Motores de CC sin escobillas (BLDC): ¿Qué son y cómo funcionan?

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

Los motores de CC sin escobillas, también conocidos como BLDC (por sus siglas en inglés Brushless Direct Current), son una tecnología de motores eléctricos que ha experimentado un gran avance en las últimas décadas. A diferencia de los motores de CC convencionales, los BLDC no tienen escobillas mecánicas que rocen contra el rotor, lo que les confiere una serie de ventajas, como mayor eficiencia, menor mantenimiento y mayor durabilidad.

En este artículo, vamos a profundizar en el funcionamiento de los motores de CC sin escobillas, explicando cómo se generan los campos magnéticos, cómo se controla la velocidad y la dirección de giro, y cuáles son las aplicaciones más comunes en las que se utilizan. Además, analizaremos las principales ventajas e inconvenientes de esta tecnología y compararemos los motores BLDC con otros tipos de motores eléctricos.

Si quieres conocer más sobre los motores de CC sin escobillas y cómo funcionan, sigue leyendo este artículo.

Características principales de los motores de CC sin escobillas (BLDC)

Los motores de CC sin escobillas (BLDC) son una tecnología de motores eléctricos que han ganado popularidad en los últimos años debido a sus ventajas sobre los motores de corriente continua (CC) con escobillas tradicionales. A continuación, se detallan las características principales de los motores BLDC:

1. Sin escobillas

Una de las características más destacadas de los motores BLDC es que no tienen escobillas. A diferencia de los motores de CC con escobillas, que utilizan escobillas de carbón para transferir la energía eléctrica al rotor, los motores BLDC utilizan un sistema de imanes permanentes y un controlador electrónico para generar el campo magnético y hacer girar el rotor.

2. Mayor eficiencia

Gracias a la eliminación de las escobillas, los motores BLDC tienen una mayor eficiencia y durabilidad en comparación con los motores de CC con escobillas tradicionales. Esto se debe a que las escobillas pueden desgastarse con el tiempo y generar fricción, lo que reduce la eficiencia del motor.

3. Menor mantenimiento

Al no tener escobillas, los motores BLDC requieren menos mantenimiento que los motores de CC con escobillas. Esto se traduce en una mayor fiabilidad y una reducción de los costos de mantenimiento a largo plazo.

4. Control electrónico

Los motores BLDC utilizan un controlador electrónico para regular la velocidad y el torque del motor. Esto permite un mayor control sobre el motor y una mayor precisión en su funcionamiento en comparación con los motores de CC con escobillas tradicionales.

5. Menor ruido

Gracias a su diseño sin escobillas, los motores BLDC producen menos ruido y vibraciones en comparación con los motores de CC con escobillas tradicionales. Esto los hace ideales para aplicaciones en las que se requiere un funcionamiento silencioso.

6. Alta velocidad y torque

Los motores BLDC tienen una capacidad para alcanzar altas velocidades y generar altos niveles de torque. Esto los hace ideales para aplicaciones en las que se requiere un alto rendimiento, como en motores para drones, máquinas de alta velocidad y motores para vehículos eléctricos.

7. Varias aplicaciones

Los motores BLDC tienen una amplia gama de aplicaciones, desde electrodomésticos y herramientas eléctricas hasta vehículos eléctricos y aeronaves no tripuladas. Además, su diseño sin escobillas los hace ideales para aplicaciones en entornos exigentes, como la industria alimentaria y la industria automotriz.

Gracias a su diseño sin escobillas, mayor eficiencia, menor mantenimiento, control electrónico, menor ruido, alta velocidad y torque, y diversas aplicaciones, los motores BLDC son una opción ideal para una amplia gama de aplicaciones industriales y comerciales.

Funcionamiento y principio de operación

Los motores de CC sin escobillas (BLDC) son una alternativa cada vez más popular a los motores de corriente continua con escobillas. Su principio de operación se basa en la creación de un campo magnético que hace girar el rotor del motor, sin necesidad de utilizar escobillas para transferir la energía eléctrica.

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Principio de funcionamiento

Los motores BLDC están compuestos por tres componentes principales:

  • Estator: es el componente fijo del motor y está compuesto por bobinas que generan un campo magnético.
  • Rotor: es el componente móvil del motor y está compuesto por imanes permanentes.
  • Sensor: es el dispositivo que mide la posición del rotor y envía esta información al controlador del motor.

El motor BLDC funciona gracias a la interacción entre el campo magnético generado por el estator y los imanes del rotor. El controlador del motor utiliza la información del sensor para enviar energía eléctrica a las bobinas en el momento preciso, de manera que se genere un campo magnético que atraiga al rotor y lo haga girar.

Ventajas de los motores BLDC

Los motores BLDC presentan varias ventajas en comparación con los motores de corriente continua con escobillas:

  • Menor desgaste: al no tener escobillas, no hay fricción y por tanto, el desgaste es mucho menor.
  • Mayor eficiencia: al no haber pérdidas por fricción, la eficiencia del motor es mayor.
  • Mayor vida útil: gracias a su menor desgaste y mayor eficiencia, los motores BLDC tienen una vida útil más larga.
  • Menor ruido: al no haber fricción, el motor es más silencioso.

Aplicaciones de los motores BLDC

Los motores BLDC se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, desde herramientas eléctricas hasta vehículos eléctricos y drones. Algunos ejemplos de su uso son:

  • Sistemas de ventilación y climatización en edificios.
  • Electrodomésticos, como lavadoras y secadoras.
  • Vehículos eléctricos, como bicicletas y coches.
  • Drones y robots.

Su principio de operación, basado en el uso de un campo magnético para hacer girar el rotor, los convierte en una opción muy interesante para una amplia variedad de aplicaciones.

Ventajas e inconvenientes

¿Qué son los motores de CC sin escobillas?

Los motores de CC sin escobillas, también conocidos como BLDC por sus siglas en inglés (Brushless DC), son motores eléctricos que utilizan una señal electrónica para controlar la rotación de un rotor interno. Estos motores no tienen escobillas, lo que reduce la fricción y el desgaste, lo que a su vez aumenta su eficiencia y durabilidad.

¿Cómo funcionan?

Los motores BLDC funcionan mediante un sistema de imanes permanentes y electroimanes que generan un campo magnético que hace girar el rotor interno. La señal electrónica que controla el motor es entregada por un controlador de motor, que determina la velocidad y dirección de la rotación del rotor.

Ventajas de los motores BLDC

1. Mayor eficiencia: Al no tener escobillas, los motores BLDC reducen la fricción y el desgaste, lo que aumenta su eficiencia energética y reduce el consumo de energía.
2. Mayor durabilidad: La ausencia de escobillas también aumenta la vida útil del motor, ya que no hay piezas móviles que se desgasten con el tiempo.
3. Menor ruido: Los motores BLDC producen menos ruido que los motores de CC con escobillas, lo que los hace ideales para aplicaciones en las que el ruido es un factor importante.
4. Control preciso: El control electrónico del motor permite un mayor grado de precisión en la velocidad y dirección de la rotación del rotor, lo que los hace ideales para aplicaciones en las que se requiere un control preciso del movimiento.

Inconvenientes de los motores BLDC

1. Mayor costo inicial: Los motores BLDC suelen ser más caros que los motores de CC con escobillas debido a su tecnología más avanzada.
2. Requieren un controlador de motor: Los motores BLDC necesitan un controlador de motor para funcionar correctamente, lo que aumenta el costo y la complejidad del sistema.
3. Mayor complejidad de diseño: La ausencia de escobillas y la necesidad de un controlador de motor hacen que los motores BLDC sean más complejos de diseñar e implementar que los motores de CC con escobillas.

Sin embargo, para muchas aplicaciones, los beneficios superan con creces los costos y complejidades adicionales.

Aplicaciones típicas

Los motores de CC sin escobillas (BLDC) son ampliamente utilizados en una variedad de aplicaciones, desde electrodomésticos hasta vehículos eléctricos. A continuación, te presentamos algunas de las aplicaciones típicas de los motores BLDC:

Electrodomésticos

  • Lavadoras: Los motores BLDC se utilizan en lavadoras debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para mantener una velocidad constante. Además, son más silenciosos y duraderos que los motores tradicionales.
  • Aire acondicionado: Los motores BLDC se utilizan en los compresores de aire acondicionado debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para mantener una velocidad constante.
  • Secadoras: Los motores BLDC se utilizan en secadoras debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para mantener una velocidad constante. Además, son más silenciosos y duraderos que los motores tradicionales.
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Vehículos eléctricos

  • Bicicletas eléctricas: Los motores BLDC se utilizan en bicicletas eléctricas debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para proporcionar una gran cantidad de torque.
  • Coches eléctricos: Los motores BLDC se utilizan en los coches eléctricos debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para proporcionar una gran cantidad de torque. Además, son más silenciosos y duraderos que los motores tradicionales.
  • Barcos eléctricos: Los motores BLDC se utilizan en los barcos eléctricos debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para proporcionar una gran cantidad de torque.

Otras aplicaciones

  • Robótica: Los motores BLDC se utilizan en robótica debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para proporcionar una gran cantidad de torque.
  • Instrumentos médicos: Los motores BLDC se utilizan en instrumentos médicos debido a su alta precisión y control.
  • Sistemas de ventilación: Los motores BLDC se utilizan en sistemas de ventilación debido a su alta eficiencia energética y su capacidad para mantener una velocidad constante. Además, son más silenciosos y duraderos que los motores tradicionales.

Además, son más silenciosos y precisos que los motores tradicionales.

Componentes principales

Los motores de CC sin escobillas o BLDC (por sus siglas en inglés) son una alternativa a los motores de CC con escobillas, ya que no tienen piezas móviles que generen fricción y desgaste. A continuación, se describen los componentes principales de un motor BLDC y su funcionamiento:

Estator

El estator es la parte fija del motor y está compuesto por un conjunto de bobinas que generan un campo magnético fijo. Estas bobinas están dispuestas en forma de anillo alrededor del rotor y se alimentan con corriente alterna.

Rotor

El rotor es la parte móvil del motor y está compuesto por imanes permanentes. Estos imanes generan un campo magnético que interactúa con el campo magnético generado por el estator, lo que hace que el rotor gire.

Sensor Hall

El sensor Hall es un dispositivo que detecta el campo magnético del rotor y envía señales eléctricas al controlador del motor. Estas señales permiten al controlador saber en qué posición se encuentra el rotor y ajustar la corriente que se envía a las bobinas del estator para mantener el rotor girando.

Controlador

El controlador es el cerebro del motor y se encarga de recibir las señales del sensor Hall y ajustar la corriente que se envía a las bobinas del estator para mantener el rotor girando de forma suave y controlada.

Funcionamiento

El funcionamiento del motor BLDC se basa en la interacción entre los campos magnéticos del estator y el rotor. Cuando se aplica corriente a las bobinas del estator, se genera un campo magnético que hace que el rotor se alinee con él. Luego, el controlador ajusta la corriente que se envía a las bobinas del estator para que el rotor continúe girando de forma suave y controlada.

Están compuestos por un estator con bobinas, un rotor con imanes permanentes, un sensor Hall y un controlador que ajusta la corriente que se envía a las bobinas del estator para mantener el rotor girando de forma suave y controlada.

Proceso de control

En los motores de CC sin escobillas (BLDC), el proceso de control es fundamental para garantizar un funcionamiento eficiente y preciso. Este proceso se encarga de controlar la velocidad, el par y la posición del motor, lo que permite utilizarlo en una amplia variedad de aplicaciones, desde ventiladores hasta robots industriales.

1. Control de velocidad

El control de velocidad se logra mediante la regulación de la frecuencia de la señal de conmutación que se aplica a los devanados del motor. Esta señal se genera mediante un circuito de control que utiliza información de los sensores de posición del rotor y de la corriente que circula por los devanados.

La frecuencia de la señal de conmutación determina la velocidad del motor, y puede ser ajustada mediante un controlador de velocidad. Este controlador puede ser analógico o digital, y permite ajustar la velocidad del motor de forma precisa y gradual.

2. Control de par

El control de par se logra mediante la regulación de la corriente que circula por los devanados del motor. Esta corriente se ajusta mediante el controlador de corriente, que utiliza información de los sensores de posición del rotor y de la corriente que circula por los devanados.

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El control de par es fundamental en aplicaciones donde se requiere un alto nivel de precisión, como en robots industriales o en máquinas herramienta. En estas aplicaciones, es necesario controlar el par para garantizar una operación precisa y segura del motor.

3. Control de posición

El control de posición se logra mediante la retroalimentación de la posición del rotor mediante sensores de posición. Estos sensores pueden ser de diferentes tipos, como sensores Hall, encoders ópticos o encoders magnéticos.

El control de posición es fundamental en aplicaciones donde se requiere una alta precisión en la posición del motor, como en robots industriales o en sistemas de control de movimiento. En estas aplicaciones, es necesario controlar la posición del motor para garantizar una operación precisa y repetible.

4. Combinación de los controles

La combinación de los controles de velocidad, par y posición permite controlar el motor de forma precisa y eficiente en una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, en un robot industrial, se puede utilizar el control de posición para mover el brazo del robot a una posición determinada, el control de par para aplicar una fuerza determinada y el control de velocidad para ajustar la velocidad del motor en función de la tarea que se esté realizando.

La combinación de los controles de velocidad, par y posición permite controlar el motor de forma precisa y eficiente, lo que lo convierte en una opción ideal para aplicaciones que requieren un alto nivel de precisión y control.

En conclusión, los motores de CC sin escobillas son una tecnología cada vez más utilizada en diferentes campos gracias a sus múltiples ventajas. Su funcionamiento se basa en la interacción de campos magnéticos, lo que les permite ofrecer una mayor eficiencia, durabilidad y menor ruido que los motores convencionales. Además, la posibilidad de controlar de manera precisa la velocidad y la dirección de giro los hace ideales para aplicaciones que requieren un alto grado de precisión. Sin duda, los motores BLDC son una opción atractiva para aquellos que buscan una solución eficiente y confiable para sus necesidades de motorización.

En conclusión, los motores de CC sin escobillas son una tecnología cada vez más utilizada en diferentes campos gracias a sus múltiples ventajas. Su funcionamiento se basa en la interacción de campos magnéticos, lo que les permite ofrecer una mayor eficiencia, durabilidad y menor ruido que los motores convencionales. Además, la posibilidad de controlar de manera precisa la velocidad y la dirección de giro los hace ideales para aplicaciones que requieren un alto grado de precisión. Sin duda, los motores BLDC son una opción atractiva para aquellos que buscan una solución eficiente y confiable para sus necesidades de motorización.

En conclusión, los motores de CC sin escobillas (BLDC) son una tecnología avanzada que ofrece una serie de ventajas en comparación con los motores de CC convencionales. Funcionan mediante un sistema de imanes y bobinas que generan un campo magnético giratorio, eliminando la necesidad de escobillas. Esto se traduce en una mayor eficiencia energética, menos mantenimiento y una vida útil más prolongada. Además, los motores BLDC son más silenciosos y tienen una respuesta más rápida a las demandas de velocidad y torque. En resumen, los motores BLDC son una opción ideal para aplicaciones que requieren alta eficiencia y rendimiento, como en la industria automotriz, aeroespacial, robótica y de automatización industrial.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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