Cómo elegir un motor BLDC: guía completa de selección

 ¿Por qué es tan importante la selección de un motor BLDC?

En robots, brazos robóticos, equipos de automatización, drones y sistemas de fabricación inteligente, el motor es un componente central que determina el rendimiento de movimiento del equipo.

Muchos ingenieros se enfrentan a preguntas similares al seleccionar un motor BLDC:

• ¿Cuánto par se necesita para cumplir los requisitos de carga?

• ¿Cómo se debe seleccionar el valor KV?

• ¿La velocidad del motor cumple los requisitos de la aplicación?

• ¿Se necesita una caja de engranajes?

• ¿La precisión del encoder es suficiente?

• ¿Cómo se puede lograr un equilibrio entre peso, tamaño y rendimiento?

Seleccionar un motor BLDC adecuado no consiste simplemente en comparar la potencia o la velocidad máxima. En cambio, requiere una consideración integral de los requisitos de la aplicación, las condiciones de carga y los requisitos de control del sistema.

Para equipos rotativos convencionales, la velocidad y la potencia pueden ser las principales preocupaciones; sin embargo, para sistemas de movimiento de alto rendimiento, como articulaciones robóticas, brazos robóticos y actuadores eléctricos, los ingenieros suelen prestar más atención a:

• Alta salida de par

• Alta densidad de par

• Respuesta dinámica rápida

• Control preciso de posición

• Diseño de bajo peso

• Funcionamiento estable a largo plazo

Por lo tanto, seleccionar el motor BLDC adecuado es fundamental para garantizar el rendimiento y la fiabilidad de todo el sistema de movimiento.

¿Qué es un motor BLDC?

Un motor BLDC, o motor de corriente continua sin escobillas, es un motor síncrono de imanes permanentes que utiliza conmutación electrónica en lugar de la tradicional conmutación mecánica.

Los motores con escobillas tradicionales dependen de escobillas y un conmutador para cambiar la dirección de la corriente, mientras que los motores BLDC utilizan un controlador electrónico para controlar la conmutación de la corriente y lograr un control preciso del movimiento del rotor.

Un sistema completo de motor BLDC normalmente incluye:

• Cuerpo del motor

• Rotor de imanes permanentes

• Bobinados del estator

• Controlador

• Sensor de posición o encoder

Al eliminar las escobillas mecánicas, los motores BLDC presentan las siguientes ventajas:

1. Mayor eficiencia

La reducción de las pérdidas por fricción mecánica mejora la eficiencia de conversión de energía, lo que hace que los motores BLDC sean adecuados para equipos que funcionan durante largos periodos.

2. Mayor vida útil

No existe el problema del desgaste de las escobillas, lo que reduce los requisitos de mantenimiento.

3. Mayor rendimiento dinámico

Los motores BLDC pueden lograr un arranque y una aceleración rápidos, así como un control preciso del movimiento.

4. Mayor adecuación para aplicaciones de robótica

Cuando se combinan con un encoder, una caja de engranajes y un sistema de control, pueden formar una solución de movimiento de alto rendimiento.

Por lo tanto, los motores BLDC se han convertido en un componente de accionamiento importante en los sistemas modernos de robótica y automatización.

¿Qué es la densidad de par de un motor BLDC?

Para robots, exoesqueletos y robots humanoides, centrarse únicamente en el par máximo no es suficiente.

Esto se debe a que los robots normalmente requieren:

• Menor peso

• Menor espacio de instalación

• Mayor capacidad de salida

Por lo tanto, la densidad de par se ha convertido en un indicador importante para evaluar el rendimiento del motor.

Fórmula de cálculo:

Densidad de par = Par de salida ÷ Peso del motor

Unidad:

Nm/kg

Por ejemplo:

Dos motores pueden proporcionar ambos un par de 10 Nm:

• El motor A pesa 1 kg

Densidad de par:

10 Nm/kg

• El motor B pesa 0,5 kg

Densidad de par:

20 Nm/kg

Para las articulaciones robóticas, una mayor densidad de par significa:

• Estructuras mecánicas más ligeras

• Menor inercia de movimiento

• Respuesta dinámica más rápida

• Mayor eficiencia energética

Por lo tanto, los motores BLDC de alta densidad de par están recibiendo cada vez más atención en el campo de la robótica.

¿Qué parámetros deben considerarse al seleccionar un motor BLDC?

Los siguientes parámetros fundamentales deben recibir especial atención al seleccionar un motor BLDC:

Para aplicaciones de robótica y control de movimiento, los parámetros más importantes suelen incluir:

• Par

• Velocidad

• Valor KV

• Densidad de par

• Precisión del encoder

• Rendimiento térmico

¿Cómo seleccionar un motor BLDC según los requisitos?

Después de completar el análisis de los requisitos de la aplicación, el siguiente paso consiste en seleccionar los parámetros adecuados del motor BLDC según las condiciones reales de funcionamiento.

Los pasos más importantes del proceso de selección real incluyen:

1.Primero, determine el par requerido

El par es uno de los parámetros más importantes en la selección de un motor BLDC.

Determina si el motor puede accionar la carga objetivo

La fórmula básica de cálculo del par para un sistema rotativo es:

T = F × r

Donde:

• T: Par requerido (Nm)

• F: Fuerza generada por la carga (N)

• r: Radio de rotación (m)

Por ejemplo:

Un brazo robótico necesita transportar una carga de 5 kg y la longitud del brazo robótico es de 0,3 m.

Fuerza gravitacional generada por la carga:

F = 5 × 9.81 ≈ 49 N

Par estático requerido:

T = 49 × 0.3

≈ 14.7 Nm

Sin embargo, en aplicaciones reales de robótica, el motor no puede seleccionarse directamente basándose en este valor.

Esto se debe a que el sistema también se ve afectado por:

• Inercia de aceleración

• Resistencia por fricción

• Cambios de carga

• Impactos externos

• Cambios de postura

y otros factores durante el movimiento.

Por lo tanto, normalmente se requiere un margen de seguridad durante la selección real del motor:

Par nominal del motor ≥ Par de carga real × Factor de seguridad

El factor de seguridad suele determinarse según los requisitos de la aplicación:

Para las articulaciones robóticas, el rendimiento dinámico suele ser más importante que simplemente cumplir el requisito de carga estática.

2. ¿Cuál es la diferencia entre el par continuo y el par pico?

Este es un aspecto que se pasa por alto fácilmente al seleccionar un motor BLDC.

Muchos ingenieros solo se centran en el par máximo anunciado para un producto, pero el par pico no representa la capacidad de salida del motor a largo plazo.

Par continuo

El par continuo se refiere al par que el motor puede proporcionar de forma estable durante un periodo prolongado.

Adecuado para:

• Equipos que funcionan durante largos periodos

• Robots móviles AGV

• Equipos de automatización

• Mantenimiento de la postura del robot

Por ejemplo:

Un brazo robótico necesita mantener una posición fija durante un periodo prolongado y depende del par continuo para mantener la carga.

Par pico

El par pico se refiere a la capacidad máxima de salida que el motor puede alcanzar durante un periodo corto.

Adecuado para:

• Aceleración rápida

• Cambios instantáneos de carga

• Movimientos robóticos de alta dinámica

Por ejemplo:

Articulación robótica:

El mantenimiento de una carga normal requiere:

10 Nm

El movimiento rápido puede requerir:

20 Nm

Por lo tanto, el motor debe cumplir ambos requisitos:

• Par continuo suficiente

• Par pico suficiente

Por lo tanto, al seleccionar un motor BLDC, no se puede considerar únicamente el par pico máximo. También es necesario tener en cuenta:

• Ciclo de trabajo

• Cambios de carga

• Velocidad de movimiento

• Condiciones de disipación térmica

para realizar una evaluación integral.

3.  ¿Cómo determinar la velocidad del motor BLDC?

Después de determinar el par, es necesario determinar la velocidad del motor según los requisitos de movimiento del equipo.

Las diferentes aplicaciones tienen diferentes requisitos de RPM (velocidad):

En el caso del accionamiento directo del motor

Si el motor está conectado directamente a la carga, las RPM deben calcularse según la velocidad de movimiento objetivo.

Por ejemplo:

Un mecanismo giratorio requiere:

60 RPM

Entonces, la velocidad de salida del motor debe estar cerca de:

60 RPM

Cuando se utiliza una caja de engranajes:

En los sistemas robóticos, los motores BLDC suelen utilizarse junto con cajas de engranajes.

Una caja de engranajes reduce la velocidad de salida mientras aumenta el par de salida.

Velocidad de salida = Velocidad del motor ÷ Relación de transmisión.

Por ejemplo:

Un motor funciona a 6000 RPM y la relación de transmisión es de 30:1:

Velocidad de salida = 6000 ÷ 30

= 200 RPM

Par de salida ≈ Par del motor × Relación de transmisión × Eficiencia.

Por ejemplo:

Si el par del motor es de 1 Nm y la relación de transmisión es de 30:1:

Par de salida teórico = 1 × 30

= 30 Nm

El valor real debe tener en cuenta las pérdidas de eficiencia de la caja de engranajes.

¿Qué significa el valor KV de un motor BLDC?

KV es un parámetro importante para la selección del motor.

Se refiere al incremento teórico de la velocidad sin carga por cada 1 V, expresado en RPM/V.

Velocidad teórica ≈ KV × Voltaje

Por ejemplo:

Un motor de 100 KV a 24 V:

100 × 24 = 2400 RPM

La velocidad real suele ser inferior debido a factores como la carga, la eficiencia, la caída de voltaje, el método de control y las pérdidas por fricción.

KV alto frente a KV bajo:

KV alto:

Mayor velocidad, adecuado para aplicaciones de alta velocidad, con un par relativamente menor; se utiliza habitualmente en drones, ventiladores de alta velocidad y equipos rotativos de alta velocidad.

KV bajo:

Menor velocidad y mayor par por unidad de corriente, lo que lo hace más adecuado para accionar cargas; se utiliza habitualmente en articulaciones robóticas, cardanes, actuadores eléctricos y brazos robóticos.

Para aplicaciones de robótica, normalmente se presta más atención al alto par, la alta precisión de control y la baja inercia. Por lo tanto, los motores BLDC de bajo KV y alto par suelen ser más adecuados para aplicaciones de robótica.

¿Cómo seleccionar el voltaje de funcionamiento de un motor BLDC?

El voltaje debe coincidir con la fuente de alimentación del sistema.

Las opciones de voltaje habituales incluyen 12 V, 24 V, 36 V, 48 V y soluciones de mayor voltaje.

Se debe considerar la compatibilidad con el sistema de alimentación eléctrica.

Por ejemplo:

Si un sistema robótico utiliza una batería de 48 V, el motor, el controlador y el sistema de control deben admitir el correspondiente rango de voltaje de 48 V.

La demanda de corriente puede calcularse mediante:

P = V × I

Donde:

• P: Potencia (W)

• V: Voltaje (V)

• I: Corriente (A)

Con el mismo nivel de potencia, un voltaje más alto da como resultado una corriente menor.

Por ejemplo:

Un sistema de 480 W:

A 24 V:

I = 480 ÷ 24 = 20 A

A 48 V:

I = 480 ÷ 48 = 10 A

Las ventajas de un voltaje más alto incluyen:

• Menores pérdidas en las líneas

• Menor generación de calor

• Mayor eficiencia

• Mejor rendimiento durante el funcionamiento a largo plazo

Por lo tanto, los sistemas de 24 V y 48 V son cada vez más habituales en robots, AGV y sistemas de automatización industrial.

¿Se necesitan una caja de engranajes y un encoder?

En muchas aplicaciones de robótica y automatización, un motor BLDC se combina con una caja de engranajes, un encoder y un controlador para formar un sistema completo de actuador de movimiento.

Esto es especialmente habitual en articulaciones robóticas, brazos robóticos, robots de exoesqueleto y robots humanoides.

Un único motor BLDC normalmente no puede satisfacer simultáneamente todos los siguientes requisitos:

• Alto par

• Baja velocidad

• Alta precisión

• Tamaño compacto

Por lo tanto, a menudo se necesitan una caja de engranajes y un encoder para lograr el rendimiento de movimiento deseado.

La caja de engranajes puede aumentar el par de salida y reducir la velocidad de salida, mientras que el encoder proporciona retroalimentación de posición para un control preciso del movimiento.

Esta combinación permite utilizar motores BLDC en una gama más amplia de aplicaciones de movimiento de alto rendimiento.

• Alto par

• Baja velocidad

• Control de alta precisión

Por lo tanto, es necesario configurar adicionalmente una caja de engranajes y un sistema de retroalimentación.

1. ¿Por qué necesita una caja de engranajes un motor BLDC?

Los motores BLDC normalmente tienen una velocidad relativamente alta, mientras que las articulaciones robóticas reales requieren:

• Movimiento a baja velocidad

• Alto par de salida

• Control preciso

Las principales funciones de una caja de engranajes incluyen:

1.  Reducir la velocidad de salida

Por ejemplo:

Motor:

6000 RPM

Relación de transmisión:

50:1

Salida:

Aproximadamente 120 RPM

2.  Aumentar el par de salida

Una caja de engranajes puede convertir una entrada de alta velocidad y bajo par en una salida de baja velocidad y alto par.

Por ejemplo:

Salida del motor:

2 Nm

Relación de transmisión:

50:1

Salida teórica:

Aproximadamente 100 Nm

El valor real debe tener en cuenta:

• Eficiencia de la caja de engranajes

• Pérdidas por fricción

• Aumento de la temperatura de funcionamiento

3.  Aumentar la capacidad de carga

Para las articulaciones robóticas, una caja de engranajes puede ayudar al motor a accionar una carga mecánica mayor.

Aplicaciones habituales:

• Robots industriales

• Robots colaborativos

• Robots humanoides

• Equipos de exoesqueleto

2. ¿Por qué necesita un encoder un motor BLDC?

Un encoder es un componente importante de retroalimentación en un sistema de control de movimiento.

Puede detectar:

• Posición del rotor del motor

• Cambios de velocidad

• Ángulo de salida

Mediante la retroalimentación en tiempo real, el controlador puede ajustar el movimiento del motor con mayor precisión.

Las principales funciones de un encoder incluyen:

1.  Mejorar la precisión del control de posición

Por ejemplo:

Un brazo robótico necesita desplazarse con precisión hasta un ángulo especificado.

El encoder puede proporcionar retroalimentación en tiempo real sobre la posición actual, permitiendo que el sistema de control realice un control en lazo cerrado.

2.  Mejorar la estabilidad del movimiento

Sin un encoder, el sistema no puede determinar con precisión la posición real del motor.

Pueden producirse los siguientes problemas:

• Errores de posición

• Pasos perdidos

• Control inestable

3.  Mejorar la respuesta dinámica

Durante el movimiento a alta velocidad y los arranques y paradas rápidos, la retroalimentación del encoder puede ayudar al sistema de control a realizar ajustes rápidos.

Proceso completo de selección de un motor BLDC

Un proceso razonable de selección de un motor BLDC normalmente incluye:

Definir los requisitos de la aplicación

↓

Calcular el par de carga

↓

Determinar la velocidad objetivo

↓

Seleccionar el valor KV y el voltaje de funcionamiento

↓

Evaluar los requisitos de potencia

↓

Seleccionar la caja de engranajes y el encoder correspondientes

↓

Verificar el tamaño, el peso y el rendimiento térmico

Casos prácticos de selección de motores BLDC de CubeMars

La selección de un motor BLDC debe volver finalmente al escenario de aplicación real. Las diferentes plataformas robóticas tienen diferentes requisitos de motor: los brazos robóticos prestan más atención al control de posición y al rendimiento del control de fuerza, los robots con patas prestan más atención a la respuesta dinámica y a la densidad de par, mientras que los robots móviles, como los rovers marcianos, necesitan equilibrar el par de salida, la capacidad de carga y el funcionamiento estable en entornos complejos.

Brazo robótico de 3 ejes — Actuador QDD y control bilateral

En un proyecto de brazo robótico de 3 ejes, el desarrollador realizó pruebas prácticas sobre el actuador QDD CubeMars AK45 V3.0 y construyó un sistema de control bilateral utilizando el AK45-10 V3.0 KV75 y AK45-36 V3.0 KV80

El objetivo de este caso no era simplemente comparar el par máximo de los motores, sino probar la retroaccionabilidad del actuador, la capacidad de control de fuerza, la retroalimentación de posición y la respuesta dinámica en una articulación robótica real.

El CubeMars AK45 V3.0 adopta un diseño de doble encoder, que puede obtener simultáneamente información de posición del lado del motor y del lado de salida. El encoder del lado del motor se utiliza para la retroalimentación de la posición del rotor, mientras que el encoder del lado de salida detecta directamente la posición del eje de salida de la caja de engranajes, mejorando así la capacidad de retroalimentación de posición de la articulación robótica.

En la prueba, el AK45-10 V3.0 KV75 utiliza una relación de transmisión de 10:1, mientras que el AK45-36 V3.0 KV80 utiliza una relación de transmisión de 36:1. La menor relación de transmisión proporciona al AK45-10 una mejor retroaccionabilidad, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones robóticas que requieren movimiento adaptable y control de fuerza; la mayor relación de transmisión puede proporcionar un mayor par de salida, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones que priorizan la capacidad de carga y el mantenimiento de la posición.

Este caso también demuestra el control bilateral de 3 ejes. El operador controla el lado esclavo del robot mediante el dispositivo del lado maestro y recibe retroalimentación de fuerza en tiempo real. Esto demuestra que, en brazos robóticos y robots de interacción entre humanos y robots, la selección del motor requiere prestar atención no solo al par y la velocidad, sino también a:

• Retroaccionabilidad

• Capacidad de control del par

• Retroalimentación del encoder

• Velocidad de respuesta del control

• Latencia de comunicación

• Relación de transmisión

Aspectos clave de selección: diferentes relaciones de reducción para diferentes necesidades de las articulaciones robóticas

Las pruebas realizadas con los AK45-10 y AK45-36 demuestran que la selección de un actuador QDD no debe basarse únicamente en el par máximo. También es necesario tener en cuenta los requisitos específicos de la articulación robótica, como la capacidad de retroaccionamiento, el par de salida, la flexibilidad de movimiento y el control de posición.

Para aplicaciones que requieren un movimiento articular más natural, una buena capacidad de retroaccionamiento, control de fuerza e interacción humano-robot, una relación de reducción más baja puede proporcionar una transmisión de fuerza más directa y una mejor capacidad de retroaccionamiento. Por otro lado, para articulaciones que requieren un mayor par de salida, una mayor capacidad de carga y un mejor mantenimiento de la posición, se puede considerar una relación de reducción más alta en función de los requisitos de carga.

Por lo tanto, al seleccionar un motor BLDC o un actuador QDD, la relación de reducción no debe determinarse únicamente en función del par máximo. En su lugar, se deben considerar de forma integral la carga, la velocidad de funcionamiento, la flexibilidad de la articulación, los requisitos de control de fuerza y la precisión del control de posición del robot para determinar la relación de reducción adecuada.

Robot con patas de fabricación propia — Selección del motor BLDC para movimiento dinámico

En comparación con los equipos mecánicos fijos, los robots con patas tienen requisitos de motor más complejos. Cuando el robot camina, salta, gira y ajusta su postura, las articulaciones aceleran, desaceleran y cambian de dirección continuamente. Por lo tanto, el motor no solo debe proporcionar un par suficiente, sino que también debe tener una buena capacidad de respuesta dinámica.

Para los robots con patas, se recomienda prestar especial atención a los siguientes factores al seleccionar un motor BLDC:

• Par pico

• Par continuo

• Densidad de par

• Peso del motor

• Retroaccionabilidad

• Velocidad de respuesta

• Dimensiones de la articulación

En particular, el peso del propio motor afecta directamente a la inercia de movimiento general del robot. Por lo tanto, no basta con seleccionar simplemente un "motor de alto par"; es necesario lograr un equilibrio entre el par y el peso.

Los actuadores QDD de CubeMars adoptan un diseño con una relación de transmisión relativamente baja, equilibrando la capacidad de salida, la respuesta dinámica y la retroaccionabilidad, lo que los hace adecuados para plataformas robóticas que requieren un movimiento rápido de las articulaciones. Los materiales oficiales de CubeMars también presentan los actuadores QDD como adecuados para aplicaciones de alta dinámica, como los robots con patas.

En los robots con patas, las cargas de las diferentes articulaciones también son diferentes. Por ejemplo, las articulaciones de la cadera, la rodilla y el tobillo pueden experimentar pares y patrones de movimiento significativamente diferentes. Por lo tanto, durante la selección real, los cálculos también deben realizarse por separado según la posición de la articulación, la dirección del movimiento, la carga y la frecuencia de movimiento, en lugar de utilizar la misma especificación en todo el robot.

Aspecto clave de la selección:

Para los robots con patas, la selección del motor BLDC debe priorizar una alta densidad de par, un bajo peso, una respuesta rápida y una buena retroaccionabilidad, y las especificaciones del motor deben determinarse por separado según la carga real de cada articulación.

Rover marciano — Selección del motor para terrenos complejos

El proyecto del rover marciano. En comparación con los brazos robóticos y los robots con patas, un rover marciano es un robot móvil típico, y sus motores deben proporcionar una salida de potencia continua durante el movimiento real.

Un rover marciano puede tener que enfrentarse a:

• Terrenos irregulares

• Pendientes

• Diferente resistencia de la superficie del terreno

• Arranques y paradas frecuentes

• Funcionamiento a largo plazo

Por lo tanto, al seleccionar un motor BLDC para este tipo de aplicación, se debe prestar especial atención al par de salida, la velocidad, la capacidad de funcionamiento continuo, la eficiencia del sistema y la fiabilidad.

Para los robots móviles, el motor no debe buscar simplemente el par pico. Más importante aún, debe garantizarse que el motor pueda proporcionar continuamente una capacidad de salida suficiente durante todo el ciclo de funcionamiento real.

Por lo tanto, al seleccionar un motor para un rover marciano, se puede utilizar el siguiente método:

Paso 1: Calcular la fuerza de tracción requerida por el vehículo.

Calcule la fuerza de tracción requerida según el peso total del vehículo, el radio de las ruedas, la pendiente y la resistencia de la superficie del terreno.

Paso 2: Calcular el par requerido por las ruedas.

Determine el par requerido en la salida del motor según la fuerza de tracción y el radio de las ruedas.

Paso 3: Determinar la velocidad objetivo del vehículo.

Determine la velocidad de salida según el diámetro de las ruedas y la velocidad de desplazamiento objetivo.

Paso 4: Determinar la relación de transmisión.

Si el propio motor BLDC tiene una velocidad relativamente alta, se puede utilizar un mecanismo de reducción para reducir la velocidad de salida y aumentar el par de salida.

Paso 5: Verificar la capacidad de funcionamiento continuo.

Además del par pico, también es necesario comprobar el par continuo, el aumento de temperatura y la estabilidad durante el funcionamiento a largo plazo.

Las aplicaciones de actuadores robóticos de CubeMars también abarcan escenarios como robots móviles y rovers marcianos. Según los materiales oficiales de CubeMars, un proyecto de Toronto MetRobotics necesitaba completar la navegación por terrenos irregulares y las operaciones de un brazo robótico en un complejo entorno de simulación de Marte, lo que imponía requisitos integrales sobre la precisión del control del actuador, la velocidad de respuesta y la estabilidad.

Aspecto clave de la selección:

Para robots móviles como los rovers marcianos, la selección del motor debe comenzar por todo el sistema del vehículo, en lugar de centrarse únicamente en los parámetros individuales del motor. La carga, la velocidad del vehículo, el tamaño de las ruedas, la relación de transmisión, el tiempo de funcionamiento continuo y el entorno de funcionamiento deben considerarse de forma integral.

¿Cómo seleccionar un motor BLDC para diferentes aplicaciones?

Las diferentes aplicaciones tienen diferentes prioridades en lo que respecta a los parámetros de los motores BLDC.

1.  Articulaciones robóticas

Las articulaciones robóticas normalmente requieren:

• Alto par

• Alta densidad de par

• Baja inercia

• Retroalimentación de alta precisión

• Respuesta rápida

Aspectos clave:

Orientación recomendada:

Motor BLDC de bajo KV y alto par + encoder de alta precisión + caja de engranajes.

2.  Brazos robóticos

Los brazos robóticos necesitan equilibrar:

• Capacidad de carga

• Precisión de posicionamiento

• Rendimiento dinámico

Aspectos clave:

• Par continuo

• Par pico

• Precisión de la retroalimentación de posición

• Suavidad del movimiento

Para los robots colaborativos, también es necesario considerar los siguientes factores:

• Bajo nivel de ruido

• Baja vibración

• Seguridad

3.  Drones

Las aplicaciones de drones suelen centrarse más en:

• Peso

• Eficiencia

• Velocidad

Parámetros clave:

• KV alto

• Alta eficiencia

• Diseño de bajo peso

A diferencia de las articulaciones robóticas, los drones dependen más del rendimiento de rotación a alta velocidad.

4.  Cardanes

Los cardanes requieren principalmente:

• Estabilidad

• Respuesta rápida

• Control preciso

Aspectos clave:

• Baja inercia

• Bajo par de engrane

• Funcionamiento suave

• Precisión del encoder

5.  Robots móviles AGV

Los AGV suelen centrarse en:

• Par de salida

• Eficiencia de funcionamiento

• Fiabilidad a largo plazo

Parámetros clave:

• Par continuo

• Capacidad de disipación térmica

• Vida útil del motor

• Eficiencia del sistema

Errores comunes en la selección de motores BLDC

Error 1: Fijarse únicamente en el par máximo

Muchos usuarios priorizan la pregunta:

"¿Cuál es el par pico máximo?"

Sin embargo, el par pico solo representa la capacidad de salida a corto plazo.

La selección real debe considerar todos los siguientes aspectos:

• Par continuo

• Par pico

• Ciclo de trabajo

• Condiciones de disipación térmica

Error 2: Suponer que un valor KV más alto siempre es mejor

Un valor KV más alto no significa que el motor tenga un mejor rendimiento.

KV alto:

Ventajas:

• Mayor velocidad

Desventajas:

• Par relativamente menor

KV bajo:

Ventajas:

• Mayor capacidad de par

• Más adecuado para aplicaciones con carga

Método correcto de selección:

Basándose en:

• Requisitos de velocidad

• Tamaño de la carga

• Condiciones de voltaje

Realice una evaluación integral.

Error 3: Ignorar la compatibilidad del controlador

Un motor BLDC no funciona de forma independiente.

El sistema completo debe ser compatible con:

• Motor

• Controlador

• Fuente de alimentación

• Sistema de control

Si la capacidad de accionamiento es insuficiente, incluso un motor excelente no podrá ofrecer su rendimiento real.

Error 4: Ignorar el diseño térmico

Durante el funcionamiento a alta carga durante largos periodos, el aumento de temperatura afecta a:

• Eficiencia del motor

• Capacidad de salida

• Vida útil

Por lo tanto, es necesario considerar los siguientes factores:

• Tiempo de funcionamiento

• Temperatura ambiente

• Tasa de carga

• Estructura de disipación térmica

Soluciones de motores BLDC de CubeMars

Para aplicaciones de alto rendimiento, como robots, brazos robóticos y actuadores eléctricos, CubeMars ofrece soluciones de control de movimiento que cubren diferentes requisitos.

Estas incluyen:

• Motores de par sin carcasa

• Actuadores integrados

• Soluciones de encoders de alta precisión

• Sistemas de accionamiento para articulaciones robóticas

En las aplicaciones robóticas, los ingenieros necesitan seleccionar no solo un motor, sino también un sistema completo de movimiento.

Una excelente solución de accionamiento para robots debe proporcionar simultáneamente:

• Alta densidad de par

• Tamaño compacto

• Respuesta dinámica rápida

• Control preciso

• Funcionamiento fiable a largo plazo

Resumen

Seleccionar un motor BLDC adecuado no consiste simplemente en encontrar el modelo con mayor potencia, mayor velocidad o mayor par. En cambio, el objetivo es encontrar el mejor equilibrio entre rendimiento, tamaño, eficiencia y precisión de control según los requisitos específicos de la aplicación.

Durante el proceso de selección real, los ingenieros primero deben definir los requisitos de movimiento del equipo, incluidos:

• Tamaño de la carga

• Velocidad objetivo

• Tiempo de funcionamiento

• Entorno de funcionamiento

• Espacio de instalación

• Requisitos de precisión de control

A continuación, determine los parámetros clave del motor basándose en estas condiciones:

El par determina si el motor puede accionar la carga, la velocidad determina la eficiencia del movimiento, el valor KV afecta las características de velocidad del motor, el voltaje determina la compatibilidad del sistema y la potencia determina la capacidad de salida general.

Para equipos rotativos convencionales, seleccionar un motor BLDC adecuado puede implicar principalmente considerar la velocidad y la potencia; sin embargo, para aplicaciones de alto rendimiento, como robots, brazos robóticos, exoesqueletos y actuadores inteligentes, centrarse únicamente en estos parámetros no es suficiente.

Estas aplicaciones también suelen requerir considerar:

• Alta densidad de par para obtener una mayor salida en un conjunto más compacto

• Diseño de baja inercia para una respuesta dinámica más rápida

• Encoder de alta precisión para una retroalimentación precisa de la posición

• Bajo nivel de ruido y baja vibración para mejorar la estabilidad del movimiento

• Excelente capacidad de disipación térmica para un funcionamiento fiable a largo plazo

• Compatibilidad integral entre el motor, la caja de engranajes y el controlador

Especialmente en robótica, los motores BLDC normalmente no funcionan de forma independiente, sino que forman parte de un sistema completo de movimiento, con una caja de engranajes, un encoder y un controlador que juntos forman un actuador de alto rendimiento. Por lo tanto, al seleccionar un motor para un robot, es necesario evaluar todo el sistema en lugar de simplemente comparar los parámetros individuales del motor.

Un proceso correcto de selección de un motor BLDC debe ser:

Definir los requisitos de la aplicación → Calcular el par de carga → Determinar la velocidad de funcionamiento → Seleccionar el voltaje y el valor KV → Evaluar los requisitos de potencia → Seleccionar la caja de engranajes y el encoder correspondientes → Comprobar el tamaño, el peso y el rendimiento de disipación térmica.

Mediante un método científico de selección, se pueden evitar problemas como un rendimiento insuficiente del motor, una baja eficiencia, un aumento excesivo de la temperatura o una adaptación inadecuada del sistema, al tiempo que se puede mejorar la fiabilidad y la vida útil del equipo.

A medida que las tecnologías de robótica y automatización continúan desarrollándose, los motores BLDC avanzan hacia una mayor densidad de potencia, un tamaño más reducido, un control más preciso y una mayor inteligencia. Para los sistemas robóticos de próxima generación, seleccionar el motor BLDC adecuado no solo significa obtener una salida de potencia estable y fiable, sino que también aporta mayor flexibilidad, velocidad de respuesta y potencial de aplicación a todo el sistema de movimiento.

Por lo tanto, ya sea para articulaciones robóticas, brazos robóticos, AGV, actuadores eléctricos u otros dispositivos inteligentes, la selección del motor BLDC debe basarse en los requisitos reales de la aplicación, con una evaluación integral del par, la velocidad, la eficiencia, la capacidad de control y la capacidad de integración del sistema para encontrar la solución de motor que mejor se adapte al proyecto específico.