Motor Axial

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Motor Axial

Escobedo Montoro Edgar Geovanny

Fernández Hernández Karen

Pardo Martínez Daniel

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Electrónica Unidad Zacatenco

Electricidad y Magnetismo

Profesor: Santini Barrera Vladimir

Grupo: 2CV11

10 de Junio del 2022

Índice:

Introducción:

En este proyecto buscaremos denotar las diferencias entre un motor convencional y un motor de flujo axial, explicaremos cada parte que lo conforma, sus usos y aplicaciones y por qué por conveniencia nos es más útil por propósito de la materia este modelo.

Una vez explicados los usos y aplicaciones deduciremos de forma matemática las ecuaciones que harán que funcione el motor axial, acompañado de una serie de cálculos derivados y explicaremos a fondo el proceso de creación de cada pieza, así como la creación de una simulación en un programa que nos permitirá ver y entender de forma gráfica todo lo dicho.    

¿Qué es un motor?

Es la parte de una máquina gracias a la cual funciona todo el sistema. Realiza un trabajo capaz de transformar una fuente de energía, que puede ser en forma química (en presencia de un combustible), eléctrica o térmica, en una energía mecánica o trabajo mecánicamente continuo, típicamente utilizados en los propósitos de aplicación de campo con la propulsión de varios tipos de vehículos.

Motor axial:

Los motores axiales es una geometría de construcción del motor de combustión interna alternativo donde el espacio entre el rotor y el estator, y por lo tanto la dirección del flujo magnético entre los dos, se alinea en paralelamente al eje de salida principal y alrededor del mismo. La denominación de barril se refiere a la forma del grupo de cilindros mientras que la manivela en Z alude a la forma del cigüeñal.

Características:

Este tipo de motores aprovechan más la potencia que generan y son claves para el desarrollo de las motos eléctricas.

La característica principal de un motor de flujo axial es que el devanado inductor crea un campo magnético paralelo al eje de giro retórico o principal del motor (Ilustración 1). Los motores de flujo axial presentan ciertas ventajas respecto a los de flujo radial relativamente poco explotadas.

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Ilustración 1

En los motores de flujo axial el cobre si sitúa de forma perpendicular a la rotación por lo que no hay prácticamente desperdicio de material. Ofrecen la menor pérdida de cobre posible convirtiendo la mayor parte de la energía de la batería en potencia útil del motor. También suponen una mejora en la eficiencia gracias a un mejor enfriamiento intrínseco. Las bobinas se están situadas junto a la carcasa exterior del motor lo que permite una evacuación más rápida del motor.

En las bobinas del estator prácticamente no hay dispersión de flujo salvo en las cabezas de bobinas y dependiendo de la separación entre los dos semi estatores y del paso polar, el flujo se cierra sin participar en la interacción entre polos de este semi estator, se puede minimizar dando lugar a la característica baja inductancia del rotor que permite una muy buena respuesta transitoria frente a un escalón de tensión de alimentación.

Desde el punto de vista térmico la configuración es muy favorable ya que divide en dos bloques las perdidas en el hierro y en el cobre y permite la evacuación de calor por ambos semi estatores, incrementando la relación entre la superficie de evacuación y el volumen de hierro estatórico (Ilustración 2). Esto permite prescindir de los canales de aireación en máquinas grandes. En nuestro caso la refrigeración se lleva a cabo mediante el arrastre por ficción del fluido que rellena el entrehierro en buen contacto con todas las partes activas.

Según la posición relativa de los dos semi estatores se pueden conseguir configuraciones distintas, enfrentando entre sí, polos del mismo signo o de signos diferentes o desplazándolos parcialmente para conseguir situaciones intermedias.

Actualmente no hay motores de inducción de flujo axial de gran potencia aun que en la década de los 80’s se han vendido motores de hasta 10,000 W.

La gran longitud del entrehierro no ha permitido que alcance grandes inducciones y por lo tanto han penetrado poco en el campo de los accionamientos por su bajo rendimiento, sin embargo, su bajo costo y el reducido peso del rotor, los hacen interesantes en el campo de posicionamiento de precisión, donde la baja inercia es fundamental.    

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Ilustración 2

En el caso de rotor con bloques superconductores se añade una ventaja, dado que el flujo penetra en la dirección favorable. El YBCO es un material anisótropo y por lo tanto con valores críticos muy diferentes según la dirección que se considere. El flujo pasa de un semi estator a otro cruzando el entrehierro en la dirección perpendicular al mismo y penetrando en las pastillas de superconductor por la dirección más favorable.

El motor axial emplea los semi estatores procedentes de motores de flujo axial comerciales, con rotor de imanes permanentes. Los semi estatores son circulares con un diámetro exterior = a 170 mm e interior = 84 mm, su espesor es de 18 mm.

Funcionamiento:

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Ilustración 3 Video

En este vídeo se explica su funcionamiento (Ilustración 3), que básicamente consiste en convertir el movimiento lineal de los pistones (que suben y bajan) en el giro del cigüeñal que está colocado en paralelo a los cilindros, en lugar del habitual ángulo de 90 grados que existe en un motor convencional entre el movimiento arriba y abajo de los pistones y el movimiento de giro del cigüeñal.

Para lograr eso en este tipo de motor los cilindros no tienen una posición fija a lo largo del motor, sino que todos los cilindros hacen un movimiento giratorio que se traslada directamente al cigüeñal. Algunas de sus ventajas es que no hace falta poner una bujía por cada cilindro lo que facilita que el motor sea multi combustible y que prescinde del uso de válvulas, reduciendo el número de partes móviles y las vibraciones y, en conjunto, resultando motores más ligeros y compactos.

Aunque este tipo de motores axiales o de barril, nombre que reciben también por la forma característica resultante del motor, se han desarrollado desde principio del siglo pasado, por ahora no han tenido casi ninguna aceptación y parece que de momento va a seguir siendo así. En cualquier caso, su funcionamiento es curioso e ingenioso.

Beneficios:

• Un motor se puede construir sobre cualquier estructura plana, como un PCB, con solo la adición de bobinas y un cojinete.
• El proceso de enrollado de la bobina puede ser significativamente más simple, así como el proceso de unión de la bobina y el núcleo.
• Dado que las bobinas son planas, las tiras de cobre rectangulares se pueden utilizar más fácilmente, lo que permite simplificar los devanados de alta corriente.
• A menudo es posible hacer que el rotor sea significativamente más ligero.
• El espacio entre el rotor y el estator se puede ajustar sin mecanizar piezas nuevas.
• Longitud de trayectoria magnética potencialmente más corta.
• La mayoría de los componentes estructurales son planos y se pueden producir sin herramientas de estampación o fundición personalizadas.
• El acero eléctrico de grano orientado se puede utilizar fácilmente en el rotor, ya que tiene una mayor permeabilidad y menores pérdidas en el núcleo.

Fuerza magnética sobre una carga en movimiento

El campo magnético B en un punto P es la misma que una de las direcciones de v donde la fuerza es cero, y la magnitud de B se determina a partir de la magnitud de de la fuerza máxima ejercida cuando la carga en reposo se proyecta perpendicularmente a la dirección de B [pic 6]

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