Le piccole cose che non sapevo sui piccoli motori CC

Abbiamo tutti smontato un piccolo giocattolo e tirato fuori uno di quei piccoli motori a lattina. "Con questo! Posso fare qualsiasi cosa!" proclamiamo mentre lo teniamo in alto. Dieci minuti dopo, dopo averlo fatto girare un paio di volte, finisce nel cassetto per non essere mai più visto.

Sembra sempre che siano ovunque, ma farli funzionare utilmente in un progetto è un'impresa da pazzi. A cosa diavolo servono? Dove apprendono le persone la magia nera necessaria per farle funzionare? È abbastanza facile estrarre la scheda tecnica per loro. La maggior parte di essi sono realizzati o sono realizzati per imitare i motori della Mabuchi Motor Corporation del Giappone. Questa azienda da sola è responsabile di oltre 1,5 miliardi di piccoli motori all’anno.

Nelle specifiche troverai cose come velocità di marcia, tensione, corrente di stallo e coppia di stallo. Ma offrono tutt'altro che una guida applicativa convincente o una serie di presupposti di base che un ingegnere dovrebbe fare prima di utilizzarne uno. Questo non è affatto un elenco completo e salta quasi completamente l'aspetto elettrico poiché quell'aspetto dei motori CC è irragionevolmente ben documentato.

La prima cosa da notare è che in realtà non sono pensati per guidare nulla direttamente. Sono pensati per essere isolati dalla guida effettiva da parte di un treno di ingranaggi. Questo per molte ragioni. Il primo è che in genere girano molto velocemente, 6.000 – 15.000 giri al minuto non sono atipici nemmeno per il motore più piccolo. Quindi, anche se la scheda tecnica potrebbe rivelare qualcosa di impressionante come un motore da 3 watt, non è esattamente vero. Piuttosto, sono 3 N*m/s per 15.000 rotazioni al minuto del motore. O solo 1,2 milliwatt per rotazione, che è un tipo strano di unità che sto usando solo a scopo dimostrativo, ma ti dà la sensazione che non ci sia un sacco di "grinta" disponibile. Tuttavia, se inizi a combinare molte rotazioni insieme utilizzando un treno di ingranaggi, puoi iniziare a trarne una vera potenza, anche con le perdite per attrito.

Gli unici articoli di consumo che mi vengono in mente che infrangono regolarmente questa regola sono i giocattoli per bambini molto economici, che comunque non sono progettati per durare a lungo, e quelle gomme da cancellare e le palette per il caffè. Entrambi danno per scontato che il loro fabbisogno di coppia sia basso e che il loro fabbisogno di velocità sia elevato, o che la combustione del motore non sia una vera perdita per il mondo (almeno nel breve termine).

Questo perché i motori si declassano quasi istantaneamente. La maggior parte di questi motori sono costituiti da centinaia di anelli di filo smaltato molto sottile avvolti attorno ad alcune piastre di acciaio al silicio saldate a punti o altrimenti fissate insieme. Ciò significa che anche un piccolo evento termico di pochi millisecondi potrebbe essere sufficiente per bruciare il rivestimento spesso 10 micrometri che isola le bobine l'una dall'altra. In pratica, se spegni un piccolo motore per alcune volte di seguito, potresti anche buttarlo via, perché non è più possibile indovinare quale sia la sua effettiva valutazione delle prestazioni. Allo stesso modo, avviamenti costantemente difficili, sovratensione, sovracorrente e altri abusi possono rovinare rapidamente il motore. Poiché l'energia che produce è destinata a distribuirsi su molte rotazioni, il motore semplicemente non è progettato (né potrebbe essere ragionevolmente costruito) per produrla tutta in una sola spinta.

Questo mi porta ad un'altra piccola nota su questi minuscoli motori. La maggior parte di essi non ha le spazzole di carbone che ci si aspetta dai motori più potenti. Per lo più hanno una striscia di rame stampata in modo che alcune dita premano contro il commutatore. Ci sono molti vantaggi in questi contatti metallici e non è tutto un taglio dei costi, ma a meno che tu non sia riuscito a leggere "Contatti elettrici" di Ragnar Holm e a capirlo effettivamente, sono difficili da spiegare. C'è ogni sorta di magia. Ad esempio, formare il giusto tipo di pellicola di ossido sulla superficie del commutatore è già di per sé una battaglia.

È uno strano compromesso. Puoi rendere il motore più economico con i contatti metallici, per esempio. Inoltre, i contatti metallici hanno un attrito molto inferiore rispetto alle spazzole in carbonio o grafite. Sono più silenziosi e trasferiscono anche meno corrente, il che può sembrare una cosa negativa, ma se hai un motore in stallo con ciocche simili a capelli che trasferiscono i folletti in giro, l'ultima cosa che vorresti fare è trasferire quanta più corrente possibile attraverso loro. Tuttavia, neanche un foglio di rame sottilissimo durerà a lungo.