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.
Respuesta breve: para el mismo ángulo de desviación eléctrica y geometría de la máquina, la desviación del estator o del rotor reduce el par de cogging casi en la misma medida. Las grandes diferencias son el coste, la facilidad de fabricación y los efectos secundarios sobre el par y las pérdidas, no la reducción bruta del cogging.
Gran parte del trabajo académico trata el sesgo como un elemento genérico. Sesgo en la pila del estator, sesgo en los imanes, sesgo en las barras del rotor... Las ecuaciones apenas tienen en cuenta estos factores. Entonces, si la física es casi simétrica, ¿por qué la industria sigue sesgando más los rotores que los estatores?
El cogging proviene de la interacción entre los polos del imán permanente y los dientes del estator. Eso ya lo sabes. Lo que importa para el sesgo es sencillo, pero fácil de pasar por alto en las reuniones de diseño:
Si imaginamos que cortamos la máquina axialmente en muchos «minimotores» delgados, el sesgo simplemente gira cada corte ligeramente en ángulo eléctrico. El par de cogging total es la suma vectorial de todos esos cortes. Si se sesga en un periodo de cogging, la armónica principal de cogging puede reducirse casi a cero, ya que cada corte se encuentra en una fase diferente y se cancelan entre sí.
Por eso es tan eficaz el sesgo completo del paso de ranura: se distribuye un armónico relacionado con la ranura a lo largo de un intervalo de fase completo de 360° a lo largo de la pila, convirtiendo una gran sinusoide en un ruido casi plano. El hecho de que el sesgo provenga del rotor o del estator no cambia esa imagen fasorial, siempre y cuando:
El ángulo de inclinación mecánico es el mismo.
La inclinación es razonablemente uniforme a lo largo de la pila.
No has introducido ninguna extraña asimetría de saturación.
Por lo tanto, en un modelo limpio y simulado, el sesgo del rotor y el sesgo del estator con el mismo ángulo de sesgo darán curvas de par de cogging casi idénticas y recortes similares en la ondulación del par. Estudios modernos sobre máquinas de flujo axial y PM montadas en superficie confirman que tanto la inclinación de la ranura del estator como la inclinación del imán producen reducciones porcentuales comparables cuando se sintonizan al mismo ángulo eléctrico, a menudo 60-70% o más, y hasta aproximadamente 73% con diseños avanzados de doble inclinación.
La verdadera división se produce cuando te alejas del campo y entras en la fábrica.
Aquí está el intercambio en forma compacta primero, luego lo desglosaremos.
| Aspecto | Inclinación del rotor | Desviación del estator |
|---|---|---|
| Uso típico | Motores de inducción de jaula de ardilla, rotores PM con imanes discretos, muchos accionamientos BLDC industriales. | Estátores modulares, máquinas de flujo lineal y axial, algunos motores PM de montaje superficial. |
| Reducción del cogging (para el mismo ángulo de inclinación) | Esencialmente equivalente al sesgo del estator; las diferencias son de segundo orden y dependen de la topología. | Esencialmente equivalente al sesgo del rotor; las diferencias son de segundo orden y dependen de la topología. |
| Fabricación | Cambiar las laminaciones del rotor o las ranuras de las barras; normalmente es más fácil bobinar y ranurar el estator. | Las ranuras sesgadas complican la inserción de bobinas, el mecanizado y los controles de calidad; el área de la ranura se reduce efectivamente. |
| Impacto sobre el cobre | Poco impacto directo en el llenado de las ranuras del estator; el extremo del devanado sigue siendo normal. | Menor factor de llenado de ranura y geometría de bobina más complicada; cobre adicional o mayor pérdida para los mismos amperios-vueltas. |
| Impacto en los imanes | Puede requerir imanes segmentados o con magnetización sesgada; mayor coste de los imanes y complejidad de montaje. | Los imanes siguen siendo sencillos; la inclinación reside en el acero y las ranuras. |
| Eficiencia y par motor | Menor par fundamental y factor de bobinado, al igual que el sesgo del estator; posibles pérdidas adicionales por corrientes parásitas en los imanes con patrones de sesgo avanzados. | La misma penalización de par para un sesgo eléctrico determinado; mayor impacto de la pérdida adicional de cobre debido a los límites de empaquetamiento. |
| Cuando tiende a ganar | Motores de inducción de gran volumen, muchos motores PM radiales en los que la fabricación del estator ya es ajustada. | Máquinas en las que el estator es modular o impreso en 3D, máquinas lineales/axiales que necesitan desplazamiento de dientes, o cuando el rotor está restringido mecánicamente. |
Fíjate en lo que falta en esa tabla: no hay ningún «este siempre elimina más par de cogging». Para el mismo ángulo de desviación eléctrica, la reducción del cogging es prácticamente nula.
Hay una buena razón por la que las directrices de diseño de la EASA hablan de los rotores sesgados de jaula de ardilla como el caso normal y señalan que el sesgo del estator es menos común: las ranuras sesgadas del estator dificultan la inserción de la bobina y reducen la apertura efectiva de la ranura y la sección transversal. Se trata de un verdadero problema de fabricación, no solo una nota al pie de página.
Una vez que el estator esté torcido:
Las cuñas ranuradas se convierten en piezas no triviales, no disponibles en el mercado.
El equipo de inserción automática de bobinas requiere herramientas especiales o queda descartado.
El control de calidad de los espacios libres de aislamiento y las descargas parciales se vuelve más complicado.
El sesgo del rotor, por el contrario, suele ser «libre» una vez que te has comprometido con c.Laminaciones de rotor personalizadas o fundición a presión. Solo hay que girar el patrón de ranuras en el punzonado. Sin complicaciones adicionales.
Por eso ves:
Motores de inducción con barras de rotor sesgadas como práctica habitual para reducir el ruido y la ondulación del par.
Máquinas PM con imanes sesgados o rotores con sesgo escalonado en formatos de flujo radial y axial, especialmente cuando el ruido es un punto de venta.
Por lo tanto, si está construyendo un motor industrial convencional de flujo radial y tiene libertad para elegir, lo primero que debe intentar es inclinar el rotor. No porque elimine mágicamente más cogging, sino porque resuelve el mismo problema con menos esfuerzo.
Hay diseños en los que es más fácil tocar el estator, o en los que se desea que el rotor sea lo más sencillo y mecánicamente robusto posible.
Las máquinas PM con conmutación de flujo lineal son un buen ejemplo. Un estudio de MDPI de 2018 comparó varias estructuras de estator con desfase escalonado (tres pasos, dos pasos y dos pasos mejorados) y las utilizó para reducir el componente de fuerza de cogging que se comporta igual que el par de cogging en las máquinas rotativas. En esa arquitectura, el estator está construido a partir de secciones modulares, por lo que desplazar o desviar esas secciones es muy sencillo.
Algo similar ocurre en las máquinas de flujo axial que utilizan dientes de estator modulares. Algunos trabajos recientes demuestran que desplazar los dientes opuestos del estator en un ángulo óptimo puede reducir significativamente el cogging sin necesidad de realizar trabajos exóticos en el rotor. Si su estator ya consta de dientes montados individualmente, desplazarlos mecánicamente puede ser el cambio menos intrusivo.
Los trucos del lado del estator también brillan cuando:
El rotor es una pieza sólida fundamental para la seguridad (por ejemplo, en máquinas de alta velocidad) y se desea que tenga el menor número posible de cortes, escalones o imanes segmentados.
Ya está encajando y montando el estator de tal manera que los pequeños desplazamientos de los dientes o el sesgo escalonado son prácticamente inexistentes.
Desea tener la opción de «ajustar» la desviación en una fase avanzada del desarrollo intercambiando módulos del estator en lugar de volver a mecanizar el rotor.
En esos casos, una inclinación del estator o un desplazamiento de los dientes pueden proporcionar la misma reducción del par de cogging que la inclinación del rotor, al tiempo que se mantiene la simplicidad y resistencia del rotor.
La teoría dice: si se desvía exactamente un periodo de cogging, se elimina esa armónica. La práctica dice: hay que pagar por ello.
El sesgo reduce el factor de bobinado efectivo para la fundamental, lo que significa un menor par por amperio. Cuanto mayor es el sesgo, mayor es la penalización. Por eso, los estudios detallados sobre el sesgo del rotor y el imán suelen centrarse en el sesgo parcial, normalmente una fracción del paso de la ranura, equilibrando la reducción del cogging con la pérdida de par y la eficiencia.
Los trabajos recientes son un poco más creativos:
Sesgo segmentado o «por pasos», en el que el rotor o el estator se divide axialmente en dos o tres pasos, cada uno desplazado una fracción del paso de la ranura. La máquina se comporta como varios motores pequeños atornillados entre sí, y se eligen los ángulos de paso para cancelar los armónicos más perjudiciales, manteniendo al mismo tiempo la simplicidad de las herramientas.
Imanes de doble sesgo, especialmente en motores de entrehierro axial, donde los segmentos magnéticos están sesgados en dos direcciones. Un estudio de 2025 informa de una reducción de alrededor de 731 TP6T en el par de cogging y de alrededor de 601 TP6T en la ondulación del par con estos patrones, a costa de una magnetización más compleja y un mayor esfuerzo de fabricación.
Arcos desiguales en las ranuras del rotor y muescas en los dientes, utilizados junto con un ligero sesgo, para que no tengas que depender demasiado del ángulo de sesgo.
Ninguno de esos resultados depende en gran medida de si el sesgo se coloca en el estator o en el rotor; dependen de cuán cerca se aproxime el sesgo mecánico a la distribución de fase eléctrica ideal para los armónicos problemáticos.
Por lo tanto, la pregunta «¿cuánto sesgo es suficiente?» suele responderse mediante el ciclo de optimización: se barre el ángulo de sesgo en el análisis de elementos finitos, se mapea el par de cogging y el par medio en función del ángulo, y luego se elige la mejor solución de compromiso. Si se mueve el acero del estator o el del rotor es casi una conversación aparte.
Si dejamos de lado el lenguaje de marca y lo tratamos simplemente como una elección de ingeniería, el proceso de decisión acaba pareciéndose a esto, en palabras en lugar de en una lista de verificación.
Comience por las limitaciones de fabricación. Si el estator ya tiene limitaciones de diseño en cuanto al relleno de ranuras, los espacios de aislamiento y el bobinado automatizado, lo normal es que no se quiera torcer sus ranuras. Eso le lleva a inclinar el rotor, lo que se ajusta a lo que hacen la mayoría de los diseños industriales.
A continuación, observe el rotor. Si su rotor es una simple pila de laminaciones para un motor de inducción o un rotor PM con imanes de superficie discretos, el sesgo es sencillo: ajuste el patrón de ranuras de laminación o segmente los imanes y sesguelos por pasos. La fijación de magnetización o la herramienta de fundición a presión cambia una vez y ya está listo.
Si el rotor está sujeto a restricciones mecánicas o es demasiado caro para manipularlo (por ejemplo, un rotor sólido de alta velocidad, un patrón PM interior complejo o herramientas existentes que no se pueden cambiar), entonces se traslada el sesgo al lado del estator, especialmente si este es modular o ya está segmentado.
Después de eso, se trata el sesgo como un mecanismo de control de cogging entre varios. Las combinaciones de ranuras/polos, la optimización del arco de los polos magnéticos, el entallado de los dientes y la inyección de corriente anticogging pueden funcionar conjuntamente. El sesgo suaviza la geometría; el control puede entonces manejar la ondulación de par restante sin tener que luchar contra una gran perturbación periódica.
Lo importante es evitar pensar que «desviación del rotor = reducción fuerte, desviación del estator = reducción débil» o al revés. Para el mismo ángulo de desviación, son casi intercambiables desde el punto de vista del par de cogging. Lo que cambia es todo lo que los rodea: factor de bobinado, fabricación, uso de cobre, coste de los imanes y, a veces, integridad mecánica.
Si solo le interesa la reducción del par de cogging y mantiene fijos el ángulo de inclinación y la topología de la máquina, no hay un ganador claro. La inclinación del estator y del rotor proporcionan casi el mismo porcentaje de reducción del par de cogging; las diferencias son pequeñas y específicas de cada caso.
Si le importa el diseño total (coste, capacidad de fabricación, densidad de par, pérdidas), entonces:
La mayoría de los motores de flujo radial convencionales inclinan el rotor porque es más fácil de fabricar y menos hostil para el bobinado y el relleno de ranuras.
El sesgo del estator o el desplazamiento de los dientes resultan interesantes cuando el estator es modular o fácil de ajustar, o cuando el rotor está mecánica o comercialmente «fuera de los límites».
Y si ya está trabajando duro con patrones de sesgo avanzados, rotores segmentados o diseños de dientes sofisticados, la elección entre estator y rotor suele estar determinada por cómo está construida su línea de producción, y no por un pequeño porcentaje adicional de reducción del par de cogging.
Por lo tanto, la respuesta sincera a la pregunta del título es un poco aburrida, pero muy útil: incline el lado que su proceso pueda torcer de forma más económica y, a continuación, dedique su tiempo de diseño a optimizar el ángulo de inclinación y el resto de la geometría. Ahí es donde se esconden las verdaderas ventajas.
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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