Los motores eléctricos de CC son algunos de los inventos más importantes en los que el mundo moderno se ha basado en gran medida. Estos motores se utilizan en electrodomésticos, herramientas eléctricas, drones, sistemas de enfriamiento de PC, robótica y vehículos eléctricos.
Dos de los motores eléctricos de CC más comunes que se utilizan en la actualidad son los motores de CC con escobillas y sin escobillas. Ambos motores tienen la misma idea fundamental de utilizar el electromagnetismo para proporcionar rotaciones mecánicas. Pero con diferentes conceptos de diseño, los motores con escobillas y sin escobillas seguramente tendrán sus diferencias en rendimiento, costo y mantenimiento.
Entonces, ¿qué diseño de motor es mejor, con escobillas o sin escobillas?
¿Cómo funciona un motor eléctrico de CC?
Los motores eléctricos convierten la electricidad en energía mecánica. Lo hacen al permitir que la electricidad pase a través de bobinados de cobre, creando un campo electromagnético que excita los imanes permanentes dentro del motor, lo que hace que el rotor se mueva y produzca energía mecánica.
Aunque tanto los motores con escobillas como los sin escobillas tienen el mismo objetivo de convertir la electricidad en energía mecánica, sus diseños son diferentes. Para entender su diferencia, hablemos del diseño del motor, comenzando con el motor con escobillas.
Diseño de motor cepillado.
Los motores con escobillas han estado en producción durante más de un siglo. Se sabe que tienen un diseño simplista que utiliza un par de escobillas de carbón para suministrar energía al motor. Los motores con escobillas siempre tendrán cuatro partes principales, estas son:
- Estator: La parte estacionaria del motor. Contiene los imanes permanentes que hacen que el rotor se mueva.
- Rotor: La parte giratoria del motor. Contiene una bobina de cobre que, cuando se alimenta, hace que la bobina de cobre sea electromagnética.
- Conmutador: un anillo de metal que asegura que el rotor siga girando invirtiendo la polaridad cada media vuelta del rotor.
- Escobillas: Una parte estacionaria hecha de carbón conectada directamente a las terminales de la fuente de poder. Transmiten energía al anillo conmutador, que luego activa el rotor.
Un motor con escobillas usa escobillas para alimentar eléctricamente el motor mientras permite que el rotor y el conmutador giren. El rotor está compuesto por bobinados de cobre que, cuando se alimentan, se convierten básicamente en un electroimán.
Entonces, ¿qué sucede si dos imanes se acercan?
Bueno, dependiendo de la alineación de los polos magnéticos, se atraerán o repelerán entre sí. El objetivo de un motor con escobillas es usar la atracción y la repulsión para hacer girar el motor. Aquí es donde un conmutador se vuelve útil.
Un conmutador es un anillo metálico en el centro del rotor que cambia el polo magnético del rotor cada 180 grados. Esto asegura efectivamente que el polo magnético del rotor siempre se alinee con el mismo polo magnético del estator, provocando la repulsión.
¿El resultado? Las rotaciones mecánicas continuas tienen suficiente fuerza para alimentar su licuadora (o cualquier cosa que use un motor cepillado).
Diseño de motor sin escobillas
Los motores sin escobillas comenzaron a ganar popularidad en la década de 1980 cuando los transistores se volvieron más comunes en la electrónica. Tener componentes de estado sólido fácilmente disponibles desempeñó un papel importante en la fabricación de motores sin escobillas aplicables a herramientas eléctricas, electrodomésticos y productos electrónicos. Su diseño complejo pero eficiente les da a los motores sin escobillas más torque que sus contrapartes con escobillas.
El diseño del motor sin escobillas emplea varias partes esenciales. Ellos incluirían:
- Estator: La parte estacionaria del motor. Contiene varias bobinas de cobre que, cuando se alimentan, se convierten en un imán activo.
- Rotor: La parte giratoria del motor. Este contiene los imanes permanentes que giran debido al campo electromagnético entre el estator y el rotor.
- Sensor de efecto Hall: un sensor que detecta qué bobinas están energizadas y cuáles no.
- Circuito de Control: Un circuito electrónico diseñado para decidir qué bobinas dentro del estator energizar.
Como su nombre lo indica, los motores sin escobillas no usan escobillas para alimentar el motor. Los motores sin escobillas tampoco tienen conmutadores portadores de corriente. En su lugar, utiliza un sensor de efecto Hall y un circuito de control para garantizar que los polos magnéticos opuestos del estator y el rotor estén siempre alineados. Otra cosa que encontrará diferente es que el estator alberga los devanados de cobre mientras que el rotor alberga los imanes permanentes.
Un motor sin escobillas funciona fundamentalmente de la misma manera que un motor con escobillas: usa diferencias en los polos magnéticos para mover el rotor, creando rotación y par.
Pero sin escobillas ni conmutadores, ¿cómo pueden obtener energía los devanados de cobre?
Simple, haces que los devanados de cobre estén estacionarios. Ya no se necesitan escobillas con devanados de cobre estacionarios, ya que puede alimentar directamente las bobinas a través de cables.
En cuanto a los conmutadores, un motor sin escobillas utiliza un sensor de efecto hall y un circuito de control. Un sensor Hall es un sensor circular plano colocado al lado de los devanados de cobre del estator. Dado que el estator alberga varias bobinas, el sensor Hall puede detectar si una de estas bobinas está energizada o no.
Luego, el sensor da su lectura al circuito de control y decide qué bobinas energizar. Entonces, si los imanes permanentes del rotor se acercan a los polos magnéticos que atraen, el circuito de control dejará de energizar estas bobinas y energizará la siguiente bobina que atrae los imanes permanentes del rotor. El circuito de control también energizará las bobinas antes que los imanes permanentes, causando repulsión y agregando aún más torque a la rotación.
Pros y contras de los motores cepillados y sin escobillas
Con las diferencias en el diseño del motor, tanto los motores con escobillas como los sin escobillas tendrán ventajas y desventajas. Aquí hay una tabla para ayudarlo a comprender sus fortalezas y debilidades:
¿Debería comprar hardware con un motor cepillado o sin escobillas?
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Como puede ver en la tabla, los motores sin escobillas son mejores en todos los sentidos (excepto en el costo) que sus contrapartes con escobillas. Proporcionan un par más alto, una aceleración de velocidad más rápida, un ruido más bajo y una mayor eficiencia, y son más duraderos.
Entonces, cuando tiene la oportunidad de comprar una nueva herramienta eléctrica, un electrodoméstico de cocina, un dron o cualquier cosa que necesite un motor, elegir artículos con un motor sin escobillas es generalmente la mejor opción.
Entonces, ¿los motores cepillados deberían ser obsoletos?
Bueno no. Especialmente porque un motor sin escobillas (más el circuito de control) costará mucho más que un artículo que use un motor con escobillas. Y aunque un motor sin escobillas es mejor que su homólogo con escobillas, no significa que un motor con escobillas sea malo. De hecho, un motor cepillado es bastante bueno. Puede lograr las mismas tareas con un motor con escobillas que las personas harían con uno sin escobillas.
En general, los motores sin escobillas son los motores ideales dentro de sus herramientas y equipos. Pero también hay situaciones en las que es posible que desee utilizar motores cepillados en su lugar. Estas situaciones incluirían:
- Cuando el motor se usa en ráfagas cortas momentáneas (por ejemplo, licuadora, asientos eléctricos y limpiaparabrisas)
- Cuando una herramienta/aparato se vuelve útil solo unas pocas veces al año
- Cuando la tarea no requiere mucha torsión (p. ej., juguetes, salidas de aire)
- En condiciones extremas de funcionamiento. Los motores con escobillas no necesitan sensores ni circuitos de control que puedan fallar en condiciones climáticas extremas
Hacer compras inteligentes
Ahora que comprende la diferencia entre los motores con escobillas y sin escobillas, es de esperar que le resulte más fácil realizar una compra inteligente al comprar electrodomésticos, herramientas y equipos de cocina. Esto también debería explicar por qué algunos artículos son más caros que sus contrapartes a pesar de que provienen de la misma marca, tienen las mismas características y usan el mismo factor de forma. Recuerde, el hecho de que pueda comprar un artículo premium usando un motor sin escobillas no siempre significa que sea lo más inteligente para comprar.
