Determinación del límite máximo de rendimiento: análisis innovador de la disposición espacial, la estructura topológica y el estator de los motores de flujo magnético axial

El rendimiento de los motores de flujo magnético axial depende en gran medida de la disposición topológica del espacio. Desde las estructuras básicas de un solo disco o dos discos hasta los diseños avanzados de apilamiento de múltiples discos y estator segmentado sin yugo, cada disposición se corresponde con un enfoque específico en cuanto al rendimiento y con determinadas decisiones de ingeniería; no existe una “estructura óptima” absoluta, sino únicamente la solución más adecuada para cada situación.

Las cuatro topologías básicas conforman el panorama dominante del sector. La estructura SSSR (un estator, un rotor) es la más sencilla, con unas dimensiones axiales extremadamente compactas y un bajo coste de producción en serie; sin embargo, el circuito magnético unilateral genera una fuerza magnética axial desequilibrada considerable, lo que en condiciones de alta velocidad puede provocar vibraciones y desgaste de los cojinetes, por lo que es adecuada para aplicaciones de baja potencia y bajas velocidades. La estructura DSSR (doble estator, rotor único) adopta una configuración simétrica tipo “sándwich”, con un equilibrio total de las fuerzas axiales y unas condiciones de disipación térmica excelentes en ambos lados del estator, lo que la convierte en una opción fiable para equipos industriales de funcionamiento continuo; sin embargo, esto conlleva un aumento simultáneo de los requisitos en cuanto a consumibles y precisión de montaje. El DRSS (doble rotor, un estator) es un referente en densidad de potencia; el estator único genera trabajo en ambas caras, con una densidad de par entre 15% y 25% superior a la del DSSR, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de altas exigencias, como la propulsión principal de vehículos eléctricos nuevos y el sector aeroespacial; sin embargo, el cableado de los devanados y el ajuste del equilibrio dinámico presentan una gran dificultad. La estructura de apilamiento de múltiples discos permite multiplicar la potencia mediante un apilamiento modular, lo que permite abarcar aplicaciones de potencia extremadamente elevada, del orden de los megavatios; no obstante, la complejidad estructural y los costes aumentan de forma paralela.

La innovación en la estructura del estator es la clave para lograr avances en el rendimiento. El estator sin yugo elimina el yugo de hierro trasero, lo que reduce la cantidad de núcleo de hierro entre 40% y 60%, lo que reduce el peso total de la máquina entre 251 TP3T y 301 TP3T y disminuye las pérdidas en el hierro a alta frecuencia en más de 351 TP3T; sin embargo, la rigidez estructural disminuye, por lo que se requiere una precisión de montaje a nivel micrométrico. El estator segmentado divide el estator integral en módulos de dientes independientes; el bobinado centralizado reduce las pérdidas en cobre entre 10% y 18% y triplica la eficiencia de disipación térmica, al tiempo que resuelve los problemas de bobinado de los motores axiales y acorta el ciclo de fabricación en un 50%; sin embargo, el control de la precisión de ensamblaje se convierte en un nuevo reto.

Desde el punto de vista de la fabricación, la complejidad estructural y el rendimiento de la producción en serie mantienen una relación inversa. La tasa de rendimiento de los SSSR puede alcanzar más del 981 TP3T, mientras que la de los DSSR oscila entre el 921 TP3T y el 951 TP3T; por su parte, las estructuras segmentadas sin yugo y los apilamientos de múltiples discos presentan una disminución significativa de la tasa de rendimiento en la producción en serie debido a los requisitos de alineación de alta precisión. Ante las dificultades de montaje que plantean las diversas topologías de los motores de flujo magnético axial, Jiuju ofrece soluciones de montaje automatizado adaptadas a diferentes estructuras, que abarcan procesos clave como la colocación precisa de imanes, el montaje conjunto de estator y rotor con control de fuerza y posición, y la detección en línea del entrehierro. Mediante el posicionamiento por visión y la tecnología de control de fuerza servo, se garantiza una precisión de montaje a nivel micrométrico y se mantiene la consistencia en la producción en serie, lo que proporciona el apoyo de equipos y procesos necesarios para la industrialización de todo tipo de topologías de motores axiales.

Preguntas frecuentes sobre la automatización de motores eléctricos

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