Los motores AC sin escobillas trifásicos modernos (como los PMSM - motores síncronos de imanes permanentes, ampliamente utilizados en vehículos eléctricos y electrodomésticos de alta gama) utilizan un circuito inversor de medio puente trifásico. Esto permite que fluyan corrientes alternas sinusoidales trifásicas en los devanados del estator, generando un campo magnético giratorio suave que arrastra al rotor de imanes permanentes en una rotación síncrona, fluida y eficiente.
El estator tiene tres devanados de fase (A, B, C) distribuidos simétriamente a 120° en el espacio físico. Cuando se inyectan corrientes alternas trifásicas desfasadas en el tiempo en estos devanados, los campos magnéticos generados se combinan para formar un único campo magnético giratorio.
Los motores sin escobillas no tienen escobillas físicas; su conmutación depende de un inversor electrónico. El circuito consta de 6 MOSFET (interruptores de lado alto y lado bajo para cada fase A, B y C). Un MCU controla sus secuencias de conmutación para convertir el voltaje continuo del bus en corriente alterna trifásica que fluye por los devanados.
El inversor controla la dirección y la magnitud de las corrientes para que la dirección del polo magnético combinado del estator gire rápidamente en el centro del motor como un semáforo invisible. El rotor de imanes permanentes (S/N) es fuertemente atraído y sigue al campo magnético en perfecta sincronización, logrando un funcionamiento estable y rápido.
Los motores AC sin escobillas generalmente se controlan mediante un inversor trifásico de puente completo. El panel de la izquierda muestra la sección transversal del motor y las líneas de flujo magnético (tres polos A, B y C; el rojo indica que la corriente entrante genera un polo N, el azul indica que la corriente saliente genera un polo S). El panel de la derecha muestra el estado de conducción del circuito de puente inversor trifásico de 6 MOSFET. Al conmutar los transistores de lado alto y lado bajo, la corriente entra en algunos devanados y sale de otros. Esto hace que el campo magnético sintetizado gire en pasos de 60° (modo rectangular de 6 pasos) o 30° (modo de medio paso vectorial de 12 pasos), haciendo girar al rotor.
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| Paso | Ángulo resultante | Puente Fase A (AH / AL) | Puente Fase B (BH / BL) | Puente Fase C (CH / CL) | Flujo de corriente en las bobinas | Polo magnético del estator |
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La diferencia fundamental radica en la fuente de alimentación, el mecanismo de generación de campo magnético, el sistema de conmutación y los métodos de control:
Los motores DC se alimentan con corriente continua (DC) constante. La regulación de la velocidad se logra simplemente variando el voltaje DC. Los motores AC se alimentan con corriente alterna (AC) que cambia de dirección y magnitud de forma cíclica. La velocidad se controla principalmente cambiando la frecuencia de la AC (control por variador de frecuencia).
Los motores DC con escobillas tradicionales utilizan colectores de cobre y escobillas de carbón para la conmutación mecánica. Por el contrario, los motores AC sin escobillas (PMSM) no tienen escobillas. Utilizan inversores electrónicos controlados por algoritmos avanzados para conmutar los MOSFET y suministrar corrientes alternas sinusoidales trifásicas continuas a los devanados.
Depende de la aplicación, pero en términos de eficiencia y límites de rendimiento, los motores AC sin escobillas trifásicos (PMSM) son la mejor opción:
Los vehículos eléctricos (como Tesla) y los electrodomésticos de alta gama utilizan PMSM. Las bobinas que generan calor se colocan en el estator (permitiendo la disipación directa del calor a través de la carcasa externa), mientras que el rotor consta de imanes permanentes de alto rendimiento. Sin fricción de escobillas ni pérdidas de energía por chispas, la eficiencia de conversión de energía alcanza el 90%–96%.
Los motores con escobillas sufren pérdidas por fricción y chispas de conmutación debido al contacto físico continuo entre las escobillas de carbón y el colector giratorio. Esta energía se desperdicia en forma de calor y chispas. Además, los devanados del rotor generan mucho calor que es difícil de disipar, lo que disminuye la eficiencia general.
La diferencia principal radica en el método de conmutación:
| Dimensión | Motor con escobillas (Brushed) | Motor sin escobillas (Brushless) |
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| Conmutación | Contacto físico y fricción entre escobillas + colector para conmutar la corriente. | Conmutación electrónica mediante puente inversor + MCU, sin ningún contacto físico. |
| Vida útil y Mantenimiento | Vida útil más corta (típicamente cientos de horas). Las escobillas se desgastan y deben reemplazarse. | Vida útil extremadamente larga (limitada por los rodamientos, decenas de miles de horas), sin mantenimiento. |
| Ruido e Interferencias | Alto ruido mecánico por fricción. Las chispas generan fuertes interferencias electromagnéticas. | Sin chispas ni fricción. Funcionamiento extremadamente silencioso y excelente compatibilidad electromagnética. |
| Complejidad del control y Costo | Muy simple. Funciona directamente al conectarse a una fuente de corriente continua. Económico. | Requiere un controlador electrónico dedicado (ESC/inversor), lo que eleva el costo del sistema. |