Motores sin Núcleo

¿Qué es un Motor sin Núcleo?

Un motor sin núcleo, también conocido como motor sin núcleo de hierro, se caracteriza por la ausencia de un núcleo de hierro en su diseño. Una de las ventajas principales de este tipo de motor es la eliminación de las pérdidas de hierro asociadas con el núcleo de hierro convencional. Además, al no tener engranajes, el motor sin núcleo reduce las vibraciones y funciona de manera silenciosa.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que este tipo de motor tiene una menor capacidad de generación de fuerza magnética en comparación con un motor convencional. Como resultado, el par producido por un motor sin núcleo es inferior al de un motor estándar.

Aplicaciones de los Motores sin Núcleo

Los motores sin núcleo se utilizan en motovibradores para teléfonos móviles vibratorios y servomotores para vehículos radiocontrolados y robots, aprovechando su pequeño tamaño y su bajo nivel de vibraciones, ruido e interferencias electromagnéticas.

Gracias a su excelente capacidad de respuesta y control, también se utilizan en instrumentos topográficos, motores de objetivos de cámaras, endoscopios ultrasónicos, taladros quirúrgicos, etc., lo que los convierte en motores indispensables, sobre todo en aplicaciones médicas. Los fabricantes están desarrollando sus propios y exclusivos métodos de bobinado, materiales, etc.

Principio de los Motores sin Núcleo

Un motor ordinario consta de una bobina enrollada alrededor de un núcleo de hierro, con un imán situado fuera de la bobina. Una corriente eléctrica circula por la bobina y el campo magnético generado por la inducción electromagnética se utiliza para hacer girar el imán.

En los motores sin núcleo, el núcleo de hierro se elimina colocando imanes permanentes en el interior y bobinando la bobina en forma de copa utilizando resina u otro material en el exterior de los imanes, en sentido inverso. Cuando se aplica corriente eléctrica a la bobina, ésta gira según la regla de la mano izquierda de Fleming. Como la bobina gira, se denomina rotor.

1. Respuesta a la Corriente

Los motores sin núcleo tienen una inductancia de bobinado bajo y son muy eficientes. La constante de tiempo eléctrica del motor es un parámetro que describe las características del aumento de corriente con respecto a la tensión de entrada. Debido a la constante de tiempo eléctrica relativamente baja de los motores sin núcleo, la corriente responde muy rápidamente.

2. Respuesta de la Aceleración/Deceleración

Los motores sin núcleo son motores de baja inercia debido a su reducido peso. La inercia se refiere al momento de inercia, que aumenta en proporción a la masa.

La inercia es proporcional al par de aceleración/deceleración, que es el par necesario para acelerar o decelerar a una velocidad de rotación determinada. Esto significa que el par de aceleración/desaceleración también es menor en los motores sin núcleo, lo que los hace adecuados para aceleraciones y desaceleraciones rápidas.

El uso de potentes imanes de tierras raras, como los imanes de neodimio para los imanes internos, ha permitido una mayor miniaturización y un aumento del par motor. Ayudan a reducir el tamaño, el grosor y el peso.

Más Información sobre los Motores sin Núcleo

1. Eficiencia de los Motores sin Núcleo

Los motores sin núcleo presentan una eficiencia superior debido a la ausencia de pérdidas de hierro. Las pérdidas de hierro se refieren a las pérdidas causadas por histéresis y corrientes de Foucault. La pérdida por histéresis se produce cuando hay cambios en el campo magnético del núcleo de hierro, lo que resulta en la disipación de energía. Además, los cambios en la dirección del campo magnético generan corrientes eléctricas dentro del núcleo de hierro, lo que provoca pérdidas por corrientes parásitas.

En el caso de los motores sin núcleo, al no contar con un núcleo de hierro, se eliminan estas pérdidas. Esto permite que el motor funcione con alta eficiencia incluso a altas velocidades. Además, las empresas emplean tecnologías de bobinado específicas para reducir aún más las pérdidas y mejorar el rendimiento de los motores.

2. Diferencia entre los Motores sin Núcleo y los Motores sin Escobillas

Un motor sin núcleo se caracteriza por no utilizar un núcleo de hierro en su diseño, en contraste con los motores convencionales que sí lo emplean. En cambio, están compuestos por bobinas e imanes. Por otro lado, los motores sin escobillas son aquellos que prescinden de las escobillas y funcionan mediante un circuito electrónico que controla la dirección de la corriente. En contraste, los motores de corriente continua (DC) pueden ser controlados mediante un circuito electrónico o mediante un conmutador y escobillas, ya que se requiere invertir periódicamente la dirección de la corriente para mantener el movimiento del motor.

En el caso de los motores sin núcleo, existen dos tipos: los motores sin núcleo con escobillas y los motores sin núcleo sin escobillas. En los motores con escobillas, el rotor consiste en bobinas, mientras que el estator se compone de un imán permanente. En cambio, en los motores sin escobillas, el rotor es un imán permanente y el estator está formado por bobinas.

3. Ventajas y Desventajas de los Motores sin Núcleo

Ventajas:

1. Compactos y ligeros: La ausencia de un núcleo de hierro en los motores sin núcleo los hace más compactos y ligeros en comparación con los motores que sí lo tienen. Esto facilita su instalación en espacios reducidos y contribuye a la portabilidad del dispositivo en el que se utilizan.

2. Posibilidad de rotación a alta velocidad: Los motores sin núcleo ofrecen la capacidad de alcanzar altas velocidades de rotación. Esto los hace ideales para aplicaciones que requieren movimientos rápidos y precisos, como en equipos de automatización y robótica.

3. Alto rendimiento y bajo consumo de corriente: Estos motores son conocidos por su eficiencia energética, lo que se traduce en un alto rendimiento y un bajo consumo de corriente. Esto no solo reduce los costos de energía, sino que también permite un funcionamiento más eficiente y una mayor vida útil de la batería en dispositivos portátiles.

4. Sin cogging: A diferencia de los motores con núcleo, los motores sin núcleo no experimentan el fenómeno de cogging, que es el atrapamiento de la fuerza magnética cuando el núcleo de hierro y el imán se acercan y se alejan repetidamente. Esto resulta en una rotación suave y silenciosa del motor.

Desventajas:

1. Bajo par: Una desventaja de los motores sin núcleo es que suelen tener un par (fuerza de rotación) relativamente bajo. Debido a la falta de un núcleo de hierro robusto, la bobina no puede soportar grandes corrientes, lo que limita la capacidad del motor para generar un par alto. Esto puede ser un inconveniente en aplicaciones que requieren un torque significativo.

2. Insensibles al calor: Los motores sin núcleo son más sensibles al calor debido a la falta de un núcleo de hierro que ayude a disipar el calor generado durante su funcionamiento. Esto puede llevar a la deformación de la bobina y, en última instancia, al fallo del motor si se aplica una corriente excesiva sin el enfriamiento adecuado.

3. Precio elevado: Debido a su diseño y características especiales, los motores sin núcleo suelen tener un precio más elevado en comparación con los motores convencionales con núcleo. Esto puede ser una limitación en términos de costos para algunos proyectos o aplicaciones.