Los motores de CA de flujo radial ofrecen algunas ventajas de rendimiento y embalaje, pero también plantean algunos problemas térmicos y de fabricación.
Para muchos ingenieros eléctricos e incluso mecánicos, la selección del motor es algo misteriosa. Podrás entender sus principios básicos y funcionamiento. Aún así, las consideraciones de diseño del mundo real de sus trayectorias de flujo, polos, materiales y compensaciones parecen estar definidas por ecuaciones complejas pero decisivas y modelos electromagnéticos por un lado y consideraciones algo “mágicas” por el otro.
Incluso una sola perspectiva sobre el “árbol genealógico” motor es sólo algo útil y deja muchas preguntas sin resolver (Figura 1 y XNUMX). Nota: esta imagen aparece idéntica en docenas de sitios web y es la única medio decente que he encontrado; desafortunadamente, no he podido rastrearlo hasta su fuente original a pesar de mis considerables esfuerzos para hacerlo.
Estas preguntas frecuentes analizarán con más detalle el motor de flujo axial (AFM) y lo compararán con el motor de flujo radial (RFM), muy utilizado. El AFM está ganando terreno (nunca mejor dicho) en muchas aplicaciones, incluidos los vehículos eléctricos (EV). Los elementos internos del AFM están dispuestos de manera que las líneas de flujo magnético estén en dirección axial con respecto al rotor, en contraste con el diseño de motor de flujo radial estándar y muy utilizado.
El AFM ofrece algunas ventajas físicas y de rendimiento, aunque, por supuesto, existen algunas compensaciones. Los AFM también se denominan informalmente motores tipo panqueque o motores de disco. Aunque no se mencionan explícitamente en el árbol genealógico que se muestra arriba, que no menciona ni AFM ni RFM, estarían en la categoría "sin escobillas".
Nota: por alguna razón inexplicable, nuestra industria feliz con las siglas rara vez utiliza las designaciones AFM y RFM, prefiriendo en su lugar deletrear completamente las tres palabras; sin embargo, estas preguntas frecuentes utilizarán acrónimos más cortos y simples en lugar de deletrearlos. A veces, hay renuencia a utilizar acrónimos para minimizar la confusión con otra designación de varias palabras que tenga el mismo acrónimo. Aún así, el único otro AFM técnico que he encontrado es el microscopio de fuerza atómica, y hay pocas posibilidades de confusión con él.
P: No tengo claros los atributos mecánicos del motor básicos, ¿podría darme un breve recordatorio?
A: Los motores tienen su propio, único y muy necesario conjunto de definiciones y parámetros, y no sería práctico revisarlos todos aquí. Además de las obvias como la velocidad (revoluciones por minuto/rpm), hay que tener en cuenta estas importantes cifras de mérito:
Torque = Fuerza × Longitud de un brazo de palanca (o brazo de “momento”, que es lo mismo que el radio del rotor del motor).
Al aumentar el diámetro del motor, aumenta el radio del rotor y aumenta el par del motor incluso si la fuerza generada por los campos magnéticos no cambia.
Potencia = Par × Velocidad
Dado que un motor pequeño tiene un brazo de palanca corto, el par será pequeño, pero si el motor gira a alta velocidad, la potencia de salida puede ser significativa, como se ve en un RFM o AFM típico (Figura 2 y XNUMX).
Densidad de par: relación entre la capacidad de par y el volumen; Mide la capacidad de soportar torque de un componente en un peso y espacio dados. A menudo es un parámetro muy crítico ya que caracteriza qué tan útil se puede lograr el resultado del trabajo dentro del paquete disponible.
Finalmente, cada selección de motor tiene que tener en cuenta la eficiencia y las pérdidas. Estas pérdidas térmicas y tensiones materiales en la construcción interna relativamente densa de bobinas de alambre, imanes, soportes y más pueden provocar fácilmente sobrecalentamiento, rotura del aislamiento, deterioro del magnetismo, lo que resulta en una degradación del rendimiento e incluso fallas totales.
P: Volviendo a los AFM y RFM, ¿a qué se refiere realmente el “flujo axial”?
A: “Axial flux” no es el nombre de un superhéroe, ni tiene relación con el famoso “flujo condensador” solía impulsar el automóvil DeLorean de la máquina del tiempo en la película clásica “Regreso al futuro”. Más bien, es una descripción de la alineación y orientación de las líneas de flujo magnético en un motor.
Están en la dirección axial a lo largo del eje de rotación en lugar de emanar radialmente hacia afuera y hacia adentro del rotor (Figura 3 y XNUMX). El entrehierro del motor de flujo axial es plano y su distribución del campo magnético del entrehierro a lo largo de la dirección axial, lo que significa que el campo magnético del entrehierro es perpendicular al plano del entrehierro.
P: Realmente no lo estoy “viendo” en esa imagen; ¿Existe otra representación visual del flujo entre los AFM y los RFM?
A: Dos perspectivas visuales más están en Figura 4 y XNUMX y Figura 5 y XNUMX.
La siguiente parte de estas preguntas frecuentes analiza los AFM y RFM con más detalle.
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Referencias externas
Universidad Estatal de Iowa, "Características del motor"
YASA, “Flujo axial: el futuro de la propulsión de vehículos eléctricos de alto rendimiento”
Ingeniería de movilidad eléctrica, “Motores de flujo axial”
Stanford Magnets, "Una descripción general del motor de flujo axial y del imán del motor de flujo axial"
Academia Magnet, Laboratorio Nacional de Mag, “Davenport Motor – 1834”
Eaton, "Por qué la densidad de par es importante para el diseño de máquinas"
horizonte Tecnología, “Diseño de motores eléctricos: flujo radial frente a axial y transversal”
Triaxial BV, “Motor de flujo axial versus motor de flujo radial: un enfoque en la orientación del campo magnético”
Triaxial BV, "¿Por qué no todos los motores de vehículos eléctricos son de flujo axial (todavía)?"
Magnetic Innovations, "¿Qué es un motor de imán permanente de flujo radial?"
Almacenables, "¿Qué motor eléctrico utiliza Tesla?"
Tesla, "Subsistemas: tipos y especificaciones de motores"
Revista europea de ingeniería eléctrica, junio de 2014, “Modelado magnético de motores de imán permanente de flujo radial y de flujo axial para automoción de accionamiento directo. Especificaciones y comparación”
Laboratorio Nacional de Oak Ridge, "Una comparación de máquinas de flujo radial y axial de rotor exterior para su aplicación en vehículos eléctricos"
Kilowatt Classroom LLC, “Fundamentos del variador de frecuencia”
VFDS.org, “Unidades de frecuencia variable”