Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Un motor de corriente continua sin escobillas de rotor exterior es un tipo de motor eléctrico potente. En este diseño, los imanes del rotor giran sobre el fuera de de los bobinados del estator. Esto les confiere capacidades especiales, como un elevado par motor. Este artículo es para ti. Le ayudará a aprender a diseñar un mejor motor de CC sin escobillas de rotor exterior. Le mostraremos cómo el modelado por ordenador puede facilitar los pasos de diseño de su motor y ayudarle a tener éxito. Aprenderá los pasos principales para mejorar su motor eléctrico BLDC para que funcione lo mejor posible.
Un motor de corriente continua sin escobillas (motor BLDC) es un tipo común de motor eléctrico. A la gente le gusta porque funciona bien y se puede contar con él. La mayoría de los motores tienen el rotor girando dentro del estator. Esto se denomina diseño de rotor interno.
Un motor de corriente continua sin escobillas de rotor exterior es diferente. El rotor tiene imanes permanentes y está en el exterior. El estator y sus bobinas están en el interior. Este diseño del motor significa que el rotor es más ancho. Este cambio es una gran ventaja para el motor BLDC de rotor exterior. Le proporciona un par elevado. La fuerza magnética empuja desde más lejos del centro. Esto hace que la fuerza de giro, llamada par, sea mucho mayor. Esto hace que este motor bldc sea ideal para cosas como drones, bicicletas eléctricas y ventiladores.
Antes de construir un motor BLDC real, se necesita un plano. En el diseño de motores, este plan es un modelo informático. Modelado significa que usted hace una copia de su motor de corriente continua sin escobillas en el ordenador. Este es un paso muy importante.
Un buen modelado ayuda a ahorrar mucho tiempo y dinero. No es necesario construir muchos motores de prueba reales. En su lugar, puede probar cientos de ideas de diseño en el ordenador. Este modelado le permite ver cómo funcionará su motor BLDC incluso antes de fabricarlo. Puede ver su potencia, encontrar sus puntos débiles y mejorar aún más sus partes buenas. Un buen modelo de motor es el punto de partida de un buen diseño. Sin un buen modelado, sólo estás haciendo conjeturas. Con un buen modelado, puede estar seguro de que su diseño y rendimiento cumplirán sus objetivos. Por eso, todas las máquinas eléctricas nuevas se fabrican con este tipo de modelado inteligente.
Cuando empieces a modelar tu motor BLDC, necesitas configurar sus partes principales. A estas partes las llamamos parámetros de diseño. Cada parámetro cambia el par final del motor y su funcionamiento. Es muy importante conseguir que estos parámetros sean correctos para un buen diseño del motor.
Estos son algunos de los parámetros de diseño más importantes que debe incluir en su modelado:
| Parámetro | Qué hace | Por qué es importante para el modelado |
|---|---|---|
| Número de polos | Número de pares de imanes en el rotor. | Cambia la velocidad y el par del motor. Más polos suelen significar más par, pero una velocidad nominal más baja. |
| Grosor del imán | El grosor de los imanes permanentes. | Una pieza principal que fija la intensidad del campo magnético. Los imanes más gruesos dan más par, pero también cuestan más. |
| Entrehierro | El pequeño espacio entre el estator y el rotor. | Un entrehierro más pequeño aumenta la fuerza magnética. Pero es más difícil de fabricar. El modelado ayuda a encontrar el mejor tamaño. |
| Patrón de bobinado | Cómo se enrollan los cables en el estator. | Esta pieza modifica la velocidad del motor, el par y la tensión que necesita. |
El diseño del motor debe encontrar una buena combinación de estas variables de diseño. Por ejemplo, un imán de mayor grosor puede darte más par, pero puede hacer que el motor bldc sea demasiado pesado. El modelado te ayuda a encontrar el diseño óptimo para lo que necesitas.
¿Cómo puede un ordenador entender un motor BLDC que tiene tantas piezas? La respuesta es el método de los elementos finitos (MEF). Se trata de una potente herramienta de modelado. El MEF divide el diseño del motor en miles de pequeños fragmentos. Estos trozos se llaman "elementos finitos". A continuación, utiliza las matemáticas para averiguar cómo actúan los campos magnéticos en cada pequeño trozo.
Al calcular esto para todas las piezas, el software MEF puede obtener una imagen muy clara de todo el motor bldc. Puede mostrar la densidad de flujo magnético en cada zona del estator y el rotor. El método de los elementos finitos es la mejor manera de ver cómo funcionará tu motor de corriente continua sin escobillas. Esta comprobación en profundidad es mucho mejor que las simples reglas matemáticas. Esto se debe a que puede comprender formas complejas y cómo actúan los materiales. Utilizar el MEF es un gran paso para optimizar el diseño de tu motor.
Sí, es posible. Ansys es una herramienta de software muy común y potente para el modelado por elementos finitos. Muchos ingenieros utilizan Ansys para diseñar y probar máquinas eléctricas. Esto incluye el motor de corriente continua sin escobillas de rotor exterior. Ansys le permite construir un modelo informático completo de su motor BLDC. Puede configurar todos los parámetros, desde el tipo de imán hasta los detalles del bobinado.
Después de que su modelo de motor se construye en Ansys, puede ejecutar pruebas en el ordenador. Estas pruebas son como una prueba en el ordenador. El software le mostrará cuánto par hace el motor bldc, su potencia de salida, y lo bien que funciona. Los resultados de simulación de Ansys son resultados en los que puede confiar. Le ayudarán a tomar decisiones inteligentes para mejorar el diseño de su motor. Ansys es una gran herramienta para cualquier motor serio para vehículos eléctricos u otros usos. La potencia de modelado FEM de Ansys es de primera categoría.
Los materiales que elija para su motor BLDC son muy importantes. Con los materiales adecuados se consigue una mayor eficiencia y un mejor rendimiento del motor. Su modelado FEM debe tener información sobre estos materiales. Lo más importante de un material para un motor BLDC es su comportamiento magnético, es decir, cómo actúa con los imanes.
Para el rotor se utilizan imanes permanentes. El tipo de imán, como el de neodimio (NdFeB), marca una gran diferencia. Para el estator se utiliza un acero especial. La forma en que actúa este acero se muestra mediante algo llamado curva B-H. La curva B-H indica al software de modelado cómo actúa el material en un campo magnético. Es importante que los imanes estén magnetizados hasta el punto de saturación. Una curva B-H muestra este punto en un circuito cerrado. Este modelado detallado le ayuda a adivinar las pérdidas de hierro. También asegura que su motor bldc funcione como usted piensa que lo hará. Utilizar la curva B-H correcta en tu modelado FEM es muy, muy importante para obtener resultados de simulación verdaderos.
Una de las mejores razones para utilizar un motor de corriente continua sin escobillas de rotor exterior es obtener un par elevado. Por lo tanto, un objetivo común es obtener el máximo par posible del diseño del motor. El modelado es la forma de hacerlo. Para obtener el par máximo, es necesario probar diferentes variables de diseño.
Utilizando tu software de modelado FEM, puedes realizar pruebas. Estas pruebas muestran cómo el cambio de cada parámetro cambia el par.
Puede realizar cientos de estas pruebas en el ordenador. Este proceso de probar y cambiar cosas se denomina optimización del diseño. Te ayuda a encontrar la mejor combinación de parámetros de diseño para obtener el par máximo de tu motor BLDC. Esto es muy necesario para cosas como los vehículos eléctricos, donde se necesita mucho par.
Conseguir el par máximo está muy bien. Pero no es el único objetivo. También quieres que tu motor de corriente continua sin escobillas tenga una alta eficiencia. Un motor con alta eficiencia utiliza bien la energía eléctrica. La convierte en potencia de salida útil. Desperdicia menos energía en forma de calor. Esto es muy importante para las cosas que utilizan baterías, como los drones o los coches eléctricos.
Para conseguir un mayor rendimiento, hay que reducir las pérdidas del motor bldc. Los dos tipos principales de pérdidas son las de cobre (en el bobinado) y las de hierro (en el estator). Tu modelización por elementos finitos puede adivinar ambas. La optimización del diseño para la eficiencia podría significar que hagas estas cosas:
A veces, tratar de obtener el máximo par puede conducir a una menor eficiencia. Aquí es donde la optimización multiobjetivo puede ayudar. Esta herramienta de modelado inteligente le ayuda a encontrar un diseño de motor que tenga a la vez un gran par y funcione muy bien. Encuentra los valores óptimos para lo que necesitas.
Cuando el software de modelización por elementos finitos ejecuta una prueba, proporciona muchos datos. Son los resultados de la simulación. Es muy importante saber cómo leer estos resultados para mejorar el diseño del motor. Los resultados del análisis suelen mostrarse en forma de gráficos y mapas de colores.
Por ejemplo, un mapa de colores de su motor BLDC puede mostrar la densidad de flujo magnético. Puede buscar puntos en los que el campo magnético sea demasiado débil o demasiado fuerte. Un gráfico puede mostrar el par del motor mientras gira. Puede comprobar si el par es constante o si sube y baja. Observando los resultados de estos análisis, puedes encontrar problemas. Tal vez la forma del estator está causando pérdidas adicionales de hierro. O puede que el grosor del imán no sea suficiente para alcanzar la velocidad y el par nominales. Los resultados de la simulación muestran qué hacer a continuación para optimizar el motor bldc. Recuerda, como se dice en artículos como el actas de la conferencia internacional 2019 sobre máquinas y sistemas eléctricoslas opiniones y los datos contenidos en todas las publicaciones suelen ser de un único autor. Esto significa que debes ser capaz de entender por ti mismo los datos de modelado MEF.
Has construido un modelo. Ha realizado pruebas en el ordenador. Ha analizado los resultados y ha introducido cambios. El modelo muestra ahora que tienes un gran diseño de motor con una alta potencia de salida. ¿Y ahora qué? El último paso es comprobar cómo funciona el motor en su totalidad. Esto es el rendimiento del motor. El diseño final del motor debería cumplir todos los objetivos.
Aquí es donde se realiza una última comprobación del diseño óptimo. El modelado debe asegurar que se ha alcanzado el objetivo de máxima eficiencia y par. También es una buena idea comprobar cómo funcionará el motor eléctrico bldc en otras situaciones. ¿Qué ocurre si se calienta? Tu modelización puede ayudarte a adivinar esto. Muchos trabajos, como el actas de la conferencia internacional 2018 sobre máquinas y sistemas eléctricosmuestran diferentes ideas de diseño. Es importante saber que los datos contenidos en todas las publicaciones son sólo de esos investigadores. Su propio estudio y modelado FEM es lo que realmente demuestra que su diseño es bueno y está listo. Esta última comprobación mediante modelado asegura que el rendimiento de los motores BLDC será excelente cuando finalmente construyas un motor real que funcione.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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