A maioria dos cortadores de relva robóticos modernos utiliza motores CC sem escovas. Uma máquina típica utiliza um motor BLDC de alta velocidade para o sistema de corte e dois motorredutores para as rodas motrizes. Podem ser utilizados pequenos motorredutores adicionais para o ajuste da altura ou para mecanismos auxiliares.

O motor de corte é selecionado principalmente com base na velocidade, no desempenho estável sob carga, na eficiência e na baixa vibração. Os motores das rodas são selecionados principalmente pelo binário, relação de transmissão, capacidade de subida em declives e controlo preciso do movimento.

Os motores BLDC são amplamente preferidos pela sua eficiência, durabilidade, controlo preciso e design compacto. No entanto, o tipo de motor, por si só, não determina o desempenho do cortador de relva.

Motores principais utilizados num cortador de relva robótico

A maioria dos cortadores de relva robóticos contém dois grupos principais de motores:

• Motores de corte que fazem girar o disco de lâmina ou as lâminas de corte
• Motores de tração que acionam as rodas e controlam o movimento

Algumas máquinas também utilizam motores ou atuadores mais pequenos para o ajuste da altura de corte, mecanismos de direção, sistemas de limpeza ou coberturas de proteção móveis.

Posição do motor	Função principal	Tipo de motor típico	Requisito principal
Sistema de corte	Gira as lâminas ou o disco de corte	Motor BLDC	Alta velocidade e potência estável
Roda motriz esquerda	Move e faz virar o cortador de relva	Motor CC com engrenagens ou BLDC	Elevado binário e controlo preciso
Roda motriz direita	Move e faz virar o cortador de relva	Motor CC ou BLDC com engrenagens	Elevado binário e controlo preciso
Ajuste de altura	Eleva ou baixa o conjunto de corte	Pequeno motor com engrenagens ou atuador	Precisão de posicionamento
Mecanismo auxiliar	Controla tampas, escovas ou acessórios	Pequeno motor de corrente contínua	Tamanho compacto e controlo simples

Os motores de corte e das rodas são normalmente controlados de forma independente. Isto permite que o cortador de relva regule a velocidade da lâmina de acordo com as condições da relva, ao mesmo tempo que altera a velocidade das rodas de acordo com os requisitos de navegação.

Motores de corrente contínua sem escovas

Os cortadores de relva robóticos utilizam normalmente motores BLDC com comutação eletrónica em vez de mecânica. Em vez disso, a comutação eletrónica controla o motor.

Este design oferece várias vantagens para equipamentos autónomos de exterior.

• Menor desgaste mecânico
• Maior vida útil
• Maior eficiência energética
• Ruído elétrico reduzido
• Melhor controlo da velocidade
• Menores necessidades de manutenção
• Melhor relação potência/peso

Um cortador de relva robótico pode funcionar várias horas por dia e arrancar, parar, acelerar, recuar e virar repetidamente. Estas condições de funcionamento tornam a durabilidade e a eficiência especialmente importantes.

Sem escovas, o motor evita a perda de desempenho associada ao desgaste das escovas. No entanto, um motor BLDC requer um controlador eletrónico adequado, um método de deteção da posição do rotor e uma estratégia de controlo do motor. O sistema de acionamento completo é, por isso, mais complexo do que um sistema básico com motor com escovas.

Motores de corte

O motor de corte aciona o disco de lâmina, a barra rotativa ou o sistema de lâminas individuais. Normalmente, funciona a uma velocidade consideravelmente mais elevada do que os motores das rodas.

A sua principal função é manter uma velocidade suficiente na ponta da lâmina para cortar a relva de forma limpa. Os requisitos de potência do motor variam em função de vários fatores:

• Diâmetro da lâmina
• Número de lâminas
• Massa das lâminas
• Largura de corte
• Densidade da relva
• Humidade da relva
• Altura de corte
• Velocidade de deslocamento do cortador
• Conceção do disco de corte

Um disco de corte leve, equipado com pequenas lâminas pivotantes, requer menos binário de arranque do que uma lâmina sólida e pesada. No entanto, pode ainda assim necessitar de uma elevada velocidade de rotação para alcançar um resultado de corte aceitável.

Por esta razão, os motores de corte dos cortadores de relva robóticos são normalmente concebidos com base num equilíbrio entre velocidade, binário, eficiência, vibração e ruído.

Por que razão os motores BLDC são adequados para sistemas de corte

Um motor BLDC é adequado para o funcionamento das lâminas, uma vez que consegue proporcionar uma rotação estável a alta velocidade num formato compacto. O controlador também pode ajustar a velocidade do motor quando a lâmina se depara com relva mais espessa.

Por exemplo, o cortador de relva pode fazer funcionar o motor de corte a uma velocidade moderada sob carga leve para poupar energia. Quando o consumo de corrente aumenta devido à relva densa, o controlador pode aumentar o binário ou ajustar a velocidade de deslocamento.

Este tipo de controlo responsivo pode melhorar a consistência do corte sem fazer funcionar o motor continuamente à potência máxima.

O motor não deve ser selecionado apenas com base na sua velocidade em vazio. Um motor que atinge uma velocidade elevada sem lâmina pode abrandar excessivamente quando encontra relva. O seu binário contínuo, binário máximo, capacidade térmica e limite de corrente do controlador também devem ser verificados.

Motores de tração das rodas

Os motores das rodas movem o cortador de relva robótico pelo relvado. A maioria dos modelos utiliza um motor para a roda motriz esquerda e outro para a roda motriz direita.

Ao alterar a velocidade e a direção destes dois motores de forma independente, o cortador de relva pode:

• Avançar
• Recuar
• Virar gradualmente
• Rodar dentro de uma área reduzida
• Seguir um limite
• Corrigir a direção
• Evitar obstáculos

Os motores das rodas funcionam geralmente a velocidades mais baixas do que os motores de corte, mas requerem um binário mais elevado. As caixas de velocidades reduzem a velocidade do motor, aumentando simultaneamente o binário de saída.

Motores de corrente contínua com caixa de velocidades

Um motor de corrente contínua com redutor combina um motor elétrico com uma caixa de velocidades de redução. O motor pode ser com escovas ou sem escovas, mas as versões BLDC são cada vez mais preferidas em máquinas que exigem uma vida útil mais longa.

A caixa de velocidades permite que um motor compacto produza binário suficiente nas rodas para:

• Arrancar na relva
• Subir inclinações
• Atravessar superfícies irregulares
• Virar em solo macio
• Deslocar-se através de vegetação densa
• Superar pequenos obstáculos

O binário necessário é influenciado pelo peso do cortador de relva, pelo diâmetro das rodas, pelo ângulo da inclinação, pela resistência do solo e pelos requisitos de aceleração.

Um motor de roda selecionado apenas para relva plana e seca pode ter dificuldades em encostas molhadas. Por outro lado, um motor sobredimensionado pode aumentar o custo, o peso e o consumo de energia sem proporcionar um benefício significativo.

Motores com escovas vs. motores sem escovas

Os motores CC com escovas ainda podem ser utilizados em cortadores de relva robóticos de baixo custo. São simples de controlar e têm, normalmente, um custo inicial mais baixo.

No entanto, as suas escovas desgastam-se gradualmente durante o funcionamento. O contacto das escovas também pode produzir ruído elétrico, atrito, calor e perdas de eficiência.

Característica	Motor CC com escovas	Motor de corrente contínua sem escovas
Custo inicial	Geralmente mais baixo	Geralmente mais elevado
Sistema de controlo	Mais simples	Mais avançado
Manutenção	Pode ser necessária a substituição das escovas	Normalmente baixa
Vida útil	Limitada pelo desgaste das escovas	Geralmente mais longa
Eficiência	Moderada	Mais elevada
Controlo de velocidade	Aceitável	Mais preciso
Ruído elétrico	Mais elevado	Mais baixo
Adequação para funcionamento frequente	Moderada	Elevado
Aplicação típica	Máquinas de gama básica	Máquinas de gama média e alta

Para um cortador de relva robótico que se prevê que funcione regularmente ao longo de várias estações, um motor BLDC proporciona normalmente uma solução global mais robusta. O custo mais elevado dos componentes e do controlador pode ser justificado pela maior eficiência, pela redução da manutenção e por uma vida útil mais longa.

Os motores com escovas podem continuar a ser uma opção prática nos casos em que as horas de funcionamento são limitadas e o produto tem de cumprir um objetivo de custo rigoroso.

Tensão do motor

Os motores dos cortadores de relva robóticos são alimentados por sistemas de baterias recarregáveis. As plataformas comuns de cortadores de relva podem utilizar tensões de bateria como 18 V, 20 V, 24 V ou superiores, dependendo do design do produto.

Um sistema de tensão mais elevada pode fornecer a mesma potência com uma corrente mais baixa. Uma corrente mais baixa pode reduzir as perdas nos cabos, o aquecimento dos conectores e a sobrecarga do controlador. No entanto, a tensão por si só não determina a qualidade do motor nem o desempenho do cortador de relva.

O enrolamento do motor, o controlador, a bateria, a caixa de velocidades e o sistema de proteção devem ser concebidos como uma única plataforma.

Por exemplo, instalar um motor de 24 V numa máquina originalmente concebida para uma bateria de tensão mais baixa não melhora automaticamente o binário. O controlador pode não suportar a tensão e o enrolamento do motor pode não corresponder à velocidade pretendida.

A seleção do motor deve, portanto, começar pela arquitetura elétrica completa, em vez de se basear apenas num valor isolado de tensão.

Requisitos de binário, velocidade e potência

O binário e a velocidade desempenham papéis diferentes num cortador de relva robótico.

O motor de corte requer geralmente uma velocidade mais elevada, uma vez que as lâminas têm de se mover com rapidez suficiente para cortar a relva. Os motores das rodas requerem uma velocidade mais baixa, mas um binário de saída mais elevado, pois têm de movimentar toda a máquina.

A potência do motor pode ser entendida como a relação entre o binário e a velocidade de rotação. Um motor de alta velocidade com um binário muito baixo pode não conseguir manter a velocidade das lâminas sob carga. Um motor das rodas com binário elevado, mas com uma relação de transmissão incorreta, pode fazer com que o cortador se mova demasiado lentamente.

O processo de conceção deve ter em conta:

• Binário de funcionamento contínuo
• Binário de pico de curta duração
• Velocidade em vazio
• Velocidade sob carga
• Relação de redução da transmissão
• Corrente de arranque
• Corrente de bloqueio
• Limite de corrente do controlador
• Potência contínua
• Aumento de temperatura

O binário de pico é especialmente importante durante o arranque, a subida de inclinações, as curvas e o impacto das pás. O binário contínuo é mais importante na avaliação do aumento de temperatura e da fiabilidade a longo prazo.

Controlo do motor e retroalimentação

Os cortadores de relva robóticos requerem um controlo do motor mais preciso do que os cortadores manuais comuns. O sistema de controlo deve coordenar o movimento com sensores, software de navegação, deteção de limites e evasão de obstáculos.

Os motores das rodas podem utilizar sensores Hall ou codificadores para medir a velocidade de rotação e a posição. Este feedback ajuda o cortador a estimar a distância percorrida e a manter uma trajetória controlada.

O controlador pode comparar a velocidade da roda comandada com a velocidade real da roda. Uma diferença pode indicar:

• Deslizamento da roda
• Uma roda bloqueada
• Terreno irregular
• Resistência excessiva da relva
• Uma avaria mecânica

Os motores de corte também podem ser monitorizados através de sinais de corrente, velocidade ou temperatura. Um aumento repentino da corrente pode indicar relva emaranhada, uma lâmina danificada ou um disco de corte bloqueado.

O feedback não melhora apenas o desempenho. Também contribui para a deteção de avarias e a proteção do motor.

Eficiência do motor e autonomia da bateria

A eficiência do motor tem um efeito direto na autonomia da bateria. A energia perdida no interior do motor transforma-se em calor, em vez de se traduzir em potência mecânica útil.

No entanto, não basta selecionar o motor mais eficiente num único ponto de funcionamento. Um cortador de relva robótico opera em condições variáveis. As cargas nas rodas variam consoante o terreno, enquanto as cargas de corte variam consoante a altura e a densidade da relva.

O motor mais adequado deve funcionar de forma eficiente em toda a gama de funcionamento típica do cortador de relva.

Um sistema bem concebido pode melhorar a autonomia através de:

• Motores BLDC eficientes
• Relações de transmissão adequadas
• Componentes de corte leves
• Rolamentos de baixa resistência
• Controlo adaptativo da velocidade da lâmina
• Aceleração suave
• Redução de manobras desnecessárias
• Dimensionamento adequado das rodas

A eficiência do motor deve, por isso, ser considerada em conjunto com o projeto mecânico e o software de controlo.

Ruído e vibração

Os cortadores de relva robóticos residenciais funcionam frequentemente perto de casas, jardins, escritórios ou espaços públicos. Um baixo nível de ruído é, por isso, um objetivo de conceção importante.

O ruído do motor pode provir de forças eletromagnéticas, rolamentos, contacto na caixa de velocidades, ressonância estrutural ou comutação do controlador. Em muitos casos, o sistema de lâminas e o impacto com a relva produzem mais ruído do que o próprio motor.

Um motor silencioso pode, ainda assim, produzir um som percetível se estiver montado numa caixa flexível que amplifique a vibração.

A redução do ruído pode exigir:

• Rotores equilibrados
• Discos de lâminas precisos
• Rolamentos de baixa vibração
• Conceção magnética otimizada
• Comutação adequada do controlador
• Suportes rígidos do motor
• Componentes de isolamento de vibrações
• Dentes de engrenagem bem concebidos

A estrutura do motor e do cortador de relva deve ser avaliada como um sistema de vibração completo.

Requisitos de proteção para utilização no exterior

Os motores dos cortadores de relva robóticos funcionam num ambiente com humidade, poeira, partículas de relva, resíduos de fertilizante e variações de temperatura. Por conseguinte, o motor deve ser protegido contra a contaminação e a corrosão.

As considerações importantes de conceção incluem:

• Rolamentos vedados
• Saídas de cabos protegidas
• Eixos resistentes à corrosão
• Componentes elétricos revestidos
• Conectores fiáveis
• Isolamento resistente à humidade
• Drenagem à volta da caixa do motor
• Ventilação controlada onde necessário

Um motor totalmente vedado pode parecer ideal, mas a vedação também afeta a dissipação de calor. Se o calor não conseguir escapar, a temperatura do enrolamento pode aumentar durante cortes intensos ou operação em declives.

A solução correta não consiste simplesmente em maximizar a vedação. O motor deve alcançar um equilíbrio prático entre a proteção ambiental e o controlo térmico.

Os motores das rodas devem ser avaliados utilizando as condições mais difíceis previstas de arranque e subida. Os motores de corte devem ser testados com o conjunto de lâmina real e cargas de relva realistas.

Testar apenas o motor numa bancada de laboratório pode ocultar problemas causados pela caixa de velocidades, pela carcaça, pelo desequilíbrio da lâmina, pelo deslizamento das rodas ou pelo fluxo de ar restrito.