Los motores de CC vienen en diversos diseños y configuraciones, cada uno adaptado a aplicaciones específicas que requieren diferentes niveles de control de velocidad, par y eficiencia. Entre ellos, un tipo único de motor de CC presenta un rotor con forma de cilindro hueco o copa: se conoce como motor de CC sin núcleo o motor de CC sin hierro.

Los motores de CC sin núcleo se utilizan ampliamente en aplicaciones de precisión como robótica, aeroespacial, dispositivos médicos y equipos industriales de alto rendimiento gracias a su estructura ligera, respuesta rápida y alta eficiencia.

Este artículo explora el principio de funcionamiento, las ventajas, las desventajas y las aplicaciones de los motores de CC sin núcleo, comparándolos con los motores de CC convencionales con y sin escobillas.

Entendiendo los motores de CC sin núcleo

Un motor de CC sin núcleo (también llamado motor de CC sin hierro) es un tipo de motor con o sin escobillas que tiene un rotor formado por un devanado cilíndrico hueco o en forma de copa. A diferencia de los motores de CC convencionales, que tienen un rotor con núcleo de hierro, los motores sin núcleo eliminan el núcleo de hierro y, en su lugar, utilizan una estructura de bobina autoportante.

Características principales de los motores de CC sin núcleo:

• El rotor es hueco y cilíndrico, con bobinados que forman una estructura autoportante.
• El rotor gira alrededor de un imán central fijo.
• La ausencia de núcleo de hierro reduce la inercia, lo que lo hace extremadamente sensible a los cambios de voltaje.
• La eliminación del núcleo de hierro reduce las pérdidas por corrientes parásitas, lo que se traduce en una mayor eficiencia.

Principio de funcionamiento de los motores de CC sin núcleo

El motor de CC sin núcleo funciona según el mismo principio que los motores de CC tradicionales, con o sin escobillas, y se basa en la fuerza electromagnética para generar movimiento rotatorio.

Mecanismo de funcionamiento:

Configuración del estator:

• El estator consta de imanes permanentes dispuestos en un patrón circular.
• Proporciona el campo magnético necesario para el funcionamiento del motor.

Diseño del rotor:

• El rotor es hueco o tiene forma de copa y consiste en un devanado suspendido alrededor del estator.
• Cuando la corriente eléctrica fluye a través de la bobina, se genera un campo magnético.

Interacción electromagnética:

• La interacción entre el campo magnético del estator y la corriente en los devanados del rotor genera par.
• La ausencia de núcleo de hierro evita el desgaste y permite un movimiento suave y preciso.

Estructura de un motor de CC sin núcleo:

A continuación se muestra un esquema simple de un motor de CC sin núcleo comparado con un motor de CC convencional.

Característica	Motor de CC sin núcleo	Motor de CC convencional
Diseño del rotor	Cilindro/taza hueco	Núcleo de hierro sólido
Eficiencia	Alta	Moderada
Respuesta de velocidad	Rápida	Más lenta
Efecto de engrane (cogging)	Mínimo	Presente
Inercia	Baja	Alta
Disipación de calor	Mejor	Moderada

 

Comparación entre motores de CC sin núcleo y motores de CC tradicionales

Los motores sin núcleo se suelen comparar con los motores de CC tradicionales con y sin escobillas. A continuación, se muestra una comparación detallada:

Característica	Motor de CC sin núcleo	Motor de CC con escobillas	Motor de CC sin escobillas (BLDC)
Forma del rotor	Cilindro/taza hueco	Cilíndrico con núcleo de hierro	Imanes permanentes
Eficiencia	Alta (baja pérdida por corrientes parásitas)	Moderada	Alta
Tiempo de respuesta	Muy rápido	Lento	Rápido
Par de arranque	Alto	Moderado	Alto
Efecto de engrane (cogging)	Muy bajo	Presente	Bajo
Disipación de calor	Eficiente	Moderada	Alta
Mantenimiento	Bajo	Requiere reemplazo de escobillas	Muy bajo
Ruido y vibración	Bajo	Alto	Bajo
Aplicaciones	Robótica, dispositivos médicos	Herramientas eléctricas, juguetes	Drones, vehículos eléctricos, accionamientos de precisión

 

Ventajas de los motores de CC sin núcleo

Mayor eficiencia

• Mayor eficiencia. Las pérdidas de hierro inducidas por corrientes de Foucault se eliminan en los motores sin núcleo.
• La eliminación del núcleo de hierro reduce el desperdicio de energía, mejorando así la eficiencia general del motor.

Respuesta rápida y alta aceleración

• Gracias a su baja inercia, los motores sin núcleo aceleran y desaceleran mucho más rápido que los motores convencionales.
• Esto los hace ideales para aplicaciones de control de precisión.

Sin efecto de engranaje

• Los motores de CC convencionales experimentan cogging, un movimiento brusco debido a la interacción magnética con el núcleo de hierro.
• Los motores sin núcleo proporcionan un movimiento suave, crucial para tareas de alta precisión.

Compacto y ligero

• El rotor cilíndrico hueco reduce el peso total.
• Estos motores son ideales para aplicaciones portátiles o en las que el peso es importante, como drones y equipos médicos.

Reducción de la generación de calor

• Al no tener núcleo de hierro, la disipación del calor es más eficaz.
• El motor puede funcionar a menor temperatura, lo que aumenta su longevidad.

Desventajas de los motores de CC sin núcleo

Si bien los motores de CC sin núcleo ofrecen numerosas ventajas, también presentan algunas limitaciones:

Mayores costes de fabricación

• La compleja estructura del bobinado incrementa los costos de producción.
• El costo de los materiales (especialmente los imanes de alto rendimiento) es mayor.

Menor densidad de par

• Los motores sin núcleo carecen de núcleo de hierro, lo que significa que no pueden producir tanto par por unidad de tamaño.
• No son ideales para aplicaciones con cargas pesadas.

Estructura delicada del rotor

• El devanado cilíndrico hueco es frágil en comparación con los diseños con núcleo de hierro.
• Estos motores requieren un manejo cuidadoso para evitar daños.

Potencia de salida limitada

• Debido a su tamaño compacto y naturaleza liviana, los motores sin núcleo tienen una menor potencia de salida en comparación con los motores convencionales con o sin escobillas del mismo tamaño.

Aplicaciones de los motores de CC sin núcleo

Los motores de CC sin núcleo se utilizan en aplicaciones que requieren precisión, baja inercia y alta velocidad de respuesta.

Industria	Aplicación
Dispositivos médicos	Herramientas quirúrgicas, bombas de infusión, prótesis
Aeroespacial	Satélites, actuadores para UAV, control de movimiento de precisión
Robótica	Actuadores servo, brazos robóticos, exoesqueletos
Automatización industrial	Actuadores de alta velocidad, cabezales de escaneo
Electrónica de consumo	Drones, estabilizadores, dispositivos de audio de alto rendimiento

 

Conclusión

Los motores de CC sin núcleo, con sus rotores cilíndricos huecos o en forma de copa, ofrecen ventajas únicas, como alta eficiencia, aceleración rápida, movimiento suave y mínimos efectos de dentado. Gracias a estas cualidades, son ideales para aplicaciones de precisión en las industrias de robótica, aeroespacial y medicina.

Sin embargo, también presentan un mayor costo, menor densidad de par y una construcción delicada, lo que los hace inadecuados para aplicaciones de alta carga.

Al seleccionar un motor, es fundamental considerar factores como la eficiencia, el par, la velocidad y el costo para determinar si un motor de CC sin núcleo es la opción adecuada para su aplicación.