Optimización del comportamiento dinámico de motores lineales síncronos de imanes permanentes
- Autores: Gonzalo Martínez Diez
- Directores de la Tesis: Andrés García Rico (dir. tes.), Julian Florez Esnal (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Navarra ( España ) en 2005
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Manuel Fuentes Perez (presid.), Luis Fontán Agorreta (secret.), Manuel Ángel Armada Rodríguez (voc.), Josep Tornero i Montserrat (voc.), Rafael Vives Fos (voc.)
- Materias:
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- Resumen
OPTIMIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DINÁMICO de MOTORES LINEALES SÍNCRONOS DE IMANES PERMANENTES RESUMEN: Los motores lineales síncronos representan una alternativa muy interesante a la hora de construir actuadores lineales. En un número cada vez mayor de aplicaciones industriales, los sistemas tradicionales consistentes en un motor eléctrico rotativo y una transmisión mecánica que convierta el giro del motor en un desplazamiento lineal están siendo sustituidos por motores eléctricos lineales, que mejoran considerablemente la precisión en el posicionamiento y las prestaciones dinámicas de estos. De entre los diversos tipos de motores síncronos lineales, los de imanes permanentes son aquellos que se vienen empleando de manera más profusa dentro de la industria. Los Motores Síncronos Lineales de imanes Permanentes son aquellos cuyo campo magnético secundario está producido por imanes en lugar de otros sistemas como bobinas excitadas con corriente continua. Estos motores presentan una serie de fuerzas inherentes a ellos que en muchas ocasiones son no deseadas por su carácter perturbador. Son fuerzas que generan toda una problemática relacionada sobre todo con un empeoramiento de la precisión del accionamiento, con una disminución de las prestaciones dinámicas y con un sometimiento de la estructura del accionamiento a grandes esfuerzos y desgastes, se trata por un lado de las fuerzas de reluctancia y por otro de las fuerzas normales al movimiento del motor, atractivas o repulsivas entre el primario y el secundario. Las fuerzas de reluctancia son paralelas a la dirección del movimiento y son causantes de imprecisiones en el movimiento de la máquina. Las fuerzas normales son perpendiculares al movimiento de la máquina. Se trata de fuerzas atractivas o repulsivas entre el primario y el secundario de esta. Son causa de mayores o menores esfuerzos en las estructuras del accionamiento, mayores fuerzas de rozamiento en los sistemas de guiado y rodamientos, mayores desgastes, más ruido acústico y posibles vibraciones. El objetivo de esta tesis es obtener unas pautas de diseño constructivo y control de Motores Lineales síncronos de imanes Permanentes de manera que se elimine, o se reduzca lo máximo posible, toda esta problemática asociada a las fuerzas perturbadoras. Para ello, en primer lugar se ha realizado un estudio profundo de las fuerzas de reluctancia, y se han desarrollado posteriormente métodos para reducirlas, tanto métodos de tipo constructivo como métodos de control. En segundo lugar, se han caracterizado exhaustivamente las fuerzas normales al movimiento y más tarde se ha desarrollado una estrategia de control que permite el control simultáneo, desacoplado e independiente del movimiento del motor y las fuerzas de atracción entre su primario y su secundario. Esto permite lograr lo que se denomina modo de operación en reducción de masa, y llegar, incluso a la levitación magnética del motor. Las tareas llevadas a cabo han sido validadas mediante simulaciones utilizando el Método de Elementos Finitos (mef) y mediante ensayos experimentales en prototipos de motor construidos en el laboratorio. El contenido de esta tesis se centra por tanto en obtener finalmente actuadores lineales síncronos más eficientes, capaces de alcanzar las cada vez más exigentes características dinámicas y de precisión demandadas por las aplicaciones industriales.
Linear synchronous motors are a very interesting option when thinking about linear actuators. The conventional linear systems consisting of a rotary motor and mechanical devices used to convert rotation to displacement are being replaced by linear electric motors in many industrial applications. Among linear synchronous motors, permanent magnet motors are the most commonly used in industry. In Permanent Magnet Linear synchronous Motors, the magnetic field of the secondary is produced by permanent magnets instead of other methods such as DC coils. This kind of motors presents some characteristic forces that are usually undesired because they produce disturbances in the motor motion. These forces reduce the dynamic features and the precision of the motor, and they are the cogging force (or detent force) and the normal forces between the primary and the secondary of the motor. Normal forces al so generate big stresses in the structure. Cogging force has the same direction as the motor motion and cause disturbances in the production of thrust. Normal forces are perpendicular to the motor motion and cause big stresses in the structure, increase friction losses and audible noise. They all so can generate undesired mechanical vibrations. First of all, cogging force was analysed, and various methods to reduce it were developed. Secondly, normal forces were studied, and a control strategy to control these forces was developed. All the tasks were validated by means of the Finite Element Method and experimental tests.The target of this thesis is to obtain a method of designing, constructing and controlling Permanent Magnet Linear Synchronous Motors that can achieve the more and more demanding dynamic features that industry requires for this kind of actuators
