Motores DC con escobillas vs. sin escobillas: fundamentos y aplicaciones

¿Te has preguntado cómo se mueve tu coche? La magia está en el motor. ¿Qué es un motor? ¿Qué potencia tiene para mover cosas? Aquí encontrarás las respuestas.

Motor: dispositivo electromagnético que convierte energía eléctrica en mecánica. Se denota con la letra M (antiguo estándar D) en circuitos. Su función principal: generar par motor como fuente de energía para electrodomésticos y máquinas (locomotoras eléctricas, tranvías, grabadoras, afeitadoras, juguetes, etc.).

Clasificación por tipo de alimentación

Motor DC: convierte energía eléctrica continua en mecánica. Los coches lo usan.

Motor AC: convierte alterna en mecánica. Usado en lavadoras, neveras, A/C, extractores, ventiladores, etc.

Los motores DC se dividen en sin escobillas (brushless) y con escobillas (brushed) por estructura y principio. Y dentro de los de escobillas hay subcategorías, como muestra el «árbol genealógico» a continuación:

Motor DC sin escobillas (BLDC)

Invierte estator y rotor del motor DC convencional. El rotor es imán permanente (genera flujo en entrehierro). El estator es el inducido con devanado multifásico. Estructuralmente similar a motor síncrono de imán permanente.

Usos principales: periféricos informáticos y electrónica (impresoras, fax, copiadoras, discos duros, disqueteras, cámaras, grabadoras).

Motor DC con escobillas

Dos escobillas (cobre o carbono) conectan directamente +/- al conmutador del rotor, fijadas en la tapa trasera con asiento aislante. El conmutador une las bobinas del rotor. La polaridad de las tres bobinas alterna constantemente, generando fuerza con los dos imanes fijos → giro.

Motores DC con escobillas se dividen en electromagnéticos y de imán permanente.

Motor DC electromagnético

• Serie: excitación en serie con inducido → herramientas eléctricas, utensilios de cocina
• Derivación (shunt): excitación en paralelo con inducido, misma alimentación. Rendimiento similar a motor separado. Tornos y cepilladoras grandes
• Separado (separately excited): excitación e inducido con alimentaciones independientes. Motor de imán permanente puede considerarse separado. Usos como shunt
• Compuesto (compound): dos excitaciones (serie + derivación). Si flujos misma dirección → compuesto acumulativo; opuestas → diferencial. Barcos, trolebuses, elevación, minería

Motor DC de imán permanente

Incluye tierras raras, ferrita y Al-Ni-Co. Aplicación amplísima: aeroespacial, defensa, industria, agricultura, vida diaria.

En A/C, los motores brushless de imán permanente son indicador clave de tecnología.

• Primer prototipo: motor de imán permanente, pero material con mal rendimiento → uso limitado
• Al-Ni-Co impulsó el desarrollo, pero precio alto → uso limitado
• Ferrita barata → expansión masiva: motores de juguete, audio/video, micromotores auto, servos industriales baja potencia. >92 % de motores DC <500 W son de imán permanente, mayoría ferrita
• Ferrita con magnetismo pobre para alto rendimiento. Años 60: samario-cobalto (tierras raras) → servos alto rendimiento. Precio alto → sustituido por NdFeB (neodimio-hierro-boro) en los 80
• NdFeB: mejor rendimiento en casi todo (excepto temp. de trabajo y coeficiente térmico) y más barato. Se espera que todos los servos (DC, AC, paso a paso) acaben siendo de imán permanente

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