Los motores de flujo axial «pancake» están empezando a incorporarse a las articulaciones robóticas con la promesa de multiplicar entre dos y cuatro veces la densidad de potencia. La versión rigurosa es más acotada y útil: ofrecen más par por milímetro de longitud axial, no más par por kilogramo; y el precio se paga en forma de inercia del rotor, una atracción magnética de dos kilonewtons y pérdidas que aumentan con la frecuencia eléctrica. Estas son las cuentas que hay detrás de la decisión.

La afirmación, sin adornos

En la Feria Internacional de la Industria de China de 2026, los motores de articulación de disco plano estaban por todas partes: módulos de cadera, módulos de rodilla y una creciente oferta de unidades de flujo axial comercializadas específicamente para fabricantes de humanoides. Las cifras que los acompañan tienen una forma conocida: la mitad de volumen y peso para la misma potencia, entre dos y cuatro veces la densidad de potencia de una máquina radial convencional y un aumento de más del 120 por ciento en la densidad de par.

Esas cifras no son inventadas. Pero tampoco son comparables. Afirmar «entre dos y cuatro veces» sin especificar un motor de referencia, un ciclo de trabajo y unas condiciones de refrigeración no es ingeniería, sino aritmética de marketing. La misma trampa aparece en las comparaciones de par específico: una cifra de 100 a 200 Nm/kg a nivel de articulación describe un conjunto con reductor, mientras que una cifra de 2 a 5 Nm/kg para un motor desnudo describe imanes y cobre sin ningún componente acoplado. Ambas son ciertas, y restar una de la otra no dice nada.

Por eso, conviene empezar por la única comparación equivalente. Un estudio de 2026 publicado en IEEE/ASME Transactions on Mechatronics optimizó un motor de flujo axial acoplado a un reductor cicloidal para robótica ponible y publicó una tabla con diseños comparables. Su propio actuador alcanza un pico de 45 Nm con unos 600 gramos de peso en un conjunto de 33 mm de grosor: aproximadamente 75 Nm/kg. Dos diseños de flujo radial de la misma tabla alcanzan aproximadamente 90 y 120 Nm/kg. En par específico, el diseño axial sale perdiendo.

Lo que gana es en grosor: 33 mm frente a 63 mm y 75 mm en los diseños radiales. Esa es toda la afirmación defendible, y es una buena afirmación, aunque no la que aparece en la pancarta. También explica por qué el mismo debate reaparece una y otra vez con distintas formas: como los cuatro factores que determinan la densidad de potencia, en los que el par por kilogramo y el par por litro tiran en direcciones opuestas.

Dos leyes de escalado explican el resto

La diferencia es geométrica y se deduce de la integral del par. En cualquier máquina eléctrica, el par es el esfuerzo cortante integrado sobre el área del entrehierro, multiplicado por el radio en el que actúa:

T = ∫ σ · 2πr² dr = (2π/3) · σ · R³ · (1 − k³)

donde k es la relación entre el radio interior y el exterior. Con el grosor y el esfuerzo cortante constantes —es decir, con la capacidad de refrigeración constante—, el par escala con el cubo del diámetro. En cambio, una máquina radial integra el mismo esfuerzo sobre una superficie cilíndrica, por lo que su par escala con D² por la longitud del paquete de chapas.

La consecuencia práctica es una variable de diseño que se puede calcular antes de cortar el metal. Aumentar el diámetro exterior de un motor de articulación de 80 mm a 100 mm eleva el par de flujo axial en (100/80)³, es decir, un 95 por ciento, sin modificar el grosor. El mismo cambio de diámetro en una máquina radial produce (100/80)², es decir, un 56 por ciento, y aún se necesita más longitud de paquete para cerrar la brecha. Un diámetro amplio supera a un paquete largo: esa es la física que explica cada motor plano de articulación en una feria comercial.

La moneda de cambio real son los milímetros axiales

Las articulaciones de los humanoides no suelen estar limitadas por la masa. Están limitadas por el volumen y, en particular, por la longitud axial. Una rodilla debe caber dentro de una pierna cuyo perfil viene definido por la espinilla, la carcasa del muslo y el tobillo. Dentro de ese espacio, el conjunto axial debe alojar el motor, el flexspline y el generador de onda del reductor, dos encoders, la placa del controlador, un freno y el canal para los cables.

Por tanto, ahorrar treinta milímetros de longitud axial no es una mejora estética. Es el margen necesario para incorporar un segundo encoder en el lado de salida, un orificio pasante más ancho para el cableado, un flexspline más grande para un par determinado o una relación de reducción menor. Esta última opción es la que hace que el flujo axial resulte estratégicamente interesante, y no solo compacto.

Una relación de reducción menor mejora la retroaccionabilidad, la eficiencia y la resistencia a los impactos, pero exige más par del motor. Aumentar el diámetro al cubo es la forma más barata de obtener ese par sin añadir longitud, por eso los motores planos y las articulaciones con baja relación de reducción aparecen juntos en los mismos diseños.

Coste uno: la inercia del rotor, multiplicada por N²

Un rotor de disco delgado tiene un momento de inercia J = m·D²/8 alrededor de su eje. Los rotores reales con imanes y cubos tienen un valor entre un 10 y un 30 por ciento superior, pero lo importante es la escala: a masa constante, la inercia aumenta con el cuadrado del diámetro. Situar la misma masa a un radio mayor sale caro.

Ahora añadamos la transmisión. La inercia del motor reflejada en la salida de la articulación se multiplica por el cuadrado de la relación de reducción: J_reflected = J_motor × N². Este término determina si una articulación puede controlarse por fuerza leyendo la corriente del motor o si necesita un sensor de par en la salida para saber qué está haciendo.

Lea despacio la última columna. Un rotor de gran diámetro detrás de un reductor armónico de 100:1 aporta quince kilogramos por metro cuadrado a la inercia aparente de la articulación: entre uno y dos órdenes de magnitud por encima de la inercia del eslabón de la pierna que debe mover. En ese punto, el actuador ya no se siente como un músculo unido a una extremidad, sino como un volante de inercia con una extremidad acoplada. La detección de colisiones, el control de impedancia y cualquier ley de control que suponga que la carga tiene la inercia dominante pierden rendimiento. Las soluciones son un sensor de par en el lado de salida o una relación mucho menor.

Esta es la aplicación incorrecta más común del flujo axial. Un disco ancho detrás de una relación de reducción elevada multiplica exactamente la penalización que ha generado ese disco ancho. Esta topología funciona mejor detrás de una etapa de 6:1 a 15:1, donde N² se mantiene en dos cifras y la penalización del diámetro se paga una sola vez, en lugar de elevarse al cuadrado.

Coste dos: los dos kilonewtons que intentan cerrar el entrehierro

Un entrehierro plano es un cojinete magnético que nadie ha diseñado. La presión de atracción a través de él es p = B²/(2μ₀). Con un entrehierro de 0,8 T sobre un disco de 100 mm —un área de 7,85 × 10⁻³ m²—, la fuerza de atracción es de aproximadamente 2.000 newtons por cara del entrehierro. Equivale a unos 200 kilogramos-fuerza que comprimen permanentemente el rotor hacia el estator, en una máquina cuyo rendimiento depende por completo de mantener plano un entrehierro de menos de un milímetro.

De ello se desprenden dos consecuencias. En primer lugar, el conjunto de cojinetes debe soportar esa precarga, las cargas externas de la articulación y los impactos sin que el rotor se deforme lo suficiente como para rozar. En segundo lugar, la rigidez de la carcasa deja de ser una cuestión de optimización del peso y pasa a ser una limitación estricta: una tapa que se flexiona 50 μm durante el impacto de un aterrizaje cierra una quinta parte de un entrehierro de 250 μm.

La solución habitual es una topología de doble entrehierro —un estator entre dos rotores o un rotor entre dos estatores—, en la que las dos fuerzas de atracción son casi iguales y opuestas, de modo que el cojinete solo soporta las componentes debidas al desequilibrio y la excentricidad. El coste es que se duplica el número de caras críticas del entrehierro, se reducen las tolerancias de paralelismo y concentricidad y se estrecha la ventana de proceso de montaje. En una línea de producción, ese suele ser el verdadero coste de la arquitectura, no los imanes.

Incluya en la especificación de la articulación la rigidez axial en N/μm y la tolerancia del entrehierro en μm, junto a las cifras de par. Una ficha técnica de un motor pancake que solo indique el par, la masa y el diámetro no le dice nada sobre si resistirá el aterrizaje de una rodilla.

Coste tres: las pérdidas se desplazan hacia la frecuencia

Las máquinas planas con muchos polos funcionan a altas frecuencias eléctricas. Las pérdidas en el núcleo siguen la forma de Steinmetz: P = k · f^α · B^β, con α entre aproximadamente 1,5 y 2: las pérdidas por histéresis aumentan linealmente con la frecuencia y las corrientes parásitas, con su cuadrado. Una máquina de 40 polos que gira a unos pocos miles de rpm alcanza frecuencias eléctricas a las que un núcleo laminado grueso se convierte en un calentador y la resistencia de CA del devanado supera ampliamente su valor de CC.

Hay tres medidas para mitigarlo, cada una con un coste:

• Estatores segmentados con laminaciones delgadas reducen las pérdidas por corrientes parásitas, pero complican el bobinado y aumentan el coste por unidad de par.
• Los materiales magnéticos blandos compuestos se adaptan al flujo tridimensional de una máquina axial, pero implican un compromiso entre permeabilidad, pérdidas y facilidad de moldeo.
• Los estatores PCB sin hierro eliminan por completo las pérdidas en el núcleo. Un estudio de arXiv de 2025 sobre un motor de flujo axial PCB de 19 mm obtuvo un par de bloqueo de 158 mN·m con un entrehierro de 0,25 mm y un aumento del 61,7 por ciento en la densidad de par de bloqueo frente a su referencia. Sin embargo, la inductancia de fase cae al rango de los microhenrios, lo que produce una gran ondulación de corriente y distorsión armónica, a menos que el accionamiento conmute a alta frecuencia o que se añada deliberadamente inductancia a la fase. Una inductancia baja no significa una eficiencia baja: plantea un problema de accionamiento diferente. Esta misma familia de diseños ha demostrado una eficiencia del 96 por ciento a 19 N·m y 2.100 rpm con un inversor de banda prohibida ancha.

Desde el punto de vista térmico, el flujo axial tiene una ventaja poco valorada que rara vez aparece en los folletos: los cabezales de bobina quedan expuestos en las caras del disco, cerca de la carcasa, y tienen recorridos de conducción cortos. Esa geometría es precisamente la que permite que una articulación resista el par continuo, no solo un pico de tres segundos: la diferencia entre una demostración y un turno de trabajo.

Coste cuatro: la cadena de suministro sigue siendo la limitación determinante

No existe una oferta de catálogo de motores de articulación de flujo axial para humanoides de pequeño tamaño. Las unidades de diámetro pequeño requieren segmentación personalizada del estator, bobinado personalizado con bobinas concentradas, anillos de imanes Halbach multipolares con control del arco polar a nivel de grado y calibres personalizados para el paralelismo del entrehierro. La producción a escala automotriz ha demostrado que la ruta de fabricación es viable, pero los diámetros, las velocidades y los ciclos de trabajo de la industria automotriz no son los de una articulación de rodilla.

La base instalada lo confirma. En octubre de 2026, ningún fabricante importante de humanoides había confirmado públicamente el uso de motores de flujo axial en articulaciones de producción. Las pruebas consisten en hojas de ruta de proveedores, noticias en los medios sobre relaciones de suministro y una oleada de lanzamientos de motores de articulación chinos en ferias comerciales. Los motores sin carcasa de flujo radial detrás de etapas planetarias o cicloidales siguen siendo la opción predeterminada por una razón poco llamativa: un siglo de madurez de fabricación, segundas fuentes previsibles y fichas técnicas en las que se puede basar el diseño.

Una tabla de decisión en lugar de una doctrina

Nada de esto convierte al flujo axial en una mala elección. Lo convierte en una elección para un caso concreto.

La pauta se puede resumir en una regla sencilla: el flujo axial convierte diámetro en longitud axial y carga la diferencia a la cuenta de la inercia. Los diseños que necesitan esa longitud y pueden asumir la inercia —una rodilla con baja relación de reducción, una cadera compacta o un robot con piernas cortas— obtienen un valor real. Los diseños que mantienen una relación elevada y un disco grande pagan dos veces por la misma decisión.

Cómo especifica Ti5ROBOT un motor de articulación

Fabricamos módulos de articulación integrados y actuadores para humanoides. La topología del motor es lo último que elegimos, no lo primero. La secuencia que funciona es: ciclo de trabajo, luego par continuo, después el margen axial, a continuación la relación de reducción y, solo entonces, la máquina.

Ese orden es necesario porque las cifras interactúan. Un motor elegido por su par máximo en 33 mm no superará una prueba de par continuo si su vía térmica se deja para el final, y una articulación elegida para una relación de 100:1 se sentirá inerte en el control de fuerza, por muy bueno que sea el motor. Nuestros actuadores para robots humanoides y módulos de articulación ligeros se especifican de esta manera, y la familia de tamaños 30–40 muestra cómo se calcula el margen axial en el extremo más pequeño, donde cada milímetro compite con el encoder y el cableado.

Tres preguntas permiten distinguir una oferta real de flujo axial de una diapositiva:

• ¿Con qué grosor, masa y ciclo de trabajo se midió ese par? Un par máximo a 20 °C durante tres segundos corresponde a un producto distinto de uno que entregue 45 Nm continuos a una temperatura ambiente de 40 °C.
• ¿Qué motor se utiliza como referencia para la comparación? «Entre dos y cuatro veces» requiere especificar una máquina concreta, la misma refrigeración y el mismo punto de medición.
• ¿Cómo se mantiene el entrehierro? Deben especificarse la disposición de los cojinetes, la rigidez de la carcasa en N/μm, la tolerancia del entrehierro en μm y el descentramiento axial medido bajo carga.

Si un proveedor responde a las tres preguntas con cifras, vale la pena crear un prototipo de esa arquitectura. Si responde con adjetivos, es mejor descartarla.

Qué conviene observar

Tres avances mejorarían las cuentas del flujo axial sin cambiar las leyes físicas. La expansión de la producción automotriz en grandes volúmenes a diámetros adecuados para robots reduciría el sobrecoste de las herramientas personalizadas. La maduración de los materiales magnéticos blandos compuestos y los estatores PCB convertiría los problemas de pérdidas y accionamiento en cuestiones rutinarias, en lugar de soluciones a medida. La adopción generalizada de accionamientos de banda prohibida ancha en los controladores de articulación neutralizaría la penalización de la baja inductancia y permitiría que los diseños sin hierro compitieran por eficiencia, y no solo por grosor.

Nada de eso cambia el compromiso: el diámetro reduce la longitud axial y la inercia presenta la factura. Ganarán las articulaciones cuyos diseñadores hayan hecho las multiplicaciones antes de la feria comercial, no después.

Fuentes: IEEE/ASME Transactions on Mechatronics (2026), optimización de un actuador de motor de flujo axial y reductor cicloidal para robótica ponible; arXiv 2509.23561 (2025), motor de flujo axial PCB de alta densidad de par para microrrobots; Applied Sciences 15(6):3327 (2025), diseño y verificación de un motor PM de flujo axial; ICIRA 2023, actuador bípedo basado en un motor de flujo axial; formulación de Steinmetz para las pérdidas en el núcleo; información divulgada por la industria en CIIF 2026 y estudios de mercado de actuadores para humanoides, octubre de 2026.