Uno de los factores más importantes que determinan el rendimiento de un motor es el «bobinado». El bobinado consiste en enrollar alambres conductores, como los de cobre o aluminio, en forma de bobina; al hacer pasar corriente por ellos, se genera un campo magnético que, al interactuar con otros campos magnéticos (como los de imanes permanentes u otros bobinados), produce la fuerza de rotación del motor, por lo que se puede decir que es el corazón del mismo.En los motores que se utilizan en una amplia variedad de campos —desde motores industriales hasta equipos médicos, ópticos y de seguridad—, los materiales, los tipos, la forma de bobinado y el diseño del bobinado influyen directamente en el rendimiento, la eficiencia, la durabilidad y la fiabilidad.
En este artículo te explicamos de forma sistemática todo lo que debes saber como técnico B2B: desde los principios básicos del bobinado de motores hasta los tipos de materiales, los métodos de fabricación, los criterios de selección según el uso, la medición y el control de la resistencia, y los puntos clave para optimizar el diseño.Para los ingenieros que se dedican al diseño de motores y al desarrollo de productos, entender la tecnología de los bobinados es clave para elegir el motor más adecuado y sacar el máximo partido a su rendimiento.
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Conceptos básicos sobre el bobinado de motores y tipos de materiales
El bobinado de un motor consiste en enrollar en forma de bobina unos cables recubiertos de una capa aislante; al hacer pasar corriente por ellos, se genera un campo magnético y, gracias a la interacción de este campo, se produce la fuerza de rotación del motor.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Las tres funciones que cumplen los devanados en un motor
- Comparación del rendimiento entre los bobinados de cobre y los de aluminio
- Tipos de recubrimientos aislantes y criterios de selección
Los devanados se colocan en el estator y el rotor, y las técnicas para hacerlo varían mucho según el tipo de motor.Los materiales de los conductores son el cobre y el aluminio, y los recubrimientos aislantes pueden ser de poliuretano, poliéster o poliéster-imida, entre otros. La combinación de estos materiales y los recubrimientos aislantes es lo que determina el rendimiento y la fiabilidad del motor.
Las tres funciones que cumplen los devanados en un motor
En los motores, el bobinado cumple estas tres funciones importantes:
[Las tres funciones del bobinado]
- Generar un campo magnético haciendo pasar una corriente
- Se controlan la intensidad y la distribución del campo magnético para determinar el par y la velocidad de giro
- Disipar adecuadamente el calor generado (pérdidas por cobre)
La intensidad del campo magnético varía según el número de espiras y su disposición, por lo que es el factor más importante que determina el rendimiento del motor. Por ejemplo, si aumentas el número de espiras, el campo magnético se hace más fuerte y el par motor mejora, pero al mismo tiempo también aumenta la resistencia. Además, puedes ajustar las características de rendimiento mediante el valor del producto del diámetro del hilo al cuadrado por el número de espiras.En los dispositivos médicos y ópticos, la precisión de este diseño de bobinado influye directamente en la fiabilidad del producto.
Comparación del rendimiento entre los bobinados de cobre y los de aluminio
La elección del material de bobinado depende del uso del motor y de las prestaciones que se le exijan. A continuación te mostramos las principales características del bobinado de cobre y del de aluminio.
| Tema | Bobinas de cobre | Bobinas de aluminio |
| Conductividad eléctrica | Alta (resistividad de 1,68 × 10⁻⁸ Ω·m) | Aproximadamente el 60 % del cobre |
| Densidad | 8,9 | 2,7 (ligero) |
| Coste | alto | Bajo |
| Usos principales | Motores pequeños y de alto rendimiento | Motores grandes y para vehículos |
Tipos de recubrimientos aislantes y criterios de selección
A la hora de elegir el recubrimiento aislante, lo más importante es la temperatura del entorno de uso. A continuación te muestro las principales características de los recubrimientos aislantes.
| Tipos de recubrimiento | Temperatura de resistencia al calor | Clase de resistencia al calor | Características principales y usos |
| Poliuretano (UEW) | 120 ℃ | Clase E | Se puede soldar directamente; ideal para motores pequeños |
| Poliéster (PEW) | 155 ℃ | Clase F | Se usa mucho en motores de uso general |
| Poliéster-imida (EIW) | 180 ℃ | Clase H | Tiene una excelente resistencia al calor y se usa en motores de uso general resistentes al calor. |
Los cables de poliuretano se pueden soldar directamente y son adecuados para motores pequeños, aunque no son aptos para entornos con altas temperaturas.Los cables de poliéster se usan mucho en motores de uso general y tienen unas características equilibradas. Los cables de poliéster-imida tienen una excelente resistencia al calor y ofrecen un rendimiento estable incluso durante un funcionamiento continuo prolongado. Elegir el revestimiento aislante adecuado según el uso es un criterio clave que influye en la fiabilidad y la vida útil del motor.
Métodos de fabricación de bobinados para motores y cómo elegirlos según su uso
Para fabricar bobinados de motor, hay distintos métodos de bobinado y de fabricación, por lo que hay que elegir la opción adecuada tras entender las características de cada uno.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Comparación de las características de los bobinados distribuidos, concentrados y sin núcleo
- Cómo elegir entre el sistema de husillo, el sistema de voladizo y el enrollado por boquilla
- Requisitos de los bobinados para dispositivos médicos, ópticos y de seguridad
A continuación, te voy a explicar de forma sencilla los distintos métodos de bobinado, como el bobinado distribuido o el bobinado concentrado, así como los métodos de fabricación, como el sistema de husillo o el sistema de voladizo.
Comparación de las características del bobinado distribuido, el bobinado concentrado y el bobinado sin núcleo
Las características de rendimiento del motor varían mucho según el tipo de bobinado. A continuación te muestro las características de los tres tipos principales.
| Método de bobinado | Características | Ventajas | Usos principales |
| Bobina distribuida | Distribución del bobinado en varias ranuras | Campo magnético uniforme . Mínimas fluctuaciones de par . Reducción de vibraciones y ruido | Motores industriales de gran tamaño Equipos médicos |
| Bobinado concentrado | Concentra el bobinado en una sola espira | Mayor eficiencia en la producción Menor consumo de cable de cobre Reducción de costes | Motores para automóviles Motores pequeños |
| Bobinado sin núcleo | Estructura sin núcleo de hierro | Sin par de dentado Respuesta rápida Giro suave | Equipos médicos Equipos ópticos Equipos de precisión |
El bobinado distribuido distribuye el cableado por varias ranuras (surcos del núcleo magnético), lo que hace que el campo magnético sea uniforme y que haya menos fluctuaciones de par, por lo que es eficaz para reducir las vibraciones y el ruido.Por su parte, el bobinado concentrado, gracias a su estructura en la que el cableado se concentra en un solo diente (la protuberancia del núcleo de hierro), simplifica el proceso de bobinado y aumenta la eficiencia de producción; además, como se usa menos cable de cobre, se reducen los costes.El bobinado sin núcleo, que carece de núcleo de hierro, apenas produce efecto de dentado, lo que permite un giro suave; además, tiene un momento de inercia reducido y ofrece una excelente capacidad de respuesta a alta velocidad. Gracias a estas características, los motores sin núcleo de C.I. Takiron son productos idóneos para aplicaciones de precisión, como equipos médicos y ópticos.
Cómo elegir entre el sistema de husillo, el sistema de ala y el bobinado con boquilla
La elección del método de fabricación depende de la forma de la bobina, el volumen de producción y los requisitos de precisión.
【Principales métodos de fabricación】
- Método del husillo: se enrolla un hilo de cobre alrededor de un eje que gira a gran velocidad
- Sistema de voladizo: el voladizo (brazo) gira alrededor de un núcleo fijo
- Bobinado de boquillas: bobinado de precisión con maquinaria especializada
El método del husillo consiste en enrollar alambre de cobre alrededor de un eje que gira a alta velocidad, y es ideal para la producción en masa de alta eficiencia. El método del brazo giratorio, en el que el brazo gira alrededor de un núcleo fijo, permite trabajar con formas complejas y bobinas de gran diámetro, y se utiliza principalmente para el bobinado del rotor de los motores de conmutador.
Además, el bobinado con boquilla, que consiste en realizar un bobinado de precisión con maquinaria especializada, es una opción muy interesante para dispositivos médicos y ópticos que requieren una alta precisión. El tratamiento con barniz tras el bobinado no solo evita que se deforme por las vibraciones o el calor, sino que también mejora la resistencia mecánica y el aislamiento.
Requisitos para los bobinados destinados a dispositivos médicos, ópticos y de seguridad
Si entiendes los requisitos de bobinado según cada aplicación, podrás elegir el motor más adecuado. A continuación te mostramos los requisitos de los principales ámbitos.
| Ámbito | Requisitos de rendimiento | Requisitos técnicos | La respuesta de C.I. Takiron |
| Equipos médicos | Control de alta precisión | sin cogging: bajas vibraciones, bajo nivel de ruido y larga vida útil | Un motor sin núcleo que garantiza un giro suave |
| Equipos ópticos | AF de alta velocidad Corrección de movimiento | Respuesta rápida (en milisegundos) Precisión de posicionamiento (del orden de micrometros) | Control preciso gracias a un motor sin núcleo de alta respuesta |
| Equipos de seguridad | Funcionan con pilas Larga duración | Funcionamiento a baja tensión (1,0 V a 3,0 V) Ahorro de energía | Ofrecemos modelos que funcionan a partir de 1,0 V como mínimo |
En los dispositivos médicos se exige una rotación suave, prácticamente sin par de cogging, un control de velocidad de alta precisión, bajas vibraciones y bajo nivel de ruido, así como una larga vida útil. En los dispositivos ópticos, se necesita una respuesta rápida y precisión de posicionamiento para el autofoco de las cámaras y el accionamiento de las lentes.En los dispositivos de seguridad, es importante que funcionen con baja tensión (entre 1,0 V y 3,0 V) y que tengan una larga vida útil (para reducir la frecuencia de cambio de pilas). Los micromotores de C.I. Takiron incluyen modelos que funcionan a partir de 1,0 V, por lo que ofrecen la solución ideal para las necesidades de cada sector.
Medición de la resistencia de los devanados de los motores y optimización del diseño
La resistencia de los devanados del motor es el indicador más importante para evaluar el rendimiento y la calidad del motor.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Fórmulas para calcular la resistencia de los devanados y métodos de medición
- Variación de la resistencia debido al aumento de temperatura y diseño térmico
- Optimización del diseño de bobinados según el uso y posibilidades de personalización
La resistencia del bobinado viene determinada por la longitud del bobinado, el diámetro del hilo y la resistividad eléctrica del material, y afecta directamente a la corriente, el par, la generación de calor y el rendimiento del motor. Durante el proceso de fabricación se realizan pruebas de continuidad y mediciones de resistencia, y los márgenes de tolerancia se establecen según las especificaciones del producto, las normas y los criterios del fabricante.A modo de referencia, hay casos en los que se controla el valor de la resistencia en un margen de ±10 %. Además, como la resistencia del hilo de cobre aumenta aproximadamente un 4 % por cada 10 ℃ que sube la temperatura, es necesario un diseño de refrigeración adecuado. En el diseño, se optimizan de forma integral el material del bobinado, el número de vueltas, el diámetro del hilo, el método de bobinado, el revestimiento aislante y la gestión térmica, según el uso previsto.
Fórmulas para calcular la resistencia de los devanados y métodos de medición
Entender y medir con precisión la resistencia del bobinado es fundamental para el control de calidad de los motores. La resistencia del bobinado, R, se calcula con la siguiente fórmula:
[Fórmula para calcular la resistencia de un devanado]
R = ρ × L / A
ρ: resistividad eléctrica del material (Ωm)
L: Longitud del cable (m)
A: Sección transversal del cable (m²)
Si aumentas el número de espiras, la longitud del bobinado (L) aumenta y la resistencia se eleva; si aumentas el diámetro del cable, la sección transversal (A) aumenta y la resistencia disminuye. Por ejemplo, si comparas cables de cobre de 0,1 mm y 0,2 mm de diámetro con el mismo número de espiras, se calcula que la resistencia del segundo, cuya sección transversal es cuatro veces mayor, se reduce a aproximadamente una cuarta parte.
Una vez terminado el bobinado, medimos la resistencia con un multímetro digital o un milióhmetro para comprobar que coincide con los valores de diseño. Además, la comprobación del aislamiento mediante pruebas de resistencia a la tensión es un paso imprescindible para garantizar la calidad. En C.I. Takiron aseguramos una alta fiabilidad gracias a un estricto control de calidad.
Variación de la resistencia al aumentar la temperatura y diseño térmico
El aumento de temperatura mientras el motor está en marcha afecta mucho a su rendimiento y a su vida útil. La resistencia del cable de cobre tiene un coeficiente de temperatura de 0,004/℃, por lo que, si la temperatura sube 10 ℃, la resistencia aumenta aproximadamente un 4 %.
| Temperatura (℃) | Tasa de variación de la resistencia | Efecto sobre el rendimiento |
| 25 ℃ (referencia) | 100 % | Referencia |
| 50 ℃ | aprox. 110 % | Aumento de las pérdidas por cobre (I²R) de aproximadamente un 10 % |
| 75 ℃ | aprox. 120 % | Las pérdidas por cobre (I²R) aumentan un 20 % aproximadamente |
| 100 ℃ | aprox. 130 % | Aumento de las pérdidas por cobre (I²R) de aproximadamente un 30 % |
Como el porcentaje de disminución de la eficiencia varía en función de la proporción que representan las pérdidas en el cobre respecto a las pérdidas totales, la tabla anterior sirve como referencia para el aumento de las pérdidas en el cobre.Mientras el motor está en marcha, la corriente que pasa por el bobinado genera pérdidas por cobre que producen calor; a medida que sube la temperatura, aumenta la resistencia y baja el rendimiento. En entornos con altas temperaturas o en funcionamiento a alta carga, es imprescindible elegir un revestimiento aislante, como el hilo de poliéster-imida, que tenga una gran resistencia al calor, y diseñar un sistema de refrigeración con aletas disipadoras o ventiladores.Además, el tratamiento con barniz fija los devanados y evita que se deformen por la expansión térmica*. Como cada 10 °C que baja la temperatura duplica aproximadamente la vida útil, un diseño térmico adecuado está directamente relacionado con una mayor durabilidad del motor.
*En nuestra empresa hay productos para los que utilizamos el método de fijación.
Optimización del diseño de bobinas según el uso y soluciones a medida
Optimizar el diseño del bobinado según el uso permite sacar el máximo partido al rendimiento del motor. A continuación te mostramos las pautas de diseño para las principales aplicaciones.
| Usos | Método de bobinado | Tendencia del diámetro del hilo | Tendencia en el número de vueltas | Objetivos del diseño |
| de alto par (herramientas industriales) | Lo más habitual son los motores de CC con escobillas (de bobinado superpuesto y ondulado) y los motores de CC sin escobillas de bobinado concentrado | Se eligen cables de mayor sección según la corriente admisible | Se tiende a aumentar el número de vueltas para elevar el Kt (constante de par) | Maximizar la densidad de flujo magnético y encontrar el equilibrio entre las pérdidas en cobre y la generación de calor |
| de alta velocidad (equipos de precisión) | Suelen tener bobinados concentrados | Para reducir el efecto de piel, se eligen hilos finos o bobinados en paralelo | Se tiende a reducir el número de espiras para disminuir Ke ( constante de fuerza contraelectromotriz ) | Reducción del tiempo de respuesta eléctrico |
| Control de alta precisión (médico y óptico) | Bobinado sin núcleo | Seleccionado teniendo en cuenta también la resistencia mecánica de la bobina | Diseño flexible gracias a su baja inductancia | Eliminación del par de cogging y rotación suave |
En aplicaciones que requieren un par elevado, como las herramientas industriales, se aumenta la densidad del flujo magnético mediante un diámetro de hilo grueso y un mayor número de espiras. Por otro lado, en aplicaciones de alta velocidad, como los equipos de precisión, lo habitual es reducir el número de espiras para disminuir la fuerza contraelectromotriz.En los equipos médicos y ópticos, se da prioridad a los bobinados sin núcleo y sin efecto de dentado para lograr un control de alta precisión. En C.I. Takiron, escuchamos con detalle los requisitos específicos de cada aplicación y te ofrecemos un apoyo integral, desde la fabricación de prototipos en lotes pequeños hasta la producción en serie. Nuestros técnicos se encargan directamente de atenderte y pueden proponerte la solución más adecuada para tus necesidades.
Resumen
El bobinado del motor es el corazón del sistema, ya que genera par mediante la interacción con el campo magnético creado por la corriente. Para fabricarlo se usan hilos de cobre o de aluminio, y su resistencia al calor varía según el tipo de recubrimiento aislante.Existen diversas opciones en cuanto a los métodos de bobinado y de fabricación, por lo que es necesario elegir la más adecuada según el uso. En los dispositivos médicos, lo importante es un control de alta precisión y la ausencia de cogging; en los dispositivos ópticos, una respuesta rápida; y así, cada sector tiene sus propios requisitos clave. El control de la resistencia del bobinado y el diseño térmico también influyen en el rendimiento y la fiabilidad.
En C.I. Takiron ofrecemos micromotores de alta precisión que aprovechan la tecnología de bobinado sin núcleo, con un control de calidad riguroso y la posibilidad de personalizarlos según tus especificaciones.
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/
