Los motores son el corazón de un drone, proporcionando la potencia necesaria para el vuelo. La elección del motor adecuado es crucial para el rendimiento, la estabilidad y la eficiencia de tu drone. En esta información, exploraremos las características clave de los motores de drones y te guiaremos a través del proceso de selección.
Qué tipo de motor se utiliza en los drones
Los drones utilizan principalmente motores brushless DC (BLDC), conocidos por su eficiencia, potencia y durabilidad. Estos motores consisten en un rotor con imanes permanentes y un estator con bobinas de alambre. La interacción entre estos campos magnéticos genera la fuerza de rotación necesaria para impulsar las hélices.
Características clave de los motores de drones
Para elegir el motor adecuado, debes considerar las siguientes características:
Peso y Tamaño del Drone
El primer paso es calcular el peso total del drone, incluyendo el chasis, el controlador de vuelo, los ESC, los motores, las hélices, la batería, la cámara y la antena. Es recomendable agregar un margen del 10% al 20% para posibles modificaciones o adiciones futuras.
Una vez que se tiene el peso estimado, se debe determinar el tamaño del chasis. Idealmente, el chasis debe permitir el uso de hélices con un diámetro máximo equivalente a un tercio de sus dimensiones. Esta proporción optimiza el rendimiento aerodinámico, logrando un equilibrio entre la sustentación y la estabilidad para un vuelo eficiente.
Relación Empuje-Peso
La relación empuje-peso es un factor crítico para determinar la capacidad de carga y el rendimiento de un drone. El empuje total generado por todos los motores debe ser al menos el doble del peso del drone. Por ejemplo, si un drone pesa 1 kilogramo, el empuje combinado de todos los motores debe ser de al menos 2 kilogramos.
Para drones estándar, se recomienda una relación empuje-peso de 3:1 o 4:Esta relación asegura que el drone no solo despegue con éxito, sino que también tenga la maniobrabilidad necesaria para un vuelo suave y controlado.
Tamaño del Motor
El tamaño del motor se determina por el ancho y la altura del estator, expresados en XXYY. Los motores más grandes ofrecen mayor torque y empuje, pero son menos sensibles y más pesados. Para los multirrotores, es crucial determinar el empuje requerido por cada motor en función de la relación empuje-peso deseada.
Se debe buscar un equilibrio entre potencia, respuesta y peso. Optar por los motores más pequeños que cumplan con los requisitos de empuje garantizará un funcionamiento eficiente del drone.
Motores Anchos vs. Estrechos
Los motores BLDC con estatores más anchos tienen mayor inercia, lo que los hace menos sensibles a los cambios de velocidad, pero ofrecen una refrigeración efectiva debido a su mayor superficie. Además, su diseño permite el uso de rodamientos más grandes, lo que aumenta la durabilidad, la eficiencia y la estabilidad.
Los motores con estatores más estrechos son más sensibles, pero pueden enfrentar dificultades de refrigeración debido a su diseño compacto. La elección entre estatores anchos o estrechos depende del propósito del drone. Para drones de carga, donde la respuesta es menos crítica, se prefieren los motores más anchos.
Calificación KV
La calificación KV indica las revoluciones por minuto (RPM) que un motor realiza cuando se aplica un voltio a un motor sin carga. Los motores con calificaciones KV más altas generalmente tienen bobinados más cortos y menor resistencia interna, pero son propensos a calentarse prematuramente.
La estrategia convencional implica combinar motores con calificaciones KV más altas con hélices más ligeras, y motores con calificaciones KV más bajas con hélices más pesadas. Este enfoque garantiza un equilibrio entre las características del motor y la carga de la hélice.
Torque del Motor
El torque que produce un motor depende de factores como el volumen del estator, los tipos de imanes, la calidad de la bobina y los detalles de construcción (por ejemplo, número de polos, espacio de aislamiento). Un mayor volumen del estator generalmente significa un motor más pesado, pero si dos motores comparten el mismo volumen del estator, se prefiere el más ligero.
El torque del motor afecta la respuesta a la entrada del piloto. Un torque excesivo puede provocar movimientos bruscos del drone, dificultando el control y provocando posibles daños a la unidad ESC debido a sobretensiones o picos de corriente.
Constante de Torque
La constante de torque de un motor de drone determina la corriente necesaria para generar torque. Aunque no están vinculados teóricamente, las observaciones prácticas revelan una tendencia: los motores con calificaciones KV más altas generalmente tienen constantes de torque más altas, mientras que los motores con calificaciones KV más bajas tienen constantes de torque más bajas.
En la práctica, esto significa que los motores con calificaciones KV más altas consumen más corriente para lograr un torque determinado, lo que afecta la eficiencia energética. Los motores con calificaciones KV más altas son menos eficientes en términos de energía que sus contrapartes con calificaciones KV más bajas debido al mayor consumo de corriente.
Voltaje y Corriente
La selección de un motor BLDC adecuado para un drone depende de una evaluación cuidadosa de las calificaciones de voltaje y corriente. La relación entre el voltaje del motor y la corriente consumida es crucial: un voltaje de motor más alto generalmente resulta en un mayor consumo de corriente de la batería durante el funcionamiento.
Para determinar la corriente máxima consumida por el motor, se calcula este valor cuando el motor funciona a su voltaje más alto, generando el máximo empuje. Este cálculo es fundamental para seleccionar un Controlador de Velocidad Electrónico (ESC) con una calificación de corriente apropiada.
Calificación N y P
Los motores de drones están etiquetados con calificaciones N y P, como 12N15P, lo que indica el número de polos en el estator del motor y los imanes permanentes. Menos polos, como se ve en 12N15P, dan como resultado mayor torque, mientras que más polos contribuyen a un funcionamiento más suave debido a un campo magnético uniforme.
Tener en cuenta que el número de polos e imanes no afecta directamente el rendimiento del motor, pero es esencial para configurar los controladores de vuelo, como habilitar los filtros de RPM.
Patrón de Montaje
Los motores de drones, específicamente las series 22XX, 23XX y 24XX, presentan patrones de montaje versátiles de 16x16 mm o 16x19 mm. Para garantizar la compatibilidad con varios chasis, un chasis de drone debe admitir ambos patrones. Para la fijación de estos motores, los tornillos M3 son la opción estándar.
La consideración clave aquí es la longitud de estos tornillos, que debe exceder el grosor del brazo del drone en 2 mm. Por ejemplo, si el brazo del drone tiene un grosor de 5 mm, la longitud recomendada para los tornillos M3 es de 7 mm.
1Bobinado del Motor
La elección del bobinado del motor influye significativamente en el rendimiento del motor. Los alambres gruesos manejan corrientes más altas, pero reducen el campo electromagnético, lo que afecta el torque. Los alambres delgados sobresalen en la creación de campos electromagnéticos fuertes y torque, pero luchan con el alto consumo de corriente debido a la mayor resistencia interna.
Para navegar por este equilibrio, los fabricantes a menudo optan por alambres de cobre gruesos con más bobinados. Esta combinación mantiene la resistencia a la corriente al tiempo que mejora el campo electromagnético del estator, lo que resulta en un mayor torque.
1Rodamiento del Motor
El tamaño del rodamiento del motor influye directamente en su durabilidad y suavidad operativa. Los rodamientos más grandes mejoran la durabilidad al distribuir las cargas y disipar el calor de manera efectiva, lo que los hace adecuados para aplicaciones de alto rendimiento.
Por otro lado, los rodamientos más pequeños contribuyen a la estabilidad y al funcionamiento suave, ideales para maquinaria de precisión.
1Movimientos del Motor
Los motores de los drones giran en direcciones opuestas para mantener la estabilidad durante el vuelo. Si todos los motores giraran de la misma manera, el drone tendría dificultades para despegar y mantener el control. Para lograr el equilibrio, los motores montados diagonalmente uno frente al otro giran en direcciones opuestas: uno en el sentido de las agujas del reloj y el otro en sentido contrario.
Esta configuración contrarresta el torque, asegurando un vuelo estable y controlado, un principio de diseño crucial adoptado en los drones multirrotor para un rendimiento óptimo.
1Conexiones del Motor
Los motores de los drones, categorizados como DC con escobillas o DC sin escobillas, dictan la dirección de rotación: en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario.
Los motores con escobillas tienen dos cables, mientras que los sin escobillas tienen tres, todos conectados al Controlador de Velocidad Electrónico (ESC), que a su vez se conecta al controlador de vuelo.
Intercambiar dos cables conectados al ESC invierte la rotación del motor. Este simple ajuste es fundamental para adaptar el comportamiento del drone a condiciones de vuelo o preferencias específicas.
Además, el controlador de vuelo, responsable de la estabilidad y la orientación, se puede programar para modificar aún más el comportamiento del motor, proporcionando un medio centralizado y eficiente de control.
Recomendaciones para elegir el motor adecuado
El proceso de selección del motor adecuado para tu drone debe basarse en un análisis exhaustivo de las características y requisitos específicos de tu proyecto. Aquí hay algunas recomendaciones generales:
- Considera el peso y la capacidad de carga del drone. Un drone más pesado requerirá motores más potentes para generar suficiente empuje.
- Evalúa el tipo de vuelo que deseas realizar. Los drones de carreras necesitan motores con alta calificación KV y bajo torque para una respuesta rápida, mientras que los drones de carga necesitan motores con mayor torque y calificación KV más baja para una mayor estabilidad.
- Investiga las especificaciones del motor. Compara las calificaciones KV, el torque, la corriente y el voltaje para encontrar el motor que mejor se adapte a tus necesidades.
- Elige un motor con un rodamiento de tamaño adecuado. Los rodamientos más grandes mejoran la durabilidad, mientras que los más pequeños contribuyen a la estabilidad y al funcionamiento suave.
- Asegúrate de que el motor sea compatible con el chasis del drone. Verifica el patrón de montaje y el tamaño del motor.
- Selecciona un ESC con una calificación de corriente adecuada. El ESC debe poder manejar la corriente máxima consumida por el motor.
La selección del motor adecuado para tu drone es esencial para un rendimiento, estabilidad y eficiencia óptimos. Comprender las características clave de los motores de drones, como la calificación KV, el torque, la eficiencia y el patrón de montaje, te ayudará a tomar una decisión informada.
Recuerda que los motores son solo una parte del sistema de propulsión de un drone. También debes considerar las hélices, el ESC y el controlador de vuelo para lograr un rendimiento general óptimo.
Si quieres conocer otros artículos parecidos a Motores de drones: características y tutorial de selección puedes visitar la categoría Motor.