Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Un motor sin escobillas es algo sencillo y ordenado. Sólo tiene unos pocos componentes principales. La forma en que estas sencillas piezas funcionan entre sí es realmente genial. Aprender sobre cada componente del motor es lo más importante para elegir el motor adecuado para cualquier trabajo. Este artículo te mostrará cómo. Vamos a ver todas las partes de un motor sin escobillas. Veremos cómo hacen que las cosas se muevan. Descubrirá por qué es muy útil saber esto para su próxima aplicación. Esta es una guía para cualquiera que quiera aprender realmente cómo funciona un motor sin escobillas, desde dentro.
Cuando era nuevo en esto, pensaba que un motor era sólo un objeto. Le das electricidad y gira. Pero un motor se compone de muchas piezas que funcionan entre sí. El funcionamiento de un motor sin escobillas se debe a la excelente forma en que dos piezas principales, el estator y el rotor, trabajan juntas. Un motor de corriente continua sin escobillas, también llamado motor BLDC, utiliza electricidad para crear un campo magnético. Este campo empuja y tira de los imanes que se encuentran en el rotor.
Este fácil empuje y tracción es lo que hace girar la parte central del motor. No es como los antiguos tipos de motores, por lo que no hay escobillas que puedan desgastarse. Esto hace que el motor sin escobillas sea muy fiable y funcione muy bien. La idea principal es obtener la cantidad correcta de electricidad en el momento adecuado. Esto crea un campo magnético que gira. Este campo giratorio hace que el rotor gire con él. Esta sencilla idea se utiliza en muchas cosas que vemos todos los días. Cada componente del motor tiene una tarea que realizar para que esta rotación se produzca sin problemas. Un buen motor hará esta tarea muy bien.
La electricidad se convierte en energía magnética, y ésta, a su vez, en movimiento. Esta forma de trabajar no desperdicia mucha energía. Esto significa que se pierde menos energía en forma de calor. Esta es una razón muy importante por la que el motor sin escobillas se utiliza tanto. Lo bueno de este motor es que es sencillo y funciona realmente bien. Un motor bien diseñado da mucha potencia aunque sea pequeño. Para aprender todo sobre los sistemas que utilizan un motor, primero tienes que entender esta idea principal. Todo empieza con el campo magnético que gira dentro del motor.
¿Qué es un estátor? El propio nombre nos da una pista: se queda en un sitio. El estator es la parte del motor que no se mueve. Es un componente principal del motor formado por bobinas de alambre. Cuando la electricidad pasa a través de estas bobinas de alambre, el estator se convierte en un potente imán que utiliza la electricidad. Puede crear un campo magnético intenso. El estator no se mueve. Su función es crear el campo magnético móvil que hace funcionar el motor.
El estátor es como el cuerpo de un motor. Mantiene todas las piezas en su sitio y hace el trabajo duro. Las bobinas del estator están agrupadas. Un controlador envía energía a estos grupos, uno tras otro. Esto es lo que hace girar el campo magnético. El número de grupos, o polos, del estator ayuda a controlar la velocidad y la fuerza de giro del motor. Un motor con más polos suele tener un par más fuerte, pero no girará tan rápido.
El diseño del estator es muy importante para el funcionamiento del motor. La forma en que se enrollan los hilos y el tipo de material que hay en medio pueden cambiar la potencia del motor y el aprovechamiento de la energía. Un buen diseño del estator es un elemento muy importante para cualquier motor que necesite funcionar bien. El estator es como el corazón del motor. Genera la energía que hace que todo lo demás se mueva. Esta pieza del motor es realmente necesaria.
Si el estator es la parte que permanece quieta, el rotor es la que gira. El rotor de un motor sin escobillas tiene un elemento muy importante: un grupo de imanes potentes. Se conocen como imanes del rotor. Estos imanes son imanes permanentes. Esto significa que tienen su propio campo magnético que no desaparece, con un polo norte y un polo sur. Son la otra parte importante del motor. El rotor es el componente giratorio del motor.
El estator genera un campo magnético giratorio. Los imanes permanentes del rotor son atraídos y empujados por este campo. Imagínese que sujeta un imán y utiliza otro para hacerlo girar sin tocarlo. Eso es exactamente lo que ocurre en un motor sin escobillas. Los imanes del rotor quieren alinearse con el campo magnético del estator. Cuando el campo del estator gira, arrastra a los imanes del rotor con él. Esto produce un giro suave y un par motor fuerte.
La fuerza de cada imán y su ubicación en el rotor son muy importantes. Los buenos imanes ejercen una atracción magnética más fuerte. Esto hace que el motor tenga más par y funcione mejor. Los imanes del rotor son un componente clave que tiene un efecto directo en la potencia del motor. Este simple tira y afloja entre el campo del estator y el imán del rotor es lo que hace que este tipo de motor funcione tan bien. Un enlace magnético fuerte significa que tienes un motor fuerte.
Un motor sin escobillas necesita algo que lo controle. Tiene que saber dónde está el rotor en todo momento. Por eso se necesita un sistema de realimentación. El controlador del motor necesita saber la posición exacta de los imanes del rotor. Esto le ayuda a enviar energía a las bobinas correctas en el estator justo en el momento adecuado. Si no dispusiera de esta información, el motor no giraría correctamente. Podría moverse de forma inestable o no girar. El sistema de realimentación es como los ojos y los oídos del motor.
Este sistema de retroalimentación siempre envía información sobre la posición al controlador. El controlador utiliza esta información para cambiar la electricidad enviada al estator. Así es como se crea el campo magnético suave y giratorio que tira del rotor. Un buen bucle de realimentación es muy importante para controlar el motor de forma exacta. Esto es muy cierto para trabajos que necesitan que la velocidad o la posición sean las correctas. El elemento de realimentación es un componente muy importante del motor.
Hay varios tipos de piezas de retroalimentación. Cada tipo es bueno para cosas diferentes. El tipo de sistema de retroalimentación que elijas dependerá del trabajo que necesites hacer. Algunos trabajos necesitan información muy exacta sobre la posición. Otros trabajos sólo necesitan información sencilla sobre la velocidad. El sistema de realimentación adecuado garantizará que el motor funcione a pleno rendimiento. Un motor sin realimentación es como intentar volar con los ojos cerrados. La realimentación proporciona control al motor. Esta realimentación es muy importante.
¿Qué es un codificador? Un codificador es un tipo de pieza de realimentación. Es un elemento muy común que se utiliza con un motor sin escobillas. Su función es informar al controlador de la posición y velocidad exactas del eje del motor. Yo utilizo mucho un encoder en mi trabajo porque proporciona una realimentación muy exacta. Un encoder da mucha más información que sensores más simples.
Un codificador funciona emitiendo un conjunto de señales eléctricas a medida que el motor gira. Puede ser un codificador magnético o uno que utilice luz. Un codificador óptico tiene un pequeño disco con líneas. El disco se ilumina con una luz. Cuando el motor gira, las líneas bloquean la luz, lo que genera señales. Un codificador magnético tiene un imán especial y sensores que hacen algo similar. El controlador cuenta estas señales para averiguar la posición exacta del rotor. Si un codificador puede emitir más señales en una vuelta, la información sobre la posición es más exacta.
Esta información exacta hace que un encóder sea la elección perfecta para muchas tareas. Robots, máquinas de corte especiales e impresoras necesitan conocer la posición exacta de un motor. Un encóder les proporciona esta información tan importante. Utilizar un encóder puede hacer que un sistema funcione mucho mejor. Permite controlar la velocidad y la posición de forma muy exacta. La información del encóder ayuda a que el motor funcione sin problemas y consuma menos energía. Un codificador es un gran elemento para cualquier trabajo que necesite controlar el movimiento. El codificador es una pieza maravillosa del motor.
Hemos aprendido que un motor sin escobillas necesita retroalimentación. Pero, ¿cómo obtiene esta información sobre su posición? Aparte de un codificador que da muchos detalles, muchos diseños de motores BLDC utilizan una pieza más sencilla. Utilizan sensores de efecto Hall. Se trata de sensores pequeños y sencillos que pueden sentir un campo magnético. Suelen colocarse dentro del motor, cerca de los imanes del rotor. Esta es una manera muy común y de bajo costo para obtener retroalimentación de posición.
Cuando el rotor gira, sus imanes pasan junto a los sensores de efecto Hall. Cada imán tiene un polo norte y un polo sur. El sensor puede saber qué polo está pasando y envía una señal al controlador. La mayoría de los motores tienen tres sensores Hall. El patrón de señales de estos tres sensores da al controlador una idea general de la posición del rotor. Divide una vuelta completa en seis partes. Para muchos trabajos, esta información es todo lo que se necesita.
Este método proporciona al controlador la información básica de posición que necesita. El controlador sabe entonces a qué bobina del estator debe dar corriente a continuación. De este modo, el rotor sigue girando en la dirección correcta. No es tan exacto como un codificador, pero este tipo de información es fiable y no cuesta mucho dinero. Es una forma inteligente de controlar el motor. El sistema utiliza el imán del rotor tanto para hacer el movimiento como para dar retroalimentación de posición. Conocer la posición del rotor es la parte más importante para hacer funcionar un motor sin escobillas.
En muchos de mis proyectos no dispongo de mucho espacio. Necesito un motor que sea pequeño. Un motor y un encoder por separado pueden ocupar demasiado espacio. La buena noticia es que usted puede comprar un motor que tiene la parte de retroalimentación ya incorporada. Muchas empresas venden un paquete de motor completo. Esto significa que el motor, el codificador u otros sensores están todos juntos en una sola pieza. Esto simplifica mucho las cosas.
Cuando se integra el elemento de realimentación, se obtiene un sistema más pequeño y en el que se puede confiar más. El codificador o el sensor ya se han colocado y alineado correctamente en la fábrica. Esto ahorra mucho tiempo de montaje. No tiene que preocuparse de intentar alinear un codificador delicado por su cuenta. Un solo paquete también significa que hay menos cables y enchufes. Esto hace que todo el diseño parezca más limpio y es menos probable que tenga problemas. Esta es una muy buena manera de apoyar un diseño pequeño.
Este modo todo en uno es perfecto para una máquina pequeña o un brazo robótico. Siempre intento encontrar un motor que se venda como un paquete completo. Ayuda a simplificar el trabajo de diseño. El coste puede ser un poco mayor al principio. Pero el tiempo y el trabajo que te ahorras suelen hacer que sea un buen negocio. Obtendrás un motor listo para usar en cuanto lo recibas. Puedes integrarlo fácilmente en tu máquina.
He aquí una tabla que muestra algunas opciones comunes para la retroalimentación:
| Tipo de respuesta | Qué tan exacto es | Coste | Bueno para |
|---|---|---|---|
| Sensores Hall | No es muy exacto | Bajo | Para un control sencillo de la velocidad (como en los ventiladores) |
| Codificador magnético | Bastante exacto | Medio | Para muchos usos, incluso en lugares difíciles |
| Codificador óptico | Muy exacto | Alta | Para cuando la posición debe ser perfecta (robots) |
Cuando busque un motor, verá que a menudo se venden en "serie". Una serie de motores es un grupo de motores que se fabrican de forma similar, pero vienen en diferentes tamaños o tienen diferentes cantidades de potencia. Por ejemplo, una serie puede tener motores de la misma anchura pero de distinta longitud. Un motor más largo de la misma serie suele tener más par. De este modo, es fácil encontrar el motor que mejor se adapte a sus necesidades.
Cuando elijo una serie de motores, compruebo algunas cosas clave. En primer lugar, ¿cuál es la gama de prestaciones? ¿Me ofrece la serie una buena selección de par y velocidad para lo que necesito? En segundo lugar, ¿qué otras opciones hay? ¿Puedo comprar el motor con diferentes envolturas de cable? ¿Puedo elegir mi propio elemento de realimentación, como un codificador o sensores Hall? Una buena serie de motores debería ofrecer opciones.
Por último, compruebo la calidad y la ayuda que puedo obtener de la empresa que lo fabrica. ¿Es fácil de leer la hoja informativa? ¿Ofrecen ayuda si tengo preguntas? Elegir un motor es una elección a la que te vas a ceñir durante mucho tiempo. Querrá trabajar con una empresa que le ayude con su producto. Una buena serie de motores le ofrece opciones. Le permite hacer su proyecto más grande o más pequeño sin tener que cambiar todo lo que ha configurado. Esta serie de motores es una muy buena elección.
Elegir el motor adecuado puede parecer difícil. Hay muchas opciones. Pero si primero hace algunas cosas, podrá encontrar el motor perfecto. Lo primero es saber qué necesita su trabajo. ¿Qué necesita que haga? ¿Necesitas que vaya muy rápido? ¿Necesita una gran fuerza de giro para levantar algo pesado? ¿Necesita controlar su posición de forma muy exacta? Hay que responder a estas preguntas desde el principio.
Una vez que conozcas tus objetivos, puedes fijarte en los detalles del motor. Las dos cifras más importantes son la velocidad y el par. Asegúrate de que el motor puede darte el par que necesitas a la velocidad a la que piensas hacerlo funcionar. Fíjate en la potencia que necesita. ¿Funcionará el motor con el voltaje que tienes? Piensa en su tamaño y peso. ¿Cabrá el motor en tu diseño? Un motor pequeño suele ser una buena elección.
Por último, piense en el lugar donde se utilizará el motor. ¿Estará en un lugar caluroso o polvoriento? Algunos motores están hechos para funcionar bien en lugares duros. Tienes que elegir el motor adecuado que pueda durar. No se limite a elegir el motor más potente. Elija el motor que mejor se adapte al trabajo que va a realizar. Un poco de planificación ahora le ahorrará muchos problemas en el futuro. Esto le ayudará a encontrar el motor adecuado.
Cuando hablamos del rendimiento de un motor, hay varias cosas importantes. El primero es su rendimiento o eficiencia. Esto indica lo bien que el motor utiliza la electricidad para hacer que las cosas se muevan. Un motor con un alto rendimiento no desperdicia mucha energía calentándose. Esto es muy bueno para los aparatos que funcionan con pilas. También significa que el motor no se calentará tanto cuando esté en marcha. Un buen rendimiento comienza con una buena eficiencia.
Otro aspecto clave es el par de salida. Se trata de la fuerza de giro que puede realizar el motor. Algunos trabajos necesitan un par elevado al principio para ponerse en marcha. Otros trabajos necesitan la misma cantidad de par todo el tiempo para seguir funcionando. La tabla de par de un motor le mostrará el par que puede generar a diferentes velocidades. La potencia de salida del motor también es una parte muy importante de su rendimiento.
Por último, piense en la respuesta dinámica del motor. Es la rapidez con la que el motor puede reaccionar para cambiar su velocidad o dirección. Para un brazo robótico, necesitarás un motor que pueda reaccionar muy rápidamente. Esto dependerá de cómo esté hecho el motor y del controlador que se utilice con él. Todos estos factores -eficiencia, par y respuesta- se combinan para mostrar el rendimiento del motor. Un buen motor tendrá una buena combinación de las tres cosas para el trabajo que tiene que hacer. El motor adecuado contribuirá al éxito de tu proyecto.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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