Los motores sin escobillas se clasifican, según la disposición del rotor, en dos tipos: de rotor interno y de rotor externo. Las diferencias estructurales influyen en el par, la capacidad de respuesta, la estabilidad de giro y la disipación del calor, entre otros aspectos; por lo tanto, si se elige un tipo que no se adapte a la aplicación, es posible que no se pueda aprovechar plenamente el rendimiento deseado.
A la hora de la selección de motores, es importante comprender las características de cada uno y compararlos teniendo en cuenta la velocidad de rotación necesaria, el par, el espacio de instalación, etc. En este artículo explicamos de forma clara las diferencias en cuanto a estructura y rendimiento entre los motores de rotor interno y los de rotor externo, así como sus ventajas e inconvenientes, sus principales aplicaciones y cómo elegirlos.
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¿Qué son el rotor interior y el rotor exterior?
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Los términos «rotor interno» y «rotor externo» se refieren a la clasificación basada en la relación posicional entre el rotor (la parte giratoria) y el estator (la parte fija) en el interior del motor. En el rotor interno, el rotor se encuentra en el interior del estator, mientras que en el rotor externo, se sitúa en el exterior.
Ambos tienen en común que giran aprovechando la fuerza magnética que se genera entre el rotor y el estator. Sin embargo, debido a que la posición del rotor y el radio de giro difieren, sus características —como el par, la capacidad de respuesta, el momento de inercia y la disipación térmica— no son las mismas.
Para elegir el motor adecuado para cada aplicación, es importante comprender la estructura y las características de ambos tipos.
¿Qué es un rotor interno?
El rotor interno es una estructura en la que el rotor se sitúa en el interior del estator y el centro del motor gira. En los motores sin escobillas, lo habitual es que el rotor contenga imanes permanentes y el estator bobinas, aunque la disposición de los imanes y las bobinas puede variar según el producto.
Se caracteriza por facilitar la reducción del «momento de inercia», que indica la resistencia a la rotación, ya que permite reducir el diámetro del rotor. Cuanto menor sea el momento de inercia, mayor será la capacidad de respuesta en el arranque, la parada, la aceleración y la desaceleración.
Además, en las estructuras en las que el estator se sitúa en la periferia, el calor se disipa más fácilmente hacia el exterior, por lo que resultan adecuadas para aplicaciones que implican una rotación a alta velocidad o cambios frecuentes de velocidad.
¿Qué es un rotor exterior?
Un rotor exterior es una estructura en la que el rotor se sitúa en el exterior del estator y gira la parte periférica del motor. En los motores sin escobillas, lo habitual es que el rotor exterior cuente con imanes permanentes y el estator interior con bobinas, aunque la disposición concreta varía según el producto.
Se caracteriza por facilitar la obtención de un par elevado, ya que permite garantizar fácilmente un radio de rotación del rotor mayor. Por otro lado, al extenderse la parte giratoria hacia el exterior, el momento de inercia tiende a aumentar, lo que puede resultar desfavorable para las aceleraciones y desaceleraciones bruscas.
Además, es fácil de diseñar con formas delgadas y planas, por lo que se utiliza en ventiladores, sopladores y mecanismos de accionamiento directo, entre otros.
Diferencias entre el rotor interno y el rotor externo
El rotor interno y el rotor externo presentan características diferentes —como las características de par, la capacidad de respuesta y la forma— debido a sus diferencias estructurales. Las principales diferencias son las siguientes:
Criterios de comparación | Rotor interno | Rotor externo |
Posición del rotor | Interior del estator | Exterior del estator |
Momento de inercia | Fácil de reducir | Tiende a aumentar |
Par | Se necesitan soluciones específicas para aumentar el par | Fácil de aumentar |
Capacidad de respuesta | Fácil de aumentar | Tiende a ser relativamente desfavorable |
Variación de la velocidad de rotación | Fácil de adaptar rápidamente | Fácil de mitigar los cambios bruscos |
Número de revoluciones | Fácil de diseñar para altas velocidades | Es necesario comprobar la resistencia del rotor, entre otros aspectos |
Disipación del calor | Fácil de garantizar las vías de disipación del calor | El diseño de la refrigeración es importante |
Forma | Fácil de diseñar con diámetro pequeño y forma cilíndrica | Fácil de diseñar con diámetro grande y perfil delgado |
*Se trata de una tendencia estructural general; el rendimiento real varía en función del diseño del producto y las condiciones de uso.
Los rotores internos suelen ser adecuados para aplicaciones que requieren alta velocidad de rotación y respuesta de alta velocidad, mientras que los rotores externos suelen ser adecuados para aplicaciones en las que se desea reducir el par o mitigar los cambios bruscos en la velocidad de rotación. Veamos con detalle las diferencias en cada aspecto.
Diferencias en la estructura y el momento de inercia
Entre los rotores internos y los externos, la disposición del rotor da lugar a diferencias en el momento de inercia. El momento de inercia es un valor que representa la «dificultad para mover» un objeto giratorio cuando se modifica su velocidad.
Dado que en el rotor interno se coloca un rotor de diámetro reducido en el interior del estator, es más fácil reducir el momento de inercia, por lo que resulta adecuado para aceleraciones y desaceleraciones rápidas. Por el contrario, en el rotor externo, al situarse el rotor en la periferia, el momento de inercia tiende a ser mayor.
Aunque suele ser una desventaja en las aceleraciones y desaceleraciones, su mayor inercia tiende a mitigar los cambios bruscos en la velocidad de rotación.
Diferencias en el par
En general, el rotor exterior permite alcanzar un par mayor. El par es la fuerza que hace girar un objeto y, incluso aplicando la misma fuerza, este aumenta cuanto mayor es la distancia entre el centro de rotación y el punto en el que actúa la fuerza.
El rotor exterior permite conseguir un mayor radio del rotor, por lo que su estructura resulta adecuada para aplicaciones que requieren un par elevado a bajas velocidades. El rotor interno suele tener un diámetro más pequeño, lo que puede suponer una desventaja a la hora de obtener un par elevado con unas dimensiones externas similares.
No obstante, dado que el par real depende también de factores como los imanes, el devanado, las dimensiones del motor, la corriente eléctrica y las condiciones de refrigeración, no se puede juzgar únicamente por el tipo de rotor.
Diferencias en la velocidad de rotación y la capacidad de respuesta
Si se da prioridad a la velocidad de rotación y a la capacidad de respuesta ante las aceleraciones y desaceleraciones, el rotor interno resulta ser la estructura más adecuada. Esto se debe a que, al tener el rotor un diámetro reducido, es más fácil reducir el momento de inercia, lo que permite responder rápidamente a las operaciones de arranque, parada y cambio de velocidad.
El rotor exterior tiende a tener un mayor momento de inercia, lo que supone una desventaja relativa en las aceleraciones y desaceleraciones bruscas; sin embargo, suele ser más fácil mitigar los cambios bruscos de velocidad provocados por fluctuaciones de carga. No obstante, no siempre se cumple que «rotor interior = alta velocidad» y «rotor exterior = baja velocidad».
La velocidad máxima de rotación depende también de la resistencia del rotor, el método de fijación de los imanes, los cojinetes y la generación de calor, por lo que es necesario consultar las especificaciones de cada producto.
Diferencias en el tamaño y la disipación del calor
La forma de los motores también presenta características distintas. El rotor interno permite reducir fácilmente el diámetro del rotor y se adapta bien a formas cilíndricas alargadas. Dado que el estator, que es la fuente de calor, se encuentra en la periferia, resulta más fácil garantizar las vías de disipación del calor a través de la carcasa y la superficie de montaje.
El rotor exterior se caracteriza por colocar el rotor en la periferia, lo que facilita la obtención de formas de gran diámetro y perfil delgado. Esta ventaja resulta especialmente útil en equipos en los que se desea reducir el espacio de instalación en el sentido axial.
En cuanto a la disipación del calor, no depende únicamente del tipo de rotor. Es necesario evaluar también el material de la carcasa, el método de montaje, la temperatura ambiente, el factor de carga y el sistema de refrigeración antes de tomar una decisión.
Ventajas e inconvenientes del rotor interior
El rotor interno es una estructura que permite reducir fácilmente el diámetro del rotor y limitar el momento de inercia. Por ello, aunque facilita la mejora de la capacidad de respuesta a la aceleración y la desaceleración, así como la adaptación a altas velocidades de rotación, en ocasiones puede ser necesario aplicar soluciones de diseño específicas para obtener un par elevado.
A continuación, explicamos las ventajas y los aspectos a tener en cuenta del rotor interno.
Ventajas del rotor interno
La principal ventaja del rotor interno es que facilita la mejora de la capacidad de respuesta a la aceleración y la desaceleración. Dado que el rotor tiene un diámetro reducido y se encuentra cerca del centro del eje de rotación, resulta más fácil reducir el momento de inercia.
Por ello, es una estructura adecuada para aplicaciones que requieren arranques y paradas rápidas, así como cambios frecuentes de velocidad. Otra ventaja es que el estator, provisto de devanados, se encuentra en la periferia, lo que facilita la disipación del calor a través de la carcasa y la superficie de montaje.
Se utiliza en aplicaciones que requieren capacidad de respuesta y disipación del calor, como ventiladores, bombas y mecanismos de transporte que funcionan a alta velocidad o con velocidad variable.
Inconvenientes del rotor interno
El rotor interno tiende a tener más dificultad para alcanzar un par elevado que el rotor externo cuando se comparan con condiciones de dimensiones externas similares. Esto se debe a que el rotor tiene un diámetro pequeño y resulta difícil garantizar la distancia necesaria entre el centro de rotación y el punto en el que actúa la fuerza electromagnética.
Para compaginar un par alto con un tamaño reducido, es necesario aplicar soluciones ingeniosas en los imanes, los devanados y el circuito magnético. Además, hay que tener en cuenta que, a altas velocidades de rotación, el rotor y los imanes están sometidos a una gran fuerza centrífuga.
No basta con fijarse únicamente en la velocidad máxima de rotación; es necesario comprobar si las especificaciones se adaptan a las condiciones de uso, teniendo en cuenta también el método de fijación de los imanes, la resistencia del rotor y los cojinetes.
Ventajas e inconvenientes del rotor exterior
El rotor exterior es una estructura que permite conseguir fácilmente un radio de giro del rotor mayor y obtener un par elevado. Además, como tiende a tener un momento de inercia mayor, se caracteriza por su capacidad para amortiguar los cambios bruscos en la velocidad de giro.
Por otro lado, hay aspectos que deben tenerse en cuenta en caso de aceleraciones y desaceleraciones frecuentes o al integrarlo en un equipo. A continuación, se resumen las ventajas y desventajas del rotor exterior.
Ventajas del rotor exterior
La principal ventaja del rotor exterior es que permite obtener fácilmente un par elevado. Al situar el rotor en la periferia, resulta más sencillo garantizar la distancia entre el centro de rotación y el punto en el que actúa la fuerza electromagnética, por lo que resulta adecuado para aplicaciones que requieren par a bajas velocidades.
Además, se caracteriza por que el momento de inercia del rotor tiende a ser mayor, lo que facilita la supresión de cambios bruscos en la velocidad de rotación. Además, como es fácil diseñarlos con una forma delgada y plana que reduce la longitud en el eje, son una buena opción incluso para equipos con limitaciones de espacio de instalación.
Inconvenientes del rotor externo
El rotor externo tiende a tener un momento de inercia elevado, lo que puede resultar desfavorable en casos de aceleraciones y desaceleraciones bruscas o cambios frecuentes de velocidad. Dado que también se requiere una gran fuerza para el arranque, la parada y la inversión de marcha, es imprescindible tener en cuenta la inercia de la carga en aplicaciones que requieran cambios rápidos de funcionamiento.
Además, dado que se trata de una estructura en la que gira la parte periférica, es importante adoptar medidas de seguridad para evitar el contacto con los operarios y los componentes circundantes. Además de instalar protecciones y cubiertas, hay que comprobar que no haya interferencias con el cableado o los sensores, así como el espacio de instalación, incluidas las partes giratorias.
En entornos que requieran protección contra el polvo y las salpicaduras, es necesario tener en cuenta incluso la estructura de protección y el método de refrigeración.
Principales aplicaciones del rotor interno y del rotor externo
El rotor interior y el rotor exterior se utilizan en función de las características de rotación deseadas y de las condiciones de instalación. A continuación se indican las principales aplicaciones orientativas.
Requisitos prioritarios | Pautas para una estructura adecuada | Ejemplos de aplicación |
Aceleración y desaceleración rápidas | Rotor interno | Servomotores, mecanismos de posicionamiento, mecanismos de transporte |
Cambios frecuentes de velocidad | Rotor interno | Velocidad variable Ventiladores, bombas, actuadores |
Rotación a alta velocidad | Rotor interno | Ventiladores, sopladores, husillos, etc. |
Par elevado | Rotor externo | Accionamiento a baja velocidad, accionamiento directo, etc. |
Rotación a velocidad constante | Rotor externo | Sopladores, mecanismos de accionamiento a velocidad constante, etc. |
Reducción del grosor en el sentido axial | Rotor externo | Unidades de accionamiento planas, equipos de perfil delgado |
*La tabla muestra tendencias generales en cuanto a la estructura. A la hora de realizar la selección real, es necesario comprobar también el par, el número de revoluciones, las dimensiones y las condiciones de refrigeración.
Los rotores internos suelen ser adecuados para aplicaciones que requieren capacidad de respuesta y buenas prestaciones de aceleración y desaceleración, mientras que los rotores externos suelen ser adecuados para aplicaciones en las que se desea limitar el par o los cambios bruscos en la velocidad de rotación. Veamos con más detalle las aplicaciones más habituales.
Aplicaciones para las que son adecuados los rotores internos
Los rotores internos son adecuados para equipos que requieren arranques y paradas rápidos, así como cambios de velocidad. Su punto fuerte es que permite reducir fácilmente el momento de inercia del rotor y responder rápidamente a los cambios de velocidad de rotación.
Como ejemplos representativos, cabe citar los mecanismos de posicionamiento, los actuadores y los mecanismos de transporte que utilizan servomotores. Además, se adapta bien a la rotación a alta velocidad y al funcionamiento a velocidad variable, por lo que también es una opción válida para ventiladores, bombas y sopladores.
Dado que la velocidad de rotación y el par necesarios varían según la aplicación, es importante comprobar las especificaciones de cada producto concreto antes de su adopción.
Aplicaciones para las que es adecuado el rotor exterior
En los equipos en los que se da prioridad a un par elevado y a una rotación estable, el rotor exterior es una opción muy recomendable. Se caracteriza por facilitar la obtención de un radio de rotor grande, lo que permite alcanzar un par elevado, además de mitigar fácilmente los cambios bruscos en la velocidad de rotación.
Sus principales aplicaciones son ventiladores, sopladores y mecanismos de transmisión directa que requieren un par elevado a baja velocidad. Al facilitar un diseño delgado, también se pueden utilizar en equipos con espacio limitado en el eje.
A la hora de seleccionarlos, hay que tener en cuenta no solo el par, sino también el rendimiento de aceleración y deceleración, el diámetro exterior, las condiciones de refrigeración y la seguridad.
¿Qué elegir: rotor interno o rotor externo?
No se puede afirmar que el rotor interno o el rotor externo sean siempre mejores que el otro. La estructura más adecuada varía en función de los requisitos de cada aplicación, como el número de revoluciones necesario, el par, la frecuencia de aceleración y desaceleración, o el espacio de instalación.
A continuación se resumen los principales criterios de selección:
Condiciones prioritarias | Estructura que facilite el análisis | Puntos clave a tener en cuenta |
Rotación a alta velocidad y aceleraciones y desaceleraciones frecuentes | Rotor interno | Velocidad de rotación, momento de inercia, par |
Par elevado | Rotor externo | Par nominal y máximo, diámetro exterior, refrigeración |
Estabilidad de la rotación | Rotor externo | Fluctuaciones en la rotación, fluctuaciones de carga, método de control |
Reducción del grosor en el sentido axial | Rotor externo | Diámetro exterior, interferencias en las partes giratorias, seguridad |
Garantía de las vías de disipación de calor | Comparación de ambos tipos | Posición del estator, superficie de montaje, método de refrigeración |
Gran inercia de carga | Comparación de ambos tipos | Inercia de carga admisible, par de aceleración, factor de seguridad |
*La tabla muestra tendencias generales en cuanto a la estructura. El rendimiento real varía en función del diseño y las especificaciones del motor, así como de las condiciones de uso.
Si se da prioridad a la velocidad de rotación y la capacidad de respuesta, el rotor interno es la opción principal; si se busca un par elevado y una rotación estable, el rotor externo es la opción más adecuada. No obstante, la decisión no debe basarse únicamente en el tipo de rotor, sino que es necesario tener en cuenta el conjunto de las especificaciones requeridas.
Si se prioriza la velocidad de rotación y la capacidad de respuesta, se debe considerar el rotor interno
En casos en los que se requieran arranques y paradas frecuentes, aceleraciones y desaceleraciones o cambios de velocidad, el rotor interno es una opción muy recomendable. Al permitir un diámetro de rotor más pequeño y reducir el momento de inercia, puede responder rápidamente a los cambios en la velocidad de rotación. Se adapta bien a la rotación a alta velocidad y al funcionamiento a velocidad variable, por lo que puede considerarse una estructura adecuada para equipos que cambian de modo de funcionamiento en poco tiempo.
Sin embargo, no es adecuado elegirlo únicamente por su capacidad de respuesta. Es importante comprobar también el par nominal, el par máximo instantáneo y el momento de inercia de la carga, y seleccionar un producto que cumpla con los requisitos de rendimiento necesarios.
Si se da prioridad al par y a una rotación estable, se debe considerar el rotor exterior
Si se da prioridad a un par elevado y a una rotación estable, se debe considerar el rotor exterior. Se trata de una estructura que permite garantizar fácilmente un radio de rotación del rotor mayor y, en condiciones similares, obtener un par más elevado. El momento de inercia también tiende a ser mayor, por lo que es una opción válida para aplicaciones en las que se desee mitigar los cambios bruscos de velocidad debidos a las fluctuaciones de la carga.
No obstante, puede resultar desfavorable en caso de aceleraciones y desaceleraciones rápidas o cambios frecuentes de velocidad, por lo que es imprescindible encontrar un equilibrio con la capacidad de respuesta. Hay que tener en cuenta también el diámetro exterior, las condiciones de refrigeración y la seguridad de las partes giratorias.
Valoración global en función de la aplicación y los requisitos técnicos
A la hora de realizar la selección definitiva de motores, es importante no basarse únicamente en si se trata de un rotor interno o externo, sino analizar las prestaciones necesarias para la aplicación. El tipo de rotor es, en definitiva, solo uno de los factores de selección, ya que el rendimiento real depende también de las condiciones de funcionamiento, la carga y el método de refrigeración, entre otros.
A la hora de realizar la selección de motores, se deben comprobar principalmente los siguientes aspectos:
- Régimen y par necesarios
- Frecuencia de arranque, parada, aceleración y desaceleración
- Momento de inercia de la carga
- Condiciones de funcionamiento (funcionamiento continuo, intermitente, etc.)
- Dimensiones exteriores y espacio de instalación
- Temperatura de uso y método de refrigeración
- Par nominal y par máximo instantáneo
Es importante comparar varias condiciones y realizar la selección de motores que satisfaga la aplicación y las especificaciones requeridas.
Resumen
Los rotores internos y externos presentan características diferentes en cuanto al par, la capacidad de respuesta, la estabilidad de giro y la forma, entre otras, en función de la disposición del rotor. En general, el rotor interno es la opción más adecuada para giros a alta velocidad y aceleraciones y desaceleraciones frecuentes, mientras que el rotor externo es la mejor opción para un par elevado y un giro estable a velocidad constante.
No obstante, en la selección de motores, no basta con basarse únicamente en la estructura, sino que es importante evaluar de forma integral la velocidad de giro necesaria, el par, la carga, el espacio de instalación y las condiciones de refrigeración, entre otros factores.
En C.I. Takiron Corporation le ayudamos en la selección de motores en función de su aplicación y de las especificaciones requeridas. Si tiene dudas a la hora de elegir el producto óptimo o de desarrollar uno, no dude en ponerse en contacto con nosotros.
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