¿Cómo impactan el diseño de la ranura y la configuración del devanado en el núcleo del rotor y del estator de un servomotor en la distribución del flujo magnético y la eficiencia del motor?

Geometría de ranura y concentración de flujo magnético : La geometría de las ranuras en Estato de servomotor y núcleo de rotor —incluido su ancho, profundidad y forma— juega un papel crucial a la hora de determinar cómo se distribuye el flujo magnético por todo el núcleo. Las ranuras estrechas, profundas o con una forma incorrecta pueden crear una concentración de flujo localizada, lo que lleva a saturación magnética en áreas específicas del núcleo. Esto puede aumentar la histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas, reduciendo la eficiencia general del motor y potencialmente generando calor no deseado en el núcleo. Por el contrario, los diseños de ranura optimizados, como las configuraciones semicerradas, rectangulares o trapezoidales, ayudan a distribuir el flujo magnético de manera más uniforme. Esto reduce la saturación local, minimiza las pérdidas en el núcleo y contribuye a una generación de par más suave. La geometría de la ranura también afecta el flujo de fuga, lo que influye en la producción de par, el par dentado y la compatibilidad electromagnética del motor.

Distribución de devanados y uniformidad del campo magnético. : La disposición de los devanados dentro de las ranuras, ya sea devanados concentrados or devanados distribuidos —Afecta directamente a la calidad y uniformidad del campo magnético en el entrehierro del motor. Los devanados distribuidos generalmente generan una distribución de flujo sinusoidal, lo que reduce los armónicos de orden superior y la ondulación del par, lo que resulta en un funcionamiento más suave y una menor vibración. Los devanados concentrados, aunque son más sencillos de fabricar y a menudo más rentables, pueden crear picos magnéticos localizados, trayectorias de flujo desiguales y un mayor par de torsión. Esto puede reducir la precisión y eficiencia del motor, particularmente en aplicaciones de servo de alto rendimiento donde el movimiento suave y preciso es esencial. La distribución adecuada del devanado garantiza una interacción magnética constante entre el estator y el rotor, optimizando la producción de par y minimizando las tensiones mecánicas y el ruido no deseados.

Factor de llenado de ranura y densidad de corriente : La configuración del devanado impacta directamente en el factor de llenado de ranura , que es la relación entre el volumen del conductor de cobre y el espacio disponible en la ranura. Un factor de llenado de ranura más alto permite una mayor capacidad de transporte de corriente, lo que da como resultado campos magnéticos más fuertes y una mayor salida de par. Sin embargo, si el factor de llenado es demasiado alto sin una gestión térmica adecuada, puede crear puntos calientes localizados, aumentar las pérdidas resistivas (I²R) y reducir la eficiencia. El diseño óptimo equilibra una alta utilización de cobre con suficiente espacio para aislamiento y una disipación de calor efectiva. Además, la forma de la ranura y la disposición de los devanados influyen en la distribución de la densidad de corriente a través del núcleo, lo que afecta tanto a la generación de par como al rendimiento térmico del motor durante el funcionamiento continuo.

Impacto en la ondulación del par y el par dentado : La ondulación del par y el par dentado (variaciones en el par debido a las interacciones entre ranura y polo) están fuertemente influenciadas por el número de ranura, el diseño del polo del rotor y la configuración del devanado. La alineación y el diseño adecuados de las ranuras y devanados del estator ayudan a minimizar estas variaciones, lo que lleva a movimiento de rotación más suave y posicionamiento preciso. Esto es especialmente crítico en los servomotores, que se utilizan en aplicaciones que requieren alta precisión, repetibilidad y respuesta dinámica rápida. Al reducir las pulsaciones de torque, los diseños optimizados de ranuras y devanados también disminuyen la tensión mecánica en el rotor y los rodamientos, extienden la vida útil del motor y reducen la vibración y el ruido acústico en el sistema.

Consideraciones de eficiencia térmica y eléctrica : La distribución desigual del flujo causada por un diseño subóptimo de la ranura o del devanado puede provocar calentamiento localizado , lo que resulta en mayores pérdidas en el núcleo, envejecimiento acelerado del aislamiento y reducción de la eficiencia operativa. La distribución uniforme del flujo garantiza que los campos magnéticos estén equilibrados en todo el núcleo, minimizando las corrientes parásitas y las pérdidas por histéresis. Esto no sólo mejora la eficiencia eléctrica sino que también mejora el rendimiento térmico, permitiendo que el motor funcione a densidades de potencia más altas sin sobrecalentarse. Además, las ranuras y los devanados diseñados correctamente ayudan a mantener una inductancia óptima y reducir la resistencia, lo que garantiza que la energía eléctrica se convierta de manera eficiente en torque mecánico.