Los motores eléctricos son una fuente de energía imprescindible en nuestra vida cotidiana y en las actividades industriales. Se utilizan en una amplia variedad de ámbitos, desde electrodomésticos hasta maquinaria industrial, pasando por equipos médicos y aparatos de precisión. Sin embargo, puede que no haya mucha gente que entienda de forma sistemática cómo funcionan los motores eléctricos ni qué tipos hay.
En este artículo te explicamos de forma sencilla, para que los ingenieros lo entendáis fácilmente, el funcionamiento básico de los motores eléctricos, sus principios de funcionamiento, su evolución histórica y los principales tipos. Si estás pensando en elegir un motor para el desarrollo de un producto, este contenido te servirá para repasar los conceptos básicos y dar el primer paso hacia la elección del producto más adecuado.
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Funcionamiento básico y principios de funcionamiento de los motores eléctricos
Un motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en movimiento giratorio mecánico, y su principio de funcionamiento está estrechamente relacionado con las leyes de la física. A la hora de elegir un motor para aplicaciones industriales, es fundamental entender bien cómo funciona.
Si entiendes cómo el motor eléctrico convierte la electricidad en fuerza, así como su estructura básica y su mecanismo de funcionamiento, podrás elegir el motor adecuado a la hora de desarrollar un producto.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- ¿Qué es un motor eléctrico?
- Estructura básica de un motor eléctrico
- El principio de funcionamiento de los motores eléctricos
Si entiendes estos conceptos básicos, tendrás la información que necesitas para elegir el motor más adecuado a la hora de desarrollar un producto.
¿Qué es un motor eléctrico?
El término «motor eléctrico» es un nombre genérico para los dispositivos que convierten la energía eléctrica en energía mecánica. En japonés se llama «denki-ki» y genera movimiento giratorio aprovechando la interacción entre el campo magnético y la corriente eléctrica.
Según diversos estudios, los sistemas de accionamiento por motor representan aproximadamente el 50 % del consumo eléctrico mundial. Como componentes clave que sustentan la sociedad moderna, se utilizan en todo tipo de ámbitos, desde electrodomésticos hasta maquinaria industrial, pasando por equipos médicos y aparatos de precisión.Su tamaño varía ampliamente, desde micromotores de unos pocos milímetros hasta grandes motores industriales de varios metros, y su potencia abarca desde unos pocos milivatios hasta varios megavatios. A la hora de desarrollar un producto, elegir el motor adecuado para cada aplicación es clave para el rendimiento general del equipo.
Estructura básica de un motor eléctrico
Los motores eléctricos se componen principalmente de dos piezas fundamentales. (En algunos motores, las funciones de estas piezas varían, como se indica a continuación.)
| Nombre de la pieza | Función y características |
| Est ator | La parte fija que no gira. Su función es generar un campo magnético y está compuesto por imanes permanentes o bobinas (electroimanes). |
| Rot or | La parte que gira dentro del campo magnético. Tiene bobinas y, al hacer pasar corriente, genera un campo magnético. |
Entre el estator y el rotor hay un pequeño espacio llamado «entrehila», y es a través de este espacio por donde se transmite la fuerza magnética. Aunque la estructura del estator y del rotor varía según el tipo de motor, el principio básico —que consiste en obtener fuerza de rotación mediante la interacción de los campos magnéticos— es el mismo en todos los casos.
El principio de funcionamiento de los motores eléctricos
El motor eléctrico gira gracias a la fuerza de Lorentz, que se genera al hacer pasar corriente por un conductor (bobina) situado en un campo magnético. Cuando el campo magnético y la corriente son ortogonales, se genera una fuerza en una dirección perpendicular a ambos. La dirección de esta fuerza se calcula con la regla de la mano izquierda de Fleming.Aprovechando esta fuerza, se genera un par en el rotor, lo que permite que gire de forma continua.
En el caso de los motores con escobillas, el rotor sigue girando en una misma dirección gracias a que el conmutador y las escobillas cambian la dirección de la corriente en el momento adecuado. La velocidad de giro del rotor se puede controlar ajustando la tensión o la intensidad de la corriente que se le suministra.
Además, la magnitud del par (fuerza de rotación) que se genera varía en función del número de espiras de la bobina montada en el rotor y de la intensidad del imán. Al optimizar estos elementos, se pueden diseñar motores con prestaciones adaptadas a cada aplicación.
Historia y evolución de los motores eléctricos
La historia del motor eléctrico se remonta a principios del siglo XIX y ha ido evolucionando, con continuas innovaciones tecnológicas, desde la época de la Revolución Industrial hasta nuestros días. La tecnología de los motores, que se investigó como nueva fuente de energía para sustituir a la máquina de vapor, se hizo realidad gracias al esfuerzo de muchos inventores e investigadores.
Desde entonces se han ido introduciendo mejoras continuas, lo que ha llevado a la evolución de los motores de alto rendimiento que conocemos hoy en día. Si entiendes esta evolución histórica, te quedará claro qué retos ha resuelto la tecnología moderna de los motores.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Los inicios del motor eléctrico (décadas de 1820 a 1880)
- El camino hacia la aplicación práctica (década de 1880 a principios del siglo XX)
- La evolución hacia la tecnología moderna de los motores
La tecnología de los motores, que se investigó como nueva fuente de energía para sustituir a la máquina de vapor, se hizo realidad gracias al esfuerzo de muchos inventores e investigadores, y ha evolucionado hasta convertirse en los motores de alto rendimiento que conocemos hoy en día.
Los inicios del motor eléctrico (décadas de 1820 a 1880)
En 1821, el científico británico Michael Faraday descubrió los principios básicos del motor y el generador. Faraday observó el fenómeno por el que un conductor por el que circula corriente se mueve dentro de un campo magnético, y demostró así el principio de la rotación electromagnética.En 1831 descubrió la ley de la inducción electromagnética, que sentó las bases para el posterior desarrollo de los motores. Esta ley explica el fenómeno por el que un cambio en el campo magnético genera corriente, y es el principio básico que se aplica tanto a los generadores como a los motores.
En 1834, el estadounidense Thomas Davenport fabricó un motor de corriente continua alimentado por batería, dando así el primer paso hacia la creación de motores prácticos. Davenport consiguió hacer funcionar una imprenta con un pequeño motor eléctrico, demostrando así al mundo el potencial de la energía eléctrica.
Esta época fue un momento clave en el que se desentrañó científicamente la relación entre la electricidad y el magnetismo y se sentaron las bases de la tecnología de los motores.
El camino hacia la aplicación práctica (década de 1880 a principios del siglo XX)
En 1888, Nikola Tesla inventó el motor de inducción de corriente alterna bifásica, lo que marcó el inicio de la era de los motores prácticos. Tras la disputa entre Tesla y Thomas Edison, conocida como la «guerra de la corriente», el sistema de transmisión de corriente alterna se convirtió en la norma.
Aunque Edison defendía el sistema de corriente continua, el de corriente alterna ofrecía una ventaja abrumadora para el transporte de electricidad a larga distancia, ya que permitía variar la tensión a voluntad mediante transformadores. El sistema de corriente alterna era ideal para el transporte de electricidad a larga distancia y supuso un punto de inflexión para la rápida expansión del uso industrial de los motores.
En la Exposición Universal de Chicago de 1893 se adoptó el sistema de transmisión de corriente alterna, y sus ventajas se reconocieron ampliamente. Los motores de corriente alterna desempeñaron un papel fundamental como fuente de energía para la iluminación y los equipos de exposición del recinto, lo que dejó una profunda impresión en los visitantes sobre el futuro de la tecnología eléctrica.
A partir de este momento, el uso de motores en el sector industrial —como las fábricas y el transporte— se generalizará de verdad, y la transición hacia una sociedad eléctrica se acelerará.
La evolución hacia la tecnología moderna de los motores
Al entrar en el siglo XX, la tecnología de los motores se diversificó aún más y su rendimiento mejoró considerablemente. Los avances en la ciencia de los materiales y la ingeniería electrónica impulsaron en gran medida la mejora del rendimiento de los motores. Las principales líneas de innovación tecnológica son las siguientes:
[Puntos clave de la evolución de la tecnología moderna de los motores]
- La llegada de los potentes imanes permanentes (como los de neodimio)
- Lograr un tamaño reducido y una mayor eficiencia
- Desarrollo de motores especializados para usos específicos
- La fusión con la tecnología de control electrónico
Sobre todo, la llegada de los imanes permanentes potentes, como los de neodimio, ha permitido desarrollar motores pequeños pero de gran potencia. Los imanes de neodimio, inventados y puestos en práctica en los años 80, tienen una fuerza magnética (producto de energía) aproximadamente 10 veces mayor que los imanes de ferrita tradicionales, lo que supuso una revolución en la miniaturización de los motores.
En los últimos años, se han ido introduciendo uno tras otro motores especializados para distintos usos, como los motores sin núcleo o los motores sin escobillas, que están ampliando su ámbito de aplicación en los sectores de los dispositivos médicos y la instrumentación de precisión. Al combinarlos con los avances en la tecnología de semiconductores, ahora también se puede lograr un control de los motores más preciso y eficiente.
Principales tipos y características de los motores eléctricos
Los motores eléctricos se clasifican en muchos tipos según su sistema de accionamiento y su estructura. A grandes rasgos, se dividen en motores de corriente continua (CC) y de corriente alterna (CA), y dentro de cada uno de ellos hay subcategorías que se diferencian por diversas características estructurales, como con escobillas o sin escobillas, con núcleo de hierro o sin núcleo (sin núcleo).
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Diferencias entre los motores de corriente continua y los de corriente alterna
- Motores con escobillas y motores sin escobillas
- Características y aplicaciones industriales de los motores sin núcleo
Cada motor tiene sus propias características, y elegir el tipo más adecuado según el uso y el rendimiento que se busque es clave para que el desarrollo del producto sea un éxito.
Diferencias entre los motores de corriente continua y los de corriente alterna
Los motores eléctricos se clasifican, según el tipo de alimentación, en motores de CC (corriente continua) y motores de CA (corriente alterna). Si entiendes las características de ambos, podrás elegir el motor más adecuado para el desarrollo de tu producto.
Los motores de corriente continua ofrecen una excelente capacidad de control y son ideales para aplicaciones en las que se requiere un ajuste preciso de la velocidad y el posicionamiento. Como la velocidad de rotación se puede ajustar simplemente variando la tensión, el diseño de los circuitos de control también resulta relativamente sencillo.
Por otro lado, los motores de corriente alterna tienen una estructura sencilla y son muy duraderos, por lo que se utilizan mucho en la maquinaria industrial. Otra ventaja es que, al poder conectarse directamente a la red eléctrica, permiten reducir los costes de funcionamiento en instalaciones de gran tamaño.
| Tema | Motores de corriente continua | Motor de CA |
| Fuente de alimentación | Fuente de alimentación de corriente continua (batería, fuente de alimentación CC) | Fuente de alimentación de CA (red eléctrica) |
| Control | Es fácil ajustar la velocidad con precisión | Se necesita un variador para el control |
| Estructura | Bastante compleja (comutador, escobillas) | Sencillo y robusto |
| Usos principales | Equipos de precisión, dispositivos médicos, dispositivos móviles | Maquinaria industrial, electrodomésticos, bombas |
| Mantenimiento | Hay que cambiar las escobillas (si lleva escobillas) | No requiere mantenimiento |
Elige el motor más adecuado teniendo en cuenta el uso y las condiciones de alimentación.
Motores con escobillas y motores sin escobillas
Los motores de corriente continua se clasifican en dos tipos según el sistema de conmutación de la corriente: con escobillas y sin escobillas.
| Elemento | Motores con escobillas | Motor sin escobillas |
| Sistema de conmutación de corriente | Conmutación mecánica mediante escobillas y colector | Conmutación eléctrica mediante circuitos electrónicos |
| Modo de control | Sencillo (solo control de tensión) | Se necesita control electrónico |
| Vida útil | Es corta debido al desgaste de las escobillas | No tiene piezas que se desgasten, así que dura mucho tiempo |
| Mantenimiento | Hay que cambiar los cepillos periódicamente | No requiere mantenimiento |
| Eficiencia | Un poco baja (pérdidas por fricción) | Alta eficiencia |
| Ruido | Se produce ruido eléctrico | Se produce poco ruido eléctrico |
| Coste | Bajo coste | Un poco caro |
Los motores con escobillas son fáciles de controlar y económicos, pero su vida útil es limitada debido al desgaste de las escobillas. Los motores sin escobillas tienen una vida útil más larga y son más eficientes, pero necesitan un circuito de control electrónico. Dependiendo del uso que le vayas a dar, debes elegir el motor teniendo en cuenta la facilidad de mantenimiento, la vida útil y el nivel de ruido, entre otras cosas.
Características y aplicaciones industriales de los motores sin núcleo
Los motores sin núcleo (motores sin núcleo de hierro) tienen unas características excelentes, diferentes a las de los motores convencionales, ya que su rotor carece de núcleo de hierro.
[ Principales características de los motores sin núcleo]
- Gira sin tirones y con suavidad
- Diseño compacto y ligero
- Alta eficiencia y bajo consumo
- Respuesta rápida gracias a un momento de inercia bajo
- Se puede poner en marcha a baja tensión
Gracias a estas características, se utilizan ampliamente en algunos campos que requieren un control de alta precisión, como los dispositivos médicos (cámaras endoscópicas, taladros quirúrgicos, bombas), los equipos de precisión (accionamiento de lentes de cámara, mecanismos de enfoque automático), los robots industriales y los dispositivos de seguridad (cerraduras electrónicas, cerraduras inteligentes), entre otros.
En especial, la característica «cogging-free» supone una gran ventaja en equipos ópticos y médicos, en los que las vibraciones son indeseables. Al no tener núcleo de hierro, es menos probable que se produzca saturación magnética y se consigue una respuesta lineal en función de la corriente de entrada, lo que permite un control preciso.
Además, como el momento de inercia del rotor es pequeño, la respuesta al arrancar y parar es rápida, por lo que es ideal para aplicaciones que requieren aceleraciones y desaceleraciones frecuentes. Su uso se está extendiendo cada vez más como motor que responde a las necesidades industriales actuales, que exigen productos más compactos y de menor consumo energético.
Resumen
Un motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica y genera movimiento giratorio gracias a la interacción entre el campo magnético y la corriente eléctrica. Desde los inventos de Faraday y Tesla en el siglo XIX, ha seguido evolucionando como una tecnología clave que ha impulsado la Revolución Industrial, y hoy en día se utilizan una gran variedad de motores según cada aplicación.
Los motores de corriente continua y de corriente alterna, con escobillas y sin escobillas, sin núcleo y con núcleo, etc., tienen cada uno sus propias características, y elegir el más adecuado según el rendimiento que se busque y el entorno de uso es clave para que el desarrollo del producto sea un éxito. En particular, los motores sin núcleo no presentan efecto de dentado y ofrecen una excelente capacidad de respuesta a alta velocidad, por lo que son ideales para aplicaciones de control de precisión en los sectores médico, industrial, óptico y de seguridad.
Información sobre productos y consultas
Puedes consultar más detalles sobre los micromotores de C.I. Takiron en la siguiente página web.
- Página web del producto: https://cik-ele.com/
- Motores sin núcleo: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Motores sin escobillas: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Motorreductor: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codificador: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Si tienes alguna duda a la hora de elegir un motor pequeño para el desarrollo de tus productos, no dudes en ponerte en contacto con nosotros a través del formulario de consulta. Nuestro equipo técnico analizará el uso y los requisitos que necesitas y te propondrá la solución más adecuada.
- Consultas: https://cik-ele.com/contact/
