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2011
Daniel Moreno Rodrguez
Ingeniero Tcnico Industrial
09/10/2011
Versin en Espaol
ELECTRIFICACIN DE UN VEHCULO CON
MOTOR BRUSHLESS UNIVERSAL

ELECTRIFICACIN DE UN VEHCULO CON MOTOR BRUSHLESS UNIVERSAL 2011
Daniel Moreno Rodrguez Pgina 2
De un lugar pequeo, pueden
nacer ideas muy grandes.

Contenido INTRODUCCIN ............................................................................................................................. 4
MOTOR BRUSHLESS UNIVERSAL ............................................................................................... 5
MODOS DE FUNCIONAMIENTO DE LA MQUINA ELCTRICA ...................................................... 7
Motor DC: .............................................................................................................................. 7
Generador DC: ....................................................................................................................... 7
Modo Sncrono: ..................................................................................................................... 7
CARACTERSTICAS BSICAS DEL SISTEMA DE CONTROL INTERNO ............................................... 8
CARACTERSTICAS BSICAS DEL SISTEMA DE CONTROL EXTERNO ............................................... 9
GESTIN DE LA ENERGA EN PROCESOS DE DETENCIN. ....................................................... 10
GESTIN TRMICA DEL VEHCULO .............................................................................................. 11
OTROS SISTEMAS DEL VEHCULO ................................................................................................ 12
TRANSMISIN MECNICA ........................................................................................................... 12
EFICIENCIA DEL SISTEMA ............................................................................................................. 13
RODAMIENTOS ESPECIALES ........................................................................................................ 13
MANTENIMIENTO DEL VEHCULO ............................................................................................... 13
RECARGA DE LAS BATERAS ......................................................................................................... 14
DESCRIPCIN ELCTRICA DE LOS MODOS DE FUNCIONAMIENTO ............................................. 14
MODO MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA............................................................................. 14
MODO SNCRONO ................................................................................................................... 15
MODO GENERADOR (PROCESOS DE DETENCIN) .................................................................. 16
EXCITACIN DEL ESTATOR EN MODO GENERADOR DE CORRIENTE CONTINUA ................ 17
RESMEN DE PRESTACIONES MNIMAS DEL VEHCULO ............................................................. 18

INTRODUCCIN
El vehculo como concepto actual est muy evolucionado. Se han hecho grandes logros en
prestaciones y seguridad. Ahora toca un cambio radical a la fuente elctrica. Cierto es que
existe un grave problema de suministro de energa una vez el petrleo se haga insostenible,
pero sea cual sea la solucin, sin duda el vehculo en un futuro inmediato ser elctrico.
Las principales lneas de investigacin en cuanto al desarrollo de vehculos elctricos son:
aprovechamiento energtico y almacn de la energa. En el almacenamiento de energa hay
mucho donde hablar, son bateras de plomo, de litio, hidrgeno o cualquier otro tipo, pero
sern simplemente un almacn de energa con unas exigencias mnimas de densidad
energtica, para que el vehculo tenga libertad de movimiento.
En cuanto al aprovechamiento energtico el vehculo ha de ser ligero, con pocos rozamientos y
con una alta capacidad para recuperar energa en procesos de detencin. Sin duda el motor
deber disipar el mnimo calor al ambiente en todos sus componentes y sistemas de control.
Para que un vehculo pueda utilizar la energa de la batera y recuperar parte de esa energa en
procesos de detencin hay dos mtodos:
Utilizacin de dos mquinas independientes, un motor y un generador.
Utilizar mquinas reversibles.
En el primer caso el motor y el generador pueden ir montados sobre un mismo eje y an
pareciendo una sola mquina, en realidad son dos. En la actualidad se est apostando por el
motor brushless por la gran ventaja de no tener escobillas. Es un motor dinmico y duradero,
con un par elevado y que puede alcanzar revoluciones elevadas. Sin embargo necesita de un
sistema de gestin externa que module su seal elctrica de entrada, un gran nmero de
imanes permanentes que pierden sus propiedades a lo largo del tiempo y adems se convierte
en una mquina notablemente compleja.
En el caso del generador se suele optar por un generador sncrono (alternador) el cual genera
corriente alterna de una frecuencia que depende de su velocidad de rotacin y que poco
despus ser rectificada para poder inyectarla en las bateras. Los alternadores son mquinas
que generan energa a pleno rendimiento para un rango de frecuencias limitado y que en
muchas ocasiones no son totalmente eficientes al trabajar a diferentes velocidades de
rotacin.
En el segundo caso (la mquina reversible) existen dos posibilidades. Utilizar motores
universales (inadmisible por el desgaste de sus escobillas) o mquinas sncronas, que tambin
pueden trabajar como motor o como generador de corriente alterna. stas adems del
inconveniente de trabajar con corriente alterna y en un rango de frecuencias acotado,
necesitan modulacin para alimentarlo con energa que procede de las bateras (de igual modo
que el motor brushless) lo cual conlleva grandes prdidas energticas. Pueden trabajar en un
amplio rango de velocidades gracias a los avances en motores vectoriales pero nunca se llega
al mximo rendimiento por el control en alta frecuencia. Adems hacen ruido que no son bien
recibidos.

En este proyecto presentamos un motor universal sin escobillas. Una mquina tradicional (el
motor universal) pero que incorpora unas mejoras para eliminar sus escobillas y poder trabajar
en varios regmenes de funcionamiento, con un rendimiento ptimo en cualquiera de ellos, en
corriente continua y que puede trabajar como motor o generador de corriente continua. Se
describe a continuacin:
MOTOR BRUSHLESS UNIVERSAL
Llamamos motor universal a aquella mquina elctrica que puede funcionar con corriente
continua o alterna, convirtiendo la energa elctrica en movimiento o al contrario (es
reversible).
La mquina puede ser de inducido mvil o de inductor mvil. En este caso atenderemos a la
mquina de inducido mvil.
Esta mquina ha sido concebida para su utilizacin en vehculos elctricos. Su rendimiento es
espectacular, y gracias a la invencin ahora tambin lo es su durabilidad. Nos centraremos en
el caso de inducido mvil, siendo toda tcnica dual y aplicable a mquinas de inductor mvil.
El motor universal es la mquina perfecta. Puede trabajar directamente con corriente
continua. En rotor parado puede dar tanto par como energa le llegue desde el sistema de
control. Puede alcanzar altas revoluciones, y lo mejor, es reversible. Puede emplear energa
elctrica para inmediatamente despus recuperarla en procesos de detencin y adems
hacerlo de forma controlada actuando sobre la excitacin del inductor del motor.
Las escobillas y el colector de delgas se han sustituido por unos rodamientos especiales y un
pequeo circuito de control electrnico portado en el rotor. Este circuito gestionar la energa
que llega a travs de ambos rodamientos y decidir, en funcin de la posicin del rotor
respecto del estator y del rgimen de funcionamiento, qu par de polos elctricos ha de
excitar atendiendo a la informacin magntica que obtiene a travs de un detector de posicin
por efecto Hall o similar.
El circuito de control electrnico tendr una alta capacidad de conmutacin para conseguir
velocidades elevadas, y puede incorporar tantas funciones adicionales programadas como sea
necesario. El sistema de control bsicamente realizar la conmutacin que antes haca un par
de escobillas sobre el colector de delgas. El control de la mquina en modo directo a corriente
continua (generador o motor) ser todo o nada por lo que no se necesitar modulacin de
potencia y las prdidas energticas se minimizan.
Trabaja tanto en modo motor, como generador, con cualquier configuracin requerida en
funcin del rgimen de trabajo o el tipo de vehculo. La mquina ahora es ms ligera puesto se
eliminan los soportes de las escobillas, el pesado colector de delgas y no necesita bobinados de
compensacin para reducir el desfase de la lnea neutra magntica con respecto de la lnea
geomtrica, porque ahora el sistema de control alimenta los pares de polos del rotor en
funcin del campo magntico que crea el bobinado del estator (inductor), y no importa que
este vare su

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