En la ingeniería de motores eléctricos, para los ingenieros involucrados en el diseño, la fabricación, las pruebas o la integración de sistemas de motores, la falta de comprensión de estos componentes puede provocar errores en las especificaciones, pérdidas de eficiencia o diagnósticos de fallas incorrectos.
Anatomía básica de un motor eléctrico
Antes de analizar los componentes individuales, es importante comprender el principio de funcionamiento fundamental de los motores eléctricos. En esencia, todos los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en movimiento mecánico mediante la interacción electromagnética.
Componentes principales
A pesar de la enorme variación en tamaño, potencia y aplicación, la mayoría de los motores eléctricos comparten los siguientes elementos fundamentales:
- Una estructura estacionaria que genera o soporta un campo magnético.
- Una estructura giratoria que responde a las fuerzas electromagnéticas.
- Un entrehierro que permite el movimiento relativo manteniendo el acoplamiento magnético.
- Un eje mecánico que transmite el par motor.
El estator, el rotor y la armadura desempeñan funciones distintas dentro de este sistema.
Interacción electromagnética y movimiento
El funcionamiento de los motores se rige por dos leyes electromagnéticas fundamentales:
- Fuerza de Lorentz: Un conductor que transporta corriente en un campo magnético experimenta una fuerza.
- Ley de inducción de Faraday: Un campo magnético variable induce una fuerza electromotriz.
Dependiendo del tipo de motor, la corriente puede suministrarse directamente a los devanados giratorios, inducirse magnéticamente o ser reemplazada por completo por campos magnéticos permanentes. Estas diferencias determinan en gran medida si un componente se clasifica como estator, rotor o inducido.
Ubicación física de los componentes
En la mayoría de los motores modernos de flujo radial:
- El estator forma el anillo exterior fijo.
- El rotor gira junto con el eje y está alojado dentro del estator.
- El inducido puede estar situado a un lado u otro, dependiendo del tipo de motor.
Tabla de referencia rápida
| Atributo | Estator | Rotor | Armadura |
| Movimiento | Estacionario | Giratorio | Ambos |
| Función eléctrica | Generación de campo | Reacción de par | Interacción electromagnética |
| Ubicación | Exterior (generalmente) | Interior (generalmente) | Depende |
| Bobinados | A menudo presentes | A veces | Siempre |
¿Qué es un estator?
La parte fija de un motor eléctrico que crea o dirige el campo magnético necesario para producir par motor se denomina estator. A diferencia del rotor, el estator no se mueve mecánicamente, pero desempeña un papel electromagnético activo.
El estator de la mayoría de los motores de corriente alterna y de los motores sin escobillas tiene bobinados electrificados que crean un campo magnético giratorio que interactúa con el rotor para generar movimiento.
Construcción del estator
Desde el punto de vista de la fabricación, el estator es un conjunto de alta complejidad técnica que consta de múltiples subsistemas.
Laminaciones del núcleo del estator
El núcleo del estator suele estar construido con finas láminas de acero eléctrico, apiladas axialmente para formar una estructura cilíndrica. El grosor de las láminas suele oscilar entre:
- 0,5 mm para motores industriales estándar.
- 0,35 a 0,2 mm para motores de alta eficiencia.
- 0,1 mm o menos para aplicaciones de alta velocidad o aeroespaciales.
Ranuras y dientes
La circunferencia interior del núcleo del estator contiene ranuras separadas por dientes. Estas características:
- Sujetan y soportan los devanados
- Dan forma a la distribución del campo magnético
- Influyen en la ondulación del par y el ruido
Bobinados del estator
Las ranuras del estator están rellenas de bobinados de cobre que están aislados del núcleo. Dependiendo de la aplicación, los bobinados pueden ser:
- Bobinados de hilo redondo
- Bobinados de hilo rectangular o plano
- Bobinados en forma de horquilla o de pasador
Tipos de estatores
Los estatores se clasifican según la disposición del bobinado y la geometría de las ranuras.
Estatores ranurados frente a estatores sin ranuras
- Los estatores ranurados ofrecen un fuerte acoplamiento magnético, pero generan par de torsión de retención.
- Los estatores sin ranuras proporcionan un par de torsión más suave y menor ruido, a costa de una menor densidad de par.
Bobinados concentrados frente a bobinados distribuidos
- Los devanados concentrados simplifican la fabricación y reducen la longitud de las espiras finales.
- Los devanados distribuidos mejoran la distribución sinusoidal del campo magnético y la eficiencia.
La función del estator en el rendimiento del sistema.
El estator influye considerablemente en:
- La eficiencia del motor
- El factor de potencia
- Los límites térmicos
- El ruido acústico
- La facilidad de fabricación y el coste
En muchos diseños de motores, la optimización del estator produce mayores mejoras en la eficiencia que las modificaciones del rotor.
¿Qué es un rotor?
La parte de un motor eléctrico que gira se llama rotor. Está acoplado mecánicamente al eje de salida y convierte las fuerzas electromagnéticas en par motor útil.
Mientras que el estator crea las condiciones magnéticas, el rotor responde girando dentro de ese campo.
Construcción del rotor
El diseño del rotor varía significativamente según el tipo de motor, pero los principios básicos de construcción se mantienen constantes.
Laminaciones del núcleo del rotor
Al igual que los estatores, la mayoría de los rotores utilizan núcleos de acero eléctrico laminado para reducir las pérdidas. Las laminaciones del rotor pueden incluir:
- Ranuras para los conductores
- Barreras de flujo (en motores de reluctancia)
- Cavidades para imanes (en motores de imanes permanentes)
La precisión en el apilamiento de las laminaciones es esencial para el equilibrio y la simetría magnética del rotor.
Integración del eje del rotor
El núcleo del rotor suele montarse a presión o por contracción sobre un eje de acero. Esta interfaz debe soportar:
- Fuerzas centrífugas
- Esfuerzos de torsión
- Dilatación térmica
Una integración deficiente del eje puede provocar vibraciones, ruido o fallos catastróficos.
Tipos de rotores típicos
Rotor de jaula de ardilla
Este rotor, que se utiliza con frecuencia en motores de inducción, está compuesto por barras conductoras cortocircuitadas por anillos en los extremos. La corriente se induce, no se suministra directamente.
Rotor bobinado
Contiene bobinados conectados mediante anillos colectores, lo que permite el control de la resistencia externa durante el arranque.
Rotor de imán permanente
Utiliza imanes incrustados o montados en la superficie para generar un campo magnético constante, eliminando las pérdidas de cobre en el rotor.
Rotores de polos salientes frente a rotores de polos no salientes
- Los rotores de polos salientes tienen polos que sobresalen y entrehierros variables.
- Los rotores de polos no salientes ofrecen entrehierros uniformes y un funcionamiento más suave.
Enfriamiento del rotor y tensión mecánica
Los rotores experimentan mayores esfuerzos mecánicos que los estatores debido a la rotación. Los métodos de refrigeración incluyen:
- Canales de aire internos
- Ventiladores montados en el eje
- Refrigeración líquida (para máquinas de alta potencia)
¿Qué es una armadura?
La armadura se define como el componente en el que se induce la fuerza electromotriz (FEM) o a través del cual fluye la corriente para interactuar con un campo magnético.
Históricamente, el término se originó en las primeras máquinas de corriente continua, donde la parte giratoria portadora de corriente era claramente distinguible del sistema de campo.
Armadura vs. Rotor: ¿Son lo mismo?
Se encuentra entre las fuentes de confusión más frecuentes.
- El rotor es la armadura de los motores de corriente continua.
- En los motores de inducción de corriente alterna, el rotor actúa como armadura debido a las corrientes inducidas.
- En los motores BLDC, el estator funciona como armadura.
Por lo tanto, el término armadura describe una función, no una posición física fija.
Construcción de armaduras
Los inducidos pueden constar de:
- Núcleos laminados
- Bobinados integrados
- Conmutadores (en máquinas con escobillas)
Los bobinados del inducido están sujetos a alta densidad de corriente y estrés térmico, por lo que el aislamiento y la refrigeración son fundamentales.
Principales diferencias entre el estator, el rotor y la armadura
Comparación funcional
| Componente | Función principal | Movimiento |
| Estator | Genera campo magnético | Estacionario |
| Rotor | Produce par mecánico | Giratorio |
| Armadura | Transporta corriente / interacción EMF | Estacionaria o giratoria |
Comparación estructural
- El estator prioriza la estabilidad térmica y el aislamiento.
- El rotor prioriza la resistencia mecánica y el equilibrio.
- La armadura prioriza la eficiencia de la interacción eléctrica.
Comportamiento eléctrico
Experiencia con el inducido:
- Altas densidades de corriente
- Inducción de voltaje
- Conmutación o conmutación electrónica
Los estatores suelen estar sometidos a menor estrés eléctrico, pero a mayores cargas térmicas.
Funciones del estator, el rotor y la armadura en diferentes tipos de motores.
Motores de inducción
- Estator: generador de campo magnético giratorio
- Rotor: inducido de corriente
- Función del inducido: rotor
Motores de CC
- Estator: sistema de campo
- Rotor: inducido con conmutador
- Función del inducido: rotor
Motores de corriente continua sin escobillas (BLDC)
- Estator: devanados de armadura energizados
- Rotor: imanes permanentes
- Función de la armadura: estator
Motores y generadores síncronos
La disposición del inducido y del campo depende del método de excitación y de la aplicación, especialmente en los generadores.
