Las escobillas de carbón para motores son piezas que transmiten la corriente al entrar en contacto deslizante con el conmutador (o anillo colector) y, en los motores de corriente continua, mantienen el giro junto con la acción del conmutador.Se utilizan en una amplia gama de equipos, desde motores industriales hasta herramientas eléctricas, y si las escobillas de carbón se desgastan o la conmutación se ve alterada, pueden producirse chispas o daños en el conmutador, por lo que son importantes desde el punto de vista del mantenimiento y del riesgo de paradas.
Los materiales de las escobillas de carbón incluyen el grafito eléctrico (electrografito), el grafito natural y el grafito metálico (metalgrafito), entre otros, por lo que es fundamental elegir el más adecuado según el uso y las condiciones de funcionamiento.Si entiendes cómo determinar la vida útil y el momento de sustitución en función del desgaste, así como cómo diagnosticar averías en el motor causadas por chispas de rectificación, podrás detectar a tiempo los signos de anomalías, lo que te ayudará a reducir el riesgo de paradas repentinas y a llevar a cabo un mantenimiento preventivo.
En este artículo te explicamos desde la estructura básica y la función de las escobillas de carbón hasta cómo determinar su vida útil y los criterios de selección según el uso* .
*Este artículo trata sobre motores en general y no pretende explicar las características de los motores que fabricamos.
| Supervisado por: Grupo de Ventas de Componentes Electrónicos de C.I. Takiron. Supervisamos este artículo basándonos en la avanzada tecnología y los conocimientos que hemos acumulado desde nuestra fundación en 1919 como empresa líder en el sector del procesamiento de plásticos.En nuestro departamento, analizamos constantemente las tendencias del mercado y las últimas tecnologías en materia de micromotores ultracompactos y de alta precisión, y nos centramos en ofrecer información de gran valor añadido a los diseñadores y desarrolladores. Como equipo de expertos que conoce a la perfección las características de los productos, te ayudamos a resolver tus retos y a innovar tecnológicamente a través de contenidos precisos y prácticos. |
Conceptos básicos sobre las escobillas de carbón para motores
Si entiendes la estructura y el material de las escobillas de carbón, así como su función dentro del motor, te servirá de referencia a la hora de elegir productos o hacer revisiones, y te ayudará con el mantenimiento.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Estructura y materiales de las escobillas de carbón
- La función de las escobillas de carbón en el motor
- Características de las escobillas de carbono según el material
Aquí te lo voy a explicar todo paso a paso: desde los materiales que componen las escobillas de carbón y cómo funcionan sus piezas, hasta su funcionamiento en motores de corriente continua y de corriente alterna, y qué usos son los más adecuados para cada material.
Estructura y materiales de las escobillas de carbón
Las escobillas de carbono son piezas con forma de bloque cuyo material base es el carbono (de tipo grafito). En algunos tipos, como el grafito metalizado, se mezclan polvos metálicos como el cobre o la plata para aumentar la conductividad, y luego se moldean para fabricarlas.
Además del cuerpo de la escobilla, se compone de un cable de conexión ( pigtail) que transmite la corriente al circuito externo, un resorte que presiona la escobilla contra la superficie del conmutador y, si es necesario, piezas de conexión como terminales metálicos. Todo esto se aloja en un portescobillas, y el mecanismo hace que la escobilla se mantenga en contacto estrecho con la superficie del conmutador o del anillo colector gracias a la presión del resorte.
Gracias a la autolubricación del grafito (esa propiedad que reduce la fricción en las superficies de deslizamiento), se reduce la fricción y el desgaste durante la rotación, lo que permite mantener un contacto eléctrico estable. Como la proporción de los componentes del material influye en el equilibrio entre conductividad, resistencia al desgaste y lubricación, es necesario un diseño que se adapte a las especificaciones del motor.
La función de las escobillas de carbón en el motor
Las escobillas de carbono se encargan de transmitir la corriente desde la parte fija del motor (el estator) a la parte giratoria (el rotor).En los motores de corriente continua, gracias a la acción del conmutador y al contacto de las escobillas, se produce un efecto de conmutación que cambia la dirección de la corriente que circula por los devanados del inducido según el sentido de giro. Este efecto de conmutación cambia la corriente de los devanados para que el par sea siempre en la misma dirección, lo que permite que el motor gire de forma continua.
Características de las escobillas de carbón según el material
Los materiales de las escobillas de carbón se clasifican en varias categorías según su uso. A continuación te cuento cuáles son los cinco más comunes, con sus materiales principales y características:
| Material | Características principales |
| Grafito eléctrico | Se somete a un proceso de grafitización a más de 2.500 ℃. Ofrece un excelente rendimiento como rectificador y su resistividad se puede ajustar en un rango de 10 a 70 μΩ·m. Es caro |
| De grafito natural | Bajo coeficiente de fricción |
| De grafito de carbono | Tiene una gran resistencia mecánica, dureza y resistencia al calor, y permite ajustar la resistividad en un amplio rango |
| Material aglutinante de resina | Se fabrican utilizando resina sintética como material aglutinante y sometiéndolas a un tratamiento térmico a la temperatura de curado de la resina. Para aplicaciones de alta velocidad. |
| De grafito metálico | Como se usa polvo metálico, tiene una resistividad menor que otros materiales y una densidad de corriente admisible más alta |
El grafito eléctrico es caro porque se somete a un proceso de grafitización a altas temperaturas, de más de 2.500 ℃, pero es un material con una conductividad y una durabilidad excelentes. Por otro lado, el grafito metálico (metal-graphite) es un tipo que contiene componentes metálicos y se utiliza en diseños pensados para condiciones de baja resistencia y alta intensidad de corriente, según la aplicación.Elegir el material adecuado según las revoluciones del motor, la intensidad de la corriente y el entorno de uso influye directamente en la optimización del rendimiento y la vida útil.
Vida útil y momento de sustitución de las escobillas de carbón para motores*
Las escobillas de carbón son piezas que se desgastan con el uso, y cambiarlas en el momento adecuado garantiza un funcionamiento estable del motor.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Cómo saber cuándo hay que cambiar las escobillas de carbón
- Diagnóstico de averías en motores basado en chispas de rectificación
- Pasos para cambiar las escobillas de carbón y cosas que debes tener en cuenta
Aquí te explicamos cómo comprobar el estado de desgaste, cómo detectar averías a partir de las chispas de rectificación, y los pasos concretos y los puntos a tener en cuenta a la hora de cambiarlo.
*Nuestros motores no están diseñados para que se puedan cambiar las escobillas.
Cómo saber cuándo hay que cambiar las escobillas de carbón
La vida útil de las escobillas de carbón varía según el tipo de motor y las condiciones de uso. En los motores de conmutador para herramientas (motores universales), la velocidad de giro puede alcanzar entre 10 000 y 20 000 r/min, y la vida útil de las escobillas oscila entre unas decenas de horas y unas 200 horas.Por otro lado, en los motores magnéticos, como las revoluciones suelen estar entre 2.000 y 3.000 r/min —más bajas que en los motores de conmutador—, se considera que su vida útil ronda entre las 1.000 y las 2.000 horas. Hay varias formas de determinar cuándo se acaba su vida útil.
[Puntos clave para determinar la vida útil]
- Grado de desgaste hasta la línea límite (marca límite)
- Cambios de color en los cables de cobre de los conectores «pigtail» (color iridiscente → tendencia a la sobrecarga; marrón o plateado → a punto de fallar)
- Aparición de inestabilidad en el giro o pérdida de potencia
- Aumento de los ruidos extraños y las vibraciones
Te recomendamos que lo cambies antes de que se alcance el límite de desgaste establecido por el fabricante (longitud mínima y criterio de sustitución). Si el desgaste avanza, el contacto empeora y puede provocar un desgaste anormal del conmutador y de las escobillas, así como un mal funcionamiento de la rectificación (aumento de las chispas).
Diagnóstico de averías en motores basado en chispas de rectificación*
En la zona de contacto entre el colector y las escobillas de carbón se producen chispas de conmutación cuando circula corriente. Estas chispas se clasifican por grados y, en condiciones normales, suelen ser de grado 1 a 4. Si se producen chispas grandes, de grado 5 a 8, es posible que el motor tenga algún problema. Las principales causas de la aparición de chispas grandes son las siguientes:
| Causa | Síntomas concretos |
| Sobrecarga | Situación en la que es posible que el motor esté sometido a una carga superior a la nominal |
| Mal contacto de las escobillas | Situación en la que el contacto puede haber empeorado debido a una fuerza de presión insuficiente de los cepillos (falta de tensión en los muelles) o a un defecto en el soporte de los cepillos (daños, deformaciones, desalineación, etc.) |
| Desgaste y arañazos en el conmutador | Situación en la que, debido al desgaste o a daños en la superficie de los segmentos, puede haber asperezas, irregularidades o desniveles en la superficie. |
| Anomalía en la bobina | Situación en la que puede haber una rotura en el devanado (circuito abierto) o un cortocircuito en el devanado (cortocircuito entre espiras, cortocircuito entre capas, etc.) |
Si no se hace nada ante las chispas grandes, se acelerará el desgaste anormal de las escobillas y el colector, lo que reducirá el rendimiento del motor. Como también podría provocar un incendio, si ves chispas de nivel 5 o superior, deja de usarlo inmediatamente e investiga la causa.
Pasos para cambiar las escobillas de carbón y cosas que debes tener en cuenta
Para cambiar las escobillas de carbón, tienes que hacerlo con la alimentación desconectada, siguiendo las instrucciones del fabricante (o el manual de uso). Dependiendo de cómo esté diseñado el modelo, tendrás que acceder a la zona de las escobillas y sustituirlas por unas nuevas. Para conocer los pasos concretos, es imprescindible que sigas siempre las indicaciones del manual de uso de cada producto.
Estos son los puntos que debes tener en cuenta a la hora de cambiarlo:
[Lo que hay que tener en cuenta al cambiarlo]
- Cambia las escobillas de ambos lados a la vez (para evitar la presión de contacto desigual que se produce al cambiar solo un lado y así prevenir la formación de chispas)
- Usa cepillos originales o con el número de referencia indicado
- Comprobación de que el cepillo nuevo se desliza sin problemas dentro del soporte
- Comprueba también si hay arañazos o irregularidades en la superficie del conmutador
El uso de productos compatibles o de recambios que solo coinciden en el tamaño puede provocar un empeoramiento de las prestaciones del motor y acortar su vida útil. Como el material y la presión del muelle de las escobillas están ajustados según las características del motor, cambiar a productos compatibles sin pensarlo bien puede provocar averías en el motor o incluso un incendio, así que es peligroso.
Después del cambio, comprueba el deslizamiento y el contacto siguiendo las instrucciones del manual de uso, por ejemplo, si el cepillo se adhiere bien a la superficie del colector o si se mueve sin atascos dentro del soporte.
*Nuestros motores no están diseñados para que se puedan cambiar las escobillas.
Cómo elegir y cuidar las escobillas de carbón adecuadas para un motor
La precisión en la selección y el mantenimiento de las escobillas de carbón influye en las condiciones de rectificación, el desgaste y el riesgo de parada, y afecta a la estabilidad de funcionamiento y a la vida útil del motor.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Criterios de selección de escobillas de carbón según el uso del motor
- Cuidado y mantenimiento diario de las escobillas de carbón
- Ejemplos de aplicación en motores industriales y para herramientas
Aquí te explicamos desde los criterios para elegir los materiales en función de las revoluciones, la intensidad de la corriente y el entorno de uso, hasta los pasos concretos de las revisiones periódicas y ejemplos de aplicación según el uso.
Criterios de selección de escobillas de carbón según el tipo de motor
A la hora de elegir el material de las escobillas de carbono, hay que seleccionar el que mejor se adapte a las especificaciones del motor y a las condiciones de uso. Como cada material tiene características diferentes, como la resistividad, el coeficiente de fricción y la resistencia mecánica, hay que valorar bien si se ajusta a la aplicación.
Por ejemplo, para los motores eléctricos y los arranques se utiliza grafito metálico, que tiene una alta densidad de corriente admisible; para los motores de CA de las herramientas eléctricas, grafito de carbono, que tiene una gran resistencia mecánica y térmica; y para los anillos colectores de alta velocidad, grafito natural, que tiene un bajo coeficiente de fricción.
Como una elección errónea del material puede acortar la vida útil de las escobillas o reducir el rendimiento del motor, es necesario comprobarlo después de analizar bien las condiciones de uso.
Cuidado y mantenimiento diario de las escobillas de carbón
Para mantener un rendimiento estable de las escobillas de carbón, es recomendable hacer revisiones periódicas. Como el estado de las escobillas y del conmutador depende de factores mecánicos, eléctricos y ambientales (físicos y químicos), es importante hacer revisiones periódicas. Estos son los principales puntos que hay que comprobar durante la revisión:
[Puntos a revisar en la revisión periódica]
- Grado de aproximación a la línea límite de desgaste
- Si hay arañazos, irregularidades o ennegrecimiento en la superficie del colector
- Estado de acumulación del polvo de carbono (eliminado con aire comprimido)
- Presión del muelle y uniformidad del contacto
- Aflojamiento o deformación del portabrocas
Hay que tener cuidado con la acumulación de polvo de carbono. Si el polvo de carbono que sale del cepillo desgastado se acumula en el bastidor o en los soportes, puede provocar fallos de aislamiento o cortocircuitos. Elimina el polvo con una aspiradora o algo similar y, si hace falta, limpia el rotor y el estator con aire comprimido desde ambos lados.
Ejemplos de aplicación en motores industriales y para herramientas
La elección del material de las escobillas de carbono se ha optimizado para cada aplicación concreta. A continuación te presentamos algunos ejemplos típicos de uso.
En los motores de corriente continua industriales de gran tamaño se utiliza grafito eléctrico, que combina una alta conductividad con un rendimiento de deslizamiento estable, y su diseño está pensado para soportar un funcionamiento continuo durante largos periodos de tiempo. Se utiliza ampliamente en entornos como las instalaciones industriales de tamaño grande y mediano, donde se exige una gran fiabilidad.
Por otro lado, en los motores universales para herramientas eléctricas, como amoladoras y taladros, se utiliza grafito de carbono, que resiste bien las variaciones de carga y las vibraciones. En herramientas eléctricas de altas revoluciones, como las amoladoras y los taladros, la vida útil de las escobillas puede acortarse, aunque la facilidad para cambiarlas depende del diseño de cada modelo.
En los motores eléctricos para aplicaciones como la automoción, se utiliza grafito metálico de baja resistividad. En los motores de las bombas de combustible, para evitar la corrosión del conmutador provocada por los biocombustibles o la gasolina de baja calidad, se utilizan materiales de carbono con una excelente resistencia química tanto en el conmutador como en las escobillas.
Resumen
Las escobillas de carbón son piezas que transmiten la corriente al entrar en contacto deslizante con el conmutador o el anillo colector. En los motores de corriente continua, mantienen el giro junto con la acción del conmutador.Como sus características varían según el tipo de material (grafito eléctrico, grafito natural, grafito metálico, etc.), es fundamental elegir la más adecuada en función de las revoluciones, la densidad de corriente y el entorno de uso.
El mantenimiento periódico —como comprobar los límites de desgaste, evaluar la vida útil observando las chispas de conmutación, eliminar el polvo de carbono y limpiar la superficie del conmutador— ayuda a prevenir problemas como fallos de aislamiento o cortocircuitos, y reduce el riesgo de paradas repentinas o averías del motor.La selección y gestión adecuadas de las escobillas de carbón son importantes para un funcionamiento estable, ya que pueden influir en el estado de rectificación y en la facilidad de mantenimiento.
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/
