Por: Alfonso Perales
Imagina un motor muy eficiente que casi no malgastase la energía que le viene de las baterías en forma de calor.
Esto supondría más potencia, más aceleración, mayor duración y menos desgaste de las baterías, posibilidad de mover mayores pesos y un menor
mantenimiento del motor. Ideal ¿no?. Pues ya es casi una realidad con los motores sin escobillas.
Los motores que se emplean actualmente en las especialidades de coches eléctricos radiocontrolados necesitan para su funcionamiento el uso de escobillas. Una nueva generación de motores está desembarcando en el mundo de los coches de radiocontrol.
Se trata de los motores eléctricos que no usan escobillas. Estos son mucho más eficientes y casi no requieren mantenimiento, por lo que pueden producir una revolución en el radiocontrol que podría incluso a afectar a todas las escalas.
Para ver las diferencias entre los motores con y sin escobillas, lo mejor es resumir el funcionamiento de estos dos tipos de motores eléctricos.
Funcionamiento de los motores con escobillas:
Estos motores están formados por dos partes fundamentales, una parte estática y otra móvil. La parte que no se mueve es la carcasa del motor, en cuyo interior y unidos a ella están situados dos imanes permanentes. A esta parte se ha denominado estátor.
En el interior de esa carcasa está la parte móvil (rotor) que también se denomina inducido. Está formado por un eje metálico con tres polos que sobresalen, y en cada polo está enrollado en forma de bobina el hilo conductor. Cuando la corriente eléctrica pase por la bobina, se producirá un campo magnético que interaccionará con el campo magnético que producen los imanes del estátor. La consecuencia es una fuerza que hará que gire el inducido, y por tanto el eje del motor. De esta forma se transforma
la energía eléctrica, que llega al motor, en energía mecánica.
La corriente llega al inducido a través de tres delgas que están situadas en su parte superior y forman lo que se denomina el conmutador o colector. A su vez las delgas reciben la electricidad de dos escobillas, que son unos contactos deslizantes que rozan las delgas mientras el rotor gira. Como una escobilla está conectada al polo positivo de la corriente y otra al
negativo, la corriente que transmiten a las tres delgas hace que el inducido gire. Son necesarias las tres delgas para garantizar que el rotor se mueva, ya que si solo hubieran dos, el rotor podría no iniciar el giro al quedar en posición perpendicular a las fuerzas magnéticas de los imanes. También hemos de saber que las escobillas se mantienen pegadas a las delgas mediante
la presión de sendos muelles. El inducido gira dentro del estátor sobre rodamientos.
Funcionamiento de los motores sin escobillas:
A modo de resumen, se puede decir que los motores “sin escobillas” son como los motores “con escobillas” pero del revés. Es decir el rotor, la parte móvil, está compuesto por el eje y los imanes permanentes. En la carcasa o estátor es donde se encuentra el bobinado del hilo conductor, que no se mueve.
En los motores sin escobillas, la corriente eléctrica pasa por el hilo conductor que está bobinado en la carcasa
y produce el campo electromagnético que hace girar a los imanes permanentes y por tanto al eje al que están unidos. Por ello ni las escobillas ni el conmutador son necesarios, ya que la corriente va al estátor. Además, en los motores sin escobillas no existen las tres delgas que eran las que obligaban al rotor a moverse cualquiera que fuera su posición. Por ello en los motores sin escobillas es el variador electrónico el que controla en qué posición se
encuentra el rotor para darle la corriente temporizada adecuada. Esto se ealiza o mediante sensores instalados en el motor o a través de la respuesta que obtiene cuando envía una corriente linear al motor. Debido a esto los variadores electrónicos de los motores sin escobillas han de ser mucho más complejos que los usados en motores con escobillas, ya que han de procesar
la información del funcionamiento del motor a tiempo real.
Antecedentes
Los motores eléctricos sin escobillas se han venido utilizando desde hace años en la industria en general, aplicándose en grandes servos, aire acondicionado, ventiladores etc., y su ventaja es que al estar libres de mantenimiento pueden durar muchos años. También se han venido utilizando en los aviones y barcos RC. Sin embargo hasta ahora no se ha dispuesto de una tecnología
lo suficientemente pequeña y económica como para aplicarla a los coches de RC. Esto se debe a que los controles del motor son más exigentes en los coches, y a que en los barcos y aviones los frenos no tienen tanta importancia como en los coches.
Ventajas e inconvenientes de los motores sin escobillas:
En los motores con escobillas la conmutación se hace mecánicamente a través del contacto entre el inducido y las escobillas.
Este sistema es muy poco eficiente y el rozamiento y la resistencia eléctrica provocan que haya una gran pérdida de energía que se transforma en calor. Además esto supone una limitación al número máximo de r.p.m. de los
motores, ya que a elevadas r.p.m. las escobillas rebotarían. Para evitarlo serían necesarios muelles más rígidos y esto crearía a su vez más fricción
y frenaría el giro.
En los motores sin escobillas la conmutación se controla de manera electrónica mediante el variador de velocidad, por lo que no se produce rozamiento mecánico ni pérdidas de energía y se consigue que los motores sin escobillas
tengan una eficiencia muy superior, se habla de un 90%, frente a un 60% de los motores con escobillas. Debido a esto los motores sin escobillas pueden alcanzar muchas más r.p.m. y con mucho más par, hasta cuatro o cinco veces más que los motores con escobillas, y a la vez con un ahorro de energía de hasta el 30 %. Además el calentamiento del motor es mínimo.
En los motores sin escobillas la masa que gira es menor, casi la mitad, por lo que aceleran más rápidamente.
Esto se debe a que el rotor lleva los imanes, que son menos pesados en estos motores que el bobinado en los clásicos. Por ello el funcionamiento es además más suave al reducirse las vibraciones. Al no haber chisporroteo eléctrico debido al roce de las escobillas con el conmutador, se eliminan las interferencias por el "ruido" eléctrico que podrían afectar al equipo de radio. Tampoco son necesarios ni los condensadores soldados al motor
ni el diodo Schottky.
En los motores con escobillas hay que realizar mantenimientos periódicos; nuevas escobillas, muelles, desgaste del conmutador y mucho tiempo dedicado a las labores de mantenimiento Por el contrario, en los motores sin escobillas el mantenimiento es mínimo, ya que al no tener ni estas ni conmutador, el mantenimiento es casi inexistente, solo sería necesario la limpieza
y lubricado de los rodamientos. Adicionalmente, el concepto de los "sin escobillas" permiten fabricar motores totalmente cerrados, protegiéndolos del polvo.
Los motores sin escobillas son más sencillos y por ello más fiables: no llevan ni las escobillas, ni guías de escobillas, ni conmutador, ni muelles. Es decir menos mangas perdidas por culpa de fallos mecánicos del motor. Además el
peso de esos motores puede ser de hasta 50 gramos menos que los con escobillas.
Por otra parte y gracias al control ejercido por el variador electrónico, que es de hecho un microprocesador digital, es posible regular el par y las r.p.m. e igualar las prestaciones de los motores. Se podrían hacer carreras con motores de prestaciones iguales y se podría controlar en la inspección técnica. Además no habría que disponer de varios motores, solo sería necesario
programar el número de r.p.m.
Pero ¿no tienen inconvenientes?. La verdad es que pocos, pero se pueden apuntar los siguientes: El primero es su juventud en los coches RC. Debido a ello han de abrirse paso en un mercado dominado por marcas con intereses económicos no solo en la fabricación de motores, sino de muelles, escobillas etc., lo que hace suponer que habrá una cierta presión para que no
cambien las cosas. También su juventud puede ser un obstáculo al principio para su participación en competiciones oficiales, ya que es de suponer que hasta que no haya una cierta difusión, no se organizarán competiciones oficiales.
Otro inconveniente para los que disponen de equipo de RC puede ser el económico, ya que además de adquirir el nuevo motor, hemos de comprar un variador para motores sin escobillas, ya que los variadores clásicos no sirven.
Por último y debido a que los motores sin escobillas dan más potencia y aceleración que los clásicos, por lo que las transmisiones de algunos coches que no sean de alto nivel podrían sufrir.
Tipos de motores sin escobillas:
Los dos grandes grupos de motores son los que utilizan sensores y los que no. El variador electrónico ha de tener información de algunos parámetros del motor, como la posición de los imanes para que así pueda enviar la electricidad
a la bobina adecuada, en qué sentido está girando el motor, y cuanto.
Los motores que llevan sensores se denominan de efecto tipo Hall y sus defensores dicen que son necesarios para que el motor tenga un buen par y una buena sincronización. El variador controlará de esta forma la excitación del
bobinado electromagnético.
Un buen control de la temporización es crítico para el rendimiento y eficiencia del motor. En general el motor con sensores reacciona más rápido, ya que los sensores incrementan el par motor en la salida y la sincronización es mejor en situaciones de alta carga. Los sensores están unidos a la parte trasera del motor y envían señales desde éste al variador. El inconveniente
de los sensores es que pueden fallar, pero permiten saber si el motor está girando. Esto es una ventaja, ya que si se bloqueara el motor, se evitarían daños a él, a la batería y al variador.
En el caso de los motores sin sensores, los variadores envían impulsos eléctricos lineales y los monitorizan, pero no saben en qué sentido gira el motor, solo saben si lo hace y lo rápido que gira. Los variadores sin sensores envían normalmente tres impulsos, comprobando que los tres bobinados funcionan correctamente, espera a que vuelvan y entonces empieza a funcionar de manera normal. Esto se hace al arrancar el motor y a bajas r.p.m..
Como consecuencia de los dos tipos de motores, también hay dos tipos de variadores. Uno es para los motores con sensores y el otro para los que no llevan sensores. Un variador sin sensor es más polivalente, ya que puede usarse también con motores con sensores, simplemente ignora las señales. Por el contrario un variador con sensor solo podrá trabajar con motores con
sensores y además han de estar adaptados mutuamente.
No parece que un tipo de motor tenga ventajas indudables sobre el otro, ya que los fabricantes no se han decidido de manera unánime por uno u otro tipo.
Las marcas:
ModelTech: Esta casa inglesa ha sido la primera en comercializar motores sin escobillas para los coches RC. Actualmente tiene a la venta el modelo XR que es la segunda generación de sus motores. Son motores sin sensores, y los nuevos variadores que están a punto de producir podrán ser usados con la mayoría de los motores sin escobillas del mercado, sean con sensores o
sin sensores.
El precio del conjunto motor-variador está entre 55.000 y 65.000 pesetas. Un precio similar al que ahora cuesta un conjunto motor con escobillas-variador de alta gama.
Novak: Anunció la aparición de sus motores sin escobillas para junio del 2001, luego lo retrasó a enero del 2002 y finalmente a junio del 2002. Habrá tres modelos, uno orientado a la competición, otro con archa atrás y otro de
mayor tamaño dedicado a los coches más pesados. Fabricará también sus propios variadores electrónicos. Sus motores estarán basados en sensores.
Team Orion: Han anunciado recientemente su entrada en el campo de los motores sin escobillas (diciembre del 2001). También fabricará un variador. Su motor, denominado Vortex, no dispondrá de sensores.
El futuro de los motores sin escobillas:
Sin duda a medio plazo los motores sin escobillas podrán utilizarse en competición. Los fabricantes están ajustándose cada vez más a las medidas (tamaño 540) y materiales permitidos en las competiciones, por lo que podrán alojarse en los coches actuales sin necesidad de realizar ninguna modificación. En lo referente a su aspecto, los variadores también
tenderán a asemejarse a los que conocemos actualmente.
Como la duración de las baterías con estos motores será mayor y los motores se calentarán poco, será posible realizar mangas más largas de coches eléctricos de escala 1/10. No es descabellado pensar en mangas de 10 minutos con baterías de 2000 mAh. Además un mismo motor se podrá utilizar en varias categorías. Por otra parte, con las posibilidades de programación, se podrían
hacer carreras muy igualadas en lo que a prestaciones de motores se refiere.
Estos motores permiten disponer de marcha atrás sin disminuir sus prestaciones, lo que sería de utilidad cuando un piloto va a entrenar solo al circuito. La marcha atrás se podría bloquear para participar en la competición
oficial.
La mayor eficiencia de los motores sin escobillas permite pensar en su aplicación a coches de mayor escala. Con estos motores las prestaciones de coches de escala 1/8 serían respetables, e incluso harían veloces a coches de escala 1/6, como el ya comercializado Schumacher Lotus Elise en su versión eléctrica.
Es decir, el futuro del RC son los motores sin escobilla, y no solo en las escalas pequeñas. El año 2002 se avecina lleno de novedades por parte de tres fabricantes a los que sin duda se unirán más. Por ello te recomendamos que estés atento a las novedades, estamos en el nacimiento de una nueva era en el automodelismo.
¡La revolución del RC ya está aquí!.
|
