Motores IPM y SPM: imanes en superficie o en el interior, ¿qué diferencia hay?
Abra el motor de un patinete: los imanes están pegados a la superficie del rotor. Abra el motor de un coche eléctrico moderno: a menudo, los imanes están incrustados en ranuras, dentro del apilamiento de láminas del rotor. Esta diferencia de posición da lugar a dos familias de motores síncronos de imanes: SPM e IPM. Esto cambia la forma en que el motor produce su par motor y su capacidad para girar rápidamente.
Lo esencial
- SPM: imanes en superficie del rotor. Es un sistema simple y eficaz, y es el utilizado en los motores de buje de los patinetes eléctricos.
- IPM: imanes alojados en el interior del rotor. El motor produce un par motor adicional, conocido como par de reluctancia.
- La configuración IPM (Inboard Permanent Magnet) es más adecuada para soportar velocidades muy altas y se presta bien para la refrigeración por flujo, lo que explica su éxito en la industria automotriz.
- La configuración IPM requiere un control más preciso: la corriente de reposo (n) ya no se mantiene en cero.
Aquí hay dos formas de colocar los imanes
SPM: imanes de superficie
SPM significa "Imán de Superficie Permanente". Los imanes se adhieren a la superficie del rotor, frente a los bobinados. La construcción es sencilla, y todo el flujo de los imanes trabaja directamente. Los motores de buje de patinetes, con rotor exterior, son casi todos de este tipo: los imanes recubren el interior de la carcasa que gira.
Límite: a velocidades muy altas en un rotor interior, la fuerza centrífuga tiende a desprender los imanes, que entonces deben ser fijados, es decir, mantenidos en su lugar mediante un anillo.
IPM: imanes internos
IPM significa "Imán Permanente Interior". Los imanes se insertan en cavidades cortadas en las láminas del rotor, a menudo dispuestos en forma de V. Están protegidos mecánicamente, y la forma del hierro que los rodea crea un efecto adicional, que se describe más adelante.
El par de reluctancia
El hierro es atraído por un campo magnético, incluso sin un imán: esto se llama reluctancia. Un trozo de hierro alargado tiende a alinearse con el campo, como una aguja de brújula.
En un motor IPM, el rotor no es magnéticamente "redondo": permite que el campo pase más fácilmente en ciertas direcciones que en otras, debido a los alojamientos de los imanes, que son pequeños espacios vacíos. Se dice que tiene saéncia. En el lenguaje de control vectorial, su inductancia no es la misma en el eje d (alineado con los imanes) y en el eje q (a 90°).
Resultado: el par total de un motor IPM proviene de dos fuentes.
- el par de torsión de los imanes, como en un motor SPM, producido por la corriente q;
- el par de reluctancia, producido por la combinación de las corrientes d y q, gracias a la diferencia de inductancia entre los dos ejes.
¿Qué implica esto para el control?
En un motor de imanes permanentes (SPM), la corriente *d* no produce par, ya que la control vectorial (FOC) la mantiene en cero. En un motor de imanes en el rotor (IPM), una corriente *d* cuidadosamente seleccionada, y negativa, añade par de reluctancia. Por lo tanto, para un par dado, existe una combinación de corrientes *d* y *q* que requiere la menor cantidad posible de amperios: esta es la estrategia MTPA, que significa "Máximo Par por Amperio", es decir, la mayor cantidad de par por amperio.
El controlador debe entonces conocer las dos inductancias del motor y calcular la distribución óptima en cada momento, lo que requiere una caracterización más exhaustiva del motor.
¿Por qué la tecnología IPM es dominante en la industria automotriz?
- Gira rápidamente: los imanes están protegidos en hierro, lo que le permite soportar altas velocidades de rotación.
- Tiene un buen efecto de reducción de flujo (defluxaje): Además de su velocidad base, mantiene una potencia útil en un amplio rango de velocidades gracias a la corriente. Consulte nuestra guía sobre el efecto de reducción de flujo (defluxaje).
- Ahorra imanes: una parte del par proviene de la reluctancia, lo que permite reducir la cantidad de imanes, que son costosos.
Algunos fabricantes van más allá con motores llamados "síncronos de reluctancia asistidos por imanes", donde la reluctancia proporciona la mayor parte del par motor y los imanes proporcionan un complemento.
¿Y en un patinete?
Un motor de buje para patinete gira lentamente (la rueda es impulsada directamente) y necesita mucha fuerza desde el punto muerto. El motor SPM de rotor exterior es muy adecuado para esto: tiene un diámetro grande, muchos imanes, proporciona un par motor directo y tiene una construcción sencilla. El motor IPM, por otro lado, es más interesante en motores que giran rápidamente y que impulsan la rueda a través de una transmisión, como en las motocicletas y los coches eléctricos.
Nuestros motores para patinetas eléctricas son motores de buje de este tipo, disponibles en versiones de alta velocidad y alto torque.
Preguntas frecuentes
¿Es un motor IPM más potente que un SPM?
No necesariamente. A igualdad de tamaño, puede ofrecer más par por amperio y, sobre todo, un rango de velocidad más amplio. Sin embargo, un motor de imanes permanentes bien diseñado sigue siendo excelente cuando la velocidad de rotación es moderada, como en una rueda de patinete.
¿Puede un controlador de patinete controlar un motor IPM?
Hará que gire, pero no aprovechará el par de reluctancia si mantiene la corriente en cero. Para aprovechar al máximo un motor IPM, se necesita un controlador que gestione la estrategia MTPA y que conozca las dos inductancias del motor.
¿Qué significa "saillance"?
Se debe a que el rotor permite el paso del campo magnético con mayor facilidad en una dirección que en otra. Esta diferencia se mide por la variación entre la inductancia a lo largo del eje de los imanes (d) y a 90 grados (q). Cuanto mayor sea esta diferencia, mayor será el par de reluctancia.