Nuevas aportaciones al motor eléctrico de flujo axial con rotor conductor sin material ferromagnético

Abstract

En la tesis, se estudian máquinas eléctricas de flujo axial con rotor conductor sin elementos ferromagnéticos. Se pretende construir un motor de flujo axial, que se alimente con densidades de corriente elevadas para arrastrar un rotor conductor en forma de disco de 30 cm de diámetro. <br/>Se estudia el comportamiento térmico de un motor comercial de flujo axial y se comprueba el aumento de potencia que es capaz de suministrar el motor, siempre que se puedan disipar las pérdidas por efecto joule y se eviten daños en los bobinados.<br/>Se realiza un trabajo de desarrollo de materiales composites a base de polvo de hierro para evitar las pérdidas en el núcleo de hierro. También se determinan los límites de la densidad de corriente alcanzable al refrigerar directamente por agua.<br/>Paralelamente se ensaya un motor comercial trifásico de flujo axial de cuatro pares de polos con rotor de aluminio, para estudiar las conexiones más favorables entre fases que provoquen el mejor desplazamiento del rotor.<br/>Se construye un primer prototipo, de cuatro pares de polos, formado por dos semiestátores de doce espiras cada uno (una espira por polo y fase). Se prueba con y sin núcleo ferromagnético. <br/>Los conductores son tubo de cobre hueco con una sección importante. <br/>Esta segunda parte de la tesis, consiste en la construcción de una serie de prototipos que consiguen la inyección eficaz de fuertes densidades de corriente en el estátor metálico. Se escoge un sistema que trabaja como transformador de intensidad. A partir de un núcleo de transformador y con una relación de transformación adecuada, se generan las corrientes adecuadas para hacer girar el rotor. Son los llamados inductores primarios (alimentación de red) y el inductor secundario (transformación a fuente de corriente, que interacciona directamente con el rotor).<br/>Se escogen varias geometrías, máscaras y disposiciones para optimizar la eficacia de los planos activos. Los planos activos son caminos definidos por cortes sobre la pieza de cobre, de forma<br/>similar a las pistas de los circuitos integrados. Se estudia la casuística a temperatura ambiente y<br/>a temperatura de nitrógeno líquido. <br/>Se construyen 6 prototipos que presentan diferentes estructuras, formas y planos activos entre sí. <br/>La finalidad de estos prototipos es la obtención de un campo magnético rotativo credo por las corrientes que circulan por los planos activos.<br/>En el tercero de estos prototipos se obtiene un mapa de campo magnético con sonda Hall a diferentes temperaturas (ambiente y temperatura de nitrógeno líquido) para verificar, o no, la obtención de desfases de forma similar a los obtenidos en algunas máquinas con las espiras de sombra. Los mapas de campo magnético permiten obtener el orden de magnitud de las intensidades que pasan por el inductor secundario. Se contrastan estos valores con otros obtenidos mediante espiras exploradoras y registros en osciloscopio.<br/>En los prototipos siguientes se realizan conexiones de dos núcleos inductores a la vez que trabajan en monofásico con un desfase de 90º eléctricos entre ellos. Se obtiene un resultado aceptable en el prototipo 7.

This work analyzes electric axial flux motors without ferromagnetic elements and a conductor rotor. We build different prototypes whit a magnetic axial flux and very high currents densities.<br/>After different experiments for perform the system, it build a first prototype whit height twelve poles and aluminium rotor. The conductor is a pipe of copper.<br/>Then it build the prototypes, whit one only inductor or two inductors, that work in monofasic and with higher currents densities, like a intensity transformer. The rotor has a conductor disc. <br/>They are defined the "primary inductors" and "secondary inductor". The secondary inductor is the "active plain". The active plain is a conductor when they are defined different ways for the<br/>induced current by de primary inductor. The purpose of these actives plains is to obtain a rotatory magnetic field.<br/>We perform the behaviour at ambient and liquid nitrogen temperature. It obtains the magnetic map in these temperatures and permits to have information about the magnitude of the currents induced in the prototypes. In a prototype with two inductors we have acceptable results.