¿Cómo funciona un motor eléctrico?

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Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en movimiento rotatorio mecánico [1]. Para ello, utiliza la fuerza del magnetismo que se produce cuando la corriente eléctrica fluye a través de bobinas, generando así campos magnéticos [2].

Estructura y principio básico

En esencia, un motor eléctrico consta de dos partes principales: un estator fijo y un rotor giratorio [1]. En el estator o en el rotor se encuentran ya sea imanes permanentes o bobinas atravesadas por corriente que actúan como electroimanes [1].

Cuando la corriente fluye a través de las bobinas, estas generan campos magnéticos. Estos campos interactúan entre sí: los polos del mismo nombre se repelen y los de nombre diferente se atraen [3]. Estas fuerzas de atracción y repulsión ponen en movimiento el rotor. Para que la rotación no se detenga después de media vuelta, la dirección de la corriente en las bobinas se invierte regularmente [3].

Campos magnéticos y fuerza de Lorentz

La base física del movimiento es la fuerza de Lorentz: esta actúa sobre las cargas eléctricas en movimiento, es decir, sobre la corriente en los conductores cuando se encuentra en un campo magnético [2]. A través de la interacción entre la corriente y el campo magnético, se crea un par motor que impulsa el rotor [1].

Motores de corriente continua y de corriente alterna

Los motores de corriente continua (DC) funcionan con corriente continua. La inversión de la corriente en el rotor se realiza mecánicamente mediante escobillas de carbón y un conmutador [4]. Esto los hace fáciles de regular, pero también propensos al mantenimiento.

Los motores de corriente alterna (AC) utilizan corriente alterna, generalmente corriente alterna trifásica. La corriente alterna genera un campo magnético rotatorio en el estator que arrastra el rotor [5]. Los motores de corriente alterna asíncronos no necesitan contactos mecánicos para el suministro de corriente en el rotor; la corriente se genera por inducción. Esto los hace especialmente robustos y requieren poco mantenimiento.

Motores sin escobillas (BLDC)

Un motor de corriente continua sin escobillas (BLDC) prescinde de las escobillas y del conmutador. En su lugar, las bobinas atravesadas por corriente se encuentran en el estator fijo, mientras que el rotor consiste en imanes permanentes. Una electrónica externa controla la corriente con precisión hacia las bobinas, asegurando así un campo magnético rotatorio que arrastra el rotor.

Este diseño es más eficiente porque no hay pérdidas por fricción debidas a las escobillas, el calor puede disiparse mejor a través del estator y el control electrónico mantiene el motor siempre en el punto de funcionamiento óptimo.

¿Por qué los coches eléctricos son tan eficientes?

Los coches eléctricos se benefician de varias ventajas del tren motriz eléctrico. Los motores eléctricos modernos convierten aproximadamente entre el 90 y el 95 por ciento de la energía eléctrica en movimiento [5]. Además, permiten la recuperación: al frenar, el motor se convierte en generador y transforma la energía cinética nuevamente en energía eléctrica, que se almacena en la batería.

Cuando está detenido, el motor eléctrico puede apagarse completamente, sin pérdidas por ralentí. El tren motriz más sencillo, con menos piezas móviles, reduce las pérdidas adicionales por fricción. Junto con una electrónica de potencia precisa y una gestión térmica optimizada, el resultado es una eficiencia global muy elevada.

¿Qué materiales se utilizan?

Para los motores eléctricos se necesitan diversos materiales. Los devanados consisten mayormente en cobre debido a su excelente conductividad. Los núcleos de hierro hechos de chapa eléctrica minimizan las pérdidas magnéticas.

Los motores especialmente potentes, como los motores síncronos de imanes permanentes, utilizan imanes basados en neodimio-hierro-boro. Para ello, se emplean tierras raras como el neodimio, praseodimio, disprosio y terbio, con el fin de permitir campos magnéticos fuertes a altas temperaturas. La carcasa suele estar fabricada en aluminio para una buena disipación del calor.

Sin embargo, se están desarrollando cada vez más tipos de motores sin tierras raras, como los motores asíncronos o los motores síncronos de reluctancia, para reducir la dependencia de materias primas críticas.

Resumen

Un motor eléctrico convierte la corriente en movimiento mediante el flujo de corriente a través de bobinas, generando campos magnéticos y haciendo que la fuerza de Lorentz ponga en rotación un rotor. Dependiendo de su diseño, los motores de corriente continua, de corriente alterna y sin escobillas se diferencian principalmente en el tipo de suministro de corriente y control. Gracias a sus altas eficiencias, la recuperación de energía y la menor cantidad de piezas móviles, los propulsores eléctricos son una tecnología cada vez más importante, especialmente en el sector automovilístico.