Microfabricación, ensamblaje y ensayo de micropiezas y conjuntos electromagnéticos para integración en motores eléctricos de tamaño reducido

Resumen

Esta tesis describe el desarrollo de una serie de novedosas técnicas de fabricación de componentes característicos de microactuadores electromagnéticos de altas prestaciones. Dichos desarrollos han resultado finalmente en la construcción de un microactuador para su uso potencial en herramientas quirúrgicas dentro del proyecto europeo H2020 UWIPOM2. Entre los procesos de microfabricación desarrollados, cabe destacar el uso de corte y fresado láser refrigerado mediante fluido para la fabricación de microimanes sinterizados de Sm2Co17 con altas prestaciones magnéticas. Este nuevo proceso de fabricación, ha permitido la fabricación de imanes de tan solo 65 µm de espesor y longitudes características entre 65 µm y 230 µm. Al mismo tiempo, se ha logrado mantener las prestaciones electromagnéticas de sus homólogos macroscópicos por primera vez, observándose una alta remanencia de 1.19 T de (BR) y 880 kA/m de coercividad (HC). También se han desarrollado y demostrado procesos de microfresado por control numérico de aleaciones basadas en hierro- cobalto, empleando en el proceso fresas de entre 50 µm y 250 µm de diámetro. Como resultado, se han logrado micromecanizados como alojamientos para imanes, yugos y microcomponentes 2D recortados a partir de láminas de aleaciones ferromagnéticas de FeCo-2V. Por último se han elaborado microbobinados de tan solo 140 µm de longitud y 4 capas usando un cable de 20 µm con un factor de llenado final de 60.6 % sobre núcleos ferromagnéticos de 120 µm de diámetro. Al mismo tiempo que se han desarrollado estas técnicas de microfabricación, se han explorado nuevas configuraciones y topologías para actuadores electromagnéticos de diverso tamaño en busca de la optimización de prestaciones en términos de par y potencia específicos. Gracias a la puesta a punto de estas técnicas y la optimización de los diseños, se han fabricado y ensayado una serie de piezas y subensamblajes característicos de actuadores electromagnéticos de altas prestaciones. Finalmente, se ha construido un prototipo completamente funcional de un micromotor síncrono sin escobillas de imanes permanentes de tan solo 0.4 mm de diámetro y se ha analizado experimentalmente su funcionamiento.