El motor eléctrico de imanes permanentes PMAC
La estructura clásica de un motor eléctrico de imanes permanentes es muy simple y consta de un número limitado de componentes, mucho menos que los necesarios para un motor de combustión interna.
Un motor eléctrico de imanes permanentes se compone principalmente de:
- ESTATOR: PARTE FIJA QUE CONTIENE LOS DEVANADOS DE COBRE QUE GENERAN EL CAMPO MAGNÉTICO PARA HACER GIRAR EL ROTOR
- ROTOR: PARTE GIRATORIA DE LA QUE FORMA PARTE EL EJE DE SALIDA DEL MOTOR
- COJINETES: APOYAN EL ROTOR
- TERMINALES ELÉCTRICOS: SON LOS CONECTORES QUE CONECTAN EL ESTATOR A LOS CABLES DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA
Un aspecto importante de todo tipo de motores eléctricos es su baja inercia en comparación con la de un motor de combustión interna. En este último hay muchos sistemas giratorios: el cigüeñal, el volante, los engranajes de la caja de cambios, etc. En un motor eléctrico, en cambio, la única parte giratoria es el rotor y su inercia es casi nula en comparación con la de un motor térmico. Por este motivo, una moto eléctrica es mucho más fácil de manejar que una moto con motor de combustión interna de peso similar.
Como decíamos en la página principal de motores eléctricos, el criterio principal en base al cual dividirlos es el de las corrientes de alimentación: los motores DC (Corriente Continua) son alimentados por corriente continua mientras que los motores AC (Corriente Alterna) son alimentados por corriente alterna.
Los motores de CC son los primeros que se inventaron, son baratos y sencillos de controlar pero su desgaste es alto y tienen una baja densidad de potencia. Los motores de CA son más difíciles de construir y controlar, pero pesan menos y pueden lograr eficiencias muy altas (>97 %) y densidades de par altas. Con el mismo par, un motor de CA pesa aproximadamente la mitad de un motor de CC y tiene entre 30 y 40 veces menos inercia.
En el campo de la automoción y de las motos, el motor eléctrico más utilizado es el síncrono AC; las posibles versiones se clasifican en:
- R-SM – MOTOR SÍNCRONO DE RELUCTANCIA
- PMAR-SM – MOTOR SÍNCRONO DE RELUCTANCIA ASISTIDO POR IMANES PERMANENTES
- SPM-SM – MOTOR SÍNCRONO DE IMANES PERMANENTES DE SUPERFICIE
- IPM-SM: MOTOR SÍNCRONO DE IMANES PERMANENTES INTERNOS
- WR-SM: MOTOR SÍNCRONO DE ROTOR BOBINADO (MOTOR SÍNCRONO DE POLO SOBRESALIENTE)
El motor de CA síncrono de imanes permanentes PMAC (Permanent Magnet AC Motor) es el tipo más utilizado actualmente debido a su alta eficiencia y confiabilidad, tanto en la versión de imán superficial (SPM-SM) como de imán interno (IPM-SM).
Motores eléctricos de imán permanente de superficie (SPM-SM)
Los motores de imanes de superficie (SPM-SM) se caracterizan por un rotor compuesto por un paquete de álabes de material ferromagnético y una serie de pares de imanes permanentes montados en la superficie exterior del rotor. La producción de torque depende principalmente de tres factores; cuanto más altos son, mayor es el par que el motor es capaz de producir.
Estos factores son:
- LA CAPACIDAD DE PRODUCIR UN FLUJO MAGNÉTICO EN EL ESTATOR (INDUCTANCIA DEL ESTATOR)
- EL FLUJO MAGNÉTICO DE LOS IMANES PERMANENTES
- LA CORRIENTE ELÉCTRICA QUE FLUYE EN EL ESTATOR
Una vez montado el motor, los dos primeros parámetros son fijos, mientras que el último es el que podemos variar cuando vamos a pedir más o menos par a nuestro motor girando el acelerador. El aspecto positivo de estos motores es que son fáciles de usar y controlar, pero tienen dos desventajas principales:
- A ALTAS VELOCIDADES, LA FUERZA CENTRÍFUGA TIENDE A SEPARAR LOS IMANES DE LA SUPERFICIE DEL ROTOR
- UNA PARTE DEL FLUJO MAGNÉTICO NO SE UTILIZA PARA GENERAR EL PAR MOTOR
Motores eléctricos de imanes permanentes interno (IPM-SM)
Para mantener altos valores de densidad de par sin tener los problemas de los SPM, se han desarrollado motores de imanes permanentes internos (IPM). Los imanes permanentes se insertan en cavidades especiales dentro del rotor que los mantienen en posición incluso para valores altos de fuerza centrífuga. Esta característica constructiva hace que los motores IPM sean adecuados para velocidades de rotación más altas que los SPM. En la imagen podemos ver algunos diagramas de motores IPM.
Los motores de imanes internos son una tecnología reciente cuya optimización aún está por desarrollar; nuevos tipos y configuraciones de imanes ven la luz continuamente. En el campo de las carreras, los motores IPM-SM representan el estado del arte. En comparación con otros modelos, los que tienen imanes internos tienen mayor eficiencia, menor peso y mayor densidad de potencia y par.
Los imanes más utilizados en motores eléctricos
Los tipos más comunes de imanes permanentes son:
• Imanes de NdFeB: Los imanes de neodimio sinterizado (conocidos como NdFeB) son el tipo más común de imanes de tierras raras. Compuestos por una aleación de Neodimio, Hierro y Boro, estos imanes tienen las características magnéticas más altas disponibles actualmente en el mercado.
• Imanes SmCo: Los imanes de samario-cobalto sinterizados (conocidos como SmCo) se remontan a principios de la década de los XNUMX y fueron el primer ejemplo de un imán de tierras raras. Compuestos por una aleación de samario y cobalto, generalmente son menos potentes que los imanes de neodimio. Presentan dos importantes ventajas: excelente comportamiento térmico y alta resistencia a la corrosión
• Imanes de Ferrita: Los imanes de ferrita son compuestos cerámicos ferromagnéticos no conductores derivados de óxidos de hierro y otros óxidos metálicos como el bario y el estroncio. Los primeros estudios sobre este material se remontan a la década de 40, pero los usos prácticos solo comenzaron a principios de la década de 50.
Sin embargo, los motores PMAC tienen la desventaja de estar ligados a la disponibilidad de tierras raras para fabricar imanes permanentes. Su alternativa es la motor síncrono de reluctancia (SynRM). Esta solución se caracteriza no solo por la ausencia de imanes permanentes y por su alta eficiencia energética sino también por su fiabilidad y bajo mantenimiento.
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