¿Qué factores afectan la eficiencia del motor sin escobillas?

El material magnético utilizado en el rotor de un motor sin escobillas desempeña un papel fundamental en su eficiencia. La mayoría de los motores sin escobillas de alto rendimiento utilizan imanes permanentes de tierras raras, como el neodimio hierro boro. Estos materiales poseen fuertes propiedades magnéticas que ayudan al motor a generar campos magnéticos estables y potentes con menores pérdidas de energía. Si el material magnético es de baja calidad, por ejemplo, con densidad magnética irregular o magnetismo débil, el motor sin escobillas necesitará más corriente para mantener el par requerido. Esto no solo desperdicia energía, sino que también hace que el motor funcione a mayor temperatura, reduciendo aún más la eficiencia. Por ejemplo, algunos motores sin escobillas económicos utilizan imanes de ferrita de baja calidad en lugar de imanes de tierras raras. Estos imanes de ferrita pierden fuerza magnética más rápidamente a altas temperaturas, lo que significa que el motor debe trabajar más solo para mantener operaciones básicas. Elegir un motor sin escobillas con materiales magnéticos de alta calidad y certificados (como aquellos que cumplen con los estándares industriales) es clave para mantener alta la eficiencia.

El modo en que se controla un motor sin escobillas y la forma en que su sistema de accionamiento se adapta a él afectan directamente a la eficiencia. Un buen sistema de accionamiento utiliza estrategias de control precisas para ajustar en tiempo real la corriente y el voltaje del motor. Por ejemplo, el control de pico de corriente, en el que el accionamiento mantiene constante el ciclo de control y hace que la corriente del estator siga la corriente establecida, ayuda a que el motor sin escobillas funcione suavemente sin desperdiciar energía innecesariamente. Si el sistema de accionamiento no está bien adaptado, como usar un controlador genérico que no se ajusta al rango de potencia del motor, el motor sin escobillas podría experimentar una corriente inestable. Esto puede provocar mayores pérdidas por resistencia del estator y una eficiencia general más baja. Algunos motores sin escobillas avanzados incluso incluyen sistemas de accionamiento personalizados que se calibran según los parámetros específicos del motor, como su curva de par y su rango de velocidad. Este ajuste garantiza que el motor sin escobillas siempre funcione en su zona más eficiente, ya sea a baja velocidad con alto par o a alta velocidad con carga ligera.

El diseño del estator y rotor del motor sin escobillas tiene un gran impacto en la eficiencia con la que utiliza la energía. Comencemos con el estator: si los devanados están dispuestos de una manera que crea campos magnéticos desiguales, como usar devanados desordenados y poco organizados, habrá mayores pérdidas de cobre debidas a la resistencia. Por otro lado, devanados concentrados de paso completo (devanados concentrados enteros) bien diseñados ayudan al motor sin escobillas a generar una fuerza electromotriz (fem) inversa suave y trapezoidal, lo que reduce la pérdida de energía durante el funcionamiento. El diseño del rotor también es importante. Un rotor con una alta relación de saliencia (la relación entre la inductancia del eje d y el eje q) puede aumentar el par de reluctancia del motor sin escobillas. Esto significa que el motor puede mantener una alta eficiencia incluso si el rendimiento magnético del imán permanente disminuye ligeramente. Por ejemplo, algunos motores sin escobillas utilizan una estructura de rotor que mejora el circuito magnético, asegurando que la densidad magnética del entrehierro sea uniforme. Esto evita el sobrecalentamiento local y mantiene al motor funcionando eficientemente durante más tiempo.

Los motores sin escobillas pierden eficiencia cuando se calientan demasiado, por lo que la temperatura de funcionamiento y la disipación del calor son factores críticos. La mayoría de los motores sin escobillas utilizan imanes permanentes que se debilitan a medida que aumenta la temperatura. Si el motor se sobrecalienta, tal vez porque opera en un ambiente caliente o bajo carga pesada durante demasiado tiempo, la fuerza magnética de los imanes disminuye. Esto obliga al motor a consumir más corriente para producir el mismo par, lo que provoca mayores pérdidas de energía y menor eficiencia. Una buena disipación del calor ayuda a mantener el motor sin escobillas a una temperatura estable y fresca. Esto puede incluir elementos como una carcasa metálica que conduzca bien el calor, disipadores de calor integrados, o incluso pequeños ventiladores para enfriamiento activo. Por ejemplo, los motores sin escobillas industriales utilizados en equipos de automatización a menudo tienen cárteres de aluminio que disipan el calor rápidamente. Si un motor sin escobillas no dispone de una adecuada disipación del calor, podría apagarse inesperadamente o sufrir daños permanentes en los imanes, lo que arruinaría su eficiencia de forma definitiva.

La carga que soporta un motor sin escobillas y la velocidad a la que funciona también afectan la eficiencia. Cada motor sin escobillas tiene una "zona de funcionamiento eficiente", que es un rango de carga y velocidad en el cual utiliza la energía de forma más efectiva. Si se hace funcionar el motor a una velocidad mucho más alta o más baja que su rango óptimo, o si se aplica una carga demasiado pesada (o demasiado ligera), la eficiencia disminuye. Por ejemplo, un motor sin escobillas diseñado para carga media y velocidad moderada desperdiciará energía si se utiliza con carga ligera a muy alta velocidad. El motor seguirá consumiendo corriente para mantener la alta velocidad, pero como la carga es ligera, la mayor parte de esa corriente no se utiliza para realizar trabajo útil. A la inversa, sobrecargar el motor sin escobillas hace que funcione más allá de su capacidad, lo que provoca una corriente más alta y mayores pérdidas por cobre. Para mantener alta la eficiencia, es importante elegir un motor sin escobillas que coincida con las necesidades reales de carga y velocidad. Por ejemplo, si se necesita un motor para una cinta transportadora que funcione a una velocidad media constante, debe elegirse un motor sin escobillas cuya zona eficiente se ajuste a ese funcionamiento específico.