Cuándo elegir un motor DC de 4 polos

A la hora de seleccionar un micromotor DC para su uso en aplicaciones que van desde la industria aeroespacial hasta la inspección de pozos petrolíferos, un motor de 4 polos ofrece ventajas. Un diseño de 4 polos ofrecen una mayor fuerza que uno de 2 polos, pero también cabe en el mismo espacio y pesa igual. Greg Dutfield, de maxon Reino Unido, lo explica.

Para aplicaciones de motores DC que requieren un alto par en un espacio reducido y con bajo peso, los motores de 4 polos pueden ser la mejor opción. Un motor de 4 polos puede ocupar el mismo espacio que uno de 2 polos, pero puede generar un par mayor. Es importante destacar que un motor de 4 polos también ofrece una mayor fuerza que uno de 2 polos de tamaño equivalente, lo que significa que mantiene mejor su velocidad cuando se aplica una carga.

Explicación del número de polos: la velocidad

El número de polos hace referencia al número de pares de imanes permanentes dentro de un motor. Los motores de 2 polos tienen un solo par de imanes en posiciones opuestas: norte y sur. Cuando se aplica corriente se crea un campo magnético entre el par de polos magnéticos, lo que obliga al rotor a girar. Las configuraciones de motores también incluyen 4 polos, con dos pares de polos de imanes, y diseños multipolares de hasta 12 polos.

El número de polos es un aspecto importante del diseño del motor porque afecta a su velocidad y su par. Cuanto menos polos tenga, mayor será la velocidad del motor. Esto se debe a que cada revolución mecánica del rotor depende de la finalización del ciclo del campo magnético de cada par de polos. Cuantos más pares de imanes permanentes tiene un motor, más ciclos de campo magnético requiere, lo que significa que el rotor tarda más tiempo en completar una revolución de 360°. La velocidad se divide entre el número de pares de polos a una frecuencia fija, por lo que, tomando como base un motor de 2 polos de 10 000 r/min, un motor de 4 polos generaría 5000 r/min, uno de 6 polos funcionaría a 3300 r/min y así sucesivamente.

Explicación del número de polos: el par

Independientemente del número de polos, un motor más grande puede generar un par mayor. Pero, si comparamos motores del mismo volumen, aumentar el número de polos permite generar un par mayor. En un motor de 4 polos, su par aumenta considerablemente porque su diseño compacto presenta una trayectoria de retorno magnético más delgada, lo que ofrece más espacio para un polo de dos pares de imanes permanentes y, en el caso de los motores maxon, un bobinado patentado con trenzado más grueso.  

Aunque un motor de 4 polos cabe en el mismo espacio que uno de 2 polos, hay que tener en cuenta que, si se amplía el número de polos de 6 a 12, el tamaño del bastidor y la masa deben incrementarse en consecuencia para poder acomodar el cobre, el hierro y los imanes adicionales requeridos.

Los motores EC 4pole de maxon mantienen la velocidad bajo elevadas cargas.

Los motores de 4 polos ofrece una mayor fuerza

La fuerza de un motor se define normalmente por su gradiente velocidad-par, lo que significa que un motor con mayor fuerza mantiene mejor su velocidad cuando se le aplica una carga. El gradiente velocidad-par se mide por la reducción de la velocidad por cada 1 mNm de carga. Cuanto menor sea esta magnitud y más plano sea el gradiente, más cerca estará el motor de mantener su velocidad bajo carga.

La mayor fuerza de un motor se obtiene con las mismas características de diseño que también ayudan a alcanzar un mayor par, como aumentar el bobinado y utilizar materiales óptimos en su fabricación. Por eso, un motor de 4 polos ofrece una mayor fuerza que uno de 2 polos de un tamaño de bastidor similar.

Por ejemplo, un motor maxon de 4 polos de 22 mm tiene un gradiente velocidad-par de 19,4 r/min/mNm, lo que significa que por cada 1 mNm que se aplica pierde solo 19,4 r/min; mientras que el motor maxon de 2 polos del mismo tamaño de bastidor tiene un gradiente velocidad-par de 110 r/min/mNm. No todos los fabricantes de motores cumplen las especificaciones de diseño y materiales de maxon, por lo que el gradiente velocidad-par de un motor de 2 polos de otra marca podría ser mayor, lo que significa que tiene menos potencia.

¿Cuándo se debe utilizar un motor de 4 polos?

Las aplicaciones de la industria aeroespacial se benefician de la fuerza incrementada de un motor de 4 polos y de su peso reducido. Estas cualidades son también necesarias para herramientas eléctricas manuales, que suelen necesitar más par que el que ofrece un motor de 2 polos, pero manteniendo un diseño de masa reducida y tamaño pequeño.

Las características del motor de 4 polos son también importantes para los fabricantes de robots móviles. Tanto para la inspección de oleoductos y gasoductos como para la búsqueda víctimas atrapadas por terremotos, los robots sobre ruedas u orugas deben superar terrenos abruptos, obstáculos y pendientes. Los motores de 4 polos ofrecen el par y la fuerza necesarios para superar estas cargas, a la vez que ayudan a los fabricantes de robots móviles a conseguir un diseño compacto y ligero.

El tamaño pequeño combinado con un bajo gradiente velocidad-par es también fundamental para la inspección de pozos en el sector del gas y el petróleo. Para esta aplicación, un motor compacto de 2 polos ofrecería una fuerza suficiente, mientras que un motor multipolar sería demasiado grande y no cabría en el espacio de inspección de la broca, por lo que maxon diseñó específicamente un motor de 4 polos de 32 mm para ello.

Optimización de un motor de 4 polos

Muchas aplicaciones en las que se usa un motor de 4 polos tienen lugar en entornos o condiciones extremas, lo que requiere funcionar a altas temperaturas, presiones y vibraciones. Por ejemplo, los motores de inspección de pozos petrolíferos pueden funcionar a temperaturas superiores a 200 °C, mientras que los de los vehículos submarinos autónomos (AUV) están instalados en carcasas llenas de aceite capaces de soportar las presiones más elevadas a profundidades de hasta 6000 m. Al especificar características de diseño adicionales, como manguitos y técnicas para disipar el calor, los motores compactos de 4 polos pueden soportar condiciones de funcionamiento extremas a largo plazo.

Aunque la especificación del motor sea fundamental, para optimizar una aplicación hay que tener en cuenta el diseño del sistema motor completo, lo que incluye reductores, encoders, motores y controladores. Además de asesorar sobre las especificaciones del motor, los ingenieros de maxon pueden colaborar con un equipo de diseño OEM para desarrollar un sistema motor completo que se cumpla los requisitos de la aplicación.

EC 4pole 22 + GP24

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Si desea discutir los requisitos de su aplicación, póngase en contacto con Greg Dutfield, ingeniero de ventas de movilidad eléctrica e industrial, maxon Reino Unido, en el 01189 733337 o greg.dutfield@maxongroup.com