Tipos de motores torque y aplicaciones

Los motores torque son motores con un par espe­cial­mente ele­va­do. Esto per­mite pre­scindir a menudo de un reduc­tor adi­cional. Por eso, los motores torque tam­bién se denom­i­nan accionamien­tos direc­tos. Estos motores eléc­tri­cos sue­len ser rel­a­ti­va­mente cor­tos en com­para­ción con los motores de alta veloci­dad. Por otro lado, los motores de alto par sue­len ten­er un gran diámetro. El gran diámetro del rotor garan­ti­za un par ele­va­do en el ran­go de veloci­dad más bajo. Por el con­trario, los motores de alta veloci­dad sue­len ten­er un diámetro pequeño. Y sue­len ser rel­a­ti­va­mente lar­gos. En com­para­ción, el par de los motores de alta veloci­dad es mucho menor, pero alcan­zan veloci­dades más altas. En la may­oría de los casos, el par cae mucho más rápi­do con los motores de alto par. Sin embar­go, esto depende en gran medi­da del tipo de motor eléc­tri­co que se util­ice como motor de alto par. En el sigu­iente vídeo de YouTube se pre­sen­tan los prin­ci­pales tipos de motores de par elevado.

Tipos de motor de alto par, motor de flujo axial (izquierda) y motor de flujo radial (derecha)
Tipos de motor de alto par, motor de flu­jo axi­al (izquier­da) y motor de flu­jo radi­al (derecha)

Tipos de motores de alto par

Los motores de CA y los motores BLDC sin esco­bil­las se uti­lizan prin­ci­pal­mente para motores de par. A menudo tam­bién se denom­i­nan motores de CC sin esco­bil­las. Hay dos dis­eños de motores eléc­tri­cos de alto par que se uti­lizan prin­ci­pal­mente. Son los motores de flu­jo axi­al y los motores de flu­jo radi­al. Los motores de flu­jo radi­al pueden sub­di­vidirse en dos tipos difer­entes. Se tra­ta de motores con rotores inter­nos y rotores exter­nos. Los rotores exter­nos se uti­lizan prin­ci­pal­mente para motores de flu­jo radi­al de alto par. Los motores de flu­jo trans­ver­sal tam­bién pueden gener­ar pares ele­va­dos. Sin embar­go, se uti­lizan muy poco en la indus­tria. Por regla gen­er­al, en todos estos tipos de motores eléc­tri­cos se uti­lizan imanes per­ma­nentes. Esto se debe a que los imanes per­ma­nentes pueden obten­er un par may­or del motor con la mis­ma cor­ri­ente de fase. Sin embar­go, tam­bién es posi­ble con­stru­ir un motor de alto par sin imanes per­ma­nentes. Por ejem­p­lo, como motor de reluc­tan­cia con rotor exter­no. En el sigu­iente vídeo de YouTube puede ver una ani­mación de un motor de reluc­tan­cia de alto par.

Vídeo sobre motores de alto par

Diseño de motores torque

¿Qué hace que un motor de alto par sea tan espe­cial? El secre­to de los motores de alto par reside prin­ci­pal­mente en su gran diámetro. Ésta es la razón prin­ci­pal por la que se sue­len uti­lizar motores de flu­jo axi­al y motores de rotor exter­no. Porque estos tipos de motores eléc­tri­cos son muy ade­cua­dos para motores cor­tos de gran diámetro. Lo deci­si­vo no es el diámetro exte­ri­or del rotor, sino el diámetro del entre­hier­ro cen­tral. Aquí es donde el flu­jo mag­néti­co gen­era las fuerzas mecáni­cas entre el rotor y el esta­tor. Cuan­to may­or sea el diámetro donde se gen­er­an estas fuerzas, may­or será el par resul­tante. Por supuesto, tam­bién es posi­ble con­stru­ir motores de alto par con un diámetro pequeño, pero no es tan fácil. Otra car­ac­terís­ti­ca impor­tante de los motores de alto par es el ele­va­do número de imanes per­ma­nentes. Sin embar­go, la com­bi­nación de polos del esta­tor y del rotor siem­pre debe ser ade­cua­da. Otro pun­to impor­tante es la fuerza y el grosor de los imanes per­ma­nentes. Cuan­to más fuertes y grue­sos sean los imanes per­ma­nentes, may­or será el par. Por supuesto, el par sólo puede aumen­tar den­tro de cier­tos límites. En con­se­cuen­cia, tam­bién dis­min­uye la veloci­dad máx­i­ma que puede alcan­zar el motor eléc­tri­co. Esto se debe a que la con­tra­fuerza elec­tro­mag­néti­ca tam­bién aumen­ta cuan­do se uti­lizan imanes más potentes. Por supuesto, hay otras for­mas de aumen­tar el par. Por ejem­p­lo, uti­lizan­do un menor entre­hier­ro o una may­or cor­ri­ente de fase del inversor.

Comparación entre motores de alto par (derecha) y motores de alta velocidad (izquierda)
Com­para­ción entre motores de alto par (derecha) y motores de alta veloci­dad (izquier­da)

Características y ventajas de los motores torque

Debido a los ele­va­dos pares de los motores eléc­tri­cos de alto par, en muchos casos ya no es nece­saria una caja de cam­bios adi­cional. Esto elim­i­na las pér­di­das de una caja de cam­bios y aumen­ta la efi­cien­cia glob­al del accionamien­to eléc­tri­co. Esto se debe a que sólo con­s­ta del motor de alto par y el inver­sor o la elec­tróni­ca de poten­cia. Es una gran ven­ta­ja para los bar­cos eléc­tri­cos y los aviones eléc­tri­cos, por ejem­p­lo. Pero tam­bién es bue­na para motos eléc­tri­c­as y robots móviles. Sin embar­go, los motores de alto par sin reduc­tor sue­len ser más grandes que los motores eléc­tri­cos con reduc­tor. Esto se debe a que el motor de alto par suele ten­er una veloci­dad más baja que un motor con caja de cam­bios. Debido a la menor veloci­dad, los motores de alto par tam­bién sue­len ten­er una menor den­si­dad de poten­cia. Sin embar­go, el tamaño total de los motores de alto par suele ser com­pa­ra­ble al de los accionamien­tos con reduc­tor. Sin embar­go, esto tam­bién depende en gran medi­da del tipo de reduc­tor utilizado.

Comparación del par motor (derecha) sin reductor frente al motor con reductor (izquierda)
Com­para­ción del par motor (derecha) sin reduc­tor frente al motor con reduc­tor (izquier­da)

Aplicaciones del motor torque

Hay dos apli­ca­ciones prin­ci­pales para las que resul­tan espe­cial­mente ade­cua­dos los motores de alto par. La primera son las apli­ca­ciones que requieren una gran dinámi­ca y pre­cisión. En otras pal­abras, apli­ca­ciones en las que es nece­sario mover un obje­to ráp­i­da­mente y con gran pre­cisión del pun­to A al pun­to B. Se tra­ta, por ejem­p­lo, de robots indus­tri­ales, máquinas her­ramien­ta y máquinas de pro­duc­ción. Por otro lado, los motores de alto par son espe­cial­mente ade­cua­dos para apli­ca­ciones en las que se requiere un alto gra­do de efi­cien­cia. Por ejem­p­lo, para las motos eléc­tri­c­as y los aviones de gran autonomía.

Aplicaciones de los motores de alto par
Apli­ca­ciones de los motores de alto par

Aplicaciones móviles con motores torque

Debido a los ele­va­dos pares de los motores eléc­tri­cos de alto par, en muchos casos ya no es nece­saria una caja de cam­bios adi­cional. Esto elim­i­na las pér­di­das de una caja de cam­bios y aumen­ta la efi­cien­cia glob­al del accionamien­to eléc­tri­co. La may­or efi­cien­cia glob­al tam­bién se nota al fre­nar. Esto sig­nifi­ca que se puede recu­per­ar más energía durante el fre­na­do que con un sis­tema de accionamien­to con caja de cambios.

Aplicaciones industriales con motores torque

Debido a su ele­va­da dinámi­ca, los motores de alto par tam­bién se uti­lizan en máquinas de pro­duc­ción, robots y máquinas her­ramien­ta. Para acel­er­ar más ráp­i­da­mente las masas de las máquinas con pares ele­va­dos. Al pre­scindir de la caja de engrana­jes en una máquina her­ramien­ta, un motor de alto par no sólo per­mite mecanizar las piezas más ráp­i­da­mente, sino tam­bién con may­or pre­cisión. En las máquinas de pro­duc­ción, los costes de man­ten­imien­to pueden reducirse pre­scin­di­en­do de las cajas de engrana­jes y uti­lizan­do motores de alto par. Esto se debe a que sólo con­s­ta del motor de alto par y el inver­sor o la elec­tróni­ca de potencia.