Dato che i motori BLDC rappresentano una quota considerevole del consumo globale di elettricità, garantirne un funzionamento efficiente è fondamentale. La commutazione elettronica dei motori BLDC consente un notevole risparmio energetico. Sebbene i sistemi basati su sensori possano fornire un controllo molto efficace dei motori BLDC, non sono sempre adatti. In molti casi, gravi limitazioni di spazio o vincoli di budget precludono questo approccio. In alternativa, si ricorre al controllo senza sensori, misurando la forza elettromotrice (FEM) indotta.
Il controllo orientato al campo (FOC) consente di creare uno statore rotante in modo uniforme mediante un campo magnetico. Questo metodo generalmente minimizza le oscillazioni di coppia, evitando così sollecitazioni meccaniche indesiderate e producendo un rumore acustico molto ridotto.
Il processo FOC si articola in quattro fasi fondamentali, che sono le seguenti:
Misurazione della corrente effettiva che attraversa gli avvolgimenti dello statore.
Generazione di un segnale di errore confrontando la corrente misurata con la corrente desiderata.
Amplificazione del segnale di errore per creare una tensione di correzione.
Modulazione della tensione di correzione ai terminali del motore.
Grazie a questo circuito di feedback costantemente aggiornato, il motore può funzionare senza intoppi. Tuttavia, va notato che determinare con precisione la posizione del rotore senza l'ausilio di sensori (ad esempio, dispositivi a effetto Hall) può risultare difficile, soprattutto quando il rotore gira a basse velocità.
Il funzionamento a queste basse velocità influisce sulla capacità degli algoritmi FOC di calcolare la commutazione necessaria. Le tecniche che tentano di compensare questo problema comportano la perdita di molti dei vantaggi originali dell'utilizzo del FOC, poiché l'applicazione di segnali ad alta frequenza causa ondulazioni di coppia, generando rumore acustico e vibrazioni nel sistema. Ciò si traduce in perdite di efficienza. Inoltre, la presenza di questi segnali ad alta frequenza può essere problematica anche dal punto di vista della compatibilità elettromagnetica (EMC).
L'introduzione dell'unità di microcontrollo (MCU) M4K di Toshiba rappresenta un significativo passo avanti nel controllo efficiente dei motori BLDC. Questo dispositivo integra la tecnologia proprietaria Advanced Vector Engine Plus (A-VE+) dell'azienda, che esegue tutti i calcoli matematici necessari per un controllo front-of-line (FOC) senza sensori completamente efficiente.
Un'altra innovazione è la tecnologia Advanced Programmable Motor Driver (A-PMD) impiegata. A-PMD significa che le uscite PWM del motore possono essere generate utilizzando portanti di modulazione a larghezza di impulso (PWM) individuali assegnate a ciascuna fase del motore. Di conseguenza, non è più necessario applicare segnali ad alta frequenza quando il motore funziona a basse velocità (eliminando così i problemi di vibrazione e rumore già menzionati). La soluzione M4K con tecnologia A-VE+ richiede inoltre un sovraccarico di elaborazione molto ridotto una volta completata la configurazione iniziale.
Toshiba ha pubblicato un documento tecnico che illustra in dettaglio questo nuovo approccio FOC. È possibile scaricarlo qui.
