Gli azionamenti diretti trasmettono il moto al carico o all’oggetto da azionare senza l’impiego di una componente meccanica. Pertanto, tra la macchina elettrica, che trasforma l’energia e la mette a disposizione, e la cosiddetta macchina da lavoro, preposta ad assorbire l’energia trasformata, non vi è alcun elemento di congiunzione, quale una trasmissione o un trasduttore di movimenti. Macchina da lavoro e di azionamento sono pertanto accoppiate direttamente tra loro. In questo contesto le velocità del motore e della macchina da lavoro sono armonizzate tra loro, mentre il motore costituisce l’unità che si adegua. Alla luce di queste considerazioni, le macchine da lavoro utilizzate negli azionamenti diretti, per lo più motori elettrici, sono progettate appositamente. Anche la coppia, ossia la potenza necessaria, deve essere messa a disposizione dal motore. L’enorme interesse per l’azionamento diretto deriva soprattutto dalla sua caratteristica primaria – crea le condizioni per la via più breve tra elettronica e meccanica.

L’azionamento diretto – dinamico, compatto ed efficiente in termini di costi

Grazie alla sua struttura prevalentemente compatta e leggera e al numero esiguo di componenti meccanici, come ad esempio trasmissioni, vengono meno gli elevati costi di manutenzione, di riparazione ed energetici, mentre è garantito un utilizzo di lunga durata dell’azionamento diretto. Altre caratteristiche dell’azionamento diretto sono elevata qualità del prodotto, massima disponibilità e ridotta usura così come un funzionamento silenzioso. Il collegamento diretto del motore con la macchina da lavoro consente di evitare caratteristiche indesiderate, quali gioco ed elasticità, con conseguente aumento della precisione e dell’affidabilità dell’azionamento. L’azionamento diretto presenta inoltre una disponibilità estremamente alta, grazie ai pochi elementi meccanici intermedi, e un’alta rigidità dovuta a elevati fattori di amplificazione del circuito di regolazione.

Poiché l’azionamento diretto non si avvale di trasduttori di movimento, il momento d’inerzia è sensibilmente ridotto. Rispetto alle forme classiche di azionamento, quelli diretti dispongono pertanto di una maggiore dinamica. Questa, a sua volta, si ripercuote positivamente su altre caratteristiche dell’unità di azionamento, come ad esempio brevi tempi di reazione e un’elevata velocità finale. Grazie alle caratteristiche citate ne risulta un’unità di azionamento estremamente efficiente ed efficace.

Azionamenti diretti a livello pratico

Per la realizzazione pratica delle caratteristiche citate, gli azionamenti diretti sono integrati in speciali sistemi di azionamento. Tramite il precontrollo è possibile regolare in modo mirato grandezze di sistema, quali ad esempio coppia e numero di giri, in modo da creare per l’utilizzatore del sistema una soluzione costruttiva ottimale. L’enorme densità di potenza degli azionamenti diretti può portare a forti riscaldamenti dell’azionamento, che spesso devono essere corretti con opportuni sistemi di raffreddamento. Va inoltre considerata l’assenza del tradizionale bloccaggio automatico. A seconda delle applicazioni, è possibile ovviare a questa problematica con l’utilizzo di freni. Rispetto ai riduttori l’azionamento diretto presenta spesso grandi dimensioni e un peso elevato. I regolatori di grandi dimensioni, dovuti a un elevato assorbimento di corrente e a enormi perdite per effetto joule, hanno un impatto negativo.

Motori lineari e torque alla base dell’azionamento diretto

Come base dell’azionamento diretto si utilizzano spesso motori lineari per movimenti di traslazione e motori torque per movimenti rotativi, che in fondo funzionano in base agli stessi principi. Il motore torque rappresenta una forma costruttiva speciale di azionamento diretto. È realizzato come motore sincrono multipolare e produce quindi una coppia elevata rispetto al motore sincrono a basso numero di poli. La velocità massima raggiungibile è inferiore a quella ottenibile con un motore sincrono a basso numero di poli. I motori torque sono impiegati laddove è richiesta una coppia elevata a fronte di un basso numero di giri – ad esempio in sostituzione della combinazione consueta di trasmissione e motore elettrico.

I vantaggi del motore torque sono equivalenti a quelli dell’azionamento diretto. Spesso, per aumentare la densità di potenza, i motori torque sono dotati di un sistema di raffreddamento ad acqua esterno. Se da una parte questa costruzione è dispendiosa, dall’altra presenta il vantaggio di condizioni di temperatura costanti nello spazio di lavoro. Condizioni di temperatura costanti sono un requisito fondamentale nelle macchine utensili ad alta precisione, come ad esempio le fresatrici multiasse.

Per il loro elevato numero di poli e la velocità bassa, i motori torque rientrano nel gruppo dei cosiddetti motori lenti. Dati i loro dati prestazionali, a questi si contrappongono i motori veloci, come ad esempio l’elettromandrino. Contrariamente alle macchine rotanti, i motori lineari non imprimono agli oggetti da azionare un movimento di rotazione, bensì creano un movimento lungo una traiettoria lineare o curva. Di norma sia gli azionamenti diretti rotanti che quelli lineari sono dotati, oltre che della rispettiva tipologia di motore, anche di un sistema di misura e di un convertitore di frequenza.

Nell’ambito dei motori lineari e torque, i principi che generano la potenza e la coppia possono essere di varia natura e comprendono dal punto di vista fisico-tecnologico ad esempio motori asincroni, motori sincroni a magneti permanenti e anche motori passo passo. Una caratteristica accomuna tuttavia ogni forma e tipo di costruzione dell’azionamento diretto, la trasmissione diretta del moto.

Settori di applicazione dell’azionamento diretto

Per quanto riguarda la gamma di applicazioni dell’azionamento diretto, si individuano differenze nette tra motori lenti da un lato e motori veloci dall’altro. I motori lenti multipolari spesso presentano un diametro relativamente ampio e sono pertanto impiegati di frequente in grandi applicazioni. Ne sono esempi classici, tra l’altro, centrali idroelettriche o impianti eolici, in cui il diametro raggiunge circa 5 m. I motori torque, rientranti nel gruppo dei motori lenti, sono particolarmente adatti per compiti di posizionamento veloci e precisi che richiedono massime capacità di adattamento. Vanno citate in questo contesto le macchine utensili, le servopresse e le servovalvole, ma anche la navigazione fluviale.

Gli azionamenti diretti veloci, per contro, sono utilizzati per lo più in applicazioni che richiedono un’elevata velocità. Negli azionamenti mandrini delle macchine tessili e apparecchiature simili sono montati direttamente all’interno del mandrino. Le spiccate caratteristiche dei motori veloci sono messe a frutto nelle pompe turbomolecolari, le cosiddette pompe da vuoto, e nei turbocompressori elettrici.

Altri esempi di applicazioni per gli azionamenti diretti sono le centrifughe, impiegate prevalentemente nell’ambito di processi chimici o in campo medico. Anche oggetti di uso comune come ventilatori, frullatori e aspirapolvere, ossia il loro funzionamento si basa sulla tecnologia degli azionamenti diretti.