Una delle idee guida seguite dai progettisti per gli encoder dei motori è stata la caratteristica ‘plug and play’, che offre grande affidabilità e facilità d’integrazione. Nello stesso tempo essi hanno puntato alla riduzione dei costi di manutenzione. I dispositivi realizzati possono essere utilizzati sia nei nuovi tipi di azionamento, sia in quelli correntemente in produzione nei veicoli industriali elettrici.

Naturalmente si è anche puntato a costruire unità robuste dal punto di vista meccanico ed elettromagnetico. Le nuove unità encoder della serie BMH sfruttano la nuova tecnologia dei sensori applicata ai cuscinetti radiali a sfere della serie SKF Explorer, che sono caratterizzati da ridotte dimensioni, elevate prestazioni e lunga durata. I tipi di cuscinetti scelti sono quelli molto diffusi della serie 6206, a cui l’elemento sensibile aggiunge solo 6 mm alla larghezza complessiva. Le unità BMH sono disponibili a scaffale nella versione standard o possono essere personalizzate con l’applicazione di appositi cavi e connettori. Esse sono provviste di due uscite aperte per i collettori, che possono essere incorporate nel controllo globale di azionamento mediante un idoneo carico resistivo.

Un innovativo sistema a induzione
Il sistema sfrutta una tecnologia a induzione applicata per la prima volta alle applicazioni con cuscinetti sensorizzati, in cui due insiemi che incorporano micro-bobine a induzione rilevano gli impulsi elettromagnetici (EM) che vengono riflessi da una ruota metallica solidale con l’anello interno rotante del cuscinetto. Le micro-bobine trasformano il segnale EM in una corrente che viene convertita in una tensione da un trigger Schmitt, il quale produce impulsi direttamente correlati con la velocità di rotazione. Il segnale creato è chiaramente rilevabile e separabile da qualsiasi rumore di fondo ed è assai versatile. Una delle caratteristiche di questo sistema di sensorizzazione è la sua validità per velocità estremamente basse; esso può infatti fornire misurazioni precise in un intervallo da zero a circa 20.000 giri/min, mentre molte altre tecniche di rilevamento presentano difficoltà ai bassi regimi. Un’altra caratteristica delle unità encoder BMH è la capacità di operare a temperature ambiente anche di 150°C, cosa molto importante nelle applicazioni sui veicoli in cui sono presenti shock termici, elevate vibrazioni e campi elettromagnetici fortissimi.

Questa tecnologia è insensibile ai disturbi di tipo magnetico e ciò evita di dover schermare i componenti, a tutto vantaggio della flessibilità di progettazione. Per esempio, i componenti si possono montare all’interno delle bobine del motore o dei freni magnetici, cosa che consente di realizzare sistemi leggeri e poco ingombranti, che incorporano l’elettronica necessaria per l’encoder, l’alimentazione e i controlli, oltre ai freni elettrici.

Vantaggi del ‘plug and play’
Le unità ‘plug and play’ non sono condizionate dall’ambiente e per i sistemi dei cuscinetti sensorizzati si evita la necessità di test e qualificazioni aggiuntivi. Essendo anche pensate in vista dei futuri sviluppi degli azionamenti elettrici, le unità offrono ai costruttori il vantaggio di minori necessità di manutenzione e rischi di riparazioni nel periodo di garanzia. Per le unità BMH la disponibilità non è un problema, mentre per le singole parti di ricambio si hanno generalmente brevi tempi di consegna.

Dato che nei veicoli industriali si sta generalizzando l’uso dei motori a c.a. la SKF ha riscontrato un interesse crescente per le proprie soluzioni con cuscinetti sensorizzati, che si è tradotto in un aumento delle vendite. Si tratta di soluzioni standard complete che consentono l’esecuzione di sistemi più controllabili, efficienti, compatti e facilmente inseribili negli organi elettrici nuovi ed esistenti sui veicoli.

Per i veicoli industriali la SKF offre molte altre soluzioni meccatroniche, in particolare le unità di sterzo, che sono componenti essenziali dei sistemi steer-by-wire, i quali abbinano l’affidabile tecnologia degli encoder alla semplicità del ‘plug-and-play’. Grazie al ridotto ingombro di queste unità, è possibile sistemare il volante dove fa più comodo, facilitando il compito dell’operatore. Veicoli diversi esigono soluzioni diverse e la SKF offre un’ampia scelta di unità di sterzo.