Un motor sin núcleo es un motor de CC ligero y de alto rendimiento que sustituye el núcleo de hierro tradicional por un diseño de bobina hueca y autoportante, reduciendo la inercia y eliminando las pérdidas de hierro. Esta estructura proporciona una aceleración rápida, una rotación suave sin engranajes y una eficiencia excelente. Ampliamente utilizados en robótica, drones, dispositivos médicos e instrumentos de precisión, los motores sin núcleo son ideales para aplicaciones que requieren una respuesta rápida, un tamaño compacto y una elevada relación potencia-peso.

Me han preguntado mucho sobre los motores sin núcleo, así que hemos escrito un artículo para explicarlo. En este artículo explicaremos qué es un motor sin núcleo, cómo funciona y por qué está ganando terreno en diversos sectores.

Qué es un motor sin núcleo

Un motor sin núcleo, también conocido como motor de copa hueca. Un motor sin núcleo es un motor de CC ligero y de alto rendimiento que sustituye el núcleo de hierro tradicional por un diseño de bobina hueca y autoportante, reduciendo la inercia y eliminando las pérdidas de hierro. Esta estructura proporciona una aceleración rápida, una rotación suave sin engranajes y una eficiencia excelente. Ampliamente utilizados en robótica, drones, dispositivos médicos e instrumentos de precisión, los motores sin núcleo son ideales para aplicaciones que requieren una respuesta rápida, un tamaño compacto y una elevada relación potencia-peso.

Estructura básica

En estructura básica de un motor sin núcleo puede desglosarse en algunas partes fundamentales:

1. Rotor (inducido)
   • Hecho de un bobinado hueco en forma de cesta sin núcleo de hierro.
   • Muy ligero y fino, reduce la inercia y permite una respuesta rápida.
2. Imanes permanentes
   • Fijado al carcasa del estator (carcasa exterior).
   • Proporcionan el campo magnético que interactúa con el bobinado del rotor.
3. Conmutador y escobillas
   • Suministra corriente a la bobina del rotor.
   • A menudo se fabrican con metales preciosos (como la plata o una aleación de oro) para garantizar una baja resistencia y una larga vida útil.
4. Ejes y rodamientos
   • El eje del motor pasa por el centro, apoyado en cojinetes de precisión para una rotación suave.

Principio de funcionamiento del motor sin núcleo

👉 En esencia: A motores sin núcleo al dejar fluir la corriente a través de un devanado ligero y sin hierro que interactúa con el campo magnético permanente del estator, creando un par continuo y permitiendo alta eficacia, rápida aceleración y movimiento suave.

• Flujo de corriente en el rotorCuando la corriente continua circula por el bobinado hueco de la "cesta", genera un campo magnético alrededor del rotor.
• Acción de la fuerza de LorentzEl campo magnético del rotor interactúa con el campo magnético permanente fijada en el estator. Ley de fuerza de Lorentzse ejerce una fuerza sobre los conductores, produciendo un par que hace girar el rotor.
• ConmutaciónAl girar el rotor, el conmutador y escobillas Esto mantiene el par continuo y el rotor girando suavemente.
• Sin ventaja del núcleo de hierroComo no hay hierro en el rotor, hay sin par de arrastre ni pérdidas por corrientes parásitas, lo que se traduce en una respuesta fluida, eficaz y rápida.

Aplicaciones de los motores sin núcleo

🤖 Robótica

• Principales ventajas: Baja inercia + Respuesta rápida
• Beneficios:
  • Aceleración y deceleración extremadamente rápidas para un control dinámico del movimiento.
  • Salida de par suave y sin engranajes, lo que garantiza la estabilidad de los movimientos de las articulaciones.
  • Gran precisión de posicionamiento, ideal para trayectorias complejas.
• Aplicaciones típicas: Brazos robóticos, robots quirúrgicos, motores de propulsión de vehículos aéreos no tripulados.

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✈️ Aeroespacial

• Principales ventajas: Ligereza + Eficacia + Fiabilidad
• Beneficios:
  • Alta densidad de potencia, que proporciona una gran potencia dentro de unos límites de peso estrictos.
  • Baja generación de calor y consumo de energía, lo que prolonga la vida útil de la batería.
  • Rendimiento estable incluso en condiciones extremas de temperatura y vibración.
• Aplicaciones típicas: Propulsión de UAV, actuadores de control de actitud de satélites, sistemas eléctricos auxiliares de aeronaves.

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🏥 Productos sanitarios

• Principales ventajas: Bajo nivel de ruido + Funcionamiento suave + Alta precisión
• Beneficios:
  • Funcionamiento silencioso y sin vibraciones, ideal para entornos médicos.
  • Control de movimiento preciso y fiable para la administración segura de fármacos o herramientas quirúrgicas.
  • Tamaño compacto, adecuado para dispositivos portátiles o implantables.
• Aplicaciones típicas: Bombas de infusión, bombas de asistencia cardiaca, robots quirúrgicos, plataformas de imagen médica.

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🏭 Automatización industrial

• Principales ventajas: Respuesta rápida + Control de alta precisión
• Beneficios:
  • Aumenta la velocidad de producción y la eficacia de la automatización.
  • Adecuado para la fabricación de alta precisión y el mecanizado a nivel de micras.
  • Funcionamiento energéticamente eficiente, que reduce los costes energéticos de la fábrica.
• Aplicaciones típicas: Husillos de máquinas CNC, transportadores, sistemas de dosificación, líneas de montaje automatizadas.

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🏠 Electrodomésticos

• Principales ventajas: Diseño compacto + Bajo nivel de ruido
• Beneficios:
  • Permite productos más pequeños y portátiles.
  • El funcionamiento silencioso mejora la comodidad del usuario.
  • Alta eficiencia, que prolonga la duración de la batería en dispositivos portátiles.
• Aplicaciones típicas: Cepillos de dientes eléctricos, afeitadoras, molinillos de café, aspiradoras inteligentes.

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🚗 Automoción

• Principales ventajas: Alta capacidad de respuesta + Durabilidad
• Beneficios:
  • Proporciona un control preciso y sensible de los componentes eléctricos de los vehículos.
  • Soporta altas temperaturas, vibraciones y un funcionamiento prolongado.
  • Compacto y ligero, contribuye a reducir el peso del vehículo.
• Aplicaciones típicas: Bombas de inyección de combustible, reguladores de faros, asientos eléctricos, sistemas de control de espejos.

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🎯 Instrumentos de precisión

• Principales ventajas: Cogging cero + Rotación suave
• Beneficios:
  • Garantiza una precisión y estabilidad extremadamente altas.
  • Bajo nivel de ruido y mínimas interferencias electromagnéticas, ideal para sistemas de medición sensibles.
  • Su reducido tamaño permite integrarlo en dispositivos de precisión compactos.
• Aplicaciones típicas: Autoenfoque/zoom de cámaras, movimientos de relojes, instrumentos de medición científicos.

Motor sin núcleo

🔹 Estructura compacta

Los motores sin núcleo eliminan el núcleo de hierro tradicional, utilizando un diseño de bobina autoportante. Esto los hace más pequeños y compactos, sin dejar de ofrecer una gran potencia de salida. Su estructura compacta es ideal para dispositivos con poco espacio, como drones, equipos médicos e instrumentos de precisión.

Peso ligero

Sin el núcleo de hierro, los motores sin núcleo son mucho más ligeros que los motores tradicionales. La reducción de peso no solo mejora la eficiencia, sino también la portabilidad, lo que los convierte en la opción preferida en la industria aeroespacial, la robótica y los dispositivos portátiles.

🔹 Alta velocidad y eficiencia

La ausencia de pérdidas en el hierro permite a los motores sin núcleo alcanzar velocidades de giro extremadamente altas con una eficiencia excelente. Responden con rapidez a las señales de control, lo que los hace perfectos para aplicaciones de alto rendimiento como brazos robóticos, drones y componentes de automoción.

🔹 Bajo nivel de ruido

El diseño electromagnético suave reduce el par de arrastre y las vibraciones, lo que se traduce en un funcionamiento más silencioso. Esto los hace adecuados para dispositivos médicos, instrumentos de precisión y electrodomésticos en los que el funcionamiento silencioso es fundamental.

🔹 Estabilidad

Los motores sin núcleo proporcionan una rotación suave y estable incluso a bajas velocidades, gracias a la ausencia de cogging. Esta estabilidad garantiza un control y posicionamiento precisos, especialmente en robótica, automatización e instrumentos ópticos.

🔹 Alta fiabilidad

La estructura simplificada, con menos pérdidas magnéticas y menor acumulación de calor, aumenta la fiabilidad. Los motores sin núcleo pueden funcionar de forma constante en condiciones exigentes, lo que los hace idóneos para sistemas aeroespaciales y de automoción.

🔹 Larga vida útil

Con un menor desgaste de los componentes, una tensión mecánica reducida y un rendimiento térmico eficiente, los motores sin núcleo suelen ofrecer una vida útil más larga en comparación con los motores tradicionales. Esta durabilidad reduce las necesidades de mantenimiento y mejora el rendimiento a largo plazo.

Clasificación de los motores sin núcleo

1. Motores de CC sin núcleo con escobillas

• Utilice conmutador y escobillas para conmutar la corriente en el devanado del rotor.
• Sencillo, compacto y muy utilizado en juguetes, dispositivos médicos y pequeños aparatos electrónicos.
• Ventajas: baja inercia, funcionamiento suave, bajo coste.
• Limitación: el desgaste de las escobillas reduce la vida útil.

2. Motores de corriente continua sin escobillas (BLDC)

• Utilice conmutación electrónica en lugar de pinceles.
• El rotor es un bobinado sin núcleo o imanes permanentes, y el estator tiene bobinas.
• Mayor vida útil, mayor eficiencia y menor mantenimiento.
• Común en drones, robótica, aeroespacial y equipos de precisión.

3. Servomotores sin núcleo

• Diseñado específicamente para control preciso de posición, velocidad o par.
• Integrado con codificadores o sistemas de retroalimentación.
• Utilizado en articulaciones robóticas, máquinas CNC y robótica médica.

4. Motores paso a paso sin núcleo

• Operar en pasos discretos para un posicionamiento preciso.
• El diseño sin núcleo reduce la inercia, lo que permite una respuesta muy rápida.
• Aplicado en Impresoras 3D, sistemas de enfoque de cámaras y equipos ópticos.

Motor de CC sin núcleo frente al motor de CC tradicional

Un motor DC sin núcleo ofrece una respuesta más rápida, una mayor eficiencia y un movimiento más suave, pero a un coste más elevado y una menor durabilidad (para las versiones con escobillas). Un motor de CC tradicional es más robusto y económico, pero más pesado y menos sensible.

⚙️ 1. Construcción del rotor

• Motor sin núcleo: Rotor es un bobina hueca en forma de cesta sin núcleo de hierro.
• Motor de CC tradicional: El rotor tiene laminados de hierro con bobinados de cobre.

⚡ 2. Inercia y respuesta

• Motor sin núcleo: Muy baja inerciapermitiendo aceleración y deceleración rápidas.
• Motor de CC tradicional: Mayor inercia debido al núcleo de hierro pesado, lo que hace que la respuesta sea más lenta.

🔄 3. Características del par

• Motor sin núcleo: Par suave, sin dentado (sin efecto de dientes magnéticos).
• Motor de CC tradicional: Presencia de par de arrastre, especialmente a bajas velocidades.

🔋 4. Eficiencia y calor

• Motor sin núcleo: Alta eficacia; sin pérdidas de hierro (corrientes parásitas/histéresis).
• Motor de CC tradicional: Menor eficiencia debido a pérdidas de hierro y la acumulación de calor.

🛠️ 5. Tamaño y peso

• Motor sin núcleo: Ligero y compactoideal para dispositivos portátiles o con poco espacio.
• Motor de CC tradicional: Más pesado y voluminoso.

🧩 6. Durabilidad y coste

• Motor sin núcleo: Las escobillas (de tipo cepillado) se desgastan rápidamente; suelen ser más caras.
• Motor de CC tradicional: Más robustas y baratas, con mayor vida útil de las escobillas en muchos casos.

📌 7. Aplicaciones

• Motor sin núcleo: Robótica, drones, dispositivos médicos, cámaras, aeroespacial: donde la precisión, la velocidad y la ligereza son cruciales.
• Motor de CC tradicional: Ventiladores, bombas, cintas transportadoras, máquinas industriales: donde la durabilidad y la rentabilidad son importantes.

Referencia:

https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor