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Densidad de rendimiento en motores sin ranuras

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Por qué son importantes los imanes de neodimio para motores

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Los imanes están en el centro de los debates mundiales, por buenas y malas razones.

Estos imanes desempeñan un papel fundamental en el rendimiento, la eficiencia y la optimización del tamaño de los motores, por lo que son esenciales en el diseño moderno. Al mismo tiempo, están profundamente ligados a complejas restricciones geopolíticas y comerciales, que dificultan su abastecimiento.

Por eso, comprender la selección de imanes y la arquitectura de los motores es clave para ofrecer productos de alta calidad. En pocas palabras, el uso de imanes de neodimio en motores sin escobillas y sin ranuras mejora la densidad de par y favorece los motores eléctricos de alto rendimiento.

Partiendo de nuestro anterior artículo de blog sobre las diferencias entre motores con y sin ranuras, este artículo explora cómo influyen los imanes en el diseño de los motores. Los motores sin escobillas de flujo radial y los motores sin escobillas de flujo axial "planos" están ganando atención por su capacidad para ofrecer un par de arrastre cero, un movimiento más suave y una mayor eficiencia, especialmente cuando se optimiza el grado del imán. Mientras que los diseños sin ranuras se benefician de grados de imán más altos, estas opciones pueden introducir compensaciones en los motores con ranuras, por lo que este es un debate importante.

En última instancia, destacan dos factores de diseño:

Número de pares de polos
Grado del imán

Estas opciones influyen directamente en el par, la velocidad y la densidad de potencia, por lo que son esenciales para optimizar el rendimiento de los motores de CC sin escobillas y sin ranuras.

Combinaciones de pares de polos

En primer lugar, volviendo a lo básico: el número de pares de polos se refiere al recuento de pares de polos magnéticos Norte-Sur dispuestos alrededor del rotor (o del estator, según el diseño).

Gráfico de motores ordenados por número de pares de polos, de 1 a 5, con flechas que muestran la relación entre par y velocidad

Desde el punto de vista físico, la velocidad final del motor depende inversamente del número de pares de polos para una frecuencia de alimentación dada. La fórmula de la velocidad síncrona es

n_s=(120×f)/"número de polos" =(60×f)/"número de pares de polos"

Donde:

n_s= velocidad síncrona (RPM)

f= frecuencia de alimentación (Hz)

Principios clave:

Un número elevado de pares de polos suele proporcionar mayor capacidad de par pero menor velocidad.
Un número bajo de pares de polos da como resultado una velocidad más alta pero un par más bajo.

Por supuesto, esto varía en función de las aplicaciones:

Las aplicaciones como los ventiladores necesitan alta velocidad, por lo que utilizan menos pares de polos.
Las aplicaciones que requieren un par elevado, como los sistemas de accionamiento, necesitan más pares de polos.

Aumentar el número de pares de polos ayuda a minimizar el flujo magnético por polo y a reducir las pérdidas de hierro, lo que mejora enormemente la suavidad del par. Sin embargo, para lograrlo es necesario un cuidadoso diseño del bobinado, lo que puede resultar complicado en los diseños sin ranuras con alambres de microdimensiones. De hecho, a menudo supone una elevada inversión de CAPEX en bobinadoras antes incluso de poder plantearse cualquier personalización.

Aquí es donde la tecnología de bobinado de motores Mirmex marca la diferencia. Nuestro proceso patentado de impresión simplifica la fabricación de bobinados y permite una fácil personalización para cada aplicación y combinación de pares de polos. ¡Se acabó el miedo a personalizar los bobinados!

Especificaciones de grado magnético

Al diseñar motores eléctricos de alto rendimiento, un factor que puede influir significativamente en el rendimiento es el grado del imán. Pero, ¿qué significa realmente grado magnético? En términos sencillos, se refiere a la clasificación del rendimiento de un imán, normalmente indicada por un código que combina:

Un número (por ejemplo, 35, 52, incluso hasta 60) que representa el producto energético máximo que puede almacenar el imán, medido en Mega Gauss Oersted (MGOe).
Un código de letras (por ejemplo, N, H, SH, UH) que define la capacidad de temperatura del imán.

Por ejemplo, un imán denominado N52UH tiene un producto energético de unos 52 MGOe y puede funcionar a temperaturas ultraelevadas de hasta 180°C. A medida que los proveedores amplían los límites, los grados de los imanes llegan hasta N60, lo que ofrece un potencial de rendimiento aún mayor.

Calidades de imanes de neodimio disponibles para los motores Mirmex Slotless Burhsless

Aumentar el grado del imán mejora significativamente el rendimiento del motor eléctrico al aumentar el flujo magnético, lo que mejora la densidad de potencia y par, algo crítico para los diseños compactos y eficientes.

Sin embargo, en los diseños de motores con ranuras, existe una limitación: los imanes más potentes pueden causar saturación magnética en los dientes, reduciendo el beneficio de los grados más altos. En cambio, los diseños de motor sin ranuras aprovechan al máximo los imanes más potentes.

Como los motores sin ranuras tienen un entrehierro aparente mayor, el campo magnético en ese entrehierro es naturalmente menor. Esto deja espacio para aumentar el campo con imanes de mayor calidad, lo que permite diseños más compactos y suaves que distribuyen el par de forma uniforme y ofrecen importantes mejoras de rendimiento.

La eficiencia también mejora con imanes de mayor calidad. Para generar potencia mecánica, un motor necesita par y velocidad, y ambos dependen del campo magnético. Si la mayor parte de ese campo procede del propio imán -una fuente "libre"-, el motor necesita menos energía eléctrica, lo que reduce las pérdidas y aumenta la eficiencia global. Esto es especialmente valioso en aplicaciones en las que el ahorro de energía y la gestión térmica son fundamentales.

¿Está listo para actualizar su diseño?

Mientras que los motores con ranuras ya están limitados por la saturación, los motores sin ranuras aún tienen margen para crecer.

Mediante la combinación de imanes de alta calidad con la tecnología de bobinado optimizado de Mirmex, los motores sin ranuras pueden alcanzar constantes de par y constantes de motor más cercanas a las de los motores con ranuras, manteniendo sus ventajas inherentes: cero engranajes, baja inductancia y entrega de par suave. Esto significa que los motores sin ranuras ahora pueden competir de tú a tú con los diseños con ranuras, ofreciendo un rendimiento superior sin sacrificar la eficiencia ni la suavidad.

Si su proyecto utiliza actualmente un motor con ranuras pero requiere un bajo rizado y cero cogging, puede que haya llegado el momento de plantearse el cambio a la tecnología sin ranuras. Póngase en contacto con nosotros para saber cómo nuestros avanzados diseños pueden ayudarle a obtener mejores resultados.

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