Diseño mecánico y prototipado de un motor de reluctancia autoconmutado para vehículos eléctricos ligeros

Abstract

L'estudi dels motors de reluctància autocommutat (SRM) ha anat incrementant en interès al llarg dels anys. Encara que el disseny d'un motor elèctric és un procés extens i dificultós, ja que, s'han de tenir en compte un gran nombre de variables per a un resultat final òptim i, les aplicacions industrials d'aquest són realment escasses, els motors de SRM es presenten com una alternativa als accionaments convencionals a causa de la seva construcció simple i robusta, als seus baixos costos de producció, així com, el seu elevat rendiment. En aquest projecte, una vegada estudiat, comprès i analitzat els motors de SRM, es pretén fer una contribució al disseny mecànic i prototipatge dels motors de reluctància autocommutats creant un disseny viable per a poder implementar les tècniques de disseny mecànic en el motor. En el primer capítol, s'aporten els coneixements teòrics necessaris per a abastar l'objectiu principal del projecte, definint els accionaments amb SRM i detallant de manera general les característiques i principi de funcionament dels elements que ho componen. A continuació, es fa una breu explicació de com han anat evolucionant aquests motors al llarg de la història. Seguidament, s'estableixen els fonaments dels Motors de Reluctància, així com definir en quin context se situen dins dels motors elèctrics. D'altra banda, es fa esment de les diferents aplicacions que pot tenir un SRM. I, finalment, es detalla les diferents variants constructives existents en l'actualitat del Motor de Reluctància autocommutat. En el capítol 2 s'aborda tot el procés de disseny del motor, tenint en compte les característiques inicials a complir, descrivint així cadascuna de les diferents versions del modelatge 3D del motor, amb les seves respectives modificacions, per a arribar a un disseny mecànic final tenint present el mètode de fabricació que es durà a terme. Una vegada definit aquest disseny, es presenta de forma més detalla les seves dimensions, toleràncies normalitzades i totes les variables necessàries per a poder dur a terme la seva fabricació. D'altra banda, mitjançant l'aplicatiu FreeCAD, es realitza la simulació de mecanitzat CNC de les tapes que conformen el motor, fixant així unes variables de fabricació per a la seva posterior prova amb taules de fusta extraient conclusions decisives per a la seva fabricació final en alumini. A més a més, s'explica el procés de muntatge de l'estator a la carcassa mitjançant un mecanisme de fixació per massa. Finalment, en el capítol 3, es presenta el pressupost necessari per a dur a terme aquest projecte.

L'estudi dels motors de reluctància autocommutat (SRM) ha anat incrementant en interès al llarg dels anys. Encara que el disseny d'un motor elèctric és un procés extens i dificultós, ja que, s'han de tenir en compte un gran nombre de variables per a un resultat final òptim i, les aplicacions industrials d'aquest són realment escasses, els motors de SRM es presenten com una alternativa als accionaments convencionals a causa de la seva construcció simple i robusta, als seus baixos costos de producció, així com, el seu elevat rendiment. En aquest projecte, una vegada estudiat, comprès i analitzat els motors de SRM, es pretén fer una contribució al disseny mecànic i prototipatge dels motors de reluctància autocommutats creant un disseny viable per a poder implementar les tècniques de disseny mecànic en el motor. En el primer capítol, s'aporten els coneixements teòrics necessaris per a abastar l'objectiu principal del projecte, definint els accionaments amb SRM i detallant de manera general les característiques i principi de funcionament dels elements que ho componen. A continuació, es fa una breu explicació de com han anat evolucionant aquests motors al llarg de la història. Seguidament, s'estableixen els fonaments dels Motors de Reluctància, així com definir en quin context se situen dins dels motors elèctrics. D'altra banda, es fa esment de les diferents aplicacions que pot tenir un SRM. I, finalment, es detalla les diferents variants constructives existents en l'actualitat del Motor de Reluctància autocommutat. En el capítol 2 s'aborda tot el procés de disseny del motor, tenint en compte les característiques inicials a complir, descrivint així cadascuna de les diferents versions del modelatge 3D del motor, amb les seves respectives modificacions, per a arribar a un disseny mecànic final tenint present el mètode de fabricació que es durà a terme. Una vegada definit aquest disseny, es presenta de forma més detalla les seves dimensions, toleràncies normalitzades i totes les variables necessàries per a poder dur a terme la seva fabricació. D'altra banda, mitjançant l'aplicatiu FreeCAD, es realitza la simulació de mecanitzat CNC de les tapes que conformen el motor, fixant així unes variables de fabricació per a la seva posterior prova amb taules de fusta extraient conclusions decisives per a la seva fabricació final en alumini. A més a més, s'explica el procés de muntatge de l'estator a la carcassa mitjançant un mecanisme de fixació per massa. Finalment, en el capítol 3, es presenta el pressupost necessari per a dur a terme aquest projecte.

The study of self-committed reluctance (SRM) engines has been increasing in interest over the years. Although the design of an electric motor is an extensive and difficult process, since, a large number of variables must be taken into account for an optimal end result and, the industrial applications of this are really scarce, SRM engines are presented as an alternative to conventional drives due to their simple and robust construction, low production costs and high performance. In this project, after studying, understanding and analysing SRM engines, it is intended to contribute to the mechanical design and prototyping of the self-committed reluctance engines by creating a viable design to implement mechanical design techniques in the engine. In the first chapter, the theoretical knowledge necessary to cover the main objective of the project is provided, defining the drives with SRM and detailing in a general way the characteristics and operating principle of the elements that compose it. Here is a brief explanation of how these engines have evolved throughout history. Next, the foundations of Reluctance Motors are established, as well as defining in which context they are placed within electric motors. On the other hand, mention is made of the different applications that an SRM can have. And, finally, it details the different constructive variants existing at the moment of the Reluctance Engine Autoconmutado. Chapter 2 addresses the entire engine design process, taking into account the initial features to be met, thus describing each of the different versions of the engine’s 3D modelling, with their respective modifications, to arrive at a final mechanical design bearing in mind the manufacturing method to be carried out. Once this design is defined, it is presented in a more detailed way its dimensions, normalized tolerances and all the variables necessary to be able to carry out its manufacture. On the other hand, using the FreeCAD application, the simulation of CNC machining of the caps that make up the engine is carried out, thus establishing production variables for subsequent testing with wooden tables, drawing decisive conclusions for their final manufacture in aluminium. Finally, in chapter 3, the budget necessary to carry out this project is presented.