Diseño conceptual de un motor brushless y su controlador enfocado en la optimización de su peso y entrega de potencia para el uso en bicicletas eléctricas

Abstract

RESUMEN EJECUTIVO La movilidad eléctrica ha generado una creciente demanda de motores de corriente continua sin escobillas (BLDCM – Brushless DC Motors) debido a sus características de alta eficiencia y bajo mantenimiento que los hace ideales para aplicaciones como las bicicletas eléctricas. En este contexto, es necesario explorar cómo optimizar la entrega de torque de estos motores ampliamente utilizados. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un diseño conceptual optimizado de motor BLDC que mejore el torque sin comprometer la eficiencia energética. En función de lo planteado, se realizó una revisión bibliométrica que permitió identificar los parámetros y metodologías de alto impacto en la optimización de los BLDCM. Luego se realizaron simulaciones basadas en el método de elementos finitos (FEM) para modelar y ajustar parámetros específicos del motor, enfocándose en la geometría del estator. Estas simulaciones fueron ejecutadas en el software ANSYS Electronics. Posteriormente, se analizó el controlador para la operación de este motor considerando la selección de los componentes de la electrónica de potencia, tales como los transistores tipo MOSFETs, que son esenciales para la conmutación de las bobinas y la estabilidad del sistema. Los resultados obtenidos evidencian que la optimización de la geometría del motor y la selección de los componentes del controlador permiten mejorar la entrega de torque del motor en un porcentaje alrededor del 20%. Además, la configuración resultante ofrece una solución que puede ser implementada en sistemas de movilidad eléctrica. El desarrollo de este proyecto resalta la efectividad de la simulación basada en elementos finitos aplicado en motores eléctricos y la importancia de la selección adecuada de los componentes electrónicos, brindando una base técnica para una futura construcción de este diseño conceptual