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Motor LRK

Un motor LRK es un motor con un diseño de bobinado en particular, obtener un maximo de aprovechamiento del magnetismo para un estator y rotor dado. LRK son las siglas de los inventores de este esquema de bobinado: Lucas, Retzback y Kuhfuss.

Mientras mas flujo magnetico se genere en las bobinas, mas par motor es posible obtener pero las RPMs son menores. Esto no significa que un motor LRK no pueda funcionar tambien a altas vueltas. Son capaces de obtener un maximo satisfactorio de RPMs, estando este limitado por los variadores de velocidad (mas adelante veremos por que).

Para la construccion de un motor LRK "puro" necesitaremos un estator de 12 polos, ya no nos serviran los obtenidos desde las lectoras de CD-ROM porque estos son tipicamente de 9 polos. En cambio si podremos usar los de los discos rigidos. Lo mas significativo es el esquema de bobinado ya que no se bobinan los 12 dientes sino solo 6 de ellos, teniendo esto algunas ventajas, como por ejemplo, al no tener una bobina adyacente como ocurre con uno de 9 polos podremos ponerle varias espiras mas con un alambre grueso.


Bobinado de un motor LRK

Si se estudia el diagrama notaran que cada fase esta bobinada con dos partes donde la direccion del bobinado es diferente. El objetivo de esto es que cuando circule la corriente en una parte de la bobina genera en la parte exterior un polo N, mientras que la otra parte genera el S. Es muy importante bobinarlo bien para que funcione el motor correctamente!

LRK en estrella

Para la coneccion en estrella, debe tenerse en cuenta el principio y el final de cada bobinado, de esta forma el diagrama en estrella seria el siguiente:


Se conectan todos los finales

LRK en triangulo


LRK conectado en triangulo

El motor LRK es muy popular en europa y esto se debe a que los planos para construirlo existen desde antes que aparezcan esos que utilizan motores de CD-ROM. Los LRK son normalmente construidos por constructores mas avanzados de motores ya que requieren buen trabajo en el torno. Un estator de 12 polos interesante es mas grande que uno de CD-ROM resultando en materiales hechos manualmente. Se han logrado motores de alrededor de 2KW de potencia!

Funcionamiento

Una vez conocido el esquema de bobinado del LRK, veamos de cerca como es que funciona el rotor. El principio de giro es exactamente el mismo que el de un motor de CD-ROM.

Un variador de velocidad tiene tres alambres desde donde se conecta el motor. Esos tres cables llevan el control de como circulara la corriente por el motor, gracias al encendido y apagado de los FETs que tiene el variador. La corriente entonces circulara en 6 direcciones especificas una y otra vez.

Mirando desde los terminales del estator A, B y C, la corriente fluye como se muestra en la siguiente imagen (para entenderla mas facilmente se eligio un esquema en estrella):


1: Desde A a B
2: Desde C a B
3: Desde C a A
4: Desde B a A
5: Desde B a C
6: Desde A a C
(vuelve al comienzo)

A esta serie de pasos, se la conoce como secuencia de conmutacion, o simplemente conmutacion. Entonces si aplicamos la conmutacion a los bobinados del motor podremos imaginar los polos magneticos que se generan alrededor del estator.

En el siguiente esquema vemos que si la corriente va desde A hasta B, circulara por la bobina del diente 1 creando un polo N magnetico, luego saltara hasta el diente 7 creando un polo S ya que son bobinados opuestos.

La corriente pasa por el nodo comun (donde se unen las 3 bobinas) hasta el diente 3 y una vez mas genera un polo N, para terminar pasando por el diente 9 generando otro S y cerrando el circuito.


Corriente desde A hasta B

Entonces, aplicando la secuencia de conmutacion entera, veremos el campo magnetico rotativo alrededor del estator. Notaran que se requieren 6 ciclos del variador para obtener a la salida un giro del campo magnetico.



Con el motor alimentado completamente por el variador de velocidad, el rotor se posicionara en la posicion determinada, el mismo consta de 14 imanes donde cada uno es un polo diferente, siendo atraido o repelido por las bobinas.

Lo interesante de esto es que cada vez que cambia el flujo de corriente el rotor solo gira 8.75 grados, esto hace que sean 42 de estos pasos por RPM del rotor. Otra forma de verlo es que el campo magnetico esta girando 7 veces mas rapido que el rotor. Es aqui donde interviene el termino "relacion de giro" y notamos que para este caso tenemos una relacion de giro de 7:1.

Si lo comparamos con una caja de cambios, no se trata de exactamente lo mismo, pero cumple la misma funcion. Al lograr que el rotor gire 7 veces mas lento, aumentamos el par motor (bajan las RPM/V), exactamente como el primer cambio en un auto, cigueñal a muchas vueltas, pocas vueltas en la rueda.

El motor LRK tambien es comun que use 10 imanes, cuando esto es asi; es el mismo principio de mas arriba, el rotor gira mas lento que el campo magnetico de las bobinas, pero esta vez con una relacion de 5:1 ya que cada paso genera un cambio de 12 grados. Conclusion, bajamos el par motor y aumentamos las RPMs con respecto al de 7:1.

Este cambio de relacion no es exclusivo de un estator de 12 polos, se pueden lograr diferentes relaciones de giro con un estator bobinado de 9 polos. En este caso no se trata de un motor LRK, solo de un motor brushless comun, con una relacion de giro diferente a 1:1. (Ver motor mini-LRK)

Con un motor de CD-ROM, podriamos usar 6 o 12 polos pagneticos, logrando una relacion de 3:1 o de 6:1 respectivamente.

Una vez comprendido el tema de las relaciones de giro y los bobinados, veamos la siguiente tabla donde solo algunos funcionan bien (ver colores)
Dientes
Polos
3
6
9
12
15
18
red.
2
ABC
ABCabc
AacBBaCCb AAccBBaaCCbb
AAACCbbb
 mmaaCCCbb
AAAcccBBBm
maaaCCCbbb
1
4
ABC
ABCABC
ABaCAcBCb
AcBaCbAcBaCb
AAcBaCCbm
mAcBBaCb
AAcBBaCCbm
mAAcBBaCCb
2
6

 
ABCABCABC
   
AcBaCbAcBm
maCbAcBaCb
3
8
ABC
ABCABC
AaABbBCcC
ABCABCABCABC
AcaCABabm
mABCbcBc
ABaCAcBCbm
mABaCacBCb
4
10
ABC
 AbCaBc
AaABbBCcC
AabBCcaABbcC
A-b-C-a-B-c
 ABCABCABm
mCABCABC
AcabABCbcm
maCABabcBC
5
12
 
ABCABCABC


ABCABCABC
mABCABCABC
6
14
ABC
 AcBaCb
ACaBAbcBc
AacCBbaACcbB
A-b-C-a-B-c
 AaAaABbBm
mbBCcCcC
 AabcCABbcm
maABCcabBC
7
16
ABC
ABCABC
AAbCCaBBc ABCABCABCABC
AaAaACcCm
mcCBbBbB
AaABbBCcCm
mAaABbBCcC
8

A = Bobinado sentido reloj       a = Bobinado sentido contrario reloj      - = diente sin bobinar

Como ejemplo -- AaBbCc -- Significa
  • fase/alambre 1: Bobinar en diente 1 sentido reloj, continuar en el diente 2 bobinando sentido contrario al reloj.
  • fase/alambre 2: Bobinar en diente 3 sentido reloj, continuar en el diente 4 bobinando sentido contrario al reloj.
  • fase/alambre 3: Bobinar en diente 5 sentido reloj, continuar en el diente 6 bobinando sentido contrario al reloj.
Colores:
  • Gris = No funciona
  • Azul = buena combinacion
  • Blanco = funciona ...
  • Rojo = funciona, pero no funciona bien
Otra alternativa para un estator de 12 dientes y un rotor de 12 imanes seria:
AaBbCcAaBbCcAaBbCc
   o   A-B-C-A-B-C-A-B-C

Para el LRK vemos la columna para el estator de 12 dientes, bajamos hasta los 10 o 14 imanes, veremos A-b-C-a-B-c. Recordemos que los "-" significan dientes sin bobinar.