En sectores como el de la maquinaria industrial, los dispositivos médicos o la robótica, el diseño que consigue compaginar la miniaturización de los equipos con la garantía del par necesario es clave para el rendimiento del producto. Preocupaciones como «¿se puede aumentar un poco más el par sin cambiar el tamaño?» o «queremos reducir el tamaño, pero nos preocupa si aguantará la carga» son retos de diseño a los que se enfrentan una y otra vez en los equipos de desarrollo.En este artículo, te explicamos de forma clara y organizada desde el funcionamiento básico de los motores pequeños de alto par, pasando por las técnicas más habituales para aumentar el par y sus principales aplicaciones, hasta los puntos clave que debes tener en cuenta a la hora de elegir uno. Además, hemos recopilado en formato de preguntas y respuestas las dudas más frecuentes que surgen en los equipos de diseño. Esperamos que este contenido te sirva de referencia a la hora de elegir un motor o de preparar documentos para las reuniones internas.
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Conceptos básicos sobre los motores pequeños de alto par
A la hora de elegir un motor pequeño de alto par, si primero te haces una idea de los términos básicos y de los valores, te resultará más fácil comparar métodos y valorar las aplicaciones. Saber qué es el par, qué se entiende por «motor pequeño» y cómo se pueden combinar la miniaturización y el aumento del par son conocimientos previos que te ayudarán a tomar decisiones de diseño.En este capítulo, vamos a repasar paso a paso, desde tres perspectivas diferentes, los fundamentos que te ayudarán a entender los aspectos técnicos y las estrategias para aumentar el par.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- ¿Qué es un motor pequeño de alto par?
- Conceptos básicos y unidades del par
- La importancia de combinar un tamaño reducido con un par elevado
Si sigues estos pasos uno por uno, verás cómo todo encaja, desde la definición de los términos hasta su importancia en el diseño, y así estarás listo para entender las técnicas para aumentar el par.
¿Qué es un motor pequeño de alto par?
Un motor pequeño de alto par es aquel que tiene un par (la fuerza de giro) elevado y está diseñado con unas dimensiones reducidas. Los motores de alto par se consideran motores con una gran fuerza de giro. Por otro lado, no existe una definición clara y unificada en el sector para lo que es un motor pequeño.Hay quien dice que los motores de 100 W o menos son «pequeños» y los de 3 W o menos, «ultrapequeños», pero se considera que la definición en sí no está clara. En este artículo, nos centraremos en los motores que combinan un tamaño reducido con un par elevado.Los micromotores que fabrica C.I. Takiron se sitúan, como veremos más adelante, en el ámbito de los pares de orden de mN·m. Como sus principios de diseño difieren de los de los grandes motores industriales de orden de N·m, te ayudará a comprender mejor el tema si lees teniendo en cuenta que se trata de un par elevado dentro de dispositivos pequeños.
Conceptos básicos y unidades del par
El par es un indicador que se refiere a la fuerza en sentido de giro (momento de fuerza) que se ejerce sobre un eje. En la explicación de términos técnicos del ámbito de la automoción, el par se define como la fuerza en sentido de giro que actúa alrededor de un eje, y su unidad es el N·m (newton-metro) del Sistema Internacional de Unidades (SI).El N·m, según la Ley de Unidades de Medida, se define como el momento de una fuerza de 1 N aplicada en dirección perpendicular a un punto situado a 1 m de distancia. En el ámbito de los motores pequeños, se suele trabajar con el mN·m, que es una unidad más pequeña que el N·m. La relación entre ambas es la siguiente:
| Unidad | Cómo se lee | Relación entre magnitudes |
| N·m | Newton-metro | Unidad compuesta del Sistema Internacional de Unidades (SI) que expresa el momento de una fuerza |
| mN·m | milineutón-metro | Equivale a una milésima parte de un N·m |
El par que desarrollan los micromotores se limita al orden de los mN·m, lo que supone un orden de magnitud diferente al de los N·m que manejan los motores grandes. A la hora de elegir la fuente de accionamiento para aparatos pequeños, si mantienes una perspectiva común de las unidades, podrás calcular con mayor precisión el par necesario y comparar mejor los productos.
La importancia de combinar un tamaño reducido con un par elevado
Te voy a explicar por qué es importante combinar la miniaturización con un par elevado. Básicamente, los motores tienden a generar más par cuanto más grandes son. Si se consigue aumentar el par sin cambiar el tamaño, se puede diseñar un motor pequeño que ofrezca el mismo rendimiento de par que uno grande.Muchos de los aparatos de uso cotidiano, como los smartphones, las aspiradoras o los secadores, llevan un motor incorporado. Cuanto más se reducen las dimensiones de los aparatos, más limitaciones hay en cuanto al tamaño del motor que se puede integrar en su interior. El objetivo es diseñar el motor de forma que, dentro de esas limitaciones, se consiga el par necesario, para poder combinar la miniaturización del aparato con el mantenimiento de su rendimiento.En sectores donde el espacio de instalación es limitado, como los dispositivos médicos o los aparatos de precisión, los motores que, a pesar de su pequeño tamaño, ofrecen un par suficiente amplían las posibilidades de diseño de los productos.
Cómo aumentar el par en un motor pequeño de alto par
El par del motor viene determinado por el diseño electromagnético interno y el mecanismo de reducción externo. Para aumentar el par sin cambiar el tamaño, hay que diseñar el motor de forma que se combinen y optimicen estos elementos. Las formas de aumentar el par se pueden clasificar desde varios puntos de vista.En este capítulo, partiendo de este enfoque, explicaremos las medidas más habituales para aumentar el par en motores pequeños, divididas en tres perspectivas.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Optimización de los imanes y los materiales del núcleo
- Ideas ingeniosas para el bobinado y el entrehierro
- Baja velocidad y alto par gracias al motorreductor
Si comparas el enfoque basado en el diseño interno con el basado en los mecanismos externos, podrás tener una perspectiva que te permita elegir la estrategia de aumento del par que mejor se adapte a las necesidades de tu empresa.
Optimización de los imanes y los materiales del núcleo
La optimización de los imanes y los materiales del núcleo es una técnica para aumentar el par a partir del diseño electromagnético interno del motor. Como factores internos que influyen en el par, cabe destacar los dos siguientes:
| Elementos | Contribución al aumento del par |
| Revisión de los imanes | Cambiar a imanes con mayor fuerza magnética para aumentar el par |
| Mejoras en el material del núcleo | Se utiliza chapa de acero electromagnético de alta permeabilidad para aumentar la densidad de flujo magnético |
Hay varios tipos de imanes, como los de ferrita, neodimio y samaroboro; los imanes de neodimio, aunque tienen un gran poder magnético, son sensibles al calor, y para los tipos estándar se suele considerar que la temperatura de uso recomendada ronda los 80 ℃.En cuanto al material del núcleo, cuanto mayor sea la permeabilidad magnética, mejor funcionará el núcleo como electroimán, lo que se traduce en un mayor par. Si eliges el imán y el material del núcleo según las condiciones de temperatura de tu aplicación, te acercarás a un diseño que aumente el par sin cambiar el tamaño.
Ideas para el bobinado y el entrehierro
Los ajustes en el bobinado y el entrehierro también son técnicas para aumentar el par a partir del diseño interno. En el bobinado, si aumentas el número de espiras de la bobina o aumentas el diámetro del cable, la corriente y el flujo magnético aumentan, lo que se traduce en un mayor par. Si aumentas el diámetro del cable, el par de arranque y la corriente de arranque aumentan en proporción al cuadrado de ese diámetro.Además, cuando se supera cierto rango límite, esta relación de proporción al cuadrado tiende a romperse. El entrehierro es el espacio que hay entre el rotor y el estator. Cuanto más estrecho sea el entrehierro, mayor será la influencia de la fuerza magnética. Como el bobinado y el entrehierro están relacionados entre sí, lo mejor es diseñar ajustando ambos a la vez.
Baja velocidad y alto par gracias al motor con engranajes
La obtención de baja velocidad y alto par mediante un motorreductor es una técnica que aumenta el par gracias a un mecanismo reductor externo. Un motorreductor es un producto que combina un motor y un cabezal reductor (reductor), y permite aumentar el par de salida en función de la relación de reducción.El par de salida al montar el reductor se calcula con la fórmula «Tout = Tin × i × η» (par de salida = par de entrada × relación de reducción × eficiencia de transmisión). El par de salida aumenta en proporción a la relación de reducción, mientras que el número de revoluciones disminuye en función de dicha relación.Aunque al integrar el motor y la caja de engranajes se reduce la velocidad de giro, se consigue un par elevado, por lo que es necesario un diseño óptimo que tenga en cuenta la velocidad de giro. Los motores reductores de C.I. Takiron son productos que combinan un motor sin núcleo o un motor sin escobillas con un reductor, y son una buena opción para situaciones en las que se quiere garantizar un par elevado a baja velocidad en equipos pequeños.
Principales aplicaciones de los motores pequeños de alto par y aspectos a tener en cuenta a la hora de elegirlos
Los motores pequeños de alto par son productos que se utilizan mucho en sectores como los equipos médicos o industriales, donde se necesita un par determinado en espacios reducidos. Para llevar a cabo su implementación, además de conocer bien la aplicación, te ayudará a que el proceso vaya sobre ruedas si tienes claros los puntos que hay que comprobar a la hora de elegir el motor y las respuestas a las dudas que puedan surgir en la fase de diseño.En este capítulo, te explicaremos, por este orden, las aplicaciones más habituales, los puntos clave a tener en cuenta a la hora de elegir uno y las preguntas más frecuentes.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Principales usos de los motores pequeños de alto par
- Aspectos que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un motor pequeño
- Preguntas frecuentes sobre los motores pequeños de alto par
Si sigues paso a paso el proceso, desde entender para qué sirve hasta confirmar la elección y aclarar las dudas que surjan en la obra, tendrás toda la información necesaria para elaborar los documentos que te servirán en el análisis interno.
Principales aplicaciones de los motores pequeños de alto par
Las principales aplicaciones de los motores pequeños de alto par se están extendiendo a ámbitos en los que se requiere un control preciso del par, del orden de los mN·m, en espacios reducidos. Entre los campos de aplicación más habituales se encuentran los siguientes:
[ Principales ámbitos de aplicación de los motores pequeños de alto par]
- Equipos médicos (endoscopios, catéteres)
- Equipos industriales (herramientas eléctricas)
- Equipos ópticos (sistema de accionamiento de lentes)
- Dispositivos de seguridad (cerraduras electrónicas)
Los motores de alto par se utilizan en una amplia variedad de campos, como la maquinaria industrial, la robótica y los dispositivos médicos.Se espera que los motores ultracompactos de eje hueco se utilicen en los sectores médico e industrial, por ejemplo, en OCT o endoscopias. Como el par y las revoluciones que se necesitan varían según el sector, lo básico en el proceso de diseño es elegir el motor partiendo de los requisitos de cada aplicación.
Aspectos que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un motor pequeño
A la hora de elegir un motor pequeño, lo importante es analizar de forma global el par y las revoluciones que necesitas, las condiciones de alimentación, la vida útil y el tamaño. Para elegir un motor pequeño, hay que comparar bien sus características, prestaciones y propiedades. A continuación te resumo los aspectos principales que conviene comprobar de antemano.
| Puntos a comprobar | Contenido |
| Par y revoluciones | Entender el equilibrio entre el par y el régimen de revoluciones necesarios |
| Requisitos de alimentación | Comprueba que la tensión de alimentación y la corriente estén dentro de los límites de suministro |
| Condiciones de uso | Ten en cuenta las condiciones del entorno de funcionamiento, como la temperatura, etc. |
Se dice que, cuando sube la temperatura ambiental, aumenta la resistencia del bobinado, lo que hace que la fuerza magnética del imán disminuya y, por lo tanto, baje el par de arranque. Si tienes en cuenta la temperatura del entorno de uso a la hora de definir las condiciones, podrás elegir el motor adecuado sin equivocarte en cuanto al rendimiento real.
Preguntas frecuentes sobre los motores pequeños de alto par
A la hora de analizar los motores pequeños de alto par, vamos a recopilar las dudas más habituales en formato de preguntas y respuestas.
P1. ¿Se puede aumentar el par sin cambiar el tamaño?
A. Sí, se puede aumentar. Se considera que es posible aumentar el par sin cambiar el tamaño, revisando los imanes, el bobinado, el entrehierro, el material del núcleo y la altura de la pila del núcleo.
P2. ¿Es el diseño que reduce la velocidad mediante las marchas para ganar par una solución de compromiso?
A. No tiene por qué ser una solución de compromiso. La reducción de velocidad mediante engranajes es una forma eficaz de aumentar el par. Eso sí, hay que diseñarlo teniendo en cuenta el equilibrio entre precisión, ruido y vida útil.
P3. ¿Aumenta la generación de calor si se aumenta el par?
A. Aumenta. Para aumentar el par hay que aumentar la corriente, y las pérdidas en el bobinado se traducen en calor.
P4. ¿Por qué la fuente de alimentación y los controladores llegan al límite al arrancar el sistema?
A. Al arrancar el motor, circula una corriente máxima que puede llegar a ser varias veces superior a la corriente nominal. Si se activa la protección contra sobrecorriente de la fuente de alimentación, la tensión de salida baja y, al disminuir la tensión aplicada, el par también disminuye, por lo que no se puede alcanzar el par máximo durante el arranque.
Es más fácil organizar los puntos que suelen plantear problemas en el ámbito del diseño si los analizas por separado desde el punto de vista de las medidas para aumentar el par y de las condiciones de alimentación.
Resumen
En este artículo hemos recopilado información que abarca desde los conceptos básicos de los motores pequeños de alto par, pasando por las técnicas más habituales para aumentar el par, hasta sus principales aplicaciones, los aspectos a tener en cuenta a la hora de elegirlos y las preguntas más frecuentes. Para aumentar el par sin cambiar el tamaño, una forma eficaz es combinar la optimización del diseño interno —como los imanes, el núcleo y el bobinado— con la reducción de velocidad mediante un motor con engranajes.Además, a la hora de elegir un motor, es importante tener en cuenta los requisitos específicos de cada aplicación y las condiciones de temperatura del entorno de uso. En C.I. TAKIRON Corporation nos encargamos de estudiar las especificaciones de los micromotores adaptadas a tu aplicación y ofrecemos soluciones a medida. Si tienes alguna duda sobre el diseño, no dudes en ponerte en contacto con nosotros.
Información sobre productos y consultas
Puedes consultar más detalles sobre los micromotores de C.I. Takiron en la siguiente página web.
- Página web del producto: https://cik-ele.com/
- Motores sin núcleo: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Motores sin escobillas: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Motorreductor: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codificador: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Si tienes alguna duda a la hora de elegir un motor pequeño para el desarrollo de tus productos, no dudes en ponerte en contacto con nosotros a través del formulario de consulta. Nuestro equipo técnico analizará el uso y los requisitos que necesitas y te propondrá la solución más adecuada.
- Consultas: https://cik-ele.com/contact/
