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• Jairo Alejandro Gil Mancipe

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MOTOR DE FLUJO AXIAL UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS INGENIERÍA ELECTRICA

JAIRO ALEJANDRO GONZÁLEZ AMADO 20142007003

1. Abstract investigate the possibilities of superconductors in this type of motors. For this, an engine with superconductor blocks will be built and its behavior analyzed. In our case, two half-poles of eight poles and three phases are used. We assume that the generated field will interact with the superconducting rotor producing the necessary forces to give rise to torque and levitation. These forces will be determined by the magnetization hysteresis cycle of the superconductor, as observed in the previous chapter. The chapter consists of a description of the basic components, of the computer simulations that will allow us to analyze the viability of the project, the construction of the engine and its static and dynamic characterizations. Finally, the conclusions reached will be exposed 2. Resumen investigar las posibilidades de los superconductores en este tipo de motores. Para ello se construirá un motor con bloques de superconductor y se analizará su comportamiento. En nuestro caso, se utilizan dos semiestátores de ocho polos y tres fases. Suponemos que el campo generado interactuará con el rotor superconductor produciendo las fuerzas necesarias para dar lugar al par y a la levitación. Estas fuerzas quedarán determinadas por el ciclo de histéresis de magnetización del superconductor, tal y como se observó en el capítulo anterior. El capítulo consta de una descripción de los componentes básicos, de las simulaciones hechas por ordenador que nos permitirán analizar la viabilidad del proyecto, la construcción del motor y sus caracterizaciones estática y dinámica. Para finalizar se expondrán las conclusiones a las que se ha llegado OBJETIVOS. Implementar los conocimientos teóricos de campos para implementarlos en el proyecto final Generar un motor de flujo axial 3. MARCO TEÓRICO MOTOR DE FLUJO AXIAL: La característica principal de un motor de flujo axial es que el devanado inductor crea un campo magnético paralelo al eje de giro rotórico o principal del motor. Los motores de flujo axial presentan ciertas ventajas respecto a los de flujo radial relativamente poco explotadas. Tradicionalmente se han usado éstos últimos en aplicaciones de conversión de potencia, pero hay aplicaciones donde las características del flujo axial los hace especialmente atractivos, como es el caso de la

utilización de las fuerzas entre el inducido y el inductor para limitar esfuerzos y cargas sobre los cojinetes En estos motores el rotor gira entre dos semiestátores magnéticamente activos que crean el campo y poseen grandes superficies polares. La forma de disco permite grandes flujos con pequeño volumen rotórico, lo que repercute en una disminución del momento de inercia y de la masa del rotor. El rotor del motor que hemos escogido para nuestro trabajo, ha sido obtenido a partir de un motor comercial (Mavilor), en el que se ha sustituido el rotor de imanes permanentes por otro superconductor. Éste último es un disco de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio que sustituye el convencional. Ocho discos de material superconductor insertados en el disco, constituyen la parte activa del rotor. Al no haber material ferromagnético en el rotor, se incrementa considerablemente su reluctancia. Este hecho determina las características del motor que deberá ser alimentado con corrientes de intensidades mayores que las habituales para crear el campo magnético. En las bobinas del estator, prácticamente no hay dispersión de flujo, salvo en las cabezas de bobina y, dependiendo de la separación entre los dos semiestátores y del paso polar, el flujo que se cierra sin participar en la interacción, entre polos del mismo semiestator, 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 pérdidas en el hierro y en el cobre y permite la evacuación de calor por ambos semiestátores, incrementando la relación entre la superficie de evacuación y el volumen de hierro estatórico. Esto permite prescindir de los canales de aireación en máquinas grandes. En nuestro caso, la refrigeración se lleva a cabo mediante el arrastre por fricción del fluido que rellena el entrehierro en buen contacto con todas las partes activas. Según la posición relativa de los dos semiestátores, se pueden conseguir configuraciones distintas, enfrentando entre si 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, aunque en la década de los 80 se han comercializado motores de hasta 10 kW. La gran longitud del entrehierro no ha permitido que alcancen grandes inducciones y por lo tanto han penetrado poco en el campo de los accionamientos por sus bajos rendimientos, sin embargo, su bajo coste y el reducido peso del rotor, los hacen interesantes en el campo de posicionamientos de precisión, donde la baja inercia es fundamental. En el caso de rotor con bloques superconductores (figura 6.2) se añade una ventaja importante, dado que el flujo penetra en la dirección favorable. El YBa2Cu307 (de aquí en adelante YBCO) es un material claramente anisótropo y, por lo tanto, con valores críticos muy diferentes según la dirección que se considere. En nuestro caso el flujo pasa de un semiestátor a otro cruzando el entrehierro en la dirección perpendicular al mismo y penetrando en las pastillas de superconductor por la dirección más favorable. El prototipo que se ha construido y que es objeto de este apartado, emplea los semiestátores procedentes de motores de flujo axial comerciales MA55 de Mavilor Motors, con rotor de imanes permanentes de Sm Co. Los semiestátores son circulares con un diámetro exterior e= 170 mm, y uno interior i=84 mm, Su espesor es de 18mm El objetivo de nuestro trabajo es el análisis del funcionamiento del motor y la adquisición de experiencia y conocimientos para proponer mejoras. Esperamos que nos permita adquirir la tecnología suficiente para posibilitar en el futuro incidir en sistemas como acumuladores de energía y transporte levitado. Disponemos de ocho discos de superconductor de 30 mm de diámetro y 4 mm de grosor, cortados de bloques del mismo diámetro crecidos mediante “top seeding” isotérmico, que no han sido caracterizados individualmente, pero se conoce su comportamiento superconductor a través de una estimación experimental de la fuerza de levitación sobre el bloque completo del que se ha cortado cada disco. La caracterización completa de estas muestras escapa al alcance de este trabajo. Cualquier variación de sus prestaciones solo cuantitativamente el resultado de la investigación.

prestaciones modificaría sólo cuantitativamente el resultado de la investigación. 4. DESCRIPCIÓN ESTRUCTURAL En el presente trabajo analizaremos y comprobaremos el funcionamiento de un motor de flujo axial

El devanado es de doble capa, trifásico, con una ranura por polo y fase y con 5 espiras por ranura y capa, acortado un 1/25 de ranura debido a la ranura vacía. Las ranuras activas y las cabezas de bobina configuran un devanado en “Cruz de Malta”. Esta configuración es muy habitual en este tipo de motores, por facilidad de construcción y porque se consigue con ella una onda de fuerza magnetomotriz senoidal con escasa distorsión armónica

Los dos semiestátores de que disponemos son aparentemente idénticos. Las tres fases del devanado se distinguen exteriormente por un color distinto del aislante de cada fase (negro, rojo y azul) y los dos terminales de cada fase tienen una longitud diferente para distinguir los bornes homólogos y están disponibles al exterior, pudiéndose realizar cualquier tipo de conexión. Cuando se montan los dos semiestátores con la ranura vacía

encarada, quedan también encaradas una fase del mismo color y dos fases de colores distintos.

BIBLIOGRAFIA