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Dinamo tachimetrica ed encoder

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La dinamo tachimetrica

La dinamo tachimetrica è un dispositivo a basso costo che si collega meccanicamente all'albero del motore e che fornisce in uscita una tensione continua proporzionale alla velocità di rotazione della dinamo stessa. A volte la dinamo tachimetrica è realizzata in modo da essere collegata direttamente al motore, in modo da diventare un unico blocco con esso.

Il principio di funzionamento e lo schema costruttivo sono gli stessi del motore DC, valgono in effetti le stesse formule già presentate, in particolare quella che lega la Eg con la velocità di rotazione. In teoria potrebbe essere utilizzato al posto della dinamo un normale motore DC, anche se in genere le dinamo sono maggiormente curate sia nella realizzazione che nei materiali al fine di garantire la maggiore linearità possibilie. Ovviamente non deve essere collegato alcuna alimentazione (è infatti essa stessa un generatore, come chiaramente indica il nome) e, se possibile, occorre limitare l'assorbimento di corrente a pochi mA.

La precisione della dinamo è dell'ordine del punto percentuale. Il difetto principale è la presenza delle spazzole che creano disturbi piuttosto intensi, in particolare in corrispondenza del passaggio delle zone di isolamento del collettore, e riducono in modo significativo l'affidabilità. Infine questo sensore ha una scarsa risoluzione alle basse velocità.

In genere è utilizzata nei controlli di velocità realizzati in modo analogico.

Una soluzione alternativa prevede l'utilizzo del generatore equivalente Eg presente all'interno di tutti i motori DC: in effetti non esistono differenze di principio tra un motore ed una dinamo... L'unica difficoltà è dovuta al fatto che per misurare la Eg devo spegnere il motore, cosa realizzabile senza eccessive difficoltà se è utilizzata una tecnica pwm. La precisione è però in questo caso minore.

L'encoder incrementale

L'encoder incrementale è un dispositivo digitale che, collegato direttamente all'albero del motore, permette di misurarne con estrema precisione la velocità. In genere il costo proibitivo dei modelli industriali ne limita l'utilizzo ad ambiti professionali. Una soluzione a bassissimo costo la trovate dentro il mouse: in effetti ne contiene due...

Nella sua versione più semplice un encoder ha una sola uscita che, per ciascun giro dell'albero emette un impulso digitale. In genere questi impulsi sono però molto più numerosi, anche 1024 o 2048 per giro nei dispositivi industriali.

I dispositivi commerciali dispongono in genere di due uscite, sfasate di 90° una dall'altra: ciò permette, oltre che di rilevare la velocità, anche di sapere il verso di rotazione osservando quale segnale è in anticipo sull'altro. Inoltre spesso esiste una terza uscita che emette un impulso quando l'albero è in posizione zero.

Esistono anche encoder assoluti, la cui uscita indica la posizione dell'albero ma in genere si tratta di dispositici estreammente costosi e introvabili, soprattutto per le risoluzioni più elevate.

In genere si tratta di un dispositivo con uscita "open collector" (serve quindi una resistenza di pull-up) e richiedono un'alimentazione di 5V oppure 12V.

Anche per gli encoder esiste una tecnica alternativa, basata sull'osservazione che tutti i motori DC dispongono di un "encoder" meccanico interno: le spazzole che, nella normale rotazione, creano interruzioni al passaggio di corrente ogni volta che passano da un settore del collettore a quello successivo. L'operazione è tutt'altro che semplice ma esistono appositi circuiti integrati capaci di riconoscere questi segnali.

Perché un condensatore ai capi del motore?

Un condensatore non polarizzato da qualche frazione di microfarad messo ai capi del motore aiuta a ridurre le emissioni EMI prodotte dalle spazzole e trasferite ai cavi di alimentazioni. Visivamente questo deriva da un scintillio continuo particolarmente intenso soprattutto quando il motore è nuovo oppure particolarmente usurato. Dal punto di vista elettromagnetico si traduce nel malfunzionamento anche grave dei circuiti elettronici posti nei pressi del motore: se il microcontrollore che pilota il motore ogni tanto si resetta, fate un pensierino su questo argomento.

Trattandosi di dispositivi che funzionano con correnti e tensioni elevate un semplice condensatore non risolve tutti i problemi ma certo li riduce in modo significativo. Ovviamente se volete poi una certificazione CE dovrete pensare a qualcosa in più (e penare non poco...)

Risorse in rete

Diversi produttori di semiconduttori sono specializzati nella produzione di circuiti integrati e transistor per il pilotaggio dei motori e pubblicano interessanti note applicative. Posso citare, a solo titolo di esempio

Sul mio sito sono presenti alcuni circuiti applicativi: un ponte ad H per due motori DC, un semplice driver per pilotaggi pwm, un circuito di test con microprocessore e doppio ponte ad H.

Piccoli motori DC: un tutorial


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