En la actualidad, con el aumento de las exigencias de eficiencia y de
excelencia en los productos y procesos, la utilización de la tecnología de
los motores lineales está en auge, sustituyendo accionamientos basados en
motores rotativos con mecanismos más o menos complejos que transforman
el giro del motor en movimiento lineal. Con esto se obtiene una mejora en las
prestaciones y sobre todo en la fiabilidad, al haber menos partes intermedias
susceptibles de tener una avería.
De entre los diferentes tipos de motores lineales que existen, los de imanes
permanentes son los más demandados, gracias a las altas prestaciones
que ofrecen.
Debido a las características especiales de los motores lineales, sus aplicaciones
son muy específicas. Para que un motor lineal funcione de manera
óptima en una aplicación, ha de ser diseñado específicamente para la misma.
La utilización de motores lineales comerciales, que tienen precios bastante
competitivos, no resultará la solución más adecuada, debido a que estos no
cumplirán perfectamente con las especificaciones requeridas, pues normalmente
estarán sobredimensionados.
Una aplicación donde su uso es muy adecuado es en el accionamiento
de puertas automáticas. Actualmente éstas se accionan mediante mecanismos
basados en motores rotativos, siendo éstos los principales causantes de
averías. Por este motivo, en esta tesis doctoral se ha buscado realizar una
sustitución del motor rotativo y sus mecanismos asociados por un motor
lineal y tracción directa, con el fin de evitar las piezas intermedias.
Con este objetivo, se ha desarrollado una metodología de diseño de motores
lineales síncronos miniaturizados para su integración en puertas automáticas.
Para ésto ha sido necesario el establecimiento de unos pasos de
diseño que permitan dimensionar y calcular motores de una manera rápida
y eficaz, teniendo en cuenta los exigentes requisitos de la aplicación, como
son las reducidas dimensiones o la temperatura máxima de funcionamiento. La metodología de diseño de motores lineales síncronos está dividida en
dos partes fundamentales: el estudio electromagnético y el estudio térmico.
A partir del resultado de estos estudios, se establece la metodología de
dimensionamiento y cálculo que, a partir de unos parámetros básicos, nos
permite obtener la geometría y todos los parámetros de funcionamiento del
motor.
El desarrollo del estudio magnético mediante circuitos de reluctancias
equivalentes se realiza para motores de tres tipos de secundarios, como son
el de imanes superficiales, de imanes embebido y de imanes en Halbach, así
como con dos tipos de devanados, como son el devanado distribuido de paso
entero y el devanado concentrado de doble capa.
La razón de desarrollar estos tres tipos de secundarios es porque son
los que ofrecen una densidad de fuerza mayor, clave para conseguir una
miniaturización significativa.
En cuanto al estudio térmico de los motores se realiza mediante un
sistema de resistencias térmicas equivalentes(Lumped-Parameter Thermal
Model). Este método de resolución basado está en la representación térmica
de elementos básicos del motor, que son los dientes y las bobinas. Gracias a
la sencillez de parametrización, es posible analizar térmicamente cualquier
motor lineal, independientemente del número de dientes, polos o topología.
Utilizando los circuitos magnéticos y térmicos, se presenta un método
de dimensionamiento y cálculo de motores lineales que permite su diseño a
partir de unos parámetros básicos, tales como la fuerza nominal, la velocidad
y las restricciones geométricas asociadas a la puerta. Este método permite,
en unos pocos minutos, la obtención de geometrías completas que cumplan
con las especificaciones requeridas.
Finalmente, se aplica la metodología desarrollada en el proceso de diseño
y optimización de un prototipo de motor lineal síncrono miniaturizado para
su aplicación en unas puertas automáticas. Se explican la influencia de las
diferentes variables y su elección.
La validez del método presentado queda demostrada con los resultados
del prototipo diseñado, que tras haber sido validado con elementos finitos
y ensayado en una puerta automática, ofrece los resultados previstos
