Los motores de horquilla están ganando terreno en la industria automotriz, ofreciendo una eficiencia, densidad de potencia y rendimiento térmico superiores a los motores eléctricos tradicionales. Esta tecnología, que se utiliza en vehículos eléctricos, está impulsando la competitividad de los vehículos eléctricos, tanto en comparación con las generaciones anteriores de vehículos eléctricos como con los motores de combustión interna.
Cómo funcionan los motores eléctricos
Antes de explorar el funcionamiento de los motores de horquilla, es fundamental comprender cómo funcionan los motores de los vehículos eléctricos. Estos conceptos son cruciales para apreciar la innovación que representan los motores de horquilla.
En los vehículos híbridos y eléctricos, los motores eléctricos transforman la electricidad proporcionada por las baterías en movimiento para propulsar las ruedas. Este movimiento se logra creando campos magnéticos opuestos: uno en el estator y otro en el rotor. La fuerza de atracción y repulsión entre el estator y el rotor es lo que hace que el rotor gire.
En el estator, el campo magnético se genera mediante la corriente eléctrica que circula por los devanados de cobre. Sin embargo, en el rotor, la historia es diferente.
Los dos tipos más comunes de motores eléctricos generan la fuerza magnética en el rotor de maneras diferentes:
- Motores de imán permanente : Los imanes ubicados en el rotor generan un campo magnético permanente.
- Motores de inducción : El campo magnético del rotor se induce. Esto se logra mediante barras de aluminio o cobre en el rotor. Dado que estas barras se encuentran en el campo magnético del estator, se induce en ellas una corriente eléctrica, que a su vez genera el campo magnético del rotor.
¿Qué es un motor de horquilla?
Un motor de horquilla es un motor eléctrico cuyo devanado del estator se realiza con horquillas en lugar de alambres redondos. Las horquillas son rectangulares y más grandes que los alambres. Su forma rectangular permite un mejor factor de llenado, lo que significa que el devanado de cobre aprovecha mejor el espacio (aproximadamente un 20% más eficiente).
Beneficios de los estatores de horquilla
La tecnología de devanado de horquilla ofrece una serie de ventajas:
- Mejor factor de llenado : Debido al mejor factor de llenado, el cobre adicional genera un campo magnético más fuerte. Esto permite una rotación más potente del rotor y más torque en las ruedas.
- Estator más pequeño : Un mejor factor de llenado significa que el estator puede ser más pequeño.
- Pérdidas de cobre mínimas : Las pérdidas de energía cuando la corriente eléctrica atraviesa el cobre (llamadas pérdidas de cobre) son mínimas. Esto se debe a la trayectoria de devanado optimizada (forma idéntica y simétrica de todas las vueltas del devanado).
- Mayor eficiencia energética : El motor eléctrico puede utilizar menos energía para producir la misma cantidad de potencia, lo que ayuda a extender la autonomía del vehículo.
- Montaje simplificado : La forma simétrica y sólida de las horquillas las hace más fáciles de enrollar que los alambres redondos, lo que simplifica enormemente el montaje.
- Eliminación del cordón de puntada : Los alambres redondos necesitan cordones de puntada para mantener el devanado unido (un proceso conocido como lazado del estator). Esto no es necesario para las horquillas.
- Mayor fiabilidad y vida útil : Los motores de horquilla tienen un menor riesgo de fallo a largo plazo. Esto se debe a que sus conductores más grandes y sólidos se ven menos afectados por las vibraciones.
- Mayor capacidad de corriente : Las horquillas pueden transportar más corriente que los alambres redondos. Esta mayor eficiencia genera menos calor en el devanado y en el motor. Esto simplifica la gestión de la temperatura y mejora la fiabilidad y la vida útil del motor.
- Diseño más limpio : A diferencia de los alambres redondos, las horquillas se pueden posicionar con precisión, lo que da lugar a un diseño mucho más limpio.
Barniz y revestimiento protector en motores de horquilla
Al igual que los alambres de cobre, las horquillas de cobre están recubiertas con un barniz protector (llamado capa aislante) que evita que la corriente eléctrica fluya en todas direcciones cuando las horquillas se tocan. Los estatores de horquilla suelen utilizar uno de los siguientes barnices:
- Poliamida-imidas (PAI)
- Polieéter éter cetona (PEEK)
- Poliamida-imidas con lámina de poliimida (PAI+FEP)
Fabricación de motores de horquilla
El proceso de fabricación del estator de horquilla implica los siguientes pasos:
- Colocación del papel aislante : El papel aislante se coloca en las ranuras del estator para evitar la abrasión entre las horquillas y las laminaciones de acero.
- Proceso de producción de la horquilla : Se produce la horquilla.
- Control de calidad : Se realiza un control de calidad para asegurar que se cumplan las tolerancias.
- Despegue con láser de la capa aislante : Se despega la capa aislante con láser.
- Proceso de soldadura con láser de la horquilla : Se realiza la soldadura con láser de la horquilla.
- Proceso de impregnación : Se aplica un revestimiento en polvo a parte del estator para proteger las áreas expuestas que se han soldado.
Despegue y soldadura con láser para formar un circuito eléctrico completo
Mientras que los alambres redondos tradicionales utilizados en los estatores ya forman una trayectoria continua, las horquillas deben conectarse entre sí para formar un circuito eléctrico completo. Aquí es donde entran en juego el despegue con láser de la pintura y la soldadura con láser.
El barniz del extremo de las horquillas debe despegarse antes de la soldadura para asegurar que no penetre y contamine las soldaduras.
La abrasión mecánica se puede utilizar para eliminar la capa aislante, pero el despegue con láser es más consistente y preciso. Los cepillos rotatorios se desgastan debido a la fricción y requieren un mantenimiento regular para evitar resultados inconsistentes. También desgastan parte del metal base debajo de la capa aislante, eliminando cobre, un efecto secundario indeseable.
Proceso de impregnación de la horquilla y conexiones al motor eléctrico
Después de la soldadura de las horquillas, el lado del estator donde las soldaduras están expuestas necesita protección contra la oxidación, la humedad y otros materiales conductores. Por esta razón, se aplica un revestimiento en polvo epoxi para aislar y proteger las áreas que se han soldado. Este proceso se llama impregnación.
Para realizar las conexiones finales, este epoxi debe despegarse de las lengüetas de conexión que se conectarán a otras partes del motor eléctrico en la fase de montaje.
Dependiendo del diseño del estator, es posible que sea necesario despegar y soldar con láser diferentes partes. Algunos ejemplos son las horquillas, las lengüetas de conexión y los puentes del estator.
El papel de los motores de horquilla en el futuro de la movilidad eléctrica
El devanado de horquilla es una tecnología en crecimiento que está rápidamente ganando terreno en la industria automotriz para diseñar motores más eficientes.
Los motores de horquilla pueden funcionar con baterías más grandes, ocupan menos espacio, pesan menos (y por lo tanto reducen el peso del vehículo). Son un paso en la dirección correcta para hacer que los vehículos eléctricos sean más competitivos y asequibles para todos.
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