Guia de disseny i disseny d’una màquina síncrona d’imants permanents de flux axial (AFPMSM)

Abstract

El disseny de màquines elèctriques és una ciència amb molta historia. Amb el desenvolupament de les lleis de l’electromagnetisme, durant la segona meitat del segle XIX es varen començar a desenvolupar els primers prototips de màquina elèctrica en corrent continu. No va ser fins el descobriment de la màquina de corrent altern que no va començar la industrialització que ha portat a la màquina elèctrica a assolir els nivells de desenvolupament actuals. La presència de les màquines elèctriques en l’actualitat és molt elevada. Des de les grans centrals de generació elèctrica fins als dispositius electrònics més petits necessiten de màquines elèctriques per a funcionar. En les darreres dècades les seves prestacions han sofert una millora substancial. Des del descobriment de les terres rares, el potencial de les màquines elèctriques ha augmentat considerablement. La capacitat d’aquests materials per a mantenir camps magnètics elevats ha permès a les màquines elèctriques operar amb un volum molt més reduït. Paral·lelament al desenvolupament dels materials s’han desenvolupat diferents tipologies de màquina elèctrica. La tendència general en l’aplicació d’aquestes tipologies ha estat la màquina elèctrica de flux radial. Tot i així en aplicacions on la longitud axial és una restricció, han resultat més competitives les màquines de flux axial. També s’ha arribat a valorar la possibilitat que aquesta configuració requereixi d’un volum inferior que les de flux radial. Un exemple d’aquest tipus de màquines són els discs durs dels ordinadors. Cada vegada més s’està avançant cap al desenvolupament d’aquesta tecnologia de manera que la fabricació d’aquestes màquines resulti rentable per a altres aplicacions. En aquest document es desenvolupa una guia per a realitzar el disseny d’aquest tipus de màquines. Primerament es fa un breu repàs dels diferents tipus de màquines elèctriques per tal de situar al lector. A continuació es descriu detalladament el procediment de disseny. Els aspectes a destacar de la guia són entre altres el mètode de disseny del circuit magnètic, la distribució del bobinat, el càlcul de la geometria de la màquina, el nombre d’espires de cada bobina, el càlcul de pèrdues i el rendiment electromagnètic. Tot seguit es dissenya una màquina de flux axial de doble estator per a una aplicació de mini eòlica de 2,5 kW. En aquest apartat es presenten els resultats en elements finits (2D) els quals s’han de processar analíticament per a obtenir els resultats finals. Aquest últim càlcul segueix el mètode proposat per (Egea, 2012) per a poder dissenyar màquines de flux axial sense utilitzar elements finits 3D.