El futuro de los motores con colector en un mercado dominado por los motores sin escobillas

Si uno pasa algún tiempo rodeado de accionamientos eléctricos hoy en día, tiene la sensación de que todo se está volviendo sin escobillas. Las nuevas especificaciones exigen una mayor eficiencia, un funcionamiento más silencioso y un control más estricto. La electrónica de potencia es cada vez más barata. Las presentaciones de marketing están llenas de diapositivas sobre “motores BLDC” y “motores EC”.

Y, sin embargo, el motor de conmutador de la vieja escuela sigue estando en todas partes.

Está en herramientas de bajo coste, elevalunas, juguetes, pequeñas bombas y un número sorprendente de electrodomésticos. Cuando se abren los productos cotidianos, se siguen viendo escobillas, un conmutador y un olor muy familiar a polvo de carbón.

Así que la verdadera pregunta no es “¿Acabarán las escobillas con los motores de colectores?”.”

La pregunta más honesta es: ¿Qué papel desempeñarán los motores de colectores en un mundo en el que los motores sin escobillas son la opción por defecto para todo lo moderno y de primera calidad?

• En este artículo, vamos a recorrer:
  • Donde todavía tiene sentido diseñar en un motor de conmutador.
  • Cómo evoluciona silenciosamente la tecnología en torno a los conmutadores.
  • Qué pueden hacer ahora los fabricantes de equipos originales y de motores para evitar quedar atrapados entre la normativa y la presión de los costes.

1. La tecnología sin escobillas gana claramente, pero no en todas partes

Empecemos por el panorama general.

La mayor parte del crecimiento en el mundo de los motores se está produciendo en el lado de los motores sin escobillas. Para cualquier cosa que funcione mucho, utilice energía real o se sitúe en una categoría regulada (como HVAC o electrodomésticos), los ingenieros están sometidos a una presión constante para pasar a BLDC u otras plataformas de alta eficiencia.

Pero eso es sólo la mitad de la historia.

Cepillado, tipo colector se siguen fabricando en grandes cantidades. Siguen apareciendo en diseños donde:

• la lista de materiales está brutalmente limitada,
• Las horas de vida útil son limitadas,
• o el presupuesto de electrónica es cercano a cero.
• Por qué la tecnología sin escobillas ha acaparado la atención:
  • Uso de la energía: Los motores BLDC suelen desperdiciar menos energía en forma de calor, lo que es muy importante cuando se audita la eficiencia de un producto.
  • Fiabilidad: Sin escobillas significa menos piezas de desgaste y menos llamadas al servicio técnico en sistemas críticos.
  • Control: La conmutación electrónica permite un control suave de la velocidad y del par, así como la integración con sensores y software.
  • Reglamentos: Muchas normas de eficiencia y diseño ecológico empujan a los productos de mayor volumen hacia las opciones sin escobillas.

2. Dónde siguen teniendo sentido los motores de conmutador

El error de muchos de los que dicen que “todo va a funcionar sin escobillas” es asumir que todos los productos se optimizan para lo mismo: eficiencia, vida útil y un sistema de control completo. En la práctica, muchos productos se fabrican para optimizar supervivencia en una lista de materiales presupuestada primero, y todo lo demás después.

En ese mundo, los motores de colectores siguen teniendo verdaderos puntos fuertes.

Una forma de verlos es como un accionamiento electromecánico autónomo con un sistema de conmutación que funciona en cuanto se conecta. Sin firmware, sin controlador de motor, sin fusión de sensores. Basta con aplicarle tensión para que gire.

• Puntos dulces típicos de los motores de conmutador actuales:
  • Fuerte presión sobre los costes: Aparatos y dispositivos de bajo margen en los que añadir una etapa de accionamiento BLDC adecuada simplemente no es asequible.
  • Productos de corta duración: Si sólo se espera que el motor funcione unos cientos de horas durante toda su vida útil, la ventaja de la vida útil prolongada del BLDC puede resultar excesiva.
  • Entornos eléctricamente “sucios”: Algunas configuraciones industriales y de procesos prefieren un robusto motor de escobillas a una delicada solución electrónica pesada.
  • Control muy sencillo: Encendido/apagado, quizá un par de velocidades discretas, nada que exija una electrónica avanzada.
  • Plataformas heredadas: Líneas de productos de larga duración con homologaciones, herramientas y cadenas de suministro creadas en torno a los motores de colectores.

3. Papel futuro de los conmutadores frente a los sin escobillas

Para evitar generalizaciones, es útil poner las dos tecnologías una al lado de la otra y ver las diferencias. funciones futuras que es probable que jueguen, no sólo sus diferencias técnicas.

• El sentido de esta comparación es simple:
  • El futuro no es “sin escobillas frente a conmutador”, es sin escobillas en todos los lugares en los que compensa, y conmutadores en los lugares en los que siguen teniendo ventajas estructurales.

4. La tecnología no está congelada: qué cambia realmente en los motores conmutadores

Es fácil dar por sentado que los motores de colectores están “acabados” como tecnología, pero eso no es lo que ocurre en las fábricas y los laboratorios de I+D. Hay un flujo constante de pequeñas pero significativas mejoras que mantienen a estas máquinas competitivas dentro de su nicho. Hay un flujo constante de pequeñas pero significativas mejoras que mantienen la competitividad de estas máquinas dentro de su nicho.

Gran parte de este trabajo nunca llega a los titulares. Aparece como un funcionamiento más silencioso en una herramienta manual barata, o como una vida ligeramente más larga de las escobillas en una bomba en la que nadie piensa hasta que falla.

• Áreas clave en las que mejoran los motores con colector:
  • Materiales de escobillas y colectores:
    Las nuevas fórmulas de escobillas y aleaciones de cobre tienen como objetivo reducir el desgaste, la formación de arcos y el polvo, al tiempo que prolongan la vida útil.
  • Miniaturización y envasado:
    Los rotores más compactos, la geometría refinada de la pila y las tolerancias más estrictas ayudan a encajar los motores en carcasas más pequeñas.
  • Ruido y vibraciones:
    La geometría ajustada de las ranuras, la inclinación y un mejor equilibrado reducen el “zumbido” y el traqueteo del que se quejan los clientes.
  • Mejora de los procesos:
    Fabricación automatizada, Un mecanizado más preciso y mejores procesos de impregnación/barnizado reducen la chatarra y mejoran la uniformidad.
  • Electrónica simple añadida en la parte superior:
    El arranque suave, la limitación de corriente y los circuitos básicos de monitorización se combinan con los motores de escobillas para reducir la tensión y prolongar la vida útil, sin necesidad de utilizar BLDC.

5. Tres futuros realistas para los motores con colector (hasta ~2035)

Nadie puede predecir las cifras exactas, pero se pueden esbozar algunas trayectorias razonables de lo que ocurrirá con los motores de colectores en los próximos 10-15 años.

Es probable que el mercado global de motores siga creciendo a medida que electrifiquemos más cosas: vehículos, herramientas, sistemas de construcción y procesos industriales. Las opciones sin escobillas absorberán gran parte de este crecimiento.

En cambio, los motores de combustión experimentarán probablemente un crecimiento más lento o un ligero descenso del volumen, con un cambio en el lugar de utilización en lugar de un colapso de la noche a la mañana.

• Tres escenarios que vale la pena tener en cuenta:
  • Escenario A - “Transición ordenada” (el aburrido pero probable)
    Los motores sin escobillas sustituyen gradualmente a los conmutadores en las aplicaciones de mayor tamaño y valor. Los motores con conmutador se mantienen en diseños de bajo coste y corta duración, donde siguen teniendo sentido desde el punto de vista económico. El mercado se reduce, pero de forma lenta y previsible.
  • Escenario B - “Martillo regulador”
    Las nuevas normas de eficiencia empiezan a afectar a los pequeños electrodomésticos, herramientas y otras categorías que históricamente han sido “seguras”. De repente, un montón de diseños basados en conmutadores no cumplen la normativa y deben rediseñarse en torno a BLDC u otras alternativas.
  • Escenario C - “Cobertura de la cadena de suministro”
    Los precios de los imanes, la escasez de semiconductores o las crisis geopolíticas dificultan o encarecen la fabricación de diseños con un alto componente electrónico. Los fabricantes de equipos originales mantienen deliberadamente en su cartera algunos diseños cepillados como cobertura: menos chips, sin tierras raras, control más sencillo.

6. Aplicación por aplicación: dónde es probable que permanezcan los conmutadores

Hablar en abstracto puede ocultar las verdaderas compensaciones. Es más útil analizar algunas familias de productos y preguntarse cómo podrían evolucionar.

Hoy en día, algunos accionamientos de automóviles siguen utilizando motores de escobillas porque son baratos, robustos y están totalmente validados. Por otro lado, no vas a ver un accionamiento de tracción de VE moderno con escobillas; esa batalla ya ha terminado.

• Una perspectiva aproximada por área de aplicación:
  • Actuadores de automoción (elevalunas, asientos, retrovisores, cerraduras):
    Se esperan más motores sin escobillas en las plataformas EV y de gama alta, pero es probable que los motores con escobillas se mantengan en los modelos sensibles a los costes y en los mercados emergentes durante bastante tiempo.
  • Herramientas eléctricas y material de bricolaje:
    Las herramientas de gama alta, sobre todo las inalámbricas, ya se están pasando a las sin escobillas para mejorar su rendimiento y aumentar su autonomía. Es posible que las herramientas con cable de gama básica sigan siendo de escobillas durante mucho tiempo, simplemente porque son “suficientemente buenas” y baratas.
  • Electrodomésticos y línea blanca:
    Los grandes consumidores de energía (como las lavadoras de alta gama, los compresores de velocidad variable y los ventiladores de alta eficiencia) se decantan por el BLDC. Los aparatos más sencillos y los modelos de gama más baja seguirán dando largas y mantendrán los motores de conmutador donde lo exija la economía.
  • Automatización industrial, bombas y ventiladores:
    Tanto las normativas como las facturas energéticas presionan fuertemente a favor de motores más eficientes. Conmutador es probable que los motores se reduzcan a tareas portátiles o intermitentes en las que sus debilidades duelan menos.
  • Juguetes, productos de hobby y aparatos de gama baja:
    Los motores con escobillas siguen siendo la opción por defecto. En los segmentos de hobby de alto rendimiento y RC, los brushless seguirán creciendo, pero los juguetes de bajo coste probablemente seguirán siendo brushed hasta que algo cambie radicalmente en el coste.

7. Si eres OEM: cómo manipular los colectores sin atascarte

Si está comprando o especificando motores, la pregunta útil no es “¿Deberíamos deshacernos de los motores conmutadores?”, sino “¿Dónde nos siguen ayudando a ganar - y dónde se están convirtiendo silenciosamente en un lastre?”.”

Muchos problemas surgen al tratar todas las aplicaciones de los conmutadores por igual, en lugar de clasificarlas según el riesgo y la oportunidad que conllevan.

• Una forma práctica de enfocar su gama de productos:
  • Paso 1: Asigne sus productos por ciclo de trabajo y riesgo normativo
    • Productos de alto rendimiento, alta potencia o regulados: se supone que la transición a BLDC (u otro motor eficiente) ya está en marcha o lo estará en breve.
    • Productos de baja resistencia, no regulados o extremadamente sensibles al precio: los conmutadores pueden seguir siendo la mejor opción durante los próximos 10+ años.
  • Paso 2: Exprimir más valor de los diseños cepillados existentes
    Trabajar con los proveedores en mejores materiales para las escobillas, geometría refinada y pequeños complementos electrónicos (arranque suave, protección básica) que prolonguen la vida útil y reduzcan el ruido sin disparar el presupuesto.
  • Paso 3: Planificar plataformas “emparejadas
    Cuando diseñe una nueva plataforma mecánica, piense en dejar espacio tanto para un motor de conmutación como para una versión BLDC. De este modo, podrá dirigirse a distintos mercados y cambiar su combinación sin tener que rehacer todo el sistema.
  • Paso 4: Ver la normativa antes, no después
    Es mucho más barato planificar una medida de eficiencia con unos años de antelación que tener que apresurarse cuando finalmente entre en vigor una directiva.

8. Si es fabricante de motores: cómo triunfar en un nicho más pequeño y definido

Para las empresas que fabrican motores de colectores, el objetivo en los próximos años no es luchar contra los brushless en todas partes. Esa es una batalla agotadora. El objetivo es poseer los espacios donde los conmutadores siguen siendo la respuesta correcta, y servirles mejor que nadie.

A menudo, eso significa profundizar en los detalles “aburridos”: curvas de desgaste de las escobillas, firmas acústicas, pilas de tolerancias y cómo se comportan los motores con fuentes de alimentación marginales.

• Movimientos de gran impacto para los fabricantes de motores centrados en los conmutadores:
  • Especializarse en entornos difíciles
    Se convierten en la elección obvia para diseños que necesitan sobrevivir al polvo, las vibraciones, los cambios de temperatura o la energía sucia, lugares en los que los componentes electrónicos adicionales se sienten frágiles.
  • Medir y publicar las mejoras de durabilidad
    Una mayor duración de las escobillas y un menor desgaste son poderosos argumentos de venta. No se limite a mejorarlos en silencio: muestre los datos.
  • Ofrecer vías de actualización fluidas
    Para las principales familias de motores, desarrollar opciones BLDC mecánicamente compatibles. A los fabricantes de equipos originales les gusta tener la opción de ascender en la escala tecnológica sin rediseñar su pila mecánica.
  • Utilizar herramientas de ingeniería modernas incluso para la tecnología “antigua
    El análisis de elementos finitos, los gemelos digitales y la simulación no son sólo para motores sin escobillas. Pueden descubrir reducciones de ruido y pérdidas en diseños de colectores que antes permanecían ocultas.

9. El ángulo de la sostenibilidad: más matices que “sin escobillas bueno, con escobillas malo”

En los debates sobre sostenibilidad, los motores de colectores suelen ser los villanos obvios: son menos eficientes y producen polvo de escobillas. Hay algo de verdad en ello, pero el panorama completo es un poco más complicado.

Los motores sin escobillas suelen hacer ganar en consumo de energía durante toda la vida útil, especialmente en productos que funcionan durante miles de horas. Eso puede eclipsar otros impactos.

Por otro lado, los sistemas BLDC tienen su propia huella: imanes, electrónica y un hardware de control más complejo. En los dispositivos pequeños de baja potencia, la diferencia no siempre es tan clara como parece en una presentación de diapositivas.

• Una forma más equilibrada de verlo:
  • Para aplicaciones de alto consumo energético, los motores sin escobillas suelen ser la opción más ecológica a lo largo de la vida útil del producto, aunque sea más compleja y costosa al principio.
  • En el caso de los productos intermitentes y de bajo consumo energético, el equilibrio entre la huella de fabricación, los residuos electrónicos y el consumo de energía es más reñido.
  • Hay un auténtico valor de sostenibilidad en hacer que los motores de colectores duren más, funcionen con un poco más de eficiencia y fallen con menos frecuencia allí donde siguen siendo la opción dominante.

10. Lo que realmente puede hacer a continuación

Todo esto es interesante en teoría, pero sólo importa si cambia lo que haces el lunes por la mañana.

Si hoy en día es responsable de productos que utilizan motores conmutadores, no tiene por qué elegir un único “bando”. Puede considerar los motores conmutadores como una herramienta entre varias: siguen siendo útiles, pero no son automáticamente la opción predeterminada.

• Acciones concretas que merece la pena considerar:
  • Haz un inventario del uso de tu colector:
    Indique qué productos los utilizan, cuántas horas suelen funcionar y hasta qué punto su consumo energético es visible para los clientes o los reguladores.
  • Separe las solicitudes que “deben emigrar” de las que “pueden quedarse”:
    • Deben migrar: alto consumo de energía, larga duración del servicio o fuerte presión normativa.
    • Can-stay: servicio corto, límites de coste duros, entornos duros con una supervisión mínima.
  • Hable con los proveedores en detalle, no sólo sobre el precio:
    Pregunte por la tecnología de las escobillas, los nuevos materiales, las mejoras del ruido y las sencillas opciones de los conductores que pueden darle un poco más de vida y rendimiento.
  • Poner a prueba al menos un proyecto “híbrido”:
    Tome un diseño de escobillas actual y pruebe qué ocurre si añade un controlador inteligente modesto: mejor comportamiento de arranque, protección contra sobrecargas o modelado de velocidad. Utiliza datos reales para decidir si merece la pena ampliarlo.

Reflexiones finales

En un mercado dominado por los motores sin escobillas, los motores colectores no serán las estrellas del espectáculo. Serán los actores secundarios, los que sólo se notan cuando faltan.

Seguirán importando cuando:

• tienes que llegar a un precio brutal,
• el entorno es demasiado duro o ruidoso para los componentes electrónicos delicados,
• o necesita algo probado, sencillo y fácil de conseguir.

Si considera los motores de colectores como “tecnología antigua que desaparecerá por sí sola”, probablemente acabará reaccionando tarde a las normativas y los cambios de costes.

Si los trata como tecnología especializada y en evolución y planificarlo, tendrás más flexibilidad, menos riesgos y una hoja de ruta más clara, incluso en un mundo en el que los motores sin escobillas acaparan la mayor parte de la atención.