Elegir un motor DC (Corriente continua) es simple si tienes en cuenta los requerimientos de tu diseño y sabes interpretar los datos técnicos del motor, en este tutorial te enseñamos cuáles son estos parámetros para motores DC de baja potencia

Voltaje de alimentación:

Es la tensión nominal que le debemos aplicar al motor para que funcione en condiciones normales, este parámetro normalmente no es un problema, solo debes tener la fuente que te de el mismo voltaje que el nominal, pero ten en cuenta que si aplicas un valor mayor de voltaje al motor DC puedes llegar a dañarlo o disminuir su vida útil. En la medida que a un motor se le aplica más voltaje, éste adquiere más potencia, es decir más fuerza o torque y más velocidad en forma proporcional al aumento de voltaje. Los voltajes nominales más comunes son: 3, 6, 12, y 24 Volt.

Velocidad Sin carga

La velocidad de un motor normalmente se expresa en RPM (revoluciones por minuto) no es lineal y su funcionamiento sigue una curva la cual varia respecto de la carga o torque, así que ten en cuenta que la velocidad con carga va a ser siempre menor a la velocidad en vacío, solo toma la velocidad sin carga como una referencia para seleccionar el motor, por ejemplo si requieres una velocidad de 300 RPM con carga piensa en un motor de 350 RPM de velocidad en vacío.

Los motores DC normalmente giran a altas velocidades sin carga, por lo que es común anexarles una caja de piñones reductores de velocidad, que permite además aumentar su torque. Por ejemplo, un motor tiene una velocidad de 100 rpm en su eje, pero se le dispone una caja reductora 20:1, lo cual reduciría su velocidad en 20 veces, esto es a 5 rpm. Si a 100 rpm el motor tiene un torque de 1 Kg*cm, con la caja reductora éste aumentará a 20 Kg*cm. Notar que la potencia del motor se mantuvo igual.

Ejemplo de un motor con caja reductora (motor separado a la caja):

Gráfica que relaciona velocidad (rpm), Torque, potencia, consumo  y eficiencia de un motor DC

curva motor DC

Torque de retención (Stall)

Es el torque que normalmente encontramos en un motor respecto de su fuerza y esto significa cual es la fuerza máxima que el motor hace antes de parar o de llegar a velocidad cero RPM, sin embargo tienes que tener en cuenta que algunos motores no soportan llegar a el torque de retención porque pueden dañarse debido a la gran corriente que empieza a circular por él, así que no es recomendable trabajar un motor en torque de retención. Lo ideal es ver la curva de funcionamiento del motor para trabajar en torque continuo o en máxima eficiencia, así que usa este parámetro solo para referencia, por ejemplo si requieres un torque continuo de 1kg*cm piensa en un motor con un torque de retención cercano a los 5kg*cm (cerca al 20% )

Torque continuo

Este dato no siempre lo proveen  los fabricantes y normalmente sólo se encuentra en motores que han sido sometidos a pruebas de rendimiento y hace referencia al torque con que puede trabajar el motor de manera continua sin que sufra daños, en los motores genéricos o cuando el fabricante no provee este dato podemos empezar a trabajar en un 20% y ver que el consumo de corriente en Stall este también en un 20 a 25%  y que el motor no sufra sobre calentamiento, si tienes las curvas de motor puedes revisarlas y ver qué rango de torque puedes trabajar de forma segura.

Torque en máxima eficiencia

Este es el torque ideal en que debería trabajar el motor y es donde tenemos la mejore relación consumo/fuerza, este torque está varias veces debajo del torque de retención, pero son las mejores condiciones de trabajo para el motor, ya que entre más se aleje de este punto el motor se va a calentar más y puede llegar a sobre calentamiento necesitando un sistema de enfriamiento externa como por ejemplo un ventilador. Ten en cuenta que este dato normalmente solo lo encuentras cuando el fabricante tiene las curvas de funcionamiento del motor,

Tipo de piñones

De acuerdo al material y a la arquitectura de la piñones va a depender la vida útil del motor, por ejemplo los motores con piñones plásticos normalmente tienen vida útil más corta que los de piñones de metal y entre los metálicos los de metales más duros van a tener vida útil más larga por ejemplo los de piñones de acero tienen vida útil mas larga que los de latón.

Corriente en Retención

Esta dato es importante en el momento de seleccionar el driver del motor, tu driver debería ser capaz de manejar por lo menos en corrientes pico esta corriente en estado de retención del motor, la corriente en condiciones normales en el funcionamiento de un motor DC con escobillas será cercana al 20% de la corriente en retención

Ejemplo de selección de un motor DC

Vas a diseñar un robot con los siguientes requerimientos

  1. Carga (que podría ser el roce estático debido al peso a transportar): 1Kg
  2. Ruedas con un diámetro de 10cm
  3. Velocidad deseada: 1 m/s
  4. Cantidad de motores: 2

1 Calculo del torque:

Para calcular el torque instantáneo usa la formula

Torque= Fuerza x Distancia       en nuestro caso Torque= 1Kg x 5cm = 5kg*cm

como vamos a usar 2 motores, dividimos este torque en dos teniendo 2.5kg*cm de torque constante o a máxima eficiencia

2 Calculo de velocidad:

Para calcular la velocidad en una rueda calcula la distancia que recorre la rueda en una vuelta usando la formula

Perímetro = 2 * Pi* radio    en nuestro caso Perímetro = 2 x Pi * 5cm = 31.4cm

En este caso el perímetro es igual a la distancia que recorre una rueda al dar una vuelta, ahora la velocidad es igual

Velocidad= Distancia/tiempo

En motores tenemos la velocidad dada en RPM (Revoluciones Por Minuto) y la velocidad que nos piden es 1m/s, por tanto convertimos esta velocidad a RPM

1 minuto = 60Seg  dividimos en 60 en ambos lados obteniendo  a 1Seg = 1 minuto/60, y reemplazamos los segundo de la velocidad por 1 minuto/60

velocidad = 1m/(1minuto/60) = 60m/minuto esta es la velocidad requerida recorrer 60 metros en un minuto  y si nuestra rueda se desplaza 31.4cm en un giro, calculamos cuantas vueltas tiene que dar para recorrer 60 metros, para ello llevamos los 31.4cm a metros y dividimos

60m/ 0.314m = 191

Por tanto requerimos dar 191 vueltas por minuto que es lo mismo 191RPM

Ya  tenemos los dos datos claves Torque constante de 2.5kg y Velocidad de 192RPM, ahora buscamos motores que tenga estas características siempre tratando de por lo menos estar un 10% sobre los datos estimados

PRODUCTOS HUBOT RELACIONADOS

Motorreductor Alto Torque 12V 22 Kg*cm (SKU 1079)
Motorreductor 12V Alto Torque 55 Kg*cm 5 rpm (SKU 1076)
Controlador PWM velocidad motores función reversa (SKU 670H4)
Motor Reductor 3-12V DC (SKU 124K1)
Motor Spindle DC RS-775 150W 12-24V 15000 RPM (SKU 107A1)
Motor con Reductor DC 3-12V Tipo N20 (SKU 109A2)