Che cos'è la commutazione a sei passi?

La commutazione a sei passi è un metodo di pilotaggio dei BLDC in cui solo due delle tre fasi portano corrente alla volta. Il controllore passa alla successiva delle sei coppie di fasi ogni 60 gradi elettrici, così il campo statorico ruota in sei salti per giro elettrico e continua a trascinare in avanti il rotore.

Perché un motore BLDC ha bisogno dei sensori di Hall?

Il controllore deve conoscere la posizione del rotore per scegliere la coppia di fasi giusta. Tre sensori di Hall danno un codice a 3 bit che cambia ogni 60 gradi elettrici, che è esattamente l'informazione necessaria al controllo a sei passi, anche a rotore fermo.

Un motore BLDC può funzionare senza sensori di Hall?

Sì. I pilotaggi sensorless rilevano il passaggio per lo zero della forza controelettromotrice sulla fase flottante e commutano circa 30 gradi elettrici dopo. Questo non funziona a rotore fermo o a velocità molto bassa, quindi il motore viene avviato ad anello aperto e passato al controllo sensorless quando la f.c.e.m. è abbastanza grande.

Perché un motore BLDC si chiama motore CC senza spazzole se usa tre fasi?

È alimentato da una sorgente in c.c., e le sue caratteristiche di velocità e coppia assomigliano a quelle di un motore CC con spazzole. L'inverter crea internamente le forme d'onda trifase, quindi dall'esterno si comporta come un motore CC con commutazione elettronica.

Qual è la differenza tra un motore BLDC e un PMSM?

Entrambi hanno magneti permanenti sul rotore e tre fasi statoriche. Un BLDC ha forza controelettromotrice trapezoidale ed è pilotato con blocchi rettangolari di corrente a sei passi, mentre un PMSM ha f.c.e.m. sinusoidale ed è pilotato con correnti sinusoidali, di solito con controllo orientato al campo, per una coppia più regolare.

Come si cambia la velocità di un motore BLDC?

Si cambia la tensione media applicata all'avvolgimento, di solito con il ciclo di lavoro PWM sugli interruttori dell'inverter. La velocità è circa proporzionale a quella tensione meno la caduta resistiva, proprio come in un motore CC con spazzole.

Commutazione a sei passi del motore BLDC: sensori di Hall, inverter e f.c.e.m.

Un motore CC senza spazzole (BLDC) sostituisce spazzole e collettore con l'elettronica. Un controllore legge la posizione del rotore, di solito da tre sensori di Hall, e ogni 60 gradi elettrici cambia quali due delle tre fasi statoriche portano corrente, così il campo statorico resta sempre in anticipo sul rotore a magneti permanenti. Si chiama commutazione a sei passi o trapezoidale.

Aggiornato il 8 novembre 2026

Perché un motore BLDC ha bisogno di commutazione elettronica

In un motore con spazzole il collettore mantiene il campo d'armatura circa 90° in anticipo rispetto al campo dei magneti. In un motore BLDC i ruoli sono scambiati: i magneti permanenti sono sul rotore e gli avvolgimenti sono fissi nello statore. Non ci sono spazzole che passino la corrente, quindi qualcos'altro deve decidere a quale avvolgimento dare corrente in ogni istante.

Questo qualcosa è il controllore con il suo stadio di potenza. Deve sapere dov'è il rotore, perché la coppia è alta solo quando il campo statorico è circa perpendicolare al campo del rotore. Se il campo statorico fosse fisso, il rotore si allineerebbe con esso e si fermerebbe. Il controllore fa quindi avanzare il campo statorico attorno al motore a salti discreti, appena davanti ai magneti, e il rotore lo segue.

Lo stesso concetto si riassume in una frase: un motore BLDC è un motore CC con spazzole rovesciato, con la commutazione fatta in elettronica.

L'inverter trifase e i sei passi

Un ponte trifase ha sei interruttori, uno lato alto e uno lato basso per ciascuna delle fasi U, V e W. Nel funzionamento a sei passi conducono solo due interruttori alla volta: un interruttore lato alto collega una fase al bus CC positivo, e un interruttore lato basso collega una seconda fase al bus negativo. La terza fase è lasciata aperta, cioè flottante.

La corrente scorre quindi in due avvolgimenti in serie, e il campo magnetico combinato di quei due avvolgimenti punta in una direzione fissa. Quando il rotore è avanzato di 60 gradi elettrici, il controllore passa alla coppia successiva. Dopo sei passi il campo ha percorso 360 gradi elettrici, un giro elettrico. La sequenza, con la fase che riceve la corrente positiva elencata per prima, è:

Passo 1: U positiva, V negativa, W aperta
Passo 2: U positiva, W negativa, V aperta
Passo 3: V positiva, W negativa, U aperta
Passo 4: V positiva, U negativa, W aperta
Passo 5: W positiva, U negativa, V aperta
Passo 6: W positiva, V negativa, U aperta

Ogni passo è scelto da uno dei sei codici di Hall. I codici 000 e 111 non si presentano mai in un motore sano, quindi possono servire a rilevare un guasto di cablaggio o di sensore. L'esatta corrispondenza Hall–passo dipende da dove i sensori sono montati rispetto agli avvolgimenti, quindi si ricava dalla scheda tecnica del motore. Per invertire il verso si usa la sequenza speculare, e la velocità si controlla spezzettando con la PWM gli interruttori in conduzione, il che fissa la tensione media.

Sensori di Hall e rilevamento della posizione

Tre sensori a effetto Hall, di solito distanziati di 120 gradi elettrici, sono posti accanto ai magneti del rotore o su un piccolo anello magnetico sull'albero. Ciascuno dà in uscita un 1 o uno 0 logico a seconda che passi un polo nord o un polo sud, così insieme formano un codice a 3 bit che cambia ogni 60 gradi elettrici. È esattamente la risoluzione che serve al controllo a sei passi.

I sensori di Hall danno un'informazione di posizione affidabile anche a rotore fermo, il che rende facile l'avviamento sotto carico. I loro svantaggi sono il costo, i fili in più (cinque per i sensori e tre per le fasi), la sensibilità a temperatura ed errori di posizionamento, e un componente in più che può guastarsi.

Forza controelettromotrice (f.c.e.m.) trapezoidale e ondulazione di coppia

Il motore è avvolto e i suoi magneti sono sagomati in modo che la forza controelettromotrice di ciascuna fase sia trapezoidale: sale, resta piatta per circa 120 gradi elettrici, scende e resta piatta negativa per altri 120 gradi. In ogni intervallo a sei passi, le due fasi in conduzione stanno entrambe su un tratto piatto della loro f.c.e.m., quindi una corrente costante dà una coppia quasi costante:

T = Kt × I

dove Kt è la costante di coppia. Ogni commutazione, però, sposta bruscamente la corrente da una fase all'altra. L'induttanza degli avvolgimenti rallenta la variazione della corrente, quindi la coppia ha un breve calo a ogni passo. Questa ondulazione di commutazione, a sei volte la frequenza elettrica, è il principale svantaggio del metodo, ed è il motivo per cui i pilotaggi fluidi e silenziosi usano invece il controllo sinusoidale.

La velocità è legata alla frequenza elettrica da f_e = giri/min × p / 60, dove p è il numero di coppie polari. Un motore con 4 coppie polari a 4000 giri/min ha una frequenza elettrica di circa 267 Hz e compie 1600 passi di commutazione al secondo.

Commutazione sensorless. I sensori di Hall si possono eliminare osservando la fase flottante. Mentre le altre due fasi conducono, la tensione sulla fase aperta è uguale alla sua forza controelettromotrice, che passa per lo zero quando passa il magnete del rotore. Il controllore rileva questo passaggio per lo zero rispetto al centro stella del motore (o a un centro stella virtuale costruito con resistori), attende circa 30 gradi elettrici e poi commuta.

Funziona bene da velocità medie in su ed è comune in ventole, pompe e motori per droni. Non funziona a velocità molto bassa perché la f.c.e.m. è proporzionale alla velocità ed è troppo piccola per essere misurata, quindi il motore va avviato ad anello aperto: forzato ad allinearsi in una posizione nota e poi accelerato finché la f.c.e.m. non è abbastanza grande da subentrare. I pilotaggi sensorless faticano quindi con coppie di spunto elevate e con il mantenimento a velocità zero.

BLDC a confronto con un motore CC con spazzole

Manutenzione: il BLDC non ha spazzole da consumare, quindi la vita è limitata dai cuscinetti; un motore con spazzole richiede la manutenzione delle spazzole.
Rendimento e calore: il BLDC non ha attrito delle spazzole né caduta di tensione sulle spazzole; gli avvolgimenti sono sullo statore, dove il calore fluisce direttamente alla carcassa.
Campo di velocità: senza il limite del collettore, i motori BLDC raggiungono velocità molto più alte.
Rumore: nessun arco delle spazzole né rumore elettrico dovuto alle scintille.
Costo e complessità: il BLDC richiede un inverter trifase e il rilevamento della posizione, mentre un motore con spazzole può funzionare da una batteria o da un singolo transistor.
Comportamento della coppia: entrambi danno una coppia quasi proporzionale alla corrente e una velocità quasi proporzionale alla tensione, quindi la retta caratteristica è la stessa.

Esempio svolto. Si prenda un motore a 24 V con Kt = Ke = 0,05 N·m/A e resistenza di avvolgimento di 0,28 Ω. Con ciclo di lavoro PWM del 50 % la tensione media è 12 V. Con un carico che richiede 5 A, la forza controelettromotrice è 12 − 5 × 0,28 = 10,6 V, quindi la velocità è 10,6 / 0,05 = 212 rad/s, circa 2020 giri/min. Raddoppiando il ciclo di lavoro al 100 % si ha 24 − 1,4 = 22,6 V e circa 4300 giri/min con la stessa corrente.

Come il simulatore modella un motore BLDC

Il simulatore del motore CC senza spazzole di Curvo Studio è un modello didattico compatto. La PWM è rappresentata dalla sua tensione media applicata, cioè la tensione del bus CC moltiplicata per il ciclo di lavoro. Kt e Ke sono trattati come numericamente uguali in unità SI. Dal carico, il simulatore ricava la corrente di fase necessaria per la coppia (più una piccola corrente a vuoto), sottrae la caduta resistiva dalla tensione applicata per ottenere la forza controelettromotrice e divide per Kt per ottenere la velocità. La corrente è limitata al minore tra 4,5 volte la corrente nominale e la corrente di stallo, e quando il carico ne richiede di più il motore è segnalato come bloccato.

Il modello 3D ha di default un rotore a magneti permanenti a otto poli (quattro coppie polari), avvolgimenti statorici U, V e W fissi e una scheda con tre sensori di Hall. Una riga dinamica sopra il modello 3D mostra il codice di Hall attuale e quali fasi conducono e quale è aperta, e le fasi sono evidenziate in sequenza mentre il rotore gira. Il simulatore non modella nel dettaglio il metodo sensorless con la f.c.e.m., l'ondulazione di coppia da commutazione né la commutazione degli interruttori dell'inverter.

Provalo nel simulatore del motore BLDC

Apri il simulatore del motore CC senza spazzole e prova questi esperimenti.

Osserva la riga dinamica sopra il modello 3D: il codice di Hall cambia ogni 60 gradi elettrici e la coppia in conduzione si sposta con esso, con una fase sempre aperta.
Imposta il Ciclo di lavoro PWM al 100 %, poi al 50 %, e leggi la Velocità del rotore. Scala con la tensione media.
Cambia la Tensione del bus CC per vedere lo stesso effetto dall'altra parte.
Aumenta il cursore Carico meccanico per vedere salire Corrente di fase e Coppia e calare leggermente la velocità. Sovraccaricalo finché il motore si blocca.
Passa la Sequenza di commutazione tra ABC e ACB e il rotore si inverte.
Controlla la lettura Frequenza elettrica e confrontala con velocità × coppie polari / 60. Cambia le Coppie polari nella targa e vedi cambiare il rotore 3D.
Attiva il livello Campo magnetico nella vista Spaccato per vedere il campo statorico saltare in avanti rispetto ai magneti del rotore.

Provalo nel simulatore

Apri il simulatore Motore CC senza spazzole

Domande frequenti

Che cos'è la commutazione a sei passi?: La commutazione a sei passi è un metodo di pilotaggio dei BLDC in cui solo due delle tre fasi portano corrente alla volta. Il controllore passa alla successiva delle sei coppie di fasi ogni 60 gradi elettrici, così il campo statorico ruota in sei salti per giro elettrico e continua a trascinare in avanti il rotore.
Perché un motore BLDC ha bisogno dei sensori di Hall?: Il controllore deve conoscere la posizione del rotore per scegliere la coppia di fasi giusta. Tre sensori di Hall danno un codice a 3 bit che cambia ogni 60 gradi elettrici, che è esattamente l'informazione necessaria al controllo a sei passi, anche a rotore fermo.
Un motore BLDC può funzionare senza sensori di Hall?: Sì. I pilotaggi sensorless rilevano il passaggio per lo zero della forza controelettromotrice sulla fase flottante e commutano circa 30 gradi elettrici dopo. Questo non funziona a rotore fermo o a velocità molto bassa, quindi il motore viene avviato ad anello aperto e passato al controllo sensorless quando la f.c.e.m. è abbastanza grande.
Perché un motore BLDC si chiama motore CC senza spazzole se usa tre fasi?: È alimentato da una sorgente in c.c., e le sue caratteristiche di velocità e coppia assomigliano a quelle di un motore CC con spazzole. L'inverter crea internamente le forme d'onda trifase, quindi dall'esterno si comporta come un motore CC con commutazione elettronica.
Qual è la differenza tra un motore BLDC e un PMSM?: Entrambi hanno magneti permanenti sul rotore e tre fasi statoriche. Un BLDC ha forza controelettromotrice trapezoidale ed è pilotato con blocchi rettangolari di corrente a sei passi, mentre un PMSM ha f.c.e.m. sinusoidale ed è pilotato con correnti sinusoidali, di solito con controllo orientato al campo, per una coppia più regolare.
Come si cambia la velocità di un motore BLDC?: Si cambia la tensione media applicata all'avvolgimento, di solito con il ciclo di lavoro PWM sugli interruttori dell'inverter. La velocità è circa proporzionale a quella tensione meno la caduta resistiva, proprio come in un motore CC con spazzole.