Drohnenmotor und ESC abstimmen: Strom, Spannung und Polzahl

BLDC-Motor und der zugehörige ESC (elektronischer Drehzahlregler) werden in zwei verschiedenen Sprachen spezifiziert. Die Motorseite spricht in KV, Schub und Spitzenstrom; die ESC-Seite spricht in Dauerstrom in Ampere, Zellenzahl und Kommutierungsrate. Die meisten Antriebsprobleme, die Firmware oder Tuning zugeschrieben werden, entscheiden sich in dem Moment, in dem diese beiden Spezifikationen verglichen werden — und der Vergleich funktioniert nur, wenn die Motorseite genug veröffentlicht, um dagegen zu prüfen. Dieser Leitfaden zeigt, wie Motor-ESC-Matching in der Praxis abläuft: welche drei Zahlen die Grenze überschreiten, wie die Polzahl aus mechanischer Drehzahl eine elektrische macht, woher die Stromangabe tatsächlich stammt und warum ein dokumentierter Motor das gesamte Drohnenmotor-ESC-Matching schon vor dem Erstflug prüfbar macht.

Kurzantwort

Ein Drohnenmotor und ein ESC werden über drei Größen abgeglichen: die KV-Angabe, den Strom, den der Motor mit dem gewählten Propeller zieht, und die Zellenzahl des Akkus. KV multipliziert mit der Akkuspannung ergibt die Leerlaufdrehzahl, die der Regler kommutieren muss, und diese Drehzahl multipliziert mit der Polpaarzahl ergibt die elektrische Kommutierungsrate, mit der er Schritt halten muss. Die Stromangabe bestimmt die Reglerleistung, die Zellenzahl die Spannungsobergrenze, die er aufnehmen muss — bei Volladung, nicht bei Nennspannung.

Die Reihenfolge zählt. Propeller und Fluggerät legen den Schubbedarf fest, der Schubbedarf legt den Motor fest, und Motor plus Akku legen Strom und elektrische Drehzahl fest. Der Regler wird zuletzt gewählt, aus Zahlen, die Motor und Propeller bereits fixiert haben. Wird das Drohnenmotor-ESC-Matching in der anderen Richtung betrieben — zuerst ein Regler gewählt und dann ein Motor gesucht, der ihn übersteht —, endet das fast immer damit, dass entweder der Regler nahe seiner thermischen Grenze läuft oder der Motor unter dem Schub bleibt, für den er gekauft wurde.

Der praktische Unterschied zwischen einem unkomplizierten und einem schwierigen Match ist meist die Dokumentation. Eine Motorseite, die Schub bei mehreren Gasstellungen, einen Spitzenstrom mit der zugehörigen Dauer, die Polkonfiguration und den Aderquerschnitt nennt, liefert genug, um einen Regler auf dem Papier zu dimensionieren. Ein Drohnenmotor-ESC-Abgleich, der auf einer Seite aufbaut, die nur KV und eine Masse nennt, lässt sich nicht auf dieselbe Weise abschließen, und die Lücke muss auf einem Prüfstand nachgeholt werden.

Der Motor ist der Anker, der ESC die Randbedingung

In einer Antriebskette wandelt der Motor elektrische Leistung in Schub um, und der Regler entscheidet, wie schnell und wie genau diese Wandlung gesteuert werden kann. Werden beide als gleichrangig behandelt, entsteht meist eine Drohnenmotor-ESC-Kombination, die beim Regler überdimensioniert oder beim Motor unterdimensioniert ist. Wird der Motor als Anker und der Regler als Randbedingung behandelt, bleibt die Dimensionierungsreihenfolge in der richtigen Ordnung, und diese Ordnung ist die Grundlage jeder Motor-ESC-Matching-Übung, die den Kontakt mit einem Prüfstand übersteht.

Was der ESC in der Kette leistet

Ein bürstenloser Regler hat keine Bürsten für die Kommutierung und erzeugt das Drehfeld daher selbst. Er liest die Rotorposition — über Hallsensoren, über die Gegen-EMK oder über beides — und schaltet die drei Phasen in der Reihenfolge, die das Statorfeld vor dem Rotor hält. Jede elektrische Umdrehung enthält damit eine feste Zahl von Kommutierungsschritten, und jede mechanische Umdrehung enthält so viele elektrische Umdrehungen, wie der Rotor Polpaare hat. Genau diese Beziehung führt dazu, dass die Polzahl, die wie ein Motordetail wirkt, am Ende zur Randbedingung für das Paar aus Drohnenmotor und ESC wird.

Der Regler führt außerdem den gesamten Phasenstrom. In einem 12S-Fluggerät mit einem großen Hubmotor kann dieser Strom sekundenlang über 150 A liegen, und Schalter, Shunt und Kupfer müssen das aushalten. Das Gerät ist damit zugleich Taktelement und Leistungselement, und die beiden Rollen haben getrennte Grenzen: die eine wird in elektrischen Umdrehungen pro Minute (eRPM) angegeben, die andere in Ampere und Grad Celsius.

Warum die Motorspezifikation zuerst kommt

Schub ist die Anforderung, die das Fluggerät tatsächlich hat. Schwebeschub pro Rotor, Steigreserve und Rotorzahl legen gemeinsam ein Schubziel fest, und ein Schubziel bei gegebenem Propellerdurchmesser und gegebener Zellenzahl zeigt auf ein schmales Band von Motorgrößen. Ist der Motor fixiert, legen die veröffentlichten Daten den Strom beim gewählten Propeller und die zu kommutierende Drehzahl fest. In dieser Reihenfolge zu arbeiten bedeutet, dass jede nachgelagerte Zahl in einer Drohnenmotor-ESC-Spezifikation eine Quelle hat — der einzige Weg, ein Match ohne Prüfstand zu prüfen.

Die drei Zahlen, die die Grenze überschreiten

Drei Größen wandern von der Motorspezifikation in die Reglerspezifikation: KV, das Akkuspannung in Drehzahl umsetzt; der Strom, den der Propeller ziehen wird, der die Reglerleistung festlegt; und die Polzahl, die mechanische Drehzahl in elektrische Kommutierungsrate umsetzt. Eine vierte Größe — der Innenwiderstand — dimensioniert den Regler nicht direkt, sagt aber voraus, wie viel der Akkuspannung bei hohem Strom als Wärme verloren geht und damit, wie viel der Nennspannung für Drehzahl übrig bleibt. Diese vierte Größe ist oft das, was zwei Drohnenmotor-ESC-Kombinationen trennt, die auf dem Papier identisch aussehen.

Drei Zahlen, die Drohnenmotor und ESC verbinden: KV, Spitzenstrom und Zellenzahl

KV: Drehzahl pro Volt

KV ist die Leerlauf-Drehzahlkonstante, angegeben in Umdrehungen pro Minute pro Volt. Ein Motor mit der Kennzeichnung KV160 dreht bei jedem angelegten Volt mit rund 160 rpm, auf einem 12S-Akku mit 44.4 V Nennspannung erreicht er ohne Propeller also etwa 7104 rpm. Die Angabe ist eine Eigenschaft der Wicklung — weniger Windungen aus dickerem Draht erhöhen KV, mehr Windungen aus dünnerem Draht senken es — und sagt direkt nichts über das Drehmoment aus. Zwei Motoren mit gleichem KV können sich bei Masse, Widerstand und Dauer-Drehmoment deutlich unterscheiden, weshalb KV allein eine schlechte Grundlage für die Auswahl von Drohnenmotor und ESC ist.

Für das Regler-Matching leistet KV nur eine Aufgabe: es sagt die Drehzahl voraus, die am oberen Ende des Gasbereichs kommutiert werden muss. Ein Motor mit hohem KV an niedriger Zellenzahl und ein Motor mit niedrigem KV an hoher Zellenzahl können dieselbe mechanische Drehzahl aus entgegengesetzter Richtung erreichen, und der Regler sieht in beiden Fällen dieselbe elektrische Rate.

Spitzenstrom: was die Schalter tragen müssen

Der Strom wird von der Last bestimmt, nicht vom Motoraufdruck. Ein Motor mit 57 A Spitzenstrom zieht diesen Strom nur, wenn der Propeller das Drehmoment verlangt, das ihn erzeugt — bei Vollgas, mit frischem Akku und mit dem spezifizierten Propeller. Derselbe Motor zieht mit einem kleineren Propeller weniger und läuft kühler; mit einem größeren zieht er mehr und kann sein eigenes veröffentlichtes Fenster überschreiten. Diese Größe entscheidet in der Praxis am häufigsten über die Paarung von Drohnenmotor und ESC.

Ein veröffentlichter Spitzenstrom ist daher zusammen mit dem Propeller und der Zellenzahl zu lesen, auf denen er gemessen wurde, und mit dem Zeitfenster, für das er gilt. Eine über 180 s angegebene Größe beschreibt eine andere thermische Situation als eine über 15 s angegebene, und ein gegen das falsche Fenster dimensionierter Regler ist entweder überdimensioniert oder ungeschützt.

Zellenzahl: die Spannungsobergrenze

Der Akku bestimmt die Spannung, die der Regler sperren muss, und die Drehzahl, die der Motor anstrebt. Ein 12S-Akku hat 44.4 V Nennspannung, bei Volladung aber 50.4 V; ein 24S-Akku hat 88.8 V Nennspannung und 100.8 V bei Volladung. Regler werden gegen die Spannung bemessen, die tatsächlich anliegt, also zählt am oberen Ende des Gasbereichs die Volladungsgröße. Die Reserve zwischen der Volladungsspannung des Akkus und der Reglerangabe ist das, was Rückspeisespitzen aufnimmt, wenn ein großer Propeller schnell abgebremst wird — ein Detail, das im Drohnenmotor-ESC-Matching erst bei hoher Zellenzahl auftritt.

Was die Motorseite veröffentlichen muss

Das Matching von Drohnenmotor und ESC ist eine Übung darin, zwei Sätze veröffentlichter Daten gegeneinander zu lesen. Ist eine Seite dünn, verkommt der Vergleich zum Raten, und Raten bei 150 A ist teuer. Vier Felder leisten den größten Teil der Arbeit im Motor-ESC-Matching, und jedes davon ist auf einer gut dokumentierten Herstellerseite sichtbar.

Schub bei mehr als einer Gasstellung

Eine einzelne Schub-Spitzenzahl sagt einem Entwicklungsteam, was der Motor bei Vollgas mit einem Propeller leistet. Eine Schubtabelle, die 50 Prozent, 75 Prozent und 100 Prozent durchläuft, zeigt, wie viel dieses Schubs bei der Gasstellung verfügbar ist, mit der das Fluggerät tatsächlich reist, und welchen Strom jeder Schritt kostet. Schweben liegt selten bei Vollgas, also entscheiden die Teilgas-Zeilen über Flugzeit und Reglererwärmung — und auf diesen Zeilen sollte ein Drohnenmotor-ESC-Matching aufbauen.

Die Dauer hinter einer Stromangabe

Ein Spitzenstrom ohne Fenster ist eine unvollständige Zahl. Ein Motor, der 150 A für 15 s hält, und einer, der 150 A für 180 s hält, sind verschiedene Maschinen, und der Unterschied ist die thermische Masse in Wicklung und Stator. Das Fenster sagt dem Reglerentwickler außerdem, wie lange die Burst-Angabe halten muss — eine nützlichere Eingangsgröße als die Burst-Zahl allein.

Polkonfiguration und Aderquerschnitt

Die Polkonfiguration — geschrieben als Nut- und Polzahl wie 12N14P oder 36N42P — bestimmt die elektrische Kommutierungsrate und die Laufruhe bei niedriger Drehzahl. Der Aderquerschnitt bestimmt den Strom, den das Kabel ohne übermäßige Erwärmung führen kann, und damit, ob die Reglerangabe den Motor überhaupt erreicht. Ein Regler mit 200 A, angeschlossen über eine Leitung, die für 100 A dimensioniert ist, ergibt ein System mit 100 A, egal was auf dem Etikett steht — eine der leisesten Arten, ein Drohnenmotor-ESC-Matching herunterzustufen.

Innenwiderstand und die Spannung, die den Motor erreicht

Der Innenwiderstand ist das kleinste Feld auf der Seite und eines der aussagekräftigsten. Bei 150 A fallen an einer Wicklung mit 40 mΩ 6 V ab — ein bedeutender Anteil an einem Akku mit 44.4 V — und es werden 900 W als Wärme im Motor umgesetzt. Zwei Motoren mit gleichem KV und gleichem Schub können sehr unterschiedliche Widerstände haben, und der mit dem niedrigeren Widerstand hält die Drehzahl unter Last besser und läuft bei gleichem Strom kühler. Für ein Drohnenmotor-ESC-Matching am oberen Ende des Strombereichs erklärt dieses eine Feld oft einen Unterschied, den die Spitzenzahlen nicht zeigen.

Elf AT- und V-Datensätze als ein Spezifikationssatz gelesen

Die folgenden Datensätze stammen von den Herstellerseiten von elf T-Motor-Modellen, aufgeteilt zwischen der AT-Familie für Starrflügel und der V-Familie für Hub. Die Datensätze werden als ein Satz präsentiert, weil sie dasselbe Drohnenmotor-ESC-Problem in drei sehr unterschiedlichen Größenordnungen zeigen: ein Motor mit 60 g an 4S, ein Motor mit 350 g an 12S und ein Motor mit 1680 g an 24S. Für das Starrflügel-Ende des Satzes ist die Fluggerätseite der Wahl in BLDC-Motoren für Festflügelmodelle: KV, Propeller und Reiseflugleistung abstimmen durchgerechnet.

Quelle: Herstellerseiten für jedes Modell. Schubangaben sind die für das Modell genannten Höchstwerte und hängen vom im Herstellertest verwendeten Propeller ab. Eine Zahl in Klammern nach dem Strom ist die Dauer, über die dieser Spitzenwert gilt; nennt die Seite keine Dauer, steht in der Klammer „Dauer nicht veröffentlicht“. Für V13L stimmen die veröffentlichte Leistungsangabe und der veröffentlichte Strom bei der nominalen 24S-Spannung nicht überein, daher wird die Zeile hier nur für Schub und Strom verwendet, bis die Testbedingung durch den Hersteller geklärt ist; die veröffentlichte Leistungsangabe dieser Zeile fließt in keinen Schub-zu-Leistung-Vergleich ein.

Die AT-Zeilen für Starrflügel

Die AT-Zeilen reichen von 60 g bis 350 g und von 2S bis 12S. AT2312 bis AT2321 liegen im selben Band von 350-450 W an 2-4S, und der Schubfortschritt von 1244 g auf 1912 g kommt weitgehend vom längeren Stator und nicht von KV, das sich über die drei in beide Richtungen bewegt: 1150, 880 und 950 rpm/V. AT2820 und AT2826 führen dasselbe 12N14P-Layout auf 700 W und 820 W an 3-4S. AT4125 springt auf 12S und 2200 W, und sein KV fällt auf 250 rpm/V — die Wicklung ist viel langsamer, weil die Akkuspannung viel höher ist.

Die V-Zeilen für Hub

Die V-Zeilen sind die Hubseite desselben Problems. V804 und V807 teilen KV170 und 12S, unterscheiden sich aber im Statorvolumen, was sich als 5200 W gegen 6800 W und 17358 g gegen 20997 g Schub zeigt. V10 und V10L teilen ein 36N42P-Layout und 12S, und das größere V10L tauscht KV170 gegen KV160 und geht dabei von 7000 W auf 9000 W. V13L ist der Ausreißer: 42N38P, KV65, 24S und 55454 g Schub aus einem Motor mit 1680 g. Als Satz gelesen zeigen diese Zeilen, wie weit sich eine Drohnenmotor-ESC-Spezifikation allein durch Statorvolumen verschieben kann.

Ein Gegencheck in zehn Sekunden

Spitzenstrom multipliziert mit der Nennspannung des Akkus sollte nahe an der veröffentlichten Höchstleistung landen. Für V10 ergeben 155 A bei 44.4 V etwa 6882 W gegenüber veröffentlichten 7000 W. Für V10L ergeben 196 A bei 44.4 V etwa 8702 W gegenüber 9000 W. Für AT2826 ergeben 57 A bei 14.8 V etwa 843 W gegenüber 820 W. Die Übereinstimmung ist nicht exakt — die Zahlen stammen von verschiedenen Punkten der Testkurve —, aber eine Zeile, in der das Produkt weit von der Leistungsangabe entfernt liegt, ist vor der Verwendung zur Reglerdimensionierung in einem Motor-ESC-Matching zu hinterfragen.

Polzahl verwandelt Drehzahl in Kommutierungsrate

Polpaare, nicht Pole

Die elektrische Rate hängt von den Polpaaren ab. Ein 12N14P-Motor hat 14 Magnete, also 7 Polpaare, sodass eine mechanische Umdrehung sieben elektrische Umdrehungen enthält. Ein 36N42P-Motor hat 21 Polpaare, ein 42N38P-Motor 19. Bei gleicher mechanischer Drehzahl bieten diese drei Konfigurationen dem Regler elektrische Raten im Verhältnis 7 zu 21 zu 19. Nichts sonst in einer Drohnenmotor-ESC-Spezifikation ist so leicht zu übersehen wie dieses Verhältnis, und die hubseitige Fassung der Rechnung steht in VTOL-Drohnenmotoren: Schub im Schwebeflug und Effizienz im Reiseflug ausbalancieren.

Ein Rechenbeispiel an 24S

V13L ist mit KV65 an 24S angegeben. Bei 88.8 V Nennspannung ergibt KV multipliziert mit der Spannung etwa 5772 rpm an der Welle ohne Propeller. Mit 19 Polpaaren sind das rund 109668 elektrische Umdrehungen pro Minute. Dieselbe Rechnung für V10 mit KV160 und 12S ergibt etwa 7104 mechanische rpm, was bei 21 Polpaaren rund 149184 elektrische rpm sind — eine höhere elektrische Rate aus einer langsamer wirkenden Kombination, allein wegen der Polzahl.

Was der Regler mit der Zahl tun muss

Elektrische Drehzahl (eRPM) ist die Rate, mit der der Regler die Rotorposition auflösen und die Phasen schalten muss. Diese Zahl ist gegen die angegebene Kommutierungsgrenze eines Reglers zu halten, und sie erklärt, warum ein Hubmotor mit hoher Polzahl schwerer anzusteuern sein kann als ein Motor mit niedrigem KV und ähnlicher Leistung. Die obigen Werte sind Leerlaufschätzungen aus veröffentlichten Konstanten, also Obergrenzen: unter Propellerlast wird die Welle langsamer und die elektrische Rate fällt mit. Am oberen Ende zu schätzen bleibt die richtige Gewohnheit, denn der Moment geringster Last — ein Gasstoß mit frischem Akku — ist genau der, in dem ein Paar aus Drohnenmotor und ESC am ehesten den Synchronismus verliert.

Stromreserve: woher die ESC-Angabe kommt

Ein ESC für einen Drohnenmotor wird in Paaren angegeben: eine Dauerangabe, die unbegrenzt gehalten werden kann, und eine Burst-Angabe, die für eine genannte Zahl von Sekunden gilt. Der Motor veröffentlicht ein ähnliches Paar, oft allerdings nur als Spitzenwert mit Fenster. Eine brauchbare Regel: die Dauerangabe sollte den Strom abdecken, den der Propeller im dominierenden Missionszustand zieht — Schweben beim Multirotor, Reiseflug beim Starrflügler —, und die Burst-Angabe sollte die Motorspitze über mindestens dasselbe Fenster abdecken, das der Motor nennt. Die Schub-zu-Reserve-Rechnung hinter dieser Regel steht in Hochschub-Drohnenmotor auslegen: Nutzlast, Effizienz und thermische Reserve.

Allein nach der Motorspitze zu dimensionieren ist ein häufiger Fehler in die andere Richtung: ein Regler, der auf eine Spitze von 196 A ausgelegt ist, kann doppelte Masse und doppelte Kosten gegenüber dem haben, was eine Maschine braucht, die im Schweben 60 A zieht und die Spitze im Steigflug zwei Sekunden lang berührt. Das Drohnenmotor-ESC-Matching ist daher ein Abgleich auf die Mission, nicht auf das Maximum jedes Feldes.

Die Lücke zwischen Prüfstand und Fluggerät

Schub- und Stromangaben des Herstellers werden auf einem Prüfstand mit genanntem Propeller, stabiler Versorgung und freier Anströmung gemessen. Im Fluggerät sieht derselbe Motor eine wärmere Ansaugluft, eine weniger ideale Versorgung und einen Propeller, der im Vorwärtsflug anders entlastet wird. Der Strom bei gegebener Gasstellung kann daher in beide Richtungen von der Tabelle abweichen, weshalb ein Erstflug mit reduziertem Gas und protokolliertem Strom mehr wert ist als ein sorgfältiges Papier-Matching allein.

Spannungsbänder und die Zellenzahl, die der ESC aufnehmen muss

Nennspannung gegen Volladung

Ein 12S-Akku heißt 44.4 V und zeigt voll geladen 50.4 V; ein 24S-Akku heißt 88.8 V und zeigt 100.8 V. Regler werden für die Spannung bemessen, die sie aushalten müssen, und der Lastfall ist der volle Akku plus das, was der Propeller beim Abbremsen zurückschiebt. Ein Regler mit 50 V an einem 12S-Akku hat bei Volladung keine Reserve; einer mit 60 V hat sie, und diese Reserve ist die billigste Versicherung in der Kette.

Die Bänder in den Datensätzen

Die elf Datensätze fallen in drei Bänder. Die Gruppe AT2312 bis AT2321 läuft auf 2-4S, was einen 4S-Akku auf 16.8 V Volladung bringt und die Reglerauswahl in der kleinen, günstigen Klasse hält. AT2820 und AT2826 fügen eine Zelle hinzu und bleiben in derselben Klasse. AT4125 und die vier V-Hubmotoren laufen auf 12S; dort beginnt die Reglerwahl für die Spannungsreserve zu zählen, und dort werden Dauerangaben der 100-A-Klasse normal. V13L läuft auf 24S und steht allein an der Spitze des Bereichs, mit der höchsten Zellenzahl und dem niedrigsten KV im Satz — die Kombination, die die größte Spanne zwischen Nenn- und Volladungsspannung in eine einzelne Drohnenmotor-ESC-Entscheidung bringt. Die Spannungsseite des breiteren Abwägens ist in BLDC-Motoren für Long-Endurance-UAV: Wirkungsgrad, Masse und Busspannung durchgerechnet.

Ist die Akkuspannung durch ein bestehendes Fluggerät vorgegeben und nicht frei wählbar, ist der hubseitige Vergleich kompletter Antriebssätze der schnellere Weg als die Suche nach einem einzelnen Motor: T-Motor VL Serie: 16 VTOL-Antriebssätze von 12 kg bis 150 kg MTOW.

Die Propellerlast bestimmt den Strom, nicht das Etikett

Gleiches KV, anderer Propeller

Zwei Motoren mit gleichem KV und gleicher Zellenzahl können aus demselben Akku sehr unterschiedliche Ströme ziehen, weil der Strom dem Drehmoment folgt, das der Propeller verlangt. Größerer Durchmesser oder höhere Steigung belasten den Motor bei jeder Gasstellung stärker, und der Strom steigt schneller als der Schub. Deshalb kann ein Motor, der mit einem 10-in-Propeller komfortabel wirkt, mit einem 12-in-Propeller außerhalb seines Fensters liegen — und deshalb gehört der Propeller in die Motor-ESC-Matching-Spezifikation und nicht danach.

Schub pro Ampere lesen

Veröffentlichter Schub geteilt durch veröffentlichten Strom am selben Testpunkt ergibt einen groben Effizienzindex zum Vergleich von Kandidaten, und dieser Wert entscheidet über die Flugzeit. AT2312 liefert an seinem Spitzenpunkt etwa 50 g pro Ampere; AT4125 liefert etwa 141 g pro Ampere. Der Vergleich ist nicht äquivalent — die beiden werden mit verschiedenen Propellern an verschiedenen Punkten der Kurve gemessen —, aber innerhalb einer Familie und einer Testbedingung trennt der Index effiziente von bloß leistungsstarken Kombinationen.

Eine Matching-Sequenz vom Propeller zum ESC

Fünf Schritte in dieser Reihenfolge halten jede Zahl in einem Drohnenmotor-ESC-Matching auf eine Quelle zurückführbar.

Schritt eins: das Schubziel festlegen. Der Schwebeschub pro Rotor ergibt sich aus der Gesamtmasse, der Rotorzahl und der Schub-Gewichts-Reserve, die die Mission braucht. Steig- und Windreserve werden hier addiert, nicht später.

Schritt zwei: Propeller und Zellenzahl wählen. Beide zusammen legen den Betriebspunkt fest. Ein größerer Propeller bei niedrigerem KV und ein kleinerer Propeller bei höherem KV können denselben Schub erreichen, und die Wahl tauscht Scheibenbelastung gegen Motormasse.

Schritt drei: den Motor nach dem Schub bei Reisegas wählen. Relevant ist die Zeile bei der Gasstellung, die das Fluggerät in der Mission hält, nicht die Vollgas-Spitzenzahl. Auch den Strom dieser Zeile lesen, denn das ist der Strom, den der Regler den größten Teil des Flugs führt.

Schritt vier: den Motor in eine Reglerspezifikation übersetzen. KV mit der Volladungsspannung des Akkus multiplizieren ergibt die Drehzahl-Obergrenze, mit den Polpaaren multipliziert ergibt die elektrische Rate, und dazu der Spitzenstrom mit seinem Fenster. Diese vier Zahlen sind die ganze Spezifikation.

Schritt fünf: einen ESC für einen Drohnenmotor mit Reserve auf allen drei Achsen wählen. Dauerstrom über dem Missionsstrom, Burststrom über der Motorspitze über mindestens das genannte Fenster und eine Spannungsangabe über der Volladungsspannung des Akkus. Zudem prüfen, dass Aderquerschnitt und Steckverbinder zum Strom passen, den der Regler liefern kann, denn eine Abweichung dort stuft die Kette still herunter.

Wo sich ein Mismatch von Drohnenmotor und ESC zuerst zeigt

Desynchronisation bei hoher elektrischer Drehzahl

Das erste Symptom einer nahenden Kommutierungsgrenze ist meist ein Synchronismusverlust bei schneller Gasänderung: der Motor stottert, der Regler schaltet ab, und die Maschine lässt eine Ecke fallen. Das passiert im Moment geringster Last und höchster Rate — genau die Bedingung, die eine Schätzung der elektrischen Rate vorhersagen soll. Ein Regler mit mehr Timing-Reserve oder ein Motor mit weniger Polpaaren bei gleichem Schub verschieben die Reserve beide in die richtige Richtung.

Wärme in den Schaltern

Ein ESC für einen Drohnenmotor, der nahe seiner Dauerangabe läuft, wird heiß, bevor er ausfällt, und die Wärme konzentriert sich in den Schaltern und im Shunt. Anhaltendes Schweben bei 80 Prozent der Dauerangabe in ruhender Luft ist etwas anderes als derselbe Strom in einer Anströmung von 25 km/h. Thermische Reserve ist Teil des Drohnenmotor-ESC-Matchings, keine Verfeinerung davon.

Gasauflösung und Spannungseinbruch

Ein für den Motor überdimensionierter Regler verbringt den unteren Teil seines Bereichs damit, sehr wenig zu tun, und ein Akku nahe seiner Stromgrenze bricht unter Last ein, was die Spannung senkt, die der Motor sieht, und damit die Drehzahl, die er erzeugt. Beide Effekte zeigen sich als Maschine, die genau dort träge wirkt, wo Reaktion am meisten zählt — bei einem Abfangmanöver oder einer Böe. Keiner der beiden wird durch einen anderen Regler allein gelöst.

Warum ein dokumentierter Motor das Motor-ESC-Matching überprüfbar macht

Jeder Schritt in der obigen Sequenz hängt von einer veröffentlichten Zahl ab. Wo die Motorseite Schub bei mehreren Gasstellungen, einen Spitzenstrom mit Fenster, eine Polkonfiguration und einen Aderquerschnitt nennt, ergibt sich die Reglerspezifikation aus Arithmetik und kann von einem zweiten Ingenieur ohne Berührung von Hardware geprüft werden. Wo diese Felder fehlen, müssen dieselben Entscheidungen auf einem Prüfstand nachgeholt werden, und ein Prüfstand bei 150 A ist kein billiger Ersatz für eine Spezifikation.

Das ist das praktische Argument für den Kauf bei Herstellern, die vollständige Antriebsdaten veröffentlichen statt einer Spitzen-KV und einer Masse. Eine veröffentlichte Schubtabelle ist eine Zusage mit Propeller, Zellenzahl und Gasstellungen und lässt sich nachmessen. Ein veröffentlichter Spitzenstrom mit genanntem Fenster ist eine thermische Aussage, die über Modelle hinweg vergleichbar ist. Eine Polzahl macht die elektrische Rate vor der Reglerwahl berechenbar, und ein Aderquerschnitt macht den Strompfad von Ende zu Ende prüfbar. Keines dieser Felder ist exotisch, und alle sind auf den in diesem Artikel verwendeten Datensätzen sichtbar — was das Motor-ESC-Matching von einer Meinung zu einer Prüfung macht.

Dieselbe Logik gilt für die Reglerseite: ein Regler, dessen Dauer- und Burst-Angaben mit den zugehörigen Testbedingungen genannt sind, lässt sich auf dieselbe Weise mit einem Motor abgleichen. Wenn beide Seiten veröffentlichen, ist die Paarung von Drohnenmotor und ESC keine Meinungsfrage mehr, sondern eine Rechnung, die aufgeht oder nicht.

Die wichtigsten Punkte

• Der Propeller bestimmt den Schub, der Schub bestimmt den Motor, und Motor plus Akku bestimmen die Reglerspezifikation — in dieser Reihenfolge, und diese Reihenfolge ist das ganze Motor-ESC-Matching.
• KV multipliziert mit der Volladungsspannung des Akkus ergibt die Drehzahl-Obergrenze; multipliziert mit den Polpaaren ergibt es die elektrische Kommutierungsrate, gegen die eine Reglergrenze gemessen wird.
• Ein Spitzenstrom ist nur mit seiner Dauer und seinem Testpropeller aussagekräftig. Eine Angabe über 15 s und eine über 180 s beschreiben unterschiedliche thermische Realitäten.
• Die Spannungsangabe des Reglers ist gegen die Volladungsspannung des Akkus zu halten, nicht gegen die Nennspannung.
• Aderquerschnitt und Belastbarkeit der Steckverbinder gehören ins Strombudget; ein Regler mit 200 A hinter einer Leitung für 100 A ist ein System mit 100 A.
• Ein niedrigerer Innenwiderstand hält die Drehzahl unter Last besser und läuft bei gleichem Strom kühler, was am oberen Ende des Bereichs am wichtigsten ist.
• Ein dokumentiertes Drohnenmotor-ESC-Matching lässt sich vor dem Erstflug auf dem Papier prüfen; ein undokumentiertes muss auf einem Prüfstand nachgeholt werden.

Häufige Fragen

Offizielle Quellen

Die Herstellerseiten hinter jedem Datensatz enthalten die vollständigen Testbedingungen, einschließlich des Propellers und der Zellenzahl, die für die Schub- und Stromangaben verwendet wurden. Für die AT-Serie und die V-Serie sind diese Seiten die Primärquelle für jede Zahl in der Vergleichstabelle, und vor der Fixierung einer endgültigen Reglerwahl sind sie zu Rate zu ziehen.

Drohnenmotoren für Starrflügel- und VTOL-Fluggeräte entdecken

Die oben zitierten Einzeldatensätze sind unter Auswahl aufgeführt, zusammen mit den Fluggerätekategorien, die sie bedienen, darunter Starrflügelmodell. Widersprechen sich eine Motorseite und eine Reglerseite beim selben Strom, sind der Propeller und die Zellenzahl hinter jeder Angabe das Erste, was zu vergleichen ist.