Funcionamiento del motor eléctrico según sus tipos

Está presente en todo tipo de coches, ya sean híbridos, 100% eléctricos, de hidrógeno… Incluso los de gasolina o diésel tienen uno, aunque solo sea el motor de arranque. Por eso, aquí te vamos a contar el funcionamiento del motor eléctrico teniendo en cuenta los tipos que hay.

Lo primero que tienes que saber es que los motores eléctricos habituales en los coches son: el motor de inducción, el motor síncrono de imanes permanentes y el motor síncrono de reluctancia conmutada. Todos ellos de corriente alterna, con una eficiencia y rendimiento altos o muy altos.

Partes de un motor eléctrico

Para entender cómo funciona un motor eléctrico conviene saber cuáles son sus partes básicas. Son comunes a todos los motores eléctricos y la lista es corta en comparación con la de un motor de combustión convencional:

• Eje: es al que podemos conectar todo lo que queramos mover. Por ejemplo: una rueda, una polea, un piñón dentado, etc.
• Ventilador: gira junto con el eje para que refrigere el motor siempre que esté en marcha
• Carcasa: parece una pieza poco importante, pero en realidad es crucial para la refrigeración gracias a sus aletas que aumentan la superficie de contacto con el aire para que el ventilador disipe mejor el calor. Aunque también los hay refrigerados por agua (foto del motor eléctrico síncrono de imanes permanentes de más abajo)
• Rodamientos: al igual que cualquier aparato que debe girar de forma eficiente, el motor eléctrico lleva rodamientos para que gire con el menor rozamiento posible. Como es lógico los coches también los llevan por ejemplo en las ruedas.
• Rotor: es la parte que gira del motor eléctrico porque reacciona al electromagnetismo.
• Estator: aunque muchos dicen que el corazón del motor eléctrico es el rotor, en realidad el corazón es el estator. Cuenta con una bobinas que generan los campos magnéticos que harán girar el rotor.
• Caja de terminales eléctricos: es el encargado de distribuir la corriente entre las bobinas del rotor para que su campo magnético varíe y pueda hacer girar el rotor.

Funcionamiento del motor eléctrico de inducción

Lo primero que hay que entender es que una corriente eléctrica siempre genera un campo magnético. Hasta los cables que tienes por casa como los que alimentan la televisión, la nevera o el portátil generan magnetismo, aunque sea muy débil.

Como ya explicamos en el artículo sobre el solenoide, una forma de intensificar ese campo magnético es enrollando el cable para formar una bobina. En cuyo caso no solo se intensifica en gran medida sino que además crea dos polos, uno positivo y uno negativo. La colocación de dichos polos dependerá de si la corriente es positiva o negativa. Es decir, si circula en una dirección o en otra.

A esto hay que añadir un efecto curioso, y es que al pasar corriente alterna (que cambia de sentido continuamente) esos polos van cambiándose de lado alternativamente. Algo muy importante para el funcionamiento de un motor eléctrico de inducción.

El funcionamiento de estos motores se basan en dos efectos muy sencillos del electromagnetismo: la atracción magnética y la inducción.

• La atracción magnética es simplemente el hecho de que los polos opuestos se atraen y los iguales se repelen.
• La inducción es la capacidad que tiene un campo electromagnético de inducir corriente en otro sin tocarse. Si tomamos una bobina de cables como la que hemos dicho antes y le hacemos pasar corriente alterna generará un campo magnético con los polos cambiándose de sitio constantemente. Si la acercamos a otra bobina, inducirá corriente alterna en ella sin necesidad de que se toquen los cables.

Dicho esto, es fácil deducir una reacción: como ahora la segunda bobina también tiene corriente alterna, también generará su propio campo magnético con su polo positivo y negativo.

He aquí todo el kit de la cuestión con el motor de inducción: se pasa corriente por las bobinas del estator para que con su campo magnético induzcan corriente en los circuitos del rotor. Éste crea su propio campo magnético que interactúa con el del estator. El rotor gira libre, así que los polos de ambos tienden a alinearse de tal forma que sus polos positivos y negativos estén lo más cerca posible.

Ya hemos generado un movimiento aunque sea momentáneo. Ahora para hacer girar al rotor se usan varias bobinas en el estator que rodean al rotor. Irán cambiando de polaridad para ir atrayendo el rotor no dejando que le alcance nunca. Cuanto más rápido alternemos la polaridad de las bobinas, con más velocidad girará el rotor.

Concretando un poco más, los motores eléctricos de inducción actuales suelen ser trifásicos. Es decir, que tiene tres conjuntos de bobinas que van alternándose para ir atrayendo los circuitos del rotor para hacerlo girar. Antiguamente se usaban motores eléctricos bifásicos (dos conjuntos de bobinas), pero han caído en desuso.

Funcionamiento del motor eléctrico síncrono de imanes permanentes

Estos motores tienen un estator que funciona de la misma forma que los de inducción. Es decir, con varios conjuntos de bobinas que van alternando sus polos magnéticos gracias a la corriente alterna. Así van tirando de los circuitos del rotor para hacerlo girar.

Por su parte, el rotor es completamente diferente porque sus bobinas tienen su propia corriente. Sin embargo, en su caso se trata de una corriente continua, por lo que la polaridad de las bobinas es fija. Sus polos siempre están en la misma disposición.

Como te podrás figurar, si los polos del estator van variando, irán atrayendo los polos fijos del rotor a una nueva posición. Así logra el movimiento necesario para mover un coche o el dispositivo que se quiera.

Funcionamiento del motor eléctrico síncrono de reluctancia conmutada

Aquí nos encontramos con un motor diferente a los anteriores. Su estator tiene bobinas que se van encendiendo y apagando por parejas diametralmente opuestas (no cambiando su polaridad). El rotor no tiene ningún tipo de circuito o bobina, solo metal de una forma de cruz o de estrella con puntas pares. Cuando una pareja de bobinas enfrentadas del estator se enciende, el rotor tiende orientarse de tal forma que dos de sus puntas diametralmente opuestas queden apuntando al par de bobinas encendido.

El movimiento se genera porque se van encendiendo los pares de bobinas consecutivamente y el rotor va girando para colocar sus pintas mirando hacia ellas.

Si quieres saber más sobre estos motores y qué marcas lo llevan, echa un vistazo al artículo:

En definitiva

Estos tres tipos de motores se encuentran en la mayoría de los vehículos con algún tipo de propulsión eléctrica. Incluso el motor de hidrógeno, gran competidor del coche eléctrico, requiere un motor eléctrico para funcionar.

El motor eléctrico es una pieza clave en los nuevos coches “ecológicos” que están saliendo al mercado, frenada regenerativa, motores híbridos, coches 100% eléctricos. Todos estas tecnologías toman como base un simple motor eléctrico.

Por eso es importante tener presente cómo funcionan, ya que el día de mañana seguramente llevemos uno en el coche (en realidad ya llevamos algo parecido, que es el alternador, pero esa es otra historia).

Primero, tenemos que tener claro un concepto físico muy importante, si un conductor (imaginaos un cable) por el que pasa electricidad, se introduce en un campo magnético, aparecerán sobre él fuerzas electromagnéticas.

De esta forma, el motor está formado por un rotor, o eje que actuará como conductor, y un estator, donde se alojarán los electroimanes que lo harán girar.

Ventajas de estos motores eléctricos

Aparte de que, en principio, los motores eléctricos no producen emisiones (recordemos que la electricidad al final sale de plantas energéticas que sí producen emisiones), tienen una serie de ventajas respecto de los motores convencionales:

• Tienen un menor peso y tamaño para la misma potencia
• Su par es elevado y constante (en los motores de combustión empieza a caer a un determinado régimen de giro)
• Su rendimiento es del 75% (en los motores de combustión interna ronda el 30 o 40%)
• Pueden tener cualquier tamaño