Los motores eléctricos producen una fuerza (par) lineal o giratoria destinada a impulsar algún mecanismo externo, como un ventilador o un ascensor. Un motor eléctrico generalmente está diseñado para rotación continua o para movimiento lineal en una distancia significativa en comparación con su tamaño. Los solenoides magnéticos también son transductores que convierten la energía eléctrica en movimiento mecánico, pero pueden producir movimiento en una distancia limitada.
Los motores eléctricos son mucho más eficientes que el otro motor principal utilizado en la industria y el transporte, el motor de combustión interna (ICE); Los motores eléctricos suelen tener una eficiencia superior al 95%, mientras que los ICE están muy por debajo del 50%. También son livianos, físicamente más pequeños, mecánicamente más simples y más baratos de construir, pueden proporcionar un par instantáneo y constante a cualquier velocidad, pueden funcionar con electricidad generada por fuentes renovables y no emiten carbono a la atmósfera. Por estas razones, los motores eléctricos están reemplazando a la combustión interna en el transporte y la industria, aunque su uso en vehículos está limitado actualmente por el alto costo y el peso de las baterías que pueden dar suficiente autonomía entre cargas.
Los motores eléctricos funcionan según tres principios físicos distintos: magnetismo, electrostática y piezoelectricidad.
En los motores magnéticos, los campos magnéticos se forman tanto en el rotor como en el estator. El producto entre estos dos campos da lugar a una fuerza y, por tanto, a un par en el eje del motor. Uno o ambos de estos campos deben cambiar con la rotación del rotor. Esto se hace encendiendo y apagando los polos en el momento adecuado, o variando la fuerza del polo.
Los tipos principales son motores de CC y motores de CA, y los últimos reemplazan a los primeros.
Los motores eléctricos de CA son asíncronos o síncronos.
Una vez arrancado, un motor síncrono requiere sincronía con la velocidad del campo magnético en movimiento para todas las condiciones normales de par.
En las máquinas síncronas, el campo magnético debe proporcionarse por medios distintos de la inducción, como por ejemplo, devanados excitados por separado o imanes permanentes.
Un motor de potencia fraccionada tiene una potencia nominal inferior a aproximadamente 1 caballo de fuerza (0.746 kW) o se fabrica con un tamaño de bastidor estándar más pequeño que un motor estándar de 1 HP. Muchos motores domésticos e industriales pertenecen a la clase de potencia fraccionada.
Un motor de CC conmutado tiene un conjunto de devanados giratorios enrollados en una armadura montada en un eje giratorio. El eje también lleva el conmutador, un interruptor eléctrico giratorio de larga duración que invierte periódicamente el flujo de corriente en los devanados del rotor a medida que gira el eje. Por lo tanto, cada motor de CC con escobillas tiene CA fluyendo a través de sus devanados giratorios. La corriente fluye a través de uno o más pares de escobillas que se apoyan en el conmutador; las escobillas conectan una fuente externa de energía eléctrica al inducido giratorio.
La armadura giratoria consta de una o más bobinas de alambre enrolladas alrededor de un núcleo ferromagnético laminado magnéticamente "blando". La corriente de las escobillas fluye a través del conmutador y un devanado del inducido, lo que lo convierte en un imán temporal (un electroimán). El campo magnético producido por la armadura interactúa con un campo magnético estacionario producido por PM u otro devanado (una bobina de campo), como parte de la estructura del motor. La fuerza entre los dos campos magnéticos tiende a hacer girar el eje del motor. El conmutador cambia la energía a las bobinas cuando el rotor gira, evitando que los polos magnéticos del rotor se alineen completamente con los polos magnéticos del campo del estator, de modo que el rotor nunca se detenga (como lo hace la aguja de una brújula), sino que siga girando. siempre que se aplique energía.
Muchas de las limitaciones del motor de CC de conmutador clásico se deben a la necesidad de que las escobillas presionen contra el conmutador. Esto crea fricción. Las chispas son creadas por las escobillas que hacen y rompen circuitos a través de las bobinas del rotor cuando las escobillas cruzan los espacios aislantes entre las secciones del conmutador. Dependiendo del diseño del conmutador, esto puede incluir que las escobillas hagan un cortocircuito entre las secciones adyacentes, y por lo tanto los extremos de la bobina, momentáneamente mientras cruzan los espacios. Además, la inductancia de las bobinas del rotor hace que el voltaje en cada una aumente cuando se abre su circuito, lo que aumenta las chispas de las escobillas.
Esta chispa limita la velocidad máxima de la máquina, ya que una chispa demasiado rápida sobrecalentará, erosionará o incluso derretirá el conmutador. La densidad de corriente por unidad de área de las escobillas, en combinación con su resistividad, limita la salida del motor. El hacer y romper el contacto eléctrico también genera ruido eléctrico; las chispas generan RFI. Las escobillas eventualmente se desgastan y requieren reemplazo, y el conmutador en sí está sujeto a desgaste y mantenimiento (en motores más grandes) o reemplazo (en motores pequeños). El conjunto del conmutador de un motor grande es un elemento costoso que requiere un montaje de precisión de muchas piezas. En motores pequeños, el conmutador generalmente está integrado permanentemente en el rotor, por lo que reemplazarlo generalmente requiere reemplazar todo el rotor.
