Immaginate un'automobile elettrica che scorre velocemente su un'autostrada o un aereo telecomandato che manovra con precisione nell'aria.Dietro queste meraviglie tecnologiche c'è un componente cruciale che lavora senza sosta: il regolatore elettronico di velocità (ESC)Funzionando come un meticoloso conduttore, regola la velocità del motore, permettendo ai dispositivi di operare secondo i nostri comandi.e che cosa rende le sue applicazioni in vari campi così notevoli?

ESC: Il centro di controllo intelligente per la velocità del motore

Un regolatore elettronico di velocità è un circuito elettronico la cui funzione primaria è quella di regolare e controllare la velocità del motore.può anche consentire l'inversione del motore e la frenata dinamicaI sistemi ESC, che offrono un controllo più flessibile e preciso, svolgono un ruolo indispensabile, dai modelli a controllo remoto in miniatura ai veicoli elettrici su larga scala.

L'ESC funziona ricevendo segnali di riferimento di velocità da leve dell'acceleratore, joystick o altri dispositivi di ingresso manuale,quindi modula la velocità del motore alterando la frequenza di commutazione di una rete di transistor a effetto di campo (FET)In particolare, regola il ciclo di lavoro o la frequenza di commutazione dei transistor per modificare l'alimentazione del motore, controllando così la velocità.Il lamento acuto emesso dai motori a basse velocità è il risultato di questa rapida commutazione di corrente.

Soluzioni su misura per diversi tipi di motori

Gli ESC sono disponibili in diverse versioni progettate per motori a corrente continua spazzolati o senza spazzola.Tuttavia, richiedono diverse strategie di controllo, regolano la velocità modificando la tempistica degli impulsi di corrente erogati a ciascun avvolgimento del motore.

I sistemi ESC senza spazzole creano essenzialmente una corrente alternata a tre fasi, simile agli azionamenti a frequenza variabile utilizzati per azionare i motori senza spazzole.Questi motori sono apprezzati dagli appassionati di aerei radio-controllati per la loro efficienza superioreTuttavia, i controller del motore DC senza spazzole sono significativamente più complessi delle loro controparti spazzolate.

L'ESC deve regolare la distribuzione di corrente in fase in base allo stato di rotazione del motore, in genere ottenuto rilevando la forza elettromotrice retromotrice negli avvolgimenti del motore.Alcune varianti utilizzano sensori magnetici separati (effetto Hall) o rilevatori otticiGli ESC programmabili offrono spesso caratteristiche personalizzabili come limiti di taglio a bassa tensione, tempistica, accelerazione, frenata e direzione di rotazione.L'inversione del motore può anche essere realizzata scambiando due condotti tra ESC e motore.

Parametri chiave e criteri di selezione

Le ESC sono in genere classificate in base alla loro capacità massima di corrente (ad esempio, 25A).le dimensioni fisiche e il peso più elevati corrispondono a dimensioni fisiche e peso maggiori, considerazioni importanti nel calcolo della massa e dell'equilibrio dell'aeromobileMolti ESC moderni supportano batterie a idruro di nichel-metallo, polimero di litio e fosfato di litio-ferro con varie tensioni di ingresso e di interruzione.

Quando si sceglie un circuito di eliminazione della batteria (BEC), sia che sia integrato nel controller o come unità autonoma, il tipo di batteria e il numero di celle sono fattori critici.I regolatori lineari riducono la potenza quando aumenta il numero di batterie collegate, riducendo così il numero di servos che un BEC integrato può supportare.

La maggior parte degli ESC contemporanei incorporano microcontrollori che interpretano i segnali di ingresso e controllano i motori tramite programmi o firmware integrati.Alcuni consentono la sostituzione del firmware di fabbrica con alternative open source, in genere per adattare l'ESC a specifiche applicazioni. Alcuni modelli supportano firmware aggiornabile dall'utente, mentre altri richiedono la saldatura per le connessioni del programmatore.iniziato nel 2014 dall'ingegnere svedese Benjamin Vedder, ha attirato l'attenzione per le sue avanzate opzioni di personalizzazione e i costi di costruzione relativamente accessibili rispetto agli ESC premium.

Applicazioni automobilistiche: alimentare la rivoluzione elettrica

I grandi ESC ad alta corrente sono ampiamente utilizzati nei veicoli elettrici come la Nissan Leaf, la Tesla Roadster (2008), il modello S/X/3 e la Chevrolet Bolt.Il consumo energetico dei veicoli elettrici è generalmente misurato in chilowatt. Il motore da 160 kW della Nissan Leaf genera fino a 340 Nm di coppia.La maggior parte dei veicoli elettrici in produzione utilizza ESC in grado di catturare l'energia durante il coasting o la frenata, utilizzando il motore come generatore per decelerare il veicolo.

Questo sistema di frenatura rigenerativa canalizza l'energia catturata per ricaricare le batterie, estendendo l'autonomia.questo metodo si rivela così efficace che i freni convenzionali sono necessari solo a velocità molto basseAltri veicoli, come la Nissan Leaf, presentano una lieve resistenza durante il coasting, con l'ESC in coordinamento con i freni tradizionali per regolare la cattura di energia per fermate complete.

Gli ESC per veicoli elettrici di serie sono generalmente dotati di funzionalità inversa, consentendo il funzionamento bidirezionale del motore.mentre i modelli dotati di motore CC utilizzano interruttori elettrici per l'inversioneAltri mantenono una direzione di rotazione del motore costante, utilizzando trasmissioni convenzionali per il cambio, particolarmente convenienti per i veicoli convertiti che mantengono le loro trasmissioni originali.

Mobilità leggera: biciclette elettriche e scooter

I motori di biciclette elettriche che richiedono una coppia iniziale elevata spesso utilizzano sensori ad effetto Hall per la misurazione della velocità.e impostazioni di velocità regolabili dal potenziometroAlcuni implementano sensori di coppia dei pedali per l'assistenza motoria proporzionale, mentre altri supportano la frenata rigenerativa, sebbene limitata da frenate infrequenti e bassa massa del veicolo.Il white paper di Zilog dettaglia un 200WImplementazione di un controllore di motore hub DC senza spazzole da 24 V per biciclette elettriche.

Applicazioni RC: miniaturizzazione e controllo intelligente

Nei modelli radiocomandati, gli ESC possono essere unità autonome collegate ai canali di accelerazione del ricevitore o integrate in ricevitori come i RC per giocattoli.Alcuni produttori combinano entrambi su un unico circuito integrato per i veicoli entry-level.

Gli ESC RC spesso includono BEC per regolare la tensione del ricevitore, eliminando le batterie del ricevitore separate.Gli ESC specifici per veicoli possono essere dotati di funzionamento reversibile o di frenata dinamica mediante carico elettrico dell'armaturaGli ESC degli elicotteri omettono la frenata (inefficaci a causa dei cuscinetti unidirezionali), ma possono mantenere la capacità di inversione.

Gli ESC per elicotteri di fascia alta offrono modalità di governatore che mantengono velocità fisse del motore, particolarmente utili per i voli basati su CCPM e i quadricotteri.Gli ESC degli aeromobili incorporano caratteristiche di sicurezza che danno la priorità al funzionamento della superficie di controllo in situazioni di bassa potenza, che consente lo scivolo o il recupero a bassa potenza.

Gli ESC marini richiedono una costruzione impermeabile con alloggiamenti compatti e contenenti aria e si basano sulla circolazione dell'acqua o sul vuoto indotto dall'elica per il raffreddamento.hanno funzioni di frenata e di retrocessione.

I quadricotteri moderni (e tutti i multirotori) dipendono da ESC compatti e ad alta potenza che forniscono motori ad alta frequenza e alta risoluzione a tre fasi.Un controllo preciso della velocità su ampie distanze consente tutte le manovre di voloA differenza dei segnali RC standard a 50Hz, gli ESC per quadricotteri supportano protocolli più veloci come Oneshot, Multishot e DShot.e stabilità dell'oscillatore senza taraturaI moderni protocolli ESC possono comunicare a 37,5 kHz o più velocemente, con fotogrammi DSHOT2400 completati in soli 6,5 μs.

Mentre la maggior parte dei modelli di treno ricavano energia dai binari o dalle linee aeree (localizzazione di ESC fuori bordo), i sistemi di controllo digitale che consentono più treni su una pista richiedono regolatori di velocità a bordo.I modelli più grandi (5" o 7" di calibro) portano solitamente batterie e regolatori di velocità a bordo.