Los motores de corriente continua (CC) son motores que generan movimiento giratorio utilizando una fuente de alimentación de corriente continua. Cuentan con un mecanismo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica y se utilizan en una amplia variedad de campos, desde equipos industriales hasta dispositivos médicos y componentes eléctricos para automóviles. Hay dos tipos de motores de CC: los que tienen escobillas y los que no las tienen, y cada uno tiene una estructura y unas características diferentes.Los motores de CC con escobillas no necesitan circuito de accionamiento y son más económicos, mientras que los de CC sin escobillas destacan por su larga vida útil y su bajo nivel de ruido, por lo que puedes elegir el más adecuado según el uso y las prestaciones que necesites.
Además, si entiendes bien en qué se diferencian de los motores de CA que funcionan con corriente alterna, te ayudará a elegir el motor más adecuado para cada aplicación. Los motores de CC ofrecen una mayor flexibilidad a la hora de controlar la velocidad mediante el ajuste de la tensión y pueden funcionar con batería, mientras que los motores de CA tienen una estructura robusta y están diseñados para un funcionamiento continuo durante largos periodos de tiempo.
En este artículo te explicamos de forma sencilla el principio básico de funcionamiento y la estructura de los motores de corriente continua, las características de cada tipo (con escobillas y sin escobillas) y cómo se comparan con los motores de corriente alterna. Esperamos que te sirva de ayuda a la hora de elegir un motor.
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Funcionamiento y estructura básica de los motores de corriente continua
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Un motor de corriente continua es un motor que convierte la energía eléctrica de una fuente de alimentación de corriente continua en movimiento giratorio. Entender bien las leyes físicas en las que se basa su funcionamiento, la función de sus componentes principales y los métodos de control de la velocidad es fundamental para manejar correctamente un motor de corriente continua. A continuación, te explicamos estos tres puntos uno por uno.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- El principio de rotación según la ley de la mano izquierda de Fleming
- Las funciones del rotor, el estator, el conmutador y las escobillas
- Regulación de tensión y control de velocidad mediante PWM
Aquí te explicamos el principio de funcionamiento y los componentes de los motores de corriente continua, así como los conceptos básicos del control de velocidad.
El principio de rotación según la regla de la mano izquierda de Fleming
La ley de la mano izquierda de Fleming es la ley en la que se basa el principio de funcionamiento de los motores de corriente continua. En los motores de corriente continua con escobillas, se colocan imanes permanentes o electromagnéticos en el estator para crear un campo magnético. Cuando se coloca una bobina dentro de ese campo magnético y se hace pasar corriente continua, se genera una fuerza electromagnética gracias a la interacción entre el campo magnético y la corriente.La intensidad de la fuerza generada viene dada por la fórmula F = BLI (B: densidad de flujo magnético; L: longitud del cable dentro del campo magnético; I: intensidad de la corriente), que describe la fuerza que actúa sobre un conductor por el que circula corriente en un campo magnético.
Lo que se deduce de esta ecuación es que, cuanto mayor sea la densidad de flujo magnético, cuanto más largo sea el cable dentro del campo magnético y cuanto mayor sea la intensidad de la corriente, mayor será la fuerza generada. En los motores reales se colocan varias bobinas para generar un par de forma continua, lo que complica los cálculos, pero el principio se basa en esta ecuación.
La dirección de la fuerza viene determinada por la regla de la mano izquierda de Fleming: el pulgar de la mano izquierda indica la dirección de la fuerza (F), el índice, la del flujo magnético (B), y el dedo medio, la de la corriente (I). La fuerza electromagnética que se genera en la bobina hace girar el rotor, pero si la dirección de la corriente no cambia tras media vuelta, el giro se detiene.El conmutador y las escobillas cambian automáticamente la dirección de la corriente que llega a la bobina al ritmo de la rotación, lo que permite un movimiento giratorio continuo.
Las funciones del rotor, el estator, el conmutador y las escobillas
El rotor, el estator, el conmutador y las escobillas son las cuatro piezas principales que forman un motor de corriente continua con escobillas. Cada una de ellas tiene una función diferente y, gracias a que funcionan juntas, el motor de corriente continua puede mantener un movimiento giratorio continuo. Estas son las funciones de cada pieza:
| Nombre de la pieza | Función |
| Rotor | Es la parte formada por bobinas y un núcleo de hierro que gira al recibir una fuerza electromagnética. Está conectada al eje de salida. |
| Estator (fijo) | Incorpora imanes permanentes o electromagnéticos que generan un campo magnético en su interior |
| Conmutador | Se coloca en el rotor y, al girar, cambia la posición de contacto con las escobillas para invertir el sentido de la corriente |
| Escobillas | Pieza de desgaste que se conecta a la fuente de alimentación y suministra corriente a las bobinas del rotor a través del conmutador |
La corriente se suministra a las bobinas del rotor a través del conmutador y las escobillas, y como la dirección de la corriente cambia automáticamente, el rotor puede mantener un giro continuo en una misma dirección. El conmutador es una pieza que cambia la dirección de la corriente; sin esta función de conmutación, el motor no podría seguir girando y el eje se quedaría fijo.
Por otra parte, las escobillas están siempre en contacto con el conmutador giratorio, lo que genera fricción, por lo que son piezas de desgaste que se desgastan con el uso. Como su uso prolongado requiere cambios y revisiones periódicas, es un aspecto que hay que tener en cuenta al diseñar motores de CC con escobillas*.
*En nuestros motores no se pueden cambiar las piezas.
Regulación de tensión y control de velocidad mediante PWM
El ajuste de la tensión es una forma básica de controlar la velocidad de rotación de un motor de corriente continua. Si cambias la tensión aplicada, la velocidad de rotación también cambia. La corriente real depende de la velocidad de rotación y de la carga: cuando la carga aumenta y la velocidad de rotación disminuye, la fuerza contraelectromotriz se reduce y circula más corriente.Aunque es posible controlar la velocidad de forma básica variando la tensión, hay que tener en cuenta que el par se ve afectado por las condiciones de carga y la fuerza contraelectromotriz.
La fuerza contraelectromotriz es la tensión que se genera en el interior de la bobina cuando el motor gira, y que va en sentido contrario a la tensión aplicada. Cuanto más aumenta la velocidad de giro, mayor es la fuerza contraelectromotriz y menor es la corriente que circula por la bobina. Por el contrario, cuando la velocidad de giro disminuye al aumentar la carga, la fuerza contraelectromotriz se reduce, la corriente aumenta y el par motor se incrementa.Entender la relación entre tensión, fuerza contraelectromotriz, corriente y par es fundamental para comprender las características de velocidad de un motor de corriente continua.
En aplicaciones que requieren un control más preciso de la velocidad y el par, se utiliza ampliamente la tecnología PWM (modulación por ancho de pulso). El control PWM consiste en alternar rápidamente entre el encendido y el apagado de la fuente de alimentación y ajustar la tensión efectiva que se aplica al motor variando la relación de ciclo.
Cuanto mayor es el ciclo de trabajo, más energía se suministra al motor y más aumenta la velocidad de giro; si lo reduces, la energía suministrada disminuye y la velocidad de giro baja. Como las pérdidas de energía son mínimas y permite un control de velocidad muy preciso, su uso se está extendiendo en un amplio abanico de campos, como la maquinaria industrial y los equipos de precisión.
Tipos y características de los motores de corriente continua
Los motores de corriente continua se dividen, a grandes rasgos, en dos tipos según tengan o no escobillas: los «motores de corriente continua con escobillas» y los «motores de corriente continua sin escobillas». Como ambos tipos tienen una estructura diferente, también presentan diferencias en características como el coste, la vida útil, el ruido y la disipación del calor. Para elegir el motor adecuado para cada aplicación, es importante conocer bien las características de cada uno y los criterios de selección.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Estructura y características de los motores de corriente continua con escobillas
- Estructura y características de los motores de corriente continua sin escobillas
- Puntos clave para elegir entre modelos con escobillas y sin escobillas
A continuación, tras repasar la estructura y las características de cada tipo, te voy a explicar los puntos clave que debes tener en cuenta a la hora de elegir.
Estructura y características de los motores de corriente continua con escobillas
Los motores de corriente continua con escobillas tienen una estructura que suministra corriente a las bobinas del rotor a través del conmutador y las escobillas. Se dividen, a grandes rasgos, en dos tipos: los de «campo magnético de imanes permanentes», que utilizan imanes permanentes en el estator, y los de «campo magnético electromagnético», que utilizan electroimanes.Los de imán permanente se clasifican, a su vez, en tres tipos según la forma del inducido.
[Clasificación de los imanes permanentes de campo magnético externo]
- Tipo de ranura: es el tipo en el que el núcleo magnético tiene una ranura y se produce un efecto de cogging (par de resistencia).
- Tipo sin ranuras: no tiene ranuras, por lo que no se producen sacudidas y se caracteriza por un giro suave
- Tipo sin núcleo: no tiene núcleo de hierro, por lo que tiene un momento de inercia reducido y ofrece una estructura con una excelente capacidad de respuesta y aceleración
El tipo sin núcleo, también conocido como de bobina móvil, tiene una estructura sin núcleo de hierro, por lo que el rotor es ligero y ofrece una excelente velocidad de respuesta en el arranque y la parada. Como su momento de inercia es pequeño, aguanta bien las aceleraciones y desaceleraciones repetidas, y es un tipo que se suele usar en campos donde se requiere un funcionamiento preciso, como los aparatos médicos y los dispositivos ópticos.
Por otro lado, el tipo de campo magnético electromagnético es aquel en el que se utiliza un electroimán en lugar de un imán permanente para generar el flujo de campo magnético, y se clasifica en tres tipos: de bobinado dividido, de bobinado en serie y de excitación externa. Se suele utilizar en motores de tamaño mediano o superior, y las características de velocidad y par varían según la combinación de la corriente de campo y la corriente del inducido.
Los motores de corriente continua con escobillas giran con solo conectarlos a la corriente, así que funcionan sin necesidad de circuitos de accionamiento electrónicos, lo que los hace económicos y fáciles de controlar.Por otro lado, como el colector y las escobillas están siempre en contacto, estas se desgastan, por lo que hay que hacer un mantenimiento periódico. Además, se generan ruidos eléctricos y mecánicos por la fricción, así que hay que tener cuidado si se busca reducir el ruido en ciertas aplicaciones.
Estructura y características de los motores de corriente continua sin escobillas
Los motores de corriente continua sin escobillas tienen una estructura en la que los imanes permanentes se colocan en el rotor y las bobinas en el estator, y la corriente se controla mediante un circuito electrónico.No usan escobillas ni colector; en su lugar, el circuito de accionamiento (controlador) detecta la posición de los polos magnéticos del rotor y controla el momento en que se aplica corriente a cada bobina para hacer girar el rotor.
Como no tienen escobillas ni colector, no se reduce su vida útil por el desgaste de las escobillas, por lo que duran mucho. Además, como no hay contacto entre las escobillas, es menos probable que se produzcan ruidos eléctricos o mecánicos, así que son muy silenciosos. Cuando se necesita un motor que dure mucho, se suele optar por los motores de corriente continua sin escobillas.
Además, como en los motores de CC sin escobillas las bobinas están situadas en el estator (la parte de la carcasa), el calor generado por ellas se disipa fácilmente al exterior a través de la carcasa, lo que hace que su estructura sea más eficiente en la disipación del calor que la de los motores con escobillas. Así, es más fácil controlar el aumento de temperatura incluso durante el funcionamiento continuo, lo que permite mantener un rendimiento estable.
Aunque el coste total del sistema tiende a ser más elevado que el de los motores con escobillas debido a que se necesita un circuito de accionamiento, los motores de CC sin escobillas son los más adecuados para aplicaciones en las que se requiere eficiencia energética y funcionamiento continuo.
Puntos a tener en cuenta a la hora de elegir entre modelos con escobillas y sin escobillas
La elección entre un motor con escobillas o sin escobillas depende de factores como el coste, la vida útil, el ruido y la capacidad de control. En la siguiente tabla se comparan las principales diferencias entre ambos tipos.
| Criterios de comparación | Motor de CC con escobillas | Motor de corriente continua sin escobillas |
| Circuito de accionamiento | No hace falta (gira al conectarlo a la corriente) | Necesario (se controla mediante un circuito electrónico) |
| Vida útil | Es relativamente corta debido al desgaste de las escobillas | No hay desgaste de las escobillas, así que dura mucho tiempo |
| Ruido eléctrico | Se produce por el contacto de las escobillas | Es bajo porque no hay contactos mecánicos |
| Disipación del calor | es relativamente baja | La bobina está en el lado de la carcasa, por lo que es alta |
| Coste | Estructura sencilla y relativamente económica | Requiere un circuito de accionamiento, por lo que tiende a ser más caro |
Los motores con escobillas son ideales si quieres reducir los costes iniciales o si necesitas un funcionamiento sencillo sin circuitos de accionamiento. Para aplicaciones en las que se requiere una larga vida útil, los motores sin escobillas son una opción muy recomendable.
Cuando se utiliza en entornos con altas temperaturas de forma continua, los motores sin escobillas, con su alta eficiencia en la disipación del calor, son la mejor opción.También en sectores donde se requiere un funcionamiento silencioso, como los dispositivos médicos o los equipos ópticos, se tiende a optar por los motores sin escobillas, que son más silenciosos. Por el contrario, si el uso es intermitente y no es imprescindible que tengan una larga vida útil, los motores con escobillas, que ofrecen una ventaja en cuanto a costes, son una opción razonable. Para elegir el motor más adecuado según el uso que le vayas a dar, consultar con el fabricante también es una buena idea.
Diferencias y usos de los motores de corriente continua y de corriente alterna
La diferencia fundamental entre los motores de corriente continua y los de corriente alterna es el tipo de alimentación que usan. Los motores de corriente continua funcionan con corriente continua, mientras que los de corriente alterna lo hacen con corriente alterna, y esta diferencia en la alimentación da lugar a diferencias en su estructura, en cómo se controlan y en los usos para los que son adecuados.
A continuación, te explicamos las diferencias en cuanto a la fuente de alimentación y la estructura, las diferencias en el rendimiento de control y las principales aplicaciones de los motores de corriente continua.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Comparar las diferencias en cuanto a la alimentación y la estructura
- Entender las diferencias entre los métodos de control y el rendimiento
- Principales aplicaciones de los motores de corriente continua
Aquí te explicamos las diferencias entre ambos y los principales usos de los motores de corriente continua.
Comparar las diferencias en cuanto a la fuente de alimentación y la estructura
La diferencia en la fuente de alimentación y la estructura es el aspecto más básico a la hora de comparar los motores de corriente continua (CC) con los de corriente alterna (CA). Los motores de CC funcionan con corriente continua; en los motores de CC con escobillas, el conmutador y las escobillas cambian el sentido de la corriente de las bobinas, mientras que en los motores de CC sin escobillas se forma un campo magnético giratorio mediante el control de la sincronización de la conducción de la corriente a través de circuitos electrónicos.Por su parte, los motores de CA aprovechan las características de la corriente alterna para generar un campo magnético giratorio en el estator, por lo que tienen un diseño sencillo y robusto.
La diferencia en la estructura se debe a las diferencias en las propiedades de la corriente. Como en la alimentación de CA la dirección de la corriente cambia periódicamente, se pueden aprovechar directamente esas características para generar un campo magnético giratorio.En la alimentación de CC, como la corriente siempre fluye en una sola dirección, para formar un campo magnético giratorio es imprescindible controlar la dirección de la corriente mediante un conmutador, escobillas o circuitos electrónicos. Los motores de CA suelen tener una estructura más robusta y con menos piezas, ya que no necesitan tantos mecanismos adicionales.
En la siguiente tabla se resumen las principales diferencias entre ambos.
| Criterios de comparación | Motor de corriente continua | Motor de CA |
| Fuente de alimentación | corriente continua (CC) | Corriente alterna (CA) |
| Características de la corriente | Fluye en una dirección fija | Cambia de dirección periódicamente |
| Estructuras típicas | Con escobillas: colector y escobillas Sin escobillas: se necesita un circuito electrónico | Una estructura sencilla que aprovecha las características de la alimentación de CA |
| Robustez | Tiene más piezas que los motores de CA | Su estructura es sencilla y robusta |
Las diferencias en la fuente de alimentación y la estructura se traducen en diferencias en cuanto a control, durabilidad y facilidad de mantenimiento.
Entender las diferencias entre los métodos de control y el rendimiento
Las diferencias en los métodos de control y el rendimiento son uno de los criterios a tener en cuenta a la hora de elegir un motor. Los motores de corriente continua (CC) se caracterizan por ofrecer un alto grado de flexibilidad en el control, como el control de velocidad y par mediante tensión o PWM, la función de frenado y el control del ángulo de giro.La corriente continua ofrece muchas ventajas a la hora de manejar señales eléctricas en comparación con la corriente alterna, por lo que los motores de corriente continua permiten un control preciso que resulta difícil de conseguir con los motores de corriente alterna.
En concreto, en los motores de corriente continua, además del control de velocidad y de par, se pueden integrar funciones de detección de anomalías e incluso la especificación del ángulo de giro. Aunque en los motores de corriente alterna también es posible controlar la velocidad, en muchos casos los motores de corriente continua permiten hacerlo con mayor precisión y mayor libertad.
Los motores de CA controlan la velocidad en función de la frecuencia mediante inversores y otros dispositivos, pero, dependiendo de cómo esté configurado el sistema, a veces no son tan adecuados como los motores de CC para un control de par muy preciso o para un control que priorice la capacidad de respuesta. Por otro lado, como su estructura es sencilla, los motores de CA son muy duraderos y tienen características que los hacen idóneos para el funcionamiento continuo.En instalaciones industriales como bombas o cintas transportadoras, donde se requiere un funcionamiento estable durante largos periodos de tiempo, los motores de CA son una opción muy válida.
A la hora de elegir un motor, primero hay que tener claras la precisión de control y la capacidad de respuesta que requiere el uso, y luego valorar si un motor de corriente continua o uno de corriente alterna se ajusta mejor a esos requisitos.
Principales aplicaciones de los motores de corriente continua
Una de las razones por las que los motores de corriente continua se utilizan en tantos campos es que funcionan con batería. Como se puede usar una batería portátil como fuente de alimentación, son ideales para aplicaciones en las que se necesita portabilidad, como los equipos eléctricos de los coches, las herramientas eléctricas o las bicicletas con asistencia eléctrica. El uso de los motores de corriente continua también se está extendiendo en los ámbitos doméstico e industrial. Estas son sus principales aplicaciones:
[ Principales usos de los motores de corriente continua]
- Equipos eléctricos para automóviles (elevalunas eléctricos, limpiaparabrisas, motores de los asientos, etc.)
- Equipos médicos (bombas, mecanismos de accionamiento de endoscopios, etc.)
- Aparatos de climatización y calentadores de agua (aire acondicionado, frigorífico, etc.)
- Equipos ópticos (cámaras, proyectores, etc.)
- Equipos industriales (robots, sistemas de transporte, instrumentos de medición, etc.)
- Dispositivos de seguridad (como cerraduras electrónicas)
En el ámbito doméstico, los motores de corriente continua se incorporan en aparatos como el aire acondicionado, la nevera o el calentador de agua. En el ámbito laboral, también se utilizan en el interior de los proyectores de las oficinas y en los cajeros automáticos de las entidades bancarias, y su uso se está extendiendo cada vez más a los sistemas de ventilación y otros equipos domésticos.En el ámbito industrial, también se está extendiendo su uso en robots y equipos de transporte que requieren un control de precisión.
Por cierto, cuando se utiliza una estructura casi idéntica a la de un motor de corriente continua para generar electricidad, se suele llamar «dinamo».Mientras que los motores de corriente continua convierten la energía eléctrica en movimiento giratorio, los dínamos son dispositivos que generan energía eléctrica de corriente continua a partir del movimiento giratorio. Como el tipo y las especificaciones del motor más adecuadas varían según el uso, te recomendamos que consultes con un fabricante especializado a la hora de elegir uno concreto.
Resumen
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Los motores de corriente continua (CC) son motores que funcionan con alimentación de corriente continua y cuyo principio de rotación se basa en la regla de la mano izquierda de Fleming. Se dividen en dos grandes tipos: con escobillas y sin escobillas. Los de escobillas no necesitan circuito de accionamiento y son más baratos, mientras que los sin escobillas destacan por su larga vida útil, su bajo nivel de ruido y su alta capacidad de disipación térmica.En comparación con los motores de CA, su configuración habitual ofrece mayor flexibilidad en el control de la velocidad y es compatible con la alimentación por batería, por lo que son productos que se utilizan en una amplia variedad de campos, como equipos médicos, sistemas eléctricos para automóviles, maquinaria industrial, equipos ópticos y sistemas de seguridad.
Para elegir el motor de corriente continua más adecuado para cada aplicación, lo mejor es entender bien su estructura y características, analizar los requisitos que necesitas —como la precisión de control, la capacidad de respuesta, la vida útil, el coste y el entorno de uso— y consultar con un fabricante especializado.
En C.I. Takiron contamos con una amplia gama de micromotores, entre los que se incluyen motores sin núcleo, motores sin escobillas y motores con engranajes, por lo que podemos ofrecerte el motor que mejor se adapte a tus necesidades. No dudes en ponerte en contacto con nosotros.
Información sobre productos y consultas
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- 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/
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