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Opciones de tecnología de motores aeroespaciales

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Descifrar la selección de micromotores para aplicaciones aeroespaciales

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En la industria aeroespacial, la fiabilidad y la durabilidad no son negociables. La necesidad de cumplir los objetivos de tamaño, peso y potencia (SWaP) aumenta aún más el reto, ya que estas aplicaciones exigen soluciones eficientes y compactas que destaquen en entornos difíciles. Las tecnologías de motores de CC, incluidos los motores sin núcleo de CC con escobillas, los motores BLDC cilíndricos (ranurados y sin ranuras) y los motores BLDC planos ranurados, surgen como opciones óptimas para satisfacer estas demandas, ofreciendo una gama de diversos factores de forma adaptados a las necesidades específicas de cada aplicación.

Los motores brush DC sin núcleo constan de un rotor, fabricado en una disposición de bobina fijada a un eje, y un estator con imanes fijos. Dado que la bobina no está fabricada con láminas de hierro, el motor se considera sin hierro. Los diseños sin hierro presentan ventajas significativas, ya que se eliminan las pérdidas típicas del núcleo de hierro. Los motores se conmutan mediante escobillas de metal precioso o grafito que reducen la resistencia de contacto y la fricción, además de simplificar la electrónica de control.

Los motores cilíndricos BLDC utilizan una bobina estacionaria con un imán permanente giratorio. Los devanados de la bobina, que forman parte del estator, se pueden energizar y conmutar eléctricamente; esto elimina la necesidad de un sistema de conmutador y escobilla.

Dentro de la tecnología BLDC, existen dos topologías de motor únicas: con ranuras y sin ranuras. La principal diferencia entre ambos diseños radica en el bobinado del estator. En los motores con ranuras, el hilo de la bobina se inserta en ranuras de laminación, que pueden reforzarse aún más sobremoldeando el estator montado. Los motores sin ranuras utilizan un diseño de bobina autounida que puede ser más fácil de fabricar.

Los motores planos ranurados de CC sin escobillas, por su parte, tienen una configuración única con bobinas insertadas en ranuras de laminación dentro de una configuración de rotor exterior. Esto proporciona una solución a medida para aplicaciones de A&D, garantizando eficiencia y fiabilidad sin complejidades innecesarias.

Criterios de selección de motores para aplicaciones aeroespaciales

Las tecnologías de motores de CC ofrecen una gama de soluciones perfectamente adaptadas a los exigentes requisitos de la industria aeroespacial, aportando cada opción su propio conjunto de ventajas. Sin embargo, existen ventajas y desventajas entre estas tecnologías de motor, en función de los criterios específicos que requiera la aplicación. Los parámetros clave del sistema de movimiento que deben tenerse en cuenta al seleccionar un motor para su aplicación son:

Densidad de par. Los motores de CC ofrecen un par elevado en diseños compactos, con hasta 3-5 veces el par continuo máximo de forma transitoria. Los motores BLDC ranurados y sin ranuras proporcionan hasta 10 veces el par continuo máximo sin saturación magnética. Los motores BLDC planos de rotor exterior ofrecen una alta densidad de par con un factor de forma inferior.

Pérdidas por fricción. Los motores de CC con escobillas minimizan la fricción con materiales de escobillas y colectores de baja fricción. Los motores de CC de precisión diseñados para A&D minimizan las pérdidas mediante una cuidadosa consideración de los cojinetes del motor.

Pérdidas de hierro. Los motores de CC con núcleo de hierro sufren pérdidas por corrientes parásitas a altas velocidades, mientras que los motores sin hierro, preferidos para aplicaciones de alta velocidad, eliminan las pérdidas por hierro. Los motores BLDC con núcleos de hierro pueden minimizar las pérdidas de hierro mediante un diseño estratégico y la selección de materiales.

Velocidad máxima. Los motores de CC pequeños y los diseños BLDC planos pueden funcionar continuamente a 10.000 RPM o más, mientras que los diseños BLDC cilíndricos pueden superar las 40.000 RPM. Los motores de alta velocidad incorporan sistemas de rodamientos equilibrados para reducir al mínimo las vibraciones.

Par de arrastre. Los motores de CC sin núcleo y los motores BLDC sin ranuras eliminan el par de arrastre, mientras que los motores BLDC con ranuras pueden minimizarlo mediante ajustes de diseño.

Vida útil del motor. La vida útil de los motores de CC con escobillas está limitada por el desgaste de las escobillas y los conmutadores, mientras que la de los motores BLDC, conmutados electrónicamente, está limitada por la vida útil de los rodamientos.

Inercia. Los motores BLDC ranurados son preferibles para aplicaciones de baja inercia del rotor, mientras que los diseños BLDC ranurados planos tienen mayor inercia debido al mayor tamaño de los rotores.

Robustez. Los motores BLDC ranurados son los más robustos, adecuados para entornos difíciles debido a sus diseños de estator y rotor. Los motores BLDC planos, aunque menos robustos, pueden diseñarse para cumplir los requisitos de A&D.

Conclusión

La industria aeroespacial exige una amplia gama de tecnologías de motores capaces de satisfacer los requisitos de diversas aplicaciones con una fiabilidad y eficiencia inquebrantables. Desde diseños compactos hasta altas densidades de par, las soluciones de motores de CC ofrecen un espectro de rendimiento adaptado a necesidades específicas, todo ello sorteando los retos de las restricciones de SWaP. Los motores BLDC sin ranura y DC sin núcleo destacan no sólo por su eficiencia y compacidad, sino también por su capacidad para soportar las rigurosas normas DO-160G y MIL-STD-810, lo que los convierte en activos inestimables en entornos en los que la resistencia es primordial.

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