MOTARPM

Diseño y Desarrollo de máquina eléctrica de altas revoluciones para el sector de la máquina herramienta

Financiador

Programa: Elkartek

Partners

• OBEKI INNOBE: Coordinación, investigación electromagnética, mecánica y térmica.

• CEIT: Investigación térmica y electromagnética.

• IDEKO: Investigación mecánica.

• ZIGOR: Investigación relacionada con variadores de frecuencia y control de motores.

Resumen

Con el avance en electrónicas de potencia y tecnologías de control de motores y generadores, en los últimos años se ha visto un aumento de aplicaciones en las que se utilizan motores eléctricos de altas velocidades.

Los motores de altas velocidades tienen ventajas frente a motores convencionales en cuanto a peso, tamaño y potencia por unidad de volumen. Además, la capacidad de trabajar a altas velocidades permite suprimir multiplicadoras utilizadas en soluciones tradicionales con motores eléctricos estándar, obteniéndose así un aumento en la fiabilidad y mantenimiento de las aplicaciones.

Algunas de las aplicaciones que han conseguido aprovecharse de los motores de altas velocidades son compresores, bombas de vacío, generadores acoplados a turbinas, cabezales de mecanizado, aplicaciones del sector aeronáutico o el almacenamiento de energía por volantes de inercia.

Al tratarse de tecnologías todavía en su fase inicial, la fabricación y suministro de este tipo de motores se encuentra concentrado en unos pocos actores, sobre todo localizados en países del centro de Europa (Alemania, Suiza, Austria). Esto hace que industrias como la máquina herramienta o el sector aeronáutico se vean condicionadas por precios y condiciones impuestas por estos fabricantes.

Este proyecto va a permitir desarrollar el conocimiento, para en un futuro tener la capacidad de desarrollar y ofrecer soluciones avanzadas y de alto valor añadido para aplicaciones en las que las altas velocidades de giro aporten ventajas frente a soluciones tradicionales, dando lugar a un salto tecnológico importante.

Los Campos de investigación abordados dentro del proyecto van a permitir poseer una tecnología avanzada para ofrecer soluciones que permitan la mejora de las características de operación, eficiencia energética, el peso, o la fiabilidad mediante la incorporación de motores eléctricos de altas velocidades.

De ahí se derivan los siguientes objetivos:

Tecnológicos

• Aportar conocimiento teórico en el cálculo electromagnético por elementos finitos en el caso de motores de altas RPM.

• Aportar conocimiento en el cálculo teórico del diseño térmico de los motores en el caso de un motor que funcionará en situaciones de RPM elevadas.

• Aportar conocimiento en el cálculo teórico del diseño mecánico de los motores en el caso de un motor que funcionará en situaciones de RPM elevadas.

• Conjugar el diseño avanzado y global incluyendo tanto cálculos electromagnéticos avanzados como cálculos vibración / térmicos avanzados.

• Aportar conocimiento sobre nuevos procesos de diseño de ejes rotores y estatores (diseños para altas RPM).

• Aportar conocimiento sobre el trabajo en conjunto de variadores de frecuencia y motores en condiciones de altas rpm/ altas frecuencias.

Socio-económicos

• Aportar servicios innovadores a los usuarios que permitan la satisfacción del cliente y una rentabilización de la tecnología.

• Lograr los conocimientos necesarios para poder desarrollar productos de alto valor añadido demandados por las empresas líderes en sectores de alta tecnología como la máquina herramienta o la industria aeroespacial.

• Obtener conocimientos para poder avanzar en el desarrollo de la aviación puramente eléctrica.

Papel de Ceit en el proyecto

El trabajo desarrollado por Ceit en el presente proyecto se ha centrado en el desarrollo de la tecnología de máquinas de altas revoluciones desde tres ámbitos: electromagnético, térmico y mecánico.

• En el estudio electromagnético se ha analizado la influencia de las distintas variables del sistema (configuración de rotores, estudio de harmónicos, anchura de la ranura del estator, análisis de pérdidas…) en las prestaciones finales de la máquina, ofreciendo criterios de diseño para futuros diseños de máquinas.

• En el estudio térmico de la máquina se ha analizado con detenimiento los distintos sistemas de refrigeración. Un aspecto de vital importancia en este apartado ha consistido en el análisis de la influencia de la temperatura en la dilatación de los materiales y el comportamiento de los mismos.

• Finalmente, el estudio mecánico ha permitido el análisis de las fuerzas centrífugas a las que se veía sometido el rotor de la máquina, así como sus deformaciones, estableciendo un procedimiento de cálculo para motores de altas revoluciones.