Análisis de un motor eléctrico de flujo axial con imanes permanentes tipo spoke.

Abstract

En la presente Memoria de Título se realiza un análisis mediante el método de elementos finitos de un motor de flujo axial con imanes permanentes tipo spoke. Como base para el estudio se utiliza un prototipo construido en el Laboratorio de Ensayo de Máquinas Eléctricas de la Universidad de Concepción, para el cual se evalúan sus características y se analizan mejoras en el diseño con el objetivo de lograr un mejor desempeño. En primer lugar, se hace una revisión del estado del arte sobre los últimos desarrollos y desafíos en el diseño de máquinas eléctricas de flujo axial con imanes permanentes. Para comprobar la hipótesis, se realiza un modelo de la máquina para cada diseño y se evalúa su desempeño, resaltando los resultados más importantes. Se presenta la máquina en estudio junto con el análisis en elementos finitos para evaluar el desempeño en su estado actual y la obtención de las curvas características. Se realiza una revisión acerca de los tipos de devanados adentrándose en las ventajas y desventajas de la utilización de devanados distribuidos o concentrados. Se proponen dos mejoras en el diseño para mejorar su desempeño. Además, se presenta un análisis de las pérdidas generadas por cada máquina obteniendo su eficiencia. El devanado de tipo concentrado resulta una mejor opción en términos de la calidad del torque electromagnético generado por la máquina, obteniendo una reducción del del 94.2% en el torque cogging y un 49.3% en el ripple de torque, con el costo de un aumento en las pérdidas totales y, por lo tanto, una disminución en la eficiencia de un 3.8% respecto a la máquina con devanados distribuidos. Como paso siguiente, se propone una mejora en la estructura del rotor para aumentar la saliencia, en donde se obtienen resultados prometedores en cuanto al desempeño de la máquina con esta nueva topología, logrando una saliencia de hasta 3.8 en determinados puntos de operación con un torque medio de ~90 [Nm] y una reducción del ripple de torque de ~74% con respecto al diseño original. Además, el nuevo diseño alcanza una eficiencia de 95.7%. La adopción de una estructura de rotor de polos salientes entrega resultados prometedores de saliencia y torque, aumentando el rango de operación a potencia constante y habilitando la posibilidad de utilizar la máquina en aplicaciones de electromovilidad.