Motor brushless vs motor cepillado: por qué deberías saber la diferencia

Un motor de perforación está diseñado para convertir la energía eléctrica en movimiento mecánico. El mercado está lleno de una amplia variedad de motores que pueden manejar diferentes aplicaciones y diferentes requisitos de potencia. Los dos tipos más comunes de motores incluyen motores sin escobillas y con escobillas. Aunque se basan en los mismos principios físicos, su estructura, rendimiento y control difieren significativamente.

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El motor brushless, cada vez más popular entre los usuarios y profesionales del bricolaje, no es nuevo en el mercado. Para entender su origen, es importante mirar hacia atrás al Sr. Ernst Werner von Siemens en 1856. Aunque rudimentarios, los inventos han experimentado una serie de mejoras a lo largo de las décadas, una de las cuales fue un reóstato para el control preciso de la velocidad de rotación del eje.

El viaje a la vanguardia del motor sin escobillas comenzó a principios de la década de 1960 con la llegada de un atenuador de potencia que tenía la capacidad de convertir la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). En 1962, TG Wilson y PH Trickey publicaron un artículo que describía un motor sin escobillas que funcionaba con corriente continua. Las unidades estaban equipadas con una tecnología que explotaba el magnetismo y posteriormente contrarrestado por un dispositivo eléctrico. La principal revelación detrás del concepto de motor sin escobillas fue la ausencia de un interruptor físico para transmitir la corriente.

Sin embargo, no fue hasta la década de 1980 que el motor sin escobillas tuvo un buen comienzo. La mayor disponibilidad de imanes permanentes combinados con transistores de alto voltaje ha permitido que este tipo de motor genere tanta potencia como los motores de escobillas. Las mejoras al motor sin escobillas han continuado sin cesar durante las últimas tres décadas. Esto ha transformado la forma en que los fabricantes de taladros producen herramientas de perforación eficientes. A su vez, los clientes obtienen los beneficios clave asociados con la variedad y la reducción de los requisitos de mantenimiento.

¿Cómo funciona un motor de perforación?

La principal diferencia entre los motores de perforación sin escobillas o con escobillas es que las variantes con escobillas están hechas de carbono, mientras que las unidades sin escobillas usan imanes para generar energía. Por ello, los motores brushless se adaptan mejor, no generan fricción, producen menos calor y ofrecen un mejor rendimiento. Además, las unidades sin escobillas reducen considerablemente el mantenimiento, que se reduce al polvo y no es necesario reemplazar las escobillas desgastadas.

En un motor sin escobillas, la conmutación de los devanados no es mecánica sino electrónicamente controlada por un dispositivo conocido como controlador. Esto transforma la corriente continua en una corriente trifásica de frecuencia variable y, posteriormente, alimenta las bobinas del motor para crear el campo giratorio. Es comprensible que con este principio de potencia las bobinas estén fijas en el motor y no giren como en los motores de escobillas.

Todos los motores sin escobillas tienen un diseño relativamente similar. Están equipados con un estator fijo, que contiene las bobinas y un rotor móvil sobre el que se pegan los imanes permanentes. Los devanados se pueden hacer de diferentes maneras tanto en forma de estrella como de triángulo. La mayoría de las máquinas sin escobillas tienen un rotor interno que gira rápidamente hasta 100 000 rpm.

¿Qué son los pinceles?

Los cepillos son esenciales para el correcto funcionamiento de las herramientas motorizadas con escobillas, como taladros, martillos neumáticos, cepilladoras, cortasetos y amoladoras. Las escobillas de carbón se eligen según la marca y el tipo de herramienta. Se instalan en la parte fija de un motor para garantizar una transmisión de potencia óptima al rotor (la parte giratoria). Proporcionan una conmutación sin chispas.

Estos componentes, trabajando en pares, están sujetos a desgaste y fricción. Las escobillas de carbón están en contacto permanente con los anillos colectores. Fabricados en grafito, estos componentes están disponibles en diferentes tipos. Pueden estar equipados con muelle, conector (cable con enchufe) o sin portaescobillas. Los cepillos vienen en diferentes tamaños y formas (cuadrados, rectangulares principalmente) y pueden tener ranuras para mejorar la conducción.

La velocidad del taladro se especifica como parte del par, que depende de la fuerza del campo magnético. Las escobillas de carbón accionadas por resorte están unidas a un resorte equipado con una placa para garantizar un paso suave de la potencia. En algunos casos, las escobillas van montadas sobre un portaescobillas que incorpora un resorte diseñado para aumentar el empuje.

Por otro lado, las escobillas de demolición se utilizan para detener el funcionamiento del motor y finalmente del taladro antes del desgaste total del material de grafito. Esto está destinado a mantener un rendimiento óptimo.

Los fabricantes de herramientas eléctricas portátiles, incluidos los taladros, suelen vender cepillos que son compatibles con sus máquinas. Las dimensiones se expresan en milímetros o pulgadas, que representan espesor, profundidad y ancho. Sin embargo, estas especificaciones pueden variar de un fabricante a otro.

Desventajas de los motores de escobillas

Aunque los motores de escobillas son económicos, fiables y tienen un alto par o relación de inercia, también tienen una serie de desventajas. Estos componentes se desgastan con el tiempo y producen polvo. Este tipo de motor requiere un mantenimiento regular para limpiar o reemplazar las escobillas. También tienen una baja capacidad de disipación de calor debido a las limitaciones del rotor, alta inercia del rotor, baja velocidad máxima e interferencia electromagnética (EMI) debido a la formación de arcos en las escobillas.

El principio de funcionamiento de los motores sin escobillas es el mismo que el de los motores sin escobillas (control de conmutación mediante retroalimentación interna de la posición del eje), pero su diseño general es diferente. El diseño de transmisión sin escobillas reduce la resistencia interna y ayuda a disipar el calor generado en las bobinas del estator. Por lo tanto, la eficiencia es mejor ya que el calor de las bobinas puede disiparse de manera más eficiente debido a la carcasa fija del motor mucho más grande.

A diferencia del motor de escobillas, el imán permanente de la unidad sin escobillas está montado en el rotor. El estator está hecho de acero laminado ranurado y contiene los devanados de la bobina. Por otro lado, las unidades cepilladas requieren pocos o ningún componente externo y, por lo tanto, funcionan bien en condiciones restrictivas.

¿Qué es un motor de taladro sin escobillas?

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Al tratar de entender qué significa sin escobillas, es crucial considerar el diseño básico de estos motores. Los devanados del estator se pueden disponer en forma de estrella (o Y) o de triángulo. El laminado de acero se puede realizar con o sin ranuras. Un motor de perforación sin ranuras tiene una inductancia más baja. Por lo tanto, puede funcionar más rápido y causar menos ondas a velocidades más bajas. Su principal inconveniente son los factores de mayor costo ya que es necesario multiplicar los devanados para compensar un espacio aéreo más grande.

El número de polos del rotor puede variar según la aplicación. Más polos aumentan el par pero reducen la velocidad máxima. El material utilizado para fabricar los imanes permanentes también afecta el par máximo, que aumenta con la densidad de flujo.

Dado que la conmutación debe realizarse electrónicamente, controlar un motor sin escobillas es mucho más complejo que los esquemas simples asociados con las unidades con escobillas. Se utilizan métodos de control tanto analógicos como digitales. El bloque de control básico es similar al de los motores de escobillas, pero el control de bucle cerrado es obligatorio.

En los motores sin escobillas se utilizan tres tipos principales de algoritmos de control: conmutación trapezoidal, conmutación sinusoidal y control vectorial (u orientado al campo). Cada algoritmo de control se puede implementar de diferentes maneras según la codificación del software y el diseño del hardware. Cada uno ofrece ventajas y desventajas específicas.

La conmutación Keystone requiere el software de control y circuitos más simple, lo que la convierte en una solución ideal para aplicaciones de nivel de entrada. Utiliza un proceso de seis pasos que utiliza la retroalimentación de la posición del rotor. La conmutación trapezoidal controla efectivamente la velocidad y la potencia del motor, pero sufre una ondulación del par durante la conmutación, particularmente a bajas velocidades.

La conmutación sin sensor (estimación de la posición del rotor mediante la medición de la EMF trasera del motor) proporciona un rendimiento impresionante a costa de una mayor complejidad del algoritmo. Al eliminar los sensores de efecto Hall y sus circuitos de interfaz, esta conmutación sin sensores reduce los costos de componentes e instalación y simplifica el diseño del sistema. Esto ayuda a responder la pregunta, ¿qué es un motor sin escobillas?

Ventajas de un motor Brushless

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La tecnología de motor sin escobillas no solo mejora la potencia de sus herramientas eléctricas inalámbricas, sino que también prolonga su vida útil. Con estos motores, prácticamente no tendrá problemas de mantenimiento.

Las ventajas de la tecnología sin escobillas son numerosas. La ausencia de cepillos elimina los problemas relacionados con el sobrecalentamiento y las averías. Por lo tanto, la duración del motor sin escobillas se refiere solo a los rodamientos. El motor sin escobillas es más compacto y dos o tres veces más ligero que las unidades con escobillas. Esto mejora la portabilidad y reduce la vibración y el ruido.

Los interruptores electrónicos permiten un posicionamiento preciso. El motor alcanza velocidades de hasta 50.000 rpm con rotores perfectamente equilibrados. El módulo electrónico ofrece más flexibilidad con un rango de variación más amplio y, sobre todo, mantenimiento del par desde el principio.

Sin fricción entre el rotor y el estator, la eficiencia mejora considerablemente. El calor y la fricción se reducen mientras que la energía de la batería se optimiza. Esto aumenta la potencia y el alcance hasta en un 25 por ciento con baterías convencionales. Según los fabricantes, las últimas generaciones de baterías de iones de litio proporcionan hasta un 50 o incluso un 60 por ciento más de duración de la batería.

La ausencia de fricción permite que el motor funcione sin producir chispas incluso durante aplicaciones intensivas. La tecnología sin escobillas no tiene zona de contacto, lo que reduce en gran medida el desgaste y el mantenimiento. Esto ofrece varios beneficios: el motor es más eficiente energéticamente, evita el sobrecalentamiento, elimina la necesidad de reemplazar las escobillas y los usuarios disfrutan de una mayor duración de la batería. Encontrará que el mejor taladro inalámbrico funciona con un motor sin escobillas.

Motores con escobillas vs sin escobillas: ¿por qué el costo adicional?

En un motor eléctrico convencional, el rotor (parte giratoria de la máquina) es accionado dentro del estator (parte estacionaria). Ambos están conectados por una conexión eléctrica: el colector o colector, que está en contacto con pequeñas escobillas de carbón.

Con la tecnología sin escobillas, el rotor está formado por imanes y el estator por bobinas que se cargan alternativamente de forma positiva o negativa. Por lo tanto, los polos se atraen y se repelen entre sí, lo que permite que el motor gire. La ventaja es que no hay contacto físico entre el rotor y el estator. La energía pasa de uno a otro a través del magnetismo entre los electroimanes.

Alimentado por corriente continua, el motor funciona con corriente alterna producida por una placa electrónica que transforma la corriente continua en una trifásica de frecuencia variable. Por lo tanto, las bobinas se alimentan alternativamente para crear un campo giratorio y, por lo tanto, una rotación. El módulo electrónico, integrado en el motor o en una carcasa, ajusta continuamente la corriente para que el motor funcione con la máxima eficiencia. Esto mejora el rendimiento general y, por lo tanto, ofrece una relación calidad-precio real.

¿Qué es mejor: motor sin escobillas o con escobillas?

En resumen, los motores sin escobillas son mejores que las unidades con escobillas. Los usuarios se benefician de un mantenimiento reducido, mayor eficiencia, calor y ruido reducidos. Los motores sin escobillas son unidades síncronas con uno o más imanes permanentes. Las herramientas eléctricas con motores sin escobillas ahora se consideran productos de alta gama.

Un motor de CC consta de dos partes eléctricas: el estator y el rotor. Cuando enciende el motor, crea una interacción magnética que pone el motor en movimiento. Al invertir la dirección del voltaje que alimenta al motor, este gira en la dirección opuesta.

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