Los motores de corriente continua sin escobillas se están implantando cada vez más en una amplia gama de sectores, desde la maquinaria industrial hasta los dispositivos médicos. Al resolver los problemas que presentaban los motores de corriente continua con escobillas tradicionales y ofrecer características excelentes como una larga vida útil, alta eficiencia y bajo nivel de ruido, están llamando mucho la atención en el ámbito del desarrollo de productos.
Sin embargo, seguro que hay muchos ingenieros que piensan: «No acabo de entender bien la estructura ni el principio de funcionamiento de los motores sin escobillas de corriente continua» o «Me gustaría saber qué ventajas tienen realmente y para qué usos son adecuados».
En este artículo te explicamos de forma sistemática todo lo que un ingeniero debe saber sobre los motores sin escobillas de corriente continua: desde su estructura básica hasta su principio de funcionamiento, pasando por sus cuatro ventajas principales y sus aplicaciones concretas. Esperamos que te sirva de ayuda a la hora de elegir un motor.
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¿Qué es un motor sin escobillas de corriente continua? Estructura básica y principio de funcionamiento
Los motores de corriente continua sin escobillas son motores que no usan escobillas ni colector, sino que conmutan la corriente mediante componentes semiconductores, y cuentan con bobinas en el estator e imanes permanentes en el rotor.Aunque necesitan un circuito de control específico para funcionar, al no tener escobillas ni colector, no se produce desgaste por contacto ni chispas, lo que mejora mucho su vida útil, fiabilidad y eficiencia.
Aquí te explicamos con detalle su estructura, cómo funciona y en qué se diferencia de un motor de corriente continua con escobillas.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Estructura de los motores de CC sin escobillas
- Principio de funcionamiento y método de accionamiento
- Comparación estructural con un motor de corriente continua con escobillas
Al entender cada uno de estos elementos, quedan claras las ventajas de los motores de CC sin escobillas.
Estructura de los motores de corriente continua sin escobillas
Los motores de corriente continua sin escobillas están formados por un estator, que está hecho de bobinas, y un rotor, en el que hay imanes permanentes. Como no tienen escobillas ni colector, la corriente se controla mediante sensores de polos magnéticos y un circuito de accionamiento.
Cuando se hace pasar corriente por las bobinas del estator, se genera un campo magnético y, gracias a la interacción magnética con los imanes permanentes del rotor, se produce una fuerza de giro. Como tiene pocos componentes y se puede hacer más pequeño, y como no necesita escobillas ni conmutador, no se produce desgaste por contacto ni chispas en las partes por las que pasa la corriente, lo que mejora mucho su vida útil, fiabilidad y eficiencia.
Principio de funcionamiento y método de accionamiento
Se detecta la posición de los polos magnéticos del rotor mediante un sensor de polos y se mantiene la rotación conmutando secuencialmente la corriente que llega a las bobinas del estator mediante un interruptor semiconductor. Al controlar con precisión el momento de la conmutación de la corriente, se consigue una rotación a alta velocidad y una entrega de par suave.
Para el accionamiento es imprescindible un circuito de control específico, que gestiona la activación y desactivación de la corriente mediante un microcontrolador o un circuito integrado de control. La precisión en la conmutación de la corriente, gracias al control electrónico, es lo que hace posible el alto rendimiento de los motores de corriente continua sin escobillas.
Comparación estructural con un motor de corriente continua con escobillas
Los motores de corriente continua con escobillas tienen bobinas en el rotor e imanes en el estator, y la corriente se conmuta mediante las escobillas y el colector. Por su parte, los motores de corriente continua sin escobillas tienen una configuración inversa y utilizan un control electrónico mediante semiconductores.
Como no hace falta usar escobillas ni colectores, no se produce desgaste por contacto ni chispas en las partes por las que pasa la corriente, lo que permite alargar la vida útil y reducir el ruido. Aunque el coste aumenta un poco porque hace falta un circuito de control, el hecho de que no necesite mantenimiento y funcione de forma estable durante mucho tiempo es un gran atractivo.
Las cuatro ventajas principales de los motores sin escobillas de corriente continua
Los motores de corriente continua sin escobillas resuelven los problemas que tenían los motores de corriente continua con escobillas tradicionales gracias a su diseño sin escobillas ni colector. Las cuatro ventajas principales son: ① mayor vida útil, ② menos ruido eléctrico, ③ tamaño y peso reducidos, y ④ mayor eficiencia en la conversión de energía.
Gracias a estas características, cada vez se utilizan más en una amplia gama de aplicaciones, como en equipos industriales que requieren un funcionamiento continuo o en dispositivos médicos que necesitan un control de alta precisión.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Ventaja 1: Mayor vida útil
- Ventaja 2: Reducción del ruido eléctrico
- Ventaja n.º 3: Tamaño reducido y peso ligero
- Ventaja n.º 4: alta eficiencia en la conversión de energía
Veamos qué valor aportan cada una de estas ventajas al desarrollo de productos.
Ventaja 1: mayor vida útil
Como no hay desgaste de las escobillas ni del colector, los motores de CC sin escobillas duran más de diez veces que los motores de CC con escobillas. Mientras que los de escobillas tenían una vida útil de entre mil y varios miles de horas, los motores de CC sin escobillas pueden funcionar de forma continua durante decenas de miles de horas.
Como la frecuencia de mantenimiento se reduce considerablemente, es muy apreciado en aplicaciones en las que se requiere un funcionamiento estable durante largos periodos de tiempo, como en equipos industriales o médicos. Al reducir los costes de sustitución de piezas y las tareas de mantenimiento, también contribuirá a reducir los costes operativos a lo largo de todo el ciclo de vida.
Ventaja 2: Reducción del ruido eléctrico
Como no tiene contactos mecánicos y controla la corriente mediante semiconductores, no produce el ruido de chispas que se genera cuando las escobillas entran en contacto con el colector. Afecta muy poco a los dispositivos electrónicos de alrededor, por lo que es ideal para su uso en equipos médicos y de medición que requieren un control preciso.
Como también permite reducir el riesgo de errores de comunicación y fallos de funcionamiento, resulta especialmente ventajoso en aplicaciones que exigen una alta fiabilidad. Además, se puede esperar una reducción de las horas de trabajo de diseño dedicadas a las medidas contra el ruido eléctrico y del coste de los materiales de blindaje.
Ventaja n.º 3: Tamaño y peso reducidos
Como tiene pocas piezas necesarias, como las escobillas o el colector, el motor puede ser más pequeño y ligero. Aunque no hay una norma oficial al respecto, suele considerarse que los motores con un ángulo de montaje inferior a 90 mm son pequeños, por lo que son perfectos para integrarlos en carcasas compactas.
Además, contribuye a que todo el dispositivo sea más compacto, por lo que es ideal para usarlo en espacios reducidos, como en dispositivos móviles o aparatos médicos portátiles. Al ser más ligero, se reduce el esfuerzo que supone transportarlo e instalarlo, lo que también mejora la facilidad de uso del producto en general.
Ventaja 4: Alta eficiencia en la conversión de energía
Gracias a la miniaturización de los componentes, se ha reducido la cantidad de energía necesaria y hay productos que alcanzan una eficiencia de conversión energética superior al 90 %. Como consumen poca energía y tienen un excelente rendimiento energético, contribuyen a que los dispositivos alimentados por batería funcionen durante más tiempo y a reducir los costes de funcionamiento gracias al ahorro en la factura de la luz.
En un contexto en el que se exige la neutralidad en carbono, el uso de motores de alta eficiencia resulta eficaz como medida empresarial para reducir el impacto medioambiental. Al alargar la vida útil de las baterías, también se podrá reducir la frecuencia de sustitución y la cantidad de residuos.
Finalidad y ejemplos de uso de los motores de corriente continua sin escobillas
Las excelentes características de los motores de corriente continua sin escobillas se aprovechan en diversos sectores industriales. En los electrodomésticos, como lavadoras, aires acondicionados y aspiradoras, destacan por su larga vida útil y alta eficiencia, mientras que en el sector de la automoción se están adoptando cada vez más como servodirección eléctrica y motores de tracción.Además, en la robótica industrial se valora su resistencia para el funcionamiento continuo, y en los dispositivos médicos se están ampliando las aplicaciones que aprovechan sus características de tamaño reducido, alta velocidad de giro y bajo nivel de ruido.
Aquí te voy a mostrar los usos más habituales y algunos ejemplos concretos.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Aplicaciones en electrodomésticos
- Aplicaciones en maquinaria industrial y robótica
- Uso en dispositivos médicos y ópticos
Veamos cómo se utilizan los motores de corriente continua sin escobillas en cada campo.
Aplicaciones en electrodomésticos
Se utiliza mucho en electrodomésticos que funcionan de forma continua durante años, como lavadoras, aires acondicionados, ventiladores y aspiradoras. Se usa en productos como los siguientes:
[Ejemplos de aplicación en electrodomésticos]
- Motores de accionamiento para lavadoras y secadoras
- Ventiladores de aire acondicionado y ventiladores eléctricos
- Motor de desplazamiento y de aspiración de la aspiradora
- Las piezas giratorias de la batidora o licuadora
- El mecanismo de soplado de un secador de pelo
- El compresor del frigorífico
Su alta eficiencia, que permite reducir la factura de la luz, y su larga vida útil, que reduce la frecuencia de sustitución, son aspectos muy valorados por los consumidores, lo que está impulsando su difusión. En los productos que destacan su rendimiento energético, la incorporación de motores sin escobillas de corriente continua será sin duda una fuente de competitividad.
Aplicaciones en maquinaria industrial y robótica
En los robots industriales y los equipos de transporte de las plantas de fabricación, se da mucha importancia a la resistencia para el funcionamiento continuo y a una buena disipación del calor. Los motores sin escobillas de corriente continua ofrecen un rendimiento estable incluso tras un funcionamiento prolongado.
[Ejemplos de aplicación en maquinaria industrial]
- Accionamiento del brazo de un robot industrial
- Equipos de montaje para líneas de producción de automóviles
- Mecanismo de funcionamiento de un robot de preparación de pedidos
- Motor de propulsión de un AGV (vehículo de transporte autónomo)
- Mecanismo de avance de las máquinas-herramienta
- Sistema de transporte para equipos de fabricación de semiconductores
Incluso en líneas de producción que requieren un funcionamiento continuo durante largos periodos de tiempo, se valora mucho que funcionen de forma estable durante mucho tiempo sin necesidad de mantenimiento. Como la reducción del tiempo de inactividad se traduce directamente en una mejora de la productividad, es fundamental elegir motores que sean muy fiables.
Uso en dispositivos médicos y ópticos
Su uso se está extendiendo cada vez más en los campos de la medicina y la óptica, por ejemplo, en respiradores artificiales, limpiadores por pulsos para cirugía, taladros dentales y mecanismos de enfoque de endoscopios.Son pequeños y ligeros, permiten una rotación rápida y, al generar poco ruido y vibraciones, son ideales para aplicaciones que requieren un control de precisión. Además, contribuyen a mejorar la seguridad de los pacientes y constituyen una tecnología fundamental que respalda el avance de los dispositivos médicos.
En el ámbito de los equipos ópticos, se utilizan en aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso, como el mecanismo de enfoque automático de las cámaras, la corrección de la vibración de la mano o el accionamiento de las lentes de los microscopios. Como tienen poco par de cogging, permiten un funcionamiento suave y minimizan el impacto en la calidad de la imagen.
Resumen
Los motores sin escobillas de corriente continua son motores que, gracias a su diseño sin escobillas ni conmutador, ofrecen cuatro ventajas principales: larga vida útil, bajo nivel de ruido, tamaño y peso reducidos, y alta eficiencia. Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde electrodomésticos hasta equipos industriales y dispositivos médicos, y contribuyen a mejorar el rendimiento y el ahorro energético de los productos.
Como no se necesitan escobillas ni colector, no se produce desgaste por contacto ni chispas en las partes conductoras, lo que mejora considerablemente la vida útil, la fiabilidad y la eficiencia.
Información sobre productos y consultas
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- 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/
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