La mayoría de los cortacéspedes robóticos modernos utilizan motores de corriente continua sin escobillas (BLDC). Una máquina típica cuenta con un motor BLDC de alta velocidad para el sistema de corte y dos motorreductores para las ruedas motrices. Es posible que se utilicen otros motorreductores pequeños adicionales para el ajuste de la altura o para mecanismos auxiliares.
El motor de corte se selecciona principalmente por su velocidad, su rendimiento estable bajo carga, su eficiencia y sus bajas vibraciones. Los motores de las ruedas se seleccionan principalmente por su par, la relación de transmisión, la capacidad para subir pendientes y el control preciso del movimiento.
Los motores BLDC gozan de gran popularidad por su eficiencia, durabilidad, control preciso y diseño compacto. No obstante, el tipo de motor por sí solo no determina el rendimiento del cortacésped.
Motores principales utilizados en un cortacésped robótico
La mayoría de los cortacéspedes robóticos cuentan con dos grupos principales de motores:
- Motores de corte que hacen girar el disco de cuchillas o las cuchillas de corte
- Motores de tracción que impulsan las ruedas y controlan el movimiento
Algunas máquinas también utilizan motores más pequeños o actuadores para el ajuste de la altura de corte, los mecanismos de dirección, los sistemas de limpieza o las cubiertas protectoras móviles.
| Ubicación de los motores | Función principal | Tipo de motor habitual | Requisito principal |
| Sistema de corte | Hace girar las cuchillas o el disco de corte | Motor BLDC | Alta velocidad y potencia estable |
| Rueda motriz izquierda | Mueve y gira el cortacésped | Motor de corriente continua con engranajes o BLDC | Alto par y control preciso |
| Rueda motriz derecha | Mueve y gira el cortacésped | Motor de corriente continua con engranajes o BLDC | Alto par y control preciso |
| Ajuste de altura | Sube o baja el conjunto de corte | Pequeño motor con engranajes o actuador | Precisión de posicionamiento |
| Mecanismo auxiliar | Controla cubiertas, cepillos o accesorios | Pequeño motor de corriente continua | Tamaño compacto y control sencillo |
Los motores de corte y de las ruedas suelen controlarse de forma independiente. Esto permite que el cortacésped regule la velocidad de las cuchillas en función del estado del césped, al tiempo que modifica la velocidad de las ruedas según las necesidades de desplazamiento.
Motores de corriente continua sin escobillas
Los cortacéspedes robóticos suelen utilizar motores BLDC con conmutación electrónica en lugar de mecánica. En su lugar, el motor se controla mediante conmutación electrónica.
Este diseño ofrece varias ventajas para los equipos autónomos de exterior.
- Menor desgaste mecánico
- Mayor vida útil
- Mayor eficiencia energética
- Menor ruido eléctrico
- Mejor control de la velocidad
- Menores necesidades de mantenimiento
- Mejor relación potencia-peso
Un cortacésped robótico puede funcionar varias horas al día y arrancar, parar, acelerar, dar marcha atrás y girar repetidamente. Estas condiciones de funcionamiento hacen que la durabilidad y la eficiencia sean especialmente importantes.
Al no tener escobillas, el motor evita la pérdida de rendimiento asociada al desgaste de las mismas. Sin embargo, un motor BLDC requiere un controlador electrónico adecuado, un método de detección de la posición del rotor y una estrategia de control del motor. Por lo tanto, el sistema de accionamiento completo es más complejo que un sistema básico de motor con escobillas.
Motores de corte
El motor de corte acciona el disco de cuchillas, la barra giratoria o el sistema de cuchillas individuales. Suele funcionar a una velocidad considerablemente mayor que los motores de las ruedas.
Su función principal es mantener una velocidad suficiente en la punta de las cuchillas para cortar el césped de forma limpia. Los requisitos de potencia del motor varían en función de varios factores:
- Diámetro de la cuchilla
- Número de cuchillas
- Masa de las cuchillas
- Ancho de corte
- Densidad del césped
- Humedad de la hierba
- Altura de corte
- Velocidad de desplazamiento del cortacésped
- Diseño del disco de corte
Un disco de corte ligero equipado con pequeñas cuchillas pivotantes requiere menos par de arranque que una cuchilla maciza y pesada. Sin embargo, es posible que siga necesitando una velocidad de rotación elevada para lograr un resultado de corte aceptable.
Por este motivo, los motores de corte de los cortacéspedes robóticos suelen diseñarse buscando un equilibrio entre velocidad, par, eficiencia, vibración y ruido.
Por qué los motores BLDC son adecuados para los sistemas de corte
Un motor BLDC se adapta muy bien al funcionamiento de las cuchillas, ya que puede proporcionar una rotación estable a alta velocidad en un diseño compacto. El controlador también puede ajustar la velocidad del motor cuando la cuchilla se encuentra con hierba más espesa.
Por ejemplo, el cortacésped puede hacer funcionar el motor de corte a una velocidad moderada bajo una carga ligera para ahorrar energía. Cuando el consumo de corriente aumenta debido a la densidad de la hierba, el controlador puede incrementar el par o ajustar la velocidad de desplazamiento.
Este tipo de control sensible puede mejorar la uniformidad del corte sin necesidad de hacer funcionar el motor a máxima potencia de forma continua.
El motor no debe seleccionarse únicamente en función de su velocidad en vacío. Un motor que alcanza una velocidad elevada sin cuchilla puede ralentizarse en exceso al encontrarse con la hierba. También deben comprobarse su par continuo, su par máximo, su capacidad térmica y el límite de corriente del controlador.
Motores de tracción de las ruedas
Los motores de las ruedas mueven el cortacésped robótico por el césped. La mayoría de los diseños utilizan un motor para la rueda motriz izquierda y otro para la derecha.
Al cambiar la velocidad y la dirección de estos dos motores de forma independiente, el cortacésped puede:
- Avanzar
- Retroceder
- Girar gradualmente
- Girar dentro de un área reducida
- Seguir un límite
- Corregir su dirección
- Evitar obstáculos
Los motores de las ruedas suelen funcionar a velocidades más bajas que los motores de corte, pero requieren un par mayor. Las cajas de cambios reducen la velocidad del motor al tiempo que aumentan el par de salida.
Motores de corriente continua con reductor
Un motor de corriente continua con reductor combina un motor eléctrico con una caja de cambios reductora. El motor puede ser con escobillas o sin escobillas, pero las versiones BLDC son cada vez más habituales en máquinas que requieren una vida útil más larga.
La caja de cambios permite que un motor compacto genere suficiente par en las ruedas para:
- Arrancar sobre césped
- Subir pendientes
- Cruzar superficies irregulares
- Girar sobre suelo blando
- Avanzar entre vegetación densa
- Superar pequeños obstáculos
El par necesario depende del peso del cortacésped, el diámetro de las ruedas, el ángulo de la pendiente, la resistencia del terreno y los requisitos de aceleración.
Un motor de rueda seleccionado únicamente para césped llano y seco puede tener dificultades en pendientes húmedas. Por otro lado, un motor sobredimensionado puede aumentar el coste, el peso y el consumo de energía sin aportar ninguna ventaja significativa.
Motores con escobillas frente a motores sin escobillas
Los motores de corriente continua con escobillas aún pueden utilizarse en cortacéspedes robóticos de menor coste. Son fáciles de controlar y suelen tener un coste inicial más bajo.
Sin embargo, sus escobillas se desgastan gradualmente durante el funcionamiento. El contacto de las escobillas también puede producir ruido eléctrico, fricción, calor y pérdidas de eficiencia.
| Característica | Motor de corriente continua con escobillas | Motor de corriente continua sin escobillas |
| Coste inicial | Generalmente más bajo | Por lo general, más elevado |
| Sistema de control | Más sencillo | Más avanzado |
| Mantenimiento | Puede ser necesario sustituir las escobillas | Normalmente baja |
| Vida útil | Limitada por el desgaste de las escobillas | En general, más larga |
| Eficiencia | Moderada | Mayor |
| Control de velocidad | Aceptable | Más preciso |
| Ruido eléctrico | Mayor | Menor |
| Idoneidad para un funcionamiento frecuente | Moderada | Elevada |
| Aplicación típica | Máquinas básicas | Máquinas de gama media y alta |
En el caso de un cortacésped robótico que se prevé que funcione con regularidad durante varias temporadas, un motor BLDC suele ofrecer una solución global más sólida. El mayor coste de los componentes y del controlador se ve compensado por una mayor eficiencia, un menor mantenimiento y una vida útil más larga.
Los motores con escobillas pueden seguir siendo una opción práctica cuando las horas de funcionamiento son limitadas y el producto debe cumplir un objetivo de coste estricto.
Tensión del motor
Los motores de los cortacéspedes robóticos se alimentan mediante sistemas de baterías recargables. Las plataformas de cortacéspedes habituales pueden utilizar tensiones de batería de 18 V, 20 V, 24 V o superiores, dependiendo del diseño del producto.
Un sistema de mayor tensión puede proporcionar la misma potencia con una corriente menor. Una corriente menor puede reducir las pérdidas en los cables, el calentamiento de los conectores y la sobrecarga del controlador. Sin embargo, la tensión por sí sola no determina la calidad del motor ni el rendimiento del cortacésped.
El bobinado del motor, el controlador, la batería, la caja de cambios y el sistema de protección deben diseñarse como una única plataforma.
Por ejemplo, instalar un motor de 24 V en una máquina diseñada originalmente para una batería de menor tensión no mejora automáticamente el par. Es posible que el controlador no admita esa tensión y que el bobinado del motor no se adapte a la velocidad prevista.
Por lo tanto, la selección del motor debe partir de la arquitectura eléctrica completa, en lugar de basarse únicamente en un valor de tensión aislado.
Requisitos de par, velocidad y potencia
El par y la velocidad desempeñan funciones diferentes en un cortacésped robótico.
El motor de corte suele requerir una velocidad mayor, ya que las cuchillas deben moverse con la rapidez suficiente para cortar la hierba. Los motores de las ruedas requieren una velocidad menor, pero un par de salida mayor, ya que deben mover toda la máquina.
La potencia del motor puede entenderse como la relación entre el par y la velocidad de rotación. Un motor de alta velocidad con un par muy bajo podría no mantener la velocidad de las cuchillas bajo carga. Un motor de rueda de alto par con una relación de transmisión incorrecta podría hacer que el cortacésped se moviera demasiado lentamente.
El proceso de diseño debe tener en cuenta:
- Par de funcionamiento continuo
- Par máximo de corta duración
- Velocidad en vacío
- Velocidad bajo carga
- Relación de reducción del engranaje
- Corriente de arranque
- Corriente de bloqueo
- Límite de corriente del controlador
- Potencia continua
- Aumento de temperatura
El par máximo es especialmente importante durante el arranque, la subida de pendientes, los giros y el impacto de las palas. El par continuo es más importante a la hora de evaluar el aumento de temperatura y la fiabilidad a largo plazo.
Control del motor y retroalimentación
Los cortacéspedes robóticos requieren un control del motor más preciso que los cortacéspedes manuales convencionales. El sistema de control debe coordinar el movimiento con sensores, software de navegación, detección de límites y evitación de obstáculos.
Los motores de las ruedas pueden utilizar sensores Hall o codificadores para medir la velocidad de rotación y la posición. Esta retroalimentación ayuda al cortacésped a calcular la distancia recorrida y a mantener una trayectoria controlada.
El controlador puede comparar la velocidad de las ruedas ordenada con la velocidad real de las ruedas. Una diferencia puede indicar:
- Deslizamiento de la rueda
- Una rueda bloqueada
- Terreno irregular
- Resistencia excesiva de la hierba
- Un fallo mecánico
Los motores de corte también pueden supervisarse mediante señales de corriente, velocidad o temperatura. Un aumento repentino de la corriente puede indicar que la hierba se ha enredado, que una cuchilla está dañada o que el disco de corte está atascado.
La información de retorno no solo mejora el rendimiento, sino que también facilita la detección de averías y la protección del motor.
Eficiencia del motor y autonomía de la batería
La eficiencia del motor tiene un efecto directo en la autonomía de la batería. La energía que se pierde en el interior del motor se convierte en calor en lugar de en potencia mecánica útil.
Sin embargo, no basta con seleccionar el motor más eficiente en un único punto de funcionamiento. Un cortacésped robótico funciona en condiciones variables. Las cargas sobre las ruedas varían según el terreno, mientras que las cargas de corte dependen de la altura y la densidad de la hierba.
El motor más adecuado debe funcionar de manera eficiente en todo el rango de trabajo habitual del cortacésped.
Un sistema bien diseñado puede mejorar la autonomía mediante:
- Motores BLDC eficientes
- Relaciones de transmisión adecuadas
- Componentes de corte ligeros
- Rodamientos de baja resistencia
- Control adaptativo de la velocidad de las cuchillas
- Aceleración suave
- Reducción de los giros innecesarios
- Dimensionamiento adecuado de las ruedas
Por lo tanto, la eficiencia del motor debe tenerse en cuenta junto con el diseño mecánico y el software de control.
Ruido y vibraciones
Los cortacéspedes robóticos domésticos suelen funcionar cerca de viviendas, jardines, oficinas o espacios públicos. Por ello, un bajo nivel de ruido es un objetivo de diseño importante.
El ruido del motor puede provenir de fuerzas electromagnéticas, rodamientos, el contacto en la caja de cambios, la resonancia estructural o la conmutación del controlador. En muchos casos, el sistema de cuchillas y el impacto contra la hierba producen más ruido que el propio motor.
Un motor silencioso puede seguir generando un sonido perceptible si está montado en una carcasa flexible que amplifica las vibraciones.
La reducción del ruido puede requerir:
- Rotores equilibrados
- Discos de cuchillas de precisión
- Rodamientos de baja vibración
- Diseño magnético optimizado
- Conmutación adecuada del controlador
- Soportes rígidos para el motor
- Componentes de aislamiento de vibraciones
- Dientes de engranaje bien diseñados
La estructura del motor y del cortacésped debe evaluarse como un sistema de vibraciones completo.
Requisitos de protección para uso en exteriores
Los motores de los cortacéspedes robóticos funcionan en un entorno con humedad, polvo, partículas de hierba, residuos de fertilizantes y cambios de temperatura. Por lo tanto, el motor debe protegerse contra la contaminación y la corrosión.
Entre las consideraciones importantes de diseño se incluyen:
- Rodamientos sellados
- Salidas de cables protegidas
- Ejes resistentes a la corrosión
- Componentes eléctricos recubiertos
- Conectores fiables
- Aislamiento resistente a la humedad
- Drenaje alrededor de la carcasa del motor
- Ventilación controlada donde sea necesario
Un motor totalmente sellado puede parecer ideal, pero el sellado también afecta a la disipación del calor. Si el calor no puede escapar, la temperatura del devanado puede aumentar durante el corte intensivo o el funcionamiento en pendientes.
La solución correcta no consiste simplemente en maximizar el sellado. El motor debe lograr un equilibrio práctico entre la protección medioambiental y el control térmico.
Los motores de las ruedas deben evaluarse teniendo en cuenta las condiciones de arranque y subida más difíciles que se puedan prever. Los motores de corte deben someterse a pruebas con el conjunto de cuchillas real y cargas de césped realistas.
Probar únicamente el motor en un banco de pruebas de laboratorio puede ocultar problemas causados por la caja de cambios, la carcasa, el desequilibrio de las cuchillas, el deslizamiento de las ruedas o un flujo de aire restringido.
