El pasado y el futuro de los motores de imanes permanentes

Hoy en día, el mercado del automóvil está cada vez más dominado por los motores de imanes permanentes. Esta tendencia no es accidental—los motores de imanes permanentes sin escobillas continúan creciendo rápidamente y se espera que mantengan este impulso durante muchos años. Aunque los motores eléctricos se inventaron hace más de un siglo, los motores de imanes permanentes sólo se volvieron verdaderamente prácticos después del desarrollo de materiales magnéticos de alto rendimiento.

Los primeros motores de imanes permanentes se basaban en simples imanes de barra. Desafortunadamente, estos imanes eran de mala calidad y no eran adecuados para aplicaciones industriales. Esta limitación animó a los inventores a experimentar con imanes de diferentes tamaños, formas, estructuras y materiales, lo que en última instancia dio lugar a los potentes y compactos imanes permanentes utilizados en los motores modernos.

Imanes permanentes: los primeros motores eléctricos

Los primeros motores rotativos —más tarde conocidos como motores eléctricos— se basaban en imanes permanentes. Sin embargo, estas primeras máquinas diferían significativamente de los motores eléctricos modernos. Uno de los pioneros en este campo fue Michael Faraday, quien construyó lo que se considera ampliamente como el primer motor eléctrico. Basándose en el descubrimiento de Hans Christian Ørsted de que las corrientes eléctricas generan campos magnéticos y en los experimentos de William Wollaston con cables que transportan corriente, Faraday construyó un dispositivo de laboratorio que convertía la energía eléctrica en movimiento mecánico rotacional.

Su motor utilizaba imanes permanentes fijos y giratorios, cables conductores, un baño de mercurio y una batería. Cuando la corriente fluía a través del circuito, el campo electromagnético resultante interactuaba con el imán permanente, produciendo torque y movimiento de rotación.

Tras la invención de Faraday, otros innovadores perfeccionaron los diseños de motores. En 1822, Peter Barlow introdujo la “rueda Barlow”, un dispositivo giratorio en el que los radios de una rueda se sumergían en mercurio para crear movimiento cuando se aplicaba voltaje.

Electroimanes: un punto de inflexión para el desarrollo del motor

A pesar de su uso temprano, los motores de imanes permanentes pronto revelaron serias limitaciones en aplicaciones de alta potencia. En el siglo XIX, los ingenieros reconocieron que los electroimanes ofrecían mucho mayor control y densidad de potencia. El inventor británico William Sturgeon desarrolló el primer electroimán en 1825, sentando las bases para los motores electromagnéticos.

En 1827, el inventor húngaro Ányos Jedlik construyó uno de los primeros motores giratorios utilizando un electroimán y un conmutador. Más tarde, en 1834, Moritz Hermann Jacobi introdujo el primer motor electromagnético de corriente continua práctico, capaz de levantar cargas y producir potencia mecánica medible. El propio Jacobi reconoció que su trabajo se basó en inventos anteriores de Botto y Dal Negro.

Los motores electromagnéticos de CC adquirieron un uso generalizado a finales del siglo XIX, cuando la corriente continua era la fuente de energía dominante. Este dominio fue cuestionado en 1889, cuando Nikola Tesla inventó el motor de inducción de CA. Los motores de CA presentaban una estructura más simple que constaba de un estator y un rotor y dependían de un campo magnético giratorio generado por corrientes alternas multifásicas. Si bien los motores de CA ofrecían simplicidad estructural, las primeras limitaciones de control permitieron que los motores de CC siguieran prevaleciendo en aplicaciones industriales durante décadas.

El regreso de los motores de imanes permanentes

Hasta principios del siglo XX, los materiales de imanes permanentes se limitaban principalmente a la magnetita natural. Un progreso significativo comenzó con el descubrimiento de nuevas aleaciones magnéticas, incluido el acero al carbono, el acero al cobalto y el acero al tungsteno. Sin embargo, estos materiales todavía carecían de suficiente fuerza magnética.

Un gran avance se produjo con el desarrollo de los imanes Alnico en la década de 1930. Compuestos principalmente de aluminio, níquel, cobalto y hierro, los imanes Alnico se produjeron mediante técnicas metalúrgicas avanzadas y eran mucho más resistentes que los materiales anteriores. En la década de 1950 surgieron los imanes permanentes de ferrita, que fueron ampliamente adoptados en pequeños electrodomésticos.

El siguiente gran salto se produjo en la década de 1960 con la invención de los imanes de cobalto de tierras raras, seguidos por los imanes de neodimio–hierro–boro (NdFeB) en la década de 1980. Estos materiales ofrecían una densidad de energía magnética sin precedentes, lo que permitía diseños de motores compactos y eficientes. Los motores de imanes permanentes de CC sin escobillas se volvieron comercialmente viables en la década de 1970, respaldados por avances en electrónica de potencia y tecnología de conmutación electrónica.

El futuro: imanes permanentes nanocompuestos

El futuro de los motores de imanes permanentes sigue siendo prometedor a medida que la demanda continúa creciendo en aplicaciones emergentes. Uno de los avances más interesantes es el avance de los imanes permanentes nanocompuestos. Estos materiales magnéticos diseñados —a veces denominados metamateriales— combinan fases magnéticas duras y blandas a nanoescala para lograr un rendimiento magnético superior.

Actualmente, los imanes nanocompuestos se utilizan en campos como la biomedicina, el almacenamiento de datos, la separación magnética, los sensores, los catalizadores y los pigmentos. A medida que la ciencia de los materiales continúa avanzando, estos imanes de próxima generación pueden desempeñar un papel clave en la evolución futura de los motores de imanes permanentes de alto rendimiento.