Le principali tipologie di attuatori elettrici

Gli attuatori possono essere ricondotti a tre categorie principali: gli attuatori elettrici, quelli elettromagnetici e quelli elettrostatici. Gli attuatori elettrici consentono il comando di un relè tramite un input, che in genere è elettrico; la loro gestione può avvenire in configurazione singola o in configurazione multipla. Usati nel campo dell’automazione industriale e per l’automazione civile, gli attuatori elettrici possono essere gestiti in Wi-Fi o con protocollo Bus. Nel primo caso non ci sono connessioni fisiche, vista l’assenza di fili, e di conseguenza l’impianto si rivela altamente flessibile. Il protocollo Bus, invece, impone che tutti i componenti dell’impianto siano fisicamente collegati gli uni con gli altri, e viene sfruttato per la gestione singola di ciascun attuatore.

Gli attuatori elettromagnetici

Gli attuatori elettromagnetici garantiscono una risposta rapida, ma questo è solo uno dei motivi che spiegano la loro notevole diffusione. Infatti, ci sono molti altri vantaggi che meritano di essere presi in considerazione, come per esempio un rumore ridotto e una impedenza di ingresso contenuta. Questi attuatori consentono di controllare la velocità e la forza tanto in tensione quanto in corrente, e possono essere assemblati senza difficoltà. La forza di Lorentz è il principio di funzionamento alla base di tali dispositivi, che generano un campo magnetico la cui intensità è proporzionale alla corrente che circola e alla quantità di spire che compongono l’avvolgimento.

Gli attuatori elettrostatici

Infine, ecco gli attuatori elettrostatici, che assicurano velocità di rotazione molto alte. Gli ambiti di applicazione sono numerosi: per esempio gli attuatori per il controllo di flusso, le valvole, i display, gli interruttori ottici, i relè e gli interruttori elettromeccanici. Realizzati su wafer di silicio, sono formati da due piatti piani collocati in parallelo che funzionano per effetto della forza di Coulomb. Dopo che tra i piatti si è verificato uno spostamento relativo, questi vengono riallineati dalle forze che determinano un’attrazione tra due corpi con cariche contrarie.

Gli attuatori lineari elettrici

Gli attuatori elettrici lineari sono dispositivi che generano il movimento su una linea dritta in opposizione al moto rotativo che viene generato da un motore elettrico tradizionale. Si adoperano gli attuatori lineari nelle periferiche dei computer, come per esempio le stampanti e i disk driver, ma anche nel settore dell’automotive, sia per la movimentazione dei fari che per la gestione del carburatore. In generale, vi si ricorre in quegli ambiti di utilizzo in cui è necessario un movimento lineare, nelle valvole e nell’automazione. A seconda delle energie sfruttate per il funzionamento, gli attuatori lineari si distinguono in attuatori elettromeccanici, attuatori pneumatici, attuatori idraulici e attuatori meccanici.

Come funzionano gli attuatori meccanici

Gli attuatori meccanici danno origine a un moto lineare (ecco spiegato il nome degli attuatori lineari) a partire da uno rotativo. La conversione può essere effettuata con una camma, con una ruota dentata o con una vite e una chiocciola. In base alla tipologia di collegamento, è possibile fare forza in tutte e due le direzioni, oppure solo spingere o solo tirare. Il rendimento del sistema e il tipo di collegamento incidono sulla precisione e sulla forza del movimento. Si possono conseguire precisioni e forze diverse lavorando nel collegamento a cinghia catena con i rapporti tra denti.

Gli attuatori elettromeccanici

Nel momento in cui un motore elettrico viene aggiunto a un attuatore meccanico, si ha a che fare con un attuatore elettromeccanico. Lo scopo del motore è quello di controllare il movimento, e i tipi di motore che possono essere utilizzati sono differenti: per scegliere quello giusto è necessario tenere conto dei carichi richiesti e dei requisiti dell’applicazione. Quando c’è bisogno di forza e di velocità è auspicabile l’uso di un motore a induzione, mentre il motore per passo è il migliore quando si deve puntare sulla precisione. I dispositivi meno elaborati si basano su una chiocciola che scorre sulla madrevite collegata al motore. A volte ci può essere un dispositivo antirotazione per effetto del quale alla chiocciola viene impedito lo spostamento rotativo. Un attuatore lineare deve essere preciso e forte, ma altre caratteristiche fondamentali sono il ciclo di vita e la corsa.

Gli attuatori idraulici e quelli pneumatici

Gli attuatori idraulici in genere sono formati da un cilindro cavo che contiene un pistone: nel momento in cui a questo viene fornita una pressione, si produce una forza che è in grado di causare lo spostamento di un oggetto esterno. I liquidi delle sostanze non possono essere compressi, ed è per questo che gli attuatori vantano una precisione più che discreta nel movimento. Per essere in grado di funzionare, gli attuatori idraulici hanno bisogno di una pompa che assicuri tanto la precisione quanto la forza. Per quel che riguarda gli attuatori pneumatici, il meccanismo di funzionamento che regola il loro utilizzo è pressoché identico a quello degli attuatori idraulici, con la sola differenza che al posto del liquido c’è aria compressa.