El control de las pérdidas en los motores de accionamiento y la gestión térmica son dos aspectos fundamentales en el diseño y el funcionamiento de los sistemas de accionamiento eléctrico. A medida que siguen creciendo los vehículos eléctricos, los camiones mineros y la automatización industrial, los motores de accionamiento se enfrentan a exigencias cada vez mayores en cuanto a eficiencia, densidad de potencia y fiabilidad operativa. El rendimiento de un motor de tracción influye directamente en la eficiencia energética del sistema, su capacidad de potencia continua y su vida útil. Este artículo ofrece una explicación detallada de las principales tecnologías para minimizar las pérdidas del motor y mejorar la gestión térmica.
1. Control de pérdidas del motor de accionamiento
Los motores de accionamiento generan diversos tipos de pérdidas durante su funcionamiento. Entre ellas se incluyen las pérdidas electromagnéticas, las pérdidas por cobre, las pérdidas parásitas y la fricción mecánica (pérdidas por resistencia al aire). Minimizar estas pérdidas es fundamental para mejorar la eficiencia energética y reducir el calentamiento interno.
1.1 Optimización del diseño electromagnético
El diseño electromagnético es la base de un motor de accionamiento de alta eficiencia. La optimización del circuito magnético y de la geometría estructural contribuye a reducir las pérdidas innecesarias por conversión de energía.
Selección del material del núcleo: el uso de acero al silicio de bajas pérdidas y alta permeabilidad puede reducir las pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas;
Diseño de ranuras y entrehierros: las dimensiones optimizadas mejoran el aprovechamiento del campo magnético y minimizan el flujo de fuga;
Bobinado sinusoidal: La adopción de la topología de bobinado Y-Δ mejora la uniformidad del campo y la estabilidad operativa;
Fabricación de precisión: el montaje de alta precisión minimiza la distorsión del campo magnético y los desajustes estructurales.
1.2 Reducción de las pérdidas por cobre
La pérdida de cobre se debe a la resistencia eléctrica de los devanados. Esto resulta especialmente crítico en aplicaciones de alta potencia, como los camiones mineros eléctricos o los motores industriales de gran potencia.
Bobinados con conductores rectangulares: mejoran el factor de llenado de las ranuras, reducen los huecos y aumentan la capacidad de corriente;
Mayor superficie de cobre: unos cables más gruesos y un mayor número de espiras contribuyen a reducir la resistencia;
Disposición compacta de los devanados: reduce la inductancia parásita y la generación de calor durante el funcionamiento a alta frecuencia.
1.3 Minimización de las pérdidas por envejecimiento
Las pérdidas parásitas se deben a trayectorias magnéticas no ideales y a corrientes parásitas en los componentes del motor. Pueden mitigarse mediante la optimización estructural y magnética.
Mejoras en la estructura de la zona final: minimizar las trayectorias de flujo magnético parásito;
Blindaje magnético: uso de anillos magnéticos o láminas aislantes para controlar el flujo no deseado;
Simulación y pruebas avanzadas: Identificar zonas de pérdidas ocultas y optimizar en consecuencia.
1.4 Control de las pérdidas por resistencia aerodinámica y fricción
Las pérdidas mecánicas, entre las que se incluyen la resistencia aerodinámica y la fricción de los cojinetes, cobran especial importancia a altas velocidades.
Diseño optimizado de los rodamientos: la lubricación de alta eficiencia y las estructuras de los rodamientos de alta rigidez reducen la resistencia mecánica;
Diseño aerodinámico de la carcasa: reduce la resistencia del aire alrededor del rotor y el estator;
Equilibrado dinámico: minimiza las vibraciones y la carga rotacional no deseada.
2. Gestión térmica en los motores de accionamiento
Una gestión térmica eficaz garantiza que el motor pueda funcionar de forma continua bajo cargas pesadas sin que se reduzca su rendimiento. Además, prolonga la vida útil del motor y mejora la seguridad.
2.1 Refrigeración por pulverización directa de los devanados
Rociar líquido directamente sobre los extremos de los devanados es un método eficaz para disipar el calor de los puntos calientes del motor.
Alta eficiencia de refrigeración local: la refrigeración por pulverización en los devanados finales puede alcanzar una eficacia de refrigeración de hasta 68%;
Mayor densidad de potencia y par: permite un mayor flujo de corriente y mejores límites térmicos;
Mejora de la conductividad: en los motores con un alto grado de llenado de ranuras, la conducción térmica aumenta hasta un 150%;
Opciones de refrigerante: En los sistemas de circuito cerrado se suelen utilizar mezclas de agua y glicol o de aceite.
2.2 Carcasa de refrigeración con camisa de agua
Una carcasa refrigerada por agua proporciona una vía de disipación térmica externa. Este método se utiliza ampliamente en motores de potencia media y alta.
Estructuras habituales: incluyen canales de agua circulares, en espiral y axiales;
Camisas de agua circulares: ofrecen un equilibrio entre coste y rendimiento, lo que las convierte en la opción preferida del sector;
Ejemplo: Tesla Model S: utiliza un canal de agua tipo laberinto para la refrigeración tanto del estator como del rotor, combinando el flujo axial y el circular para obtener resultados óptimos.
2.3 Sistema de refrigeración del aceite y circulación interna
La refrigeración por aceite permite una disipación más directa del calor de los componentes internos y es adecuada para un funcionamiento intensivo y prolongado.
Pulverización interna de aceite: mejora la capacidad de potencia continua hasta en un 50%;
Retos de diseño: la distribución del aceite se ve afectada por la fuerza centrífuga y por las complejas geometrías de los devanados;
Soluciones: Incluyen boquillas de pulverización optimizadas, canales de flujo guiados y simulaciones térmicas basadas en CFD.
2.4 Refrigeración híbrida: aceite + agua
Para satisfacer necesidades de rendimiento extremo, algunos motores utilizan estrategias de refrigeración combinadas. Refrigeración de doble vía: pulverización de aceite en el extremo del devanado combinada con una camisa de agua alrededor de la carcasa;
Vías de disipación de calor redundantes: aumentan la fiabilidad en aplicaciones críticas;
Fluidos optimizados: Utilice mezclas de glicol y agua y aceites lubricantes específicos.
2.5 Encapsulación térmica con resina
Se aplica resina térmica a los devanados del estator para rellenar los espacios de aire y mejorar la conductividad térmica.
Mejora de la conductividad: el epoxi térmico o el gel de silicona pueden alcanzar los 2,0 W/m·K;
Aumento de la potencia de salida: mejora de hasta 15-20% gracias a una mejor extracción del calor;
Ventajas mecánicas: reduce las vibraciones y el ruido, y mejora la resistencia a la humedad;
Proceso de bajo coste: aplicación sencilla con un aumento moderado de los costes.
3. Diseño avanzado del rotor: estructura de imanes permanentes multicapa
Para conseguir una mayor densidad de par y un rango de velocidades más amplio, los motores modernos incorporan estructuras de rotor de imanes permanentes de varias capas.
Mayor volumen de los imanes: mejor aprovechamiento del espacio limitado del rotor;
Mejora del par de relucencia: una mayor relación de saliencia da lugar a un mayor par de salida;
Capacidad para funcionar a alta velocidad: mayor resistencia del rotor y menor riesgo de desmagnetización;
Optimización de costes: reduce la dependencia de los costosos imanes de tierras raras.
Conclusión
La combinación del control de pérdidas y la gestión térmica avanzada es esencial para desarrollar motores de tracción de alto rendimiento y gran fiabilidad. Estas tecnologías son especialmente importantes en aplicaciones como los equipos mineros eléctricos, los camiones pesados y la maquinaria industrial. Mediante la adopción de materiales optimizados, innovaciones estructurales y estrategias de refrigeración híbridas, los fabricantes pueden ofrecer motores que satisfagan las exigencias de la próxima generación de sistemas de propulsión eléctricos.
Contacte con Brogen - Un fabricante de motores eléctricos de confianza
Brogen es un proveedor líder de soluciones ev para vehículos comerciales y embarcaciones. Póngase en contacto con nuestros expertos en inquiry@brogenmotors.com. Nos comprometemos a responderle en un plazo de dos días laborables.
Para conocer las últimas noticias, consulte Linkedin de Brogen. Para ver más vídeos, haga clic en Youtube de Brogen. Más información sobre Brogen’s motores de propulsión eléctricos.
English 
Español 
Português do Brasil 
Türkçe