Debido a su compacidad y alta densidad de par, motores síncronos de imanes permanentes Se utilizan ampliamente en muchas aplicaciones industriales, especialmente para sistemas de propulsión de alto rendimiento, como los sistemas de propulsión submarina. Los motores síncronos de imanes permanentes no necesitan utilizar anillos colectores para la excitación, lo que reduce el mantenimiento y el desgaste del rotor. Los motores síncronos de imanes permanentes tienen una alta eficiencia y son adecuados para sistemas de accionamiento de alto rendimiento, como máquinas herramienta CNC, robots y sistemas de producción automática en la industria.

Generalmente, el diseño y construcción de motores síncronos de imanes permanentes debe considerar tanto la estructura del estator como del rotor para obtener motores de alto rendimiento.

Construcción de motor síncrono de imán permanente.

Densidad de flujo del entrehierro: determinada según el diseño de motores asíncronos, etc., el diseño del rotor de imán permanente y los requisitos especiales para el uso de devanados del estator conmutados. Además, se supone que el estator es un estator ranurado. La densidad de flujo del entrehierro está limitada por la saturación del núcleo del estator. En particular, la densidad de flujo máxima está limitada por el ancho del diente, mientras que la parte posterior del estator determina el flujo total máximo.

Además, el nivel de saturación permitido depende de la aplicación. Normalmente, un motor de alta eficiencia tiene una densidad de flujo baja, mientras que un motor diseñado para una densidad de par máxima tiene una densidad de flujo alta. La densidad máxima de flujo del entrehierro suele estar en el rango de 0.7 a 1.1 Tesla. Tenga en cuenta que esta es la densidad de flujo total, que es la suma de los flujos del rotor y del estator. Esto significa que si la fuerza de reacción del inducido es menor, significa que el par de alineación es mayor.

Sin embargo, para lograr una gran contribución del par de reluctancia, la fuerza de reacción del estator debe ser grande. Los parámetros de la máquina muestran que se requieren principalmente una m grande y una inductancia L pequeña para obtener el par de alineación. Esto generalmente es adecuado para operar por debajo de la velocidad base, ya que una alta inductancia reduce el factor de potencia.

Material del imán permanente:

Los imanes juegan un papel importante en muchos dispositivos, por lo que es importante mejorar las propiedades de estos materiales y actualmente la atención se centra en materiales basados ​​en tierras raras y metales de transición para obtener imanes permanentes con altas propiedades magnéticas. Dependiendo de la tecnología, los imanes tienen diferentes propiedades magnéticas y mecánicas y presentan diferente resistencia a la corrosión.

Los imanes de neodimio, hierro, boro (Nd2Fe14B) y samario y cobalto (Sm1Co5 y Sm2Co17) son los materiales magnéticos permanentes comerciales más avanzados en la actualidad. Dentro de cada clase de imanes de tierras raras, existe una amplia variedad de grados. Los imanes de NdFeB comenzaron a comercializarse a principios de los años 1980. Se utilizan ampliamente hoy en día en muchas aplicaciones diferentes. El coste de este material magnético (calculado por producto energético) es comparable al coste de los imanes de ferrita y, por kilogramo, los imanes de NdFeB cuestan entre 10 y 20 veces más que los imanes de ferrita.

Algunas propiedades importantes utilizadas para comparar imanes permanentes son la remanencia (Mr), que mide la fuerza del campo magnético de un imán permanente, la coercitividad (Hcj), la capacidad de un material para resistir la desmagnetización, el producto energético (BHmax), la densidad de energía magnética; Temperatura de Curie (TC), la temperatura a la que el material pierde su magnetismo. Los imanes de neodimio tienen mayor remanencia, mayor fuerza coercitiva y producto energético, pero generalmente son tipos de temperatura de Curie más bajos, neodimio, terbio y disprosio para mantener sus propiedades magnéticas a altas temperaturas.

Diseño de motor síncrono de imán permanente

En el diseño de un motor síncrono de imanes permanentes (PMSM), la construcción del rotor de imanes permanentes se basa en la estructura del estator de un motor de inducción trifásico sin cambiar la geometría del estator y los devanados. Las especificaciones y la geometría incluyen la velocidad del motor, la frecuencia, el número de polos, la longitud del estator, los diámetros interior y exterior y el número de ranuras del rotor. El diseño del motor síncrono de imán permanente incluye pérdida de cobre, fuerza electromotriz inversa, pérdida de hierro y autoinductancia, inductancia mutua, flujo magnético, resistencia del estator, etc.

Cálculo de la inductancia propia y mutua:

La inductancia L se puede definir como la relación entre el enlace de flujo y la corriente I que produce el flujo en henrios (H), igual a Weber por amperio. Un inductor es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía en un campo magnético, similar a cómo un condensador almacena energía en un campo eléctrico. Un inductor suele consistir en una bobina, normalmente enrollada alrededor de un núcleo de ferrita o ferromagnético, y su valor de inductancia sólo está relacionado con la estructura física del conductor y la permeabilidad del material a través del cual pasa el flujo magnético.

Los pasos para encontrar la inductancia son los siguientes: 1. Suponga que hay una corriente I en el conductor. 2. Utilice la ley de Biot-Savart o la ley del bucle de Ampère (si está disponible) para determinar que B es suficientemente simétrico. 3. Calcule el flujo total que conecta todos los bucles. 4. Multiplique el flujo magnético total por el número de circuitos para obtener el enlace de flujo y diseñe el motor síncrono de imán permanente mediante la evaluación de los parámetros requeridos.

El estudio encontró que el diseño que utiliza NdFeB como material del rotor de imán permanente de CA aumenta el flujo magnético generado en el entrehierro, lo que resulta en una disminución en el radio interior del estator, mientras que el radio interior del estator que utiliza el samario cobalto permanente. El material del rotor magnético es más grande. Los resultados muestran que la pérdida efectiva de cobre en NdFeB se reduce en un 8.124%. Para el samario cobalto como material magnético permanente, el flujo magnético será una variación sinusoidal. Generalmente, el diseño y construcción de motores síncronos de imanes permanentes debe considerar tanto la estructura del estator como del rotor para obtener motores de alto rendimiento.

En conclusión

El motor síncrono de imán permanente (PMSM) es un motor síncrono que utiliza materiales altamente magnéticos para la magnetización. Tiene las características de alta eficiencia, estructura simple y fácil control. Este tipo de motor síncrono de imanes permanentes tiene aplicaciones en varios campos como la tracción, la automoción, la robótica y la tecnología aeroespacial. La densidad de potencia de los motores síncronos de imanes permanentes es mayor que la de los motores de inducción del mismo régimen porque no hay potencia del estator dedicada a generar campos magnéticos.

En la actualidad, el diseño del motor síncrono de imanes permanentes no sólo requiere más potencia sino que también requiere menor masa y menores momentos de inercia.