BLDC-Motoren für Long-Endurance-UAV: Wirkungsgrad, Masse und Busspannung

Ein BLDC-Motor für Long-Endurance-UAV wird für den Punkt gewählt, an dem das Luftgerät tatsächlich seine Zeit verbringt, und nicht für die Spitze, die es einen Augenblick lang übersteht; die sieben Modelle der MN-Serie, die derzeit in der Rubrik UAV-Motoren geführt werden, zeigen, wie weit diese beiden Anforderungen auseinanderliegen. Über die Gruppe reicht das KV von 160 bis 470, die Masse von 68 g bis 171 g, der Innenwiderstand von 55 mΩ bis 194 mΩ und die veröffentlichte Leistung über 180 Sekunden von 380 W bis 1200 W. Diese Spanne muss einen Vermessungsmultikopter unter einem Kilogramm am einen Ende und eine VTOL-Hubplattform mit mehreren Kilogramm am anderen Ende abdecken, sodass die nützliche Frage nicht lautet, welcher der sieben der stärkste ist, sondern welcher seinen Wirkungsgrad und seine Temperatur am Schwebepunkt hält, um den die Mission herum gebaut ist. Dieser Leitfaden liest die sieben Datensätze gegen diese Frage, und dieselbe Aufgabe wird auf der Anwendungsseite Long-Endurance-UAV beschrieben.

Kurze Antwort

Die Flugzeit wird von einer Kette bestimmt und nicht von einer einzelnen Spalte, und die Kette führt vom Propeller über die Busspannung zur Wicklung. Propellerdurchmesser und Steigung legen die Wellendrehzahl und das vom Motor zu liefernde Drehmoment fest; die Zellenzahl legt die Spannung fest, die die Wicklung sieht; und das KV verbindet beides, denn KV ist das Verhältnis zwischen Wellendrehzahl und angelegtem Volt. Ein Luftgerät mit langer Flugdauer will einen großen, langsam drehenden Propeller und einen hohen Bus, damit der Strom, den die Wicklung während der gesamten Mission führt, niedrig bleibt, und die Datensätze dieser Gruppe, die für 6-12S und 12S veröffentlicht sind, sind genau für diese Anordnung gebaut.

Zwei der Spalten wiegen schwerer, als ihre Breite vermuten lässt. Der Innenwiderstand ist der Koeffizient der Kupferverluste, und Kupferverluste werden während des gesamten Flugs fortlaufend bezahlt und nicht in Schüben, sodass eine Widerstandsangabe, die sich zwischen zwei Kandidaten um den Faktor drei unterscheidet, ein Unterschied ist, den die Mission spüren wird. Die veröffentlichte Leistung über 180 Sekunden ist ein thermisches Fenster und keine Reiseflugangabe, und sie ist am besten als Margensignal zwischen Kandidaten ähnlicher Aufgabe zu lesen und nicht als Zahl, die in eine Flugzeitschätzung eingesetzt wird. Die Auswahl eines BLDC-Motors für Long-Endurance-UAV beginnt daher bei Propeller und Gesamtmasse, geht weiter zu Bus und KV und vergleicht erst dann die Datensätze Spalte für Spalte.

Wo sich die sieben Datensätze teilen, ist beim Bus und nicht bei der Masse. Vier von ihnen sind für 6S oder darunter veröffentlicht und drei für 6-12S oder 12S, und die KV-Werte folgen derselben Teilung: Sie reichen von 340 bis 470 KV bei den Niederspannungs-Datensätzen und von 160 bis 240 KV bei den Hochspannungs-Datensätzen. Die beiden Gruppen erreichen aus unterschiedlichen Packspannungen vergleichbare Wellendrehzahlen, und die Größe, die sie trennt, ist der Strom, den jede für ihre veröffentlichte Leistung zieht. Die folgenden Abschnitte nehmen diese Kette der Reihe nach auseinander und stellen die sieben Datensätze dann als einen Spezifikationssatz nebeneinander.

Wo Flugzeit tatsächlich verloren geht

Die Flugzeit eines BLDC-Motors für Long-Endurance-UAV geht nicht deshalb verloren, weil der Motor im Abstrakten ineffizient ist; sie geht an einem bestimmten Betriebspunkt verloren, und dieser Punkt ist das Schweben. Alles, was dem Schwebepunkt nachgelagert ist - die Größe des mitzuführenden Packs, der einzuplanende Steigflug, die vorzuhaltende Reserve -, leitet sich aus der Leistung ab, die das Luftgerät braucht, um in der Luft zu bleiben. Deshalb wird eine engere Auswahl für lange Flugdauer um den Schwebewirkungsgrad und das thermische Verhalten herum geschrieben und nicht um die größte veröffentlichte Leistungsangabe einer Produktreihe.

Der Schwebepunkt ist der Punkt, an dem eine Mission ihre Zeit verbringt

Ein Vermessungs- oder Inspektionsflug steigt einmal, beruhigt sich und hält dann für die große Mehrheit seiner Dauer die Höhe, sodass die in diesem stationären Zustand entnommene elektrische Leistung die Größe ist, die die Flugdauer festlegt. Spitzenleistung wird nur für Sekunden während des Steigflugs entnommen und ist eher vom ESC und vom Pack als von der Wicklung begrenzt. Die Konsequenz für eine engere Auswahl ist direkt: Zwei Motoren mit identischer veröffentlichter Spitzenleistung können am Schwebepunkt weit auseinanderliegen, und derjenige, der beim Schweben besser ist, ist derjenige, der für eine lange Mission zählt. Das ist auch der Grund, warum die Spalte über 180 Sekunden Schwebedaten nicht ersetzen kann, und der Grund, warum die folgenden Abschnitte die beiden Größen überall dort trennen, wo ein Vergleich von diesem Unterschied abhängt.

Die Scheibenflächenbelastung ist zuerst eine Propellerentscheidung und erst dann eine Motorentscheidung

Die Leistung, die ein Multikopter braucht, um bei einer gegebenen Gesamtmasse zu schweben, sinkt, je größer die Scheibenfläche unter ihm wird, und die Scheibenfläche ist eine Eigenschaft der Propeller und nicht der Motoren. Ein größerer Rotor am selben Luftgerät beschleunigt eine größere Luftmasse auf eine geringere Geschwindigkeit, was denselben Schub mit weniger induzierter Leistung erzeugt. Der Motor kommt erst als die Komponente ins Bild, die diesen größeren Rotor mit einer brauchbaren Drehzahl und ohne Überhitzung drehen muss; deshalb sind die Datensätze mit kleinem KV in dieser Gruppe auch die für die höchsten Zellenzahlen veröffentlichten: Ein großer, langsam laufender Propeller braucht eine niedrige Wellendrehzahl pro Volt, und ein hoher Bus ist es, der die erforderliche Wellendrehzahl ohne ein hohes KV liefert.

Flugdauer ist Schub je Watt, nicht Watt

Die Größe, die die Schwebeökonomie beschreibt, ist der Schub, der je Watt elektrischer Eingangsleistung zurückkommt, und der Hersteller veröffentlicht sie direkt. Die Prüfdaten für den MN3510 KV360 an einem 15 × 5 CF Propeller bei 14.8 V reichen von 340 g Schub bei 15.32 G/W bei 50 Prozent Gas, über 580 g bei 13.06 G/W bei 65 Prozent und 760 g bei 11.41 G/W bei 75 Prozent bis zu 1000 g bei 9.94 G/W bei Vollgas. Bei einem Motor und einem Propeller liefert der Punkt bei 50 Prozent daher etwa das 1.5-Fache des Schubs je Watt des Vollgas-Punkts. Der Wirkungsgrad eines UAV mit langer Flugdauer wird am Teillastende dieser Kurve erkauft, also genau dort, wo ein nicht steigendes Luftgerät seine Zeit verbringt, und das ist der Grund, warum eine engere Auswahl anhand einer Spitzenleistungsspalte in die falsche Richtung weisen kann.

Widerstand, Strom und die Wärme, mit der eine lange Mission leben muss

Der Kupferverlust ist das Quadrat des Stroms multipliziert mit dem Wicklungswiderstand, und jeder Term dieses Produkts verhält sich über einen langen Flug anders. Der Strom wird von Propeller und Bus festgelegt; der Widerstand ist eine Eigenschaft der Wicklung; und der daraus entstehende Verlust wird in Wärme innerhalb eines Stators umgesetzt, der keine aktive Kühlung und nur den Luftstrom hat, den das Luftgerät liefert. Über einen zwanzigminütigen Einsatz summiert sich der Verlust fortlaufend, sodass die Angabe des Innenwiderstands eines UAV-Motors ein Koeffizient auf laufende Kosten ist und nicht auf momentane, und der Wirkungsgrad eines UAV mit langer Flugdauer ist das, was beide Terme über eine vollständige Entladung hinweg gemeinsam entscheiden.

Der Widerstand ist ein Verlust, der über die ganze Mission läuft

Weil der Verlust mit dem Quadrat des Stroms skaliert, wird sein Wert vor allem davon bestimmt, wo der Schwebestrom liegt, und der Schwebestrom wird von der Propellerlast und der Busspannung festgelegt. In dieser Gruppe reicht der Widerstand von 55 mΩ beim MN5008 KV340 bis 194 mΩ beim MN4006 KV380, ein Faktor von etwa dreieinhalb über Datensätze vergleichbarer veröffentlichter Leistung. Neben der Busspalte gelesen erklärt sich diese Reihenfolge weitgehend: Je höher die Zellenzahl, desto niedriger der für eine gegebene Wellenleistung benötigte Strom und desto geringer die Kosten des Widerstandsterms. Eine ehrliche Lektüre einer Auswahl für Long-Endurance-UAV muss die beiden Spalten gemeinsam verwenden, denn ein hoher Widerstand bei einem Niederspannungs-Datensatz und ein niedriger Widerstand bei einem Hochspannungs-Datensatz messen nicht dieselbe Aufgabe.

Die Leerlaufstromzeile und was sie über eine Stunde kostet

Der Leerlaufstrom ist der Strom, den der Motor ohne Propellerlast zieht, und er deckt die Verluste ab, die gar nicht aus der Last stammen - Lagerreibung, Luftwiderstand und die Eisenverluste im Stator. Diese Verluste sind vorhanden, wann immer sich der Motor dreht, sodass sie über eine Stunde eine feste Steuer auf das Pack sind. Die Spalte ist in dieser Gruppe uneinheitlich veröffentlicht und zu unterschiedlichen Referenzspannungen, was eine Einschränkung ist, die offen genannt werden sollte: Der MN4006 KV380 ist mit 0.3 A aufgeführt und der MN5008 KV340 mit 0.9 A, beide bei 10 V, während der MN6007 II KV160 mit 0.5 A bei 18 V aufgeführt ist. Die übrigen vier Datensätze der Gruppe führen das Feld nicht, sodass aus den Datensätzen keine vergleichbare Leerlaufrangfolge über alle sieben gebildet werden kann; wo ein Aufbau vom Leerlaufverlust abhängt, gehört die Zahl in die Fragen an die Dokumentation des Herstellers.

Ein kühler bleibender Stator behält seine Wirkungsgradreserve

Der Kupferwiderstand steigt mit der Temperatur, sodass eine Wicklung, die am Schwebepunkt heiß läuft, eine Wicklung ist, deren Verluste über den Flug wachsen und deren verfügbare Reserve mit ihnen schrumpft. Das macht das thermische Verhalten zu einer Eigenschaft erster Ordnung eines Motors für lange Flugdauer und nicht zu einer zweitrangigen, und es ist der Teil der Aufgabe, den die veröffentlichten Tabellen am wenigsten direkt beschreiben. Die Prüfnotiz des Herstellers ist ausdrücklich zur Bedingung hinter seiner Temperaturspalte: Die Zahl ist die Oberflächentemperatur des Motors bei 100 Prozent Gas, nachdem der Motor 10 Minuten gelaufen ist. Ein gleichmäßiges Schweben bei Teillast ist ein anderer thermischer Fall als zehn Minuten bei Vollgas, sodass die Temperaturdaten ein Beleg dafür sind, wie die Auslegung die Wärme bewältigt, und keine Vorhersage der Schwebetemperatur, und die Befestigungs- und Umgebungsannahmen dahinter bleiben bei der Dokumentation des Herstellers.

Was eine lange Mission verlangt und eine kurze nicht

Ein kurzer Flug und ein langer Flug lesen dieselbe Spezifikationstabelle unterschiedlich, und der Unterschied ist nicht nur die Dauer. Eine lange Mission setzt die Wicklung einem anhaltenden Strom und einer anhaltenden thermischen Last aus, sie entlädt das Pack weit genug, um die Busspannung unter dem Motor zu verschieben, und sie lässt keinen Raum für eine Komponente, deren veröffentlichte Zahlen nur am Anfang der Entladekurve gelten. Diese drei Effekte sind der Grund, warum sich die Spalten, die zählen, zwischen den beiden Aufgaben verschieben.

Was die Spalte über 180 s tatsächlich misst

Die veröffentlichte Leistung über 180 Sekunden ist die Leistung, die der Motor 180 Sekunden lang aufnehmen kann, bevor er die durch seine Isolierklasse und seine Befestigung gesetzte thermische Grenze erreicht, und der Hersteller nennt die Temperaturkonvention, die dahintersteht. Sie liegt zwischen einem Steigflug und einem Einsatz: länger als jeder Startschub, weit kürzer als ein Flug. Ihre nützliche Rolle in einer Auswahl für lange Flugdauer ist vergleichend - ein Datensatz mit 1200 W gegen einen Datensatz mit 380 W ist ein echter Unterschied darin, wie viel Strom die Wicklung führen kann, bevor die Grenze erreicht ist, und darin, wie viel Reserve ein schwereres Luftgerät hat, wenn sich der Schwebepunkt verschiebt. Sie ist keine Zahl, in die man die Packenergie teilt, und die Abschnitte oben zeigen, warum: Der Schub je Watt am Schwebepunkt und nicht die thermische Obergrenze ist es, was gespeicherte Energie in Zeit in der Luft umsetzt.

Lastprofil über die Zeit und warum eine Spitzenzahl es nicht ersetzen kann

Eine Mission hat eine Gestalt, und die Gestalt ist das, was eine Wicklung erfährt. Ein Steigflug von einigen zehn Sekunden, ein Schweben von vielen Minuten, ein Verlegungsabschnitt und ein Sinkflug stellen jeweils einen anderen Strom dar, und nur das Schwebesegment dauert lange genug, um für den thermischen Beharrungszustand zu zählen. Die Spezifikationstabelle führt keine Spalte für dieses Profil, was bedeutet, dass der Vergleich aus den Teilen zusammengesetzt werden muss, die es gibt: der Schwebepunkt-Wirkungsgrad aus den Prüfdaten, der Widerstand, der den Schwebestrom in Wärme umsetzt, und die veröffentlichten Angaben für die Enden des Bereichs. Eine Auswahl nach der größten Zahl in der Leistungsspalte zu lesen ersetzt eine Verteilung durch ein Extrem, und es ist der häufigste Weg, eine Auswahl für lange Flugdauer auf falscher Grundlage zu treffen.

Spannungseinbruch gegen Ende des Packs

Ein Pack, das den Großteil seiner Kapazität abgegeben hat, liegt auf einer niedrigeren Spannung als ein volles, und der Motor sieht das direkt, weil KV Volt in Wellendrehzahl umsetzt. Gegen Ende eines Flugs sinkt die bei einem gegebenen Gas verfügbare Wellendrehzahl daher, und denselben Schub zu halten erfordert mehr Strom - was den Kupferverlust genau in dem Moment erhöht, in dem das Pack am wenigsten Reserve zu geben hat. Die Datensätze beschreiben dies nur über die Zellenzahlspalte, und das ist ein Grund, warum die Zahl als Teil der Aufgabe und nicht als Verpackungsdetail gelesen werden sollte. Ein Aufbau, dessen ganzer Flug gegen die Vollpack-Spannung geplant ist, plant gegen die Oberseite einer Kurve, die nach unten geneigt ist.

Masse und die Akkukapazität, die sie verdrängt

Bei einem BLDC-Motor für Long-Endurance-UAV ist die Masse nicht kostenlos: Sie wird aus den beiden Budgets bezahlt, die die Flugdauer entscheiden, Nutzlast und Pack. Jedes Gramm, das am Motor hinzukommt, muss den ganzen Flug über gehoben werden, was die Schwebeleistung erhöht und damit das Pack schneller leert; dasselbe Gramm, das aus dem Pack genommen wird, entfernt gespeicherte Energie. Der Kompromiss ist real und messbar, weshalb die Massespalte neben die Wirkungsgradspalten gehört und nicht in einen mechanischen Anhang.

Motormasse wird aus Nutzlast oder Pack bezahlt

Die sieben Datensätze spannen von 68 g bis 171 g, und die Spanne ist nicht zufällig: Die leichteren Datensätze sind die Niederspannungsdatensätze mit weniger Kupfer, und die schwereren tragen die Wicklung und das Magnetmaterial, das eine schubstärkere Aufgabe braucht. Einen schwereren Motor an ein Luftgerät zu setzen fügt nicht einfach seine eigene Masse hinzu, weil die zusätzliche Schubfähigkeit einen größeren Propeller oder einen kürzeren Steigflug erlauben kann, was einen Teil der Masse zurückzahlen kann. Was sie nicht kann, ist, der Arithmetik des Schwebens zu entgehen: Bei fester Gesamtmasse bleibt bei einem schwereren Antriebssatz weniger für das Pack, und das Pack ist das Flugdauerbudget. Die Massespalte wird daher in der Reihenfolge unten zuletzt gelesen, aber gegen die Wirkungsgradspalten und nicht isoliert.

Masse ohne Kabel ist das, was das Luftgerät trägt

In den Datensätzen gibt es zwei Massekonventionen, und sie sind nicht austauschbar. Die Zahl in der folgenden Tabelle ist das veröffentlichte Gewicht einschließlich Kabel und Steckverbinder; eine gesonderte Zahl für den Motor allein ist nur für drei der sieben Datensätze veröffentlicht, mit 80 g beim MN3110 KV470, 97 g beim MN3510 KV360 und 150 g beim MN4014 KV400. Diese drei zeigen, dass Kabel und Steckverbinder einen bedeutenden Anteil des veröffentlichten Gewichts ausmachen, zwischen etwa 12 und 18 Prozent der Gesamtmasse bei diesen Datensätzen, sodass ein auf dem Tabellenwert aufgebautes Massebudget in die richtige Richtung konservativ ist. Für einen Wert ohne Kabel bei den vier Datensätzen, die keinen veröffentlichen, wird hier nichts angesetzt und nichts geschätzt.

Busspannung und der Propeller, den der Motor drehen muss

Bei einem BLDC-Motor für Long-Endurance-UAV werden Zellenzahl und KV häufig als getrennte Entscheidungen behandelt, obwohl sie zwei Hälften eines Verhältnisses sind. KV setzt angelegte Volt in Wellendrehzahl um, sodass Busspannung und KV-Wert zusammen die Leerlaufdrehzahl festlegen; der Propeller entscheidet dann, wie viel von dieser Drehzahl unter Last überlebt und wie viel Strom der Motor zu seiner Drehung zieht. Die beiden Spalten getrennt zu lesen ist es, was Aufbauten hervorbringt, die einzeln vernünftig und gemeinsam unpassend sind.

Zellenzahl und KV sind zwei Hälften eines Verhältnisses

Weil die Leerlaufdrehzahl bei festem Bus mit dem KV skaliert, ist das Verhältnis zweier KV-Werte das Verhältnis ihrer Wellendrehzahlen an einem gemeinsamen Pack. In dieser Gruppe liegen der MN3110 KV470 und der MN6007 II KV160 an den Extremen, mit 470 KV an 3-6S und 160 KV an 12S, und das Verhältnis zwischen ihnen - nahe drei zu eins - ist der ganze Grund, warum die beiden Enden der Tabelle nicht austauschbar sind. Dieselbe Wellendrehzahl lässt sich mit einem Motor mit hohem KV an einer niedrigen Zellenzahl oder mit einem Motor mit kleinem KV an einer hohen Zellenzahl erreichen; was sich ändert, ist der Strom. Bei konstanter Wellenleistung senkt ein höherer Bus den Strom, was den Kupferverlust in der Wicklung und den Strom senkt, den der ESC liefern muss.

Kleineres KV, größerer Propeller, geringere Scheibenflächenbelastung

Ein größerer Propeller ist ein längerer Hebel an der Welle und braucht bei gegebener Drehzahl mehr Drehmoment, und das Drehmoment wird in einem bürstenlosen Motor durch Strom erzeugt. Ein großer, grobsteigiger Propeller an einem Motor mit kleinem KV ist also ein passendes Paar, und derselbe Propeller an einem Motor mit hohem KV würde entweder eine niedrigere Gasstellung verlangen - was den Betriebspunkt aus seiner effizienten Region entfernt - oder einen Strom, für den die Wicklung nicht ausgelegt ist. Das ist die mechanische Hälfte des Arguments, das der Schwebepunkt-Abschnitt auf der elektrischen Seite führt, und es erklärt die Reihenfolge der Gruppe: Die KV-Werte fallen, während der veröffentlichte Schub steigt, von 470 KV beim leichtesten Datensatz bis 160 KV beim schubstärksten. Der Wirkungsgrad eines UAV mit langer Flugdauer und die Scheibenflächenbelastung hängen über diese Reihenfolge zusammen und nicht über die Leistungsspalte.

BLDC-Motor für Long-Endurance-UAV: Vergleichsmatrix der Spezifikationen

Die sieben derzeit in der Rubrik UAV-Motoren geführten Datensätze sind unten als ein Spezifikationssatz dargestellt, nach veröffentlichter Masse geordnet, damit der Schritt vom leichtesten zum schwersten Datensatz in der Spalte selbst sichtbar wird. Jeder Wert ist die Zahl, die der Hersteller für dieses Modell veröffentlicht, und keine Zelle ist geschätzt. Wo ein Datensatz ein Feld nicht führt, sagt die Tabelle das, statt die Lücke zu füllen. Dieselben sieben Modelle sind die unter der oben besprochenen Aufgabe Long-Endurance-UAV gruppierten.

Modell, Statorauslegung, Innenwiderstand, veröffentlichte Zellenzahl, maximaler Schub, maximale Leistung über 180 Sekunden und Gewicht gemäß den Herstellerangaben für die sieben derzeit in der Rubrik UAV-Motoren geführten Modelle der MN-Serie, nach veröffentlichtem Gewicht geordnet. Maximaler Schub und Leistung über 180 Sekunden sind die Angaben, die der Hersteller für jedes Modell veröffentlicht; beide hängen vom verwendeten Propeller und von der Busspannung des Tests ab, sodass sie innerhalb der Gruppe nur in dem Sinne vergleichbar sind, dass sie die jeweils eigene veröffentlichte Bedingung des Modells beschreiben. Die Zellenzahl ist so dargestellt, wie sie veröffentlicht ist, sodass eine einzelne Zahl ein einzelnes veröffentlichtes Fenster bedeutet und ein Bereich, dass das Modell über den Bereich hinweg veröffentlicht ist. Das Gewicht schließt Kabel und Steckverbinder ein. Es erscheint keine KV-Spalte, weil jeder Modellname in der Tabelle seine eigene KV-Angabe trägt, und es erscheint keine Abmessungsspalte, weil die hier beschriebene Aufgabe von den elektrischen Spalten abhängt und nicht von den Gehäuseabmessungen.

Zwei Lesarten fallen auf, sobald die sieben auf einer Seite stehen, und keine davon ist die Leistungsspalte. Die erste ist, dass der Innenwiderstand eines UAV-Motors nicht in derselben Reihenfolge wie die Masse verläuft: Der MN5008 KV340 trägt 55 mΩ bei 135 g, während der MN3510 KV360 188 mΩ bei 117 g und der MN4006 KV380 194 mΩ bei 68 g trägt. Liest man diese Spalte nach unten, sind die beiden leichtesten Datensätze die mit dem höchsten Widerstand, was das Bild einer für ein leichtes Luftgerät ausgelegten Wicklung ist, und die 24N28P-Gehäuse in der Mitte der Tabelle sind die mit den niedrigen Werten. Eine allein auf der Massespalte aufgebaute Auswahl würde diese Datensätze für einen langen, gleichmäßigen Flug in die falsche Reihenfolge bringen.

Die zweite ist, dass die Zellenzahl die Tabelle in zwei Hälften teilt. Drei Datensätze sind für 6-12S oder 12S veröffentlicht und vier für 6S oder darunter, und die KV-Werte folgen dieser Teilung: Die vier Niederspannungs-Datensätze reichen von 340 bis 470 KV und die drei Hochspannungs-Datensätze von 160 bis 240 KV. Weil KV Drehzahl pro Volt ist, erreichen die beiden Gruppen aus sehr unterschiedlichen Packspannungen vergleichbare Wellendrehzahlen, und die Größe, die sie trennt, ist der Strom, den jede für ihre veröffentlichte Leistung zieht. Das ist die Lesart, die die folgende Auslegungsreihenfolge in eine Entscheidung überführt.

Eine dritte Lesart betrifft die Datensätze, die in der Tabelle am nächsten beieinanderliegen. Der MN501-S KV240 und der MN4014 KV400 liegen mit 170 g und 171 g in der Masse benachbart, sind aber für unterschiedliche Enden der Aufgabe gebaut: Der eine ist ein 24N28P-Datensatz für 6-12S mit 1200 W, der andere ein 18N24P-Datensatz für 4-8S mit 900 W. Benachbarte Masse bei unterschiedlichem Stator, unterschiedlichem Busfenster und unterschiedlicher veröffentlichter Leistung ist die deutlichste Erinnerung in der Tabelle, dass Masse ein Verpackungsergebnis und keine Beschreibung der Aufgabe ist. Die Wahl zwischen ihnen hängt vom Bus ab, den das Luftgerät tragen kann, und vom Propeller, den jeder drehen soll, nicht vom 1 g, das sie trennt.

Sieben Datensätze gegen drei Plattform-Massebänder

Die Tabelle sortiert nach Gewicht, was die richtige Reihenfolge für eine engere Auswahl und die falsche für das Verständnis dessen ist, was die Gruppe enthält. Nach Plattform gelesen, fallen die sieben derzeit in der Rubrik UAV-Motoren geführten BLDC-Motoren für die Aufgabe Long-Endurance-UAV in drei Bänder, und die Bandgrenzen werden von der Abflugmasse des Luftgeräts gesetzt und nicht vom Motor. Die drei folgenden Abschnitte ordnen jeden Datensatz dort ein, wo er hingehört, und vermerken, was die Datensätze nicht sagen.

Plattformen unter 2 kg und was die Datensätze offen lassen

Das leichte Ende der Gruppe wird von drei Datensätzen getragen, die für kleine Kameraplattformen gebaut wurden. Der T-Motor MN4006 KV380 UAV-Motor ist mit 68 g der leichteste, ein 18N24P-Datensatz für 4-6S mit 2309 g Schub und 380 W; der T-Motor MN3110 KV470 UAV-Motor ist ein 12N14P-Datensatz für 3-6S mit 98 g, der 1220 g und 330 W veröffentlicht; und der T-Motor MN3510 KV360 UAV-Motor ist der 117 g schwere 12N14P-Datensatz für 3-6S, der 1900 g und 330 W veröffentlicht. Die beiden 12N14P-Datensätze veranschaulichen, warum eine Schubangabe ihre Testbedingung braucht: Die veröffentlichte Kurve des Herstellers für den MN3510 KV360 erreicht 1000 g an einem 15 × 5 CF Propeller bei 14.8 V, sodass sein Datensatzwert von 1900 g zu einem höheren Bus innerhalb seines 3-6S-Fensters gehört. Was die Datensätze für dieses Band offen lassen, ist die Schwebestromangabe bei einem bestimmten Propeller und Bus, also die Zahl, die ein Flugdauerbudget unter 2 kg braucht und die nicht als Spalte geführt wird.

Das 2-5-kg-Band für Kartierung und Inspektion

Zwei Datensätze decken das mittlere Band ab, und sie sind die, deren Statoraufbau sie einer dedizierten Aufgabe für lange Flugdauer am nächsten bringt. Der T-Motor MN4014 KV400 UAV-Motor wiegt 171 g in einem 18N24P-Gehäuse und veröffentlicht 3360 g und 900 W über ein 4-8S-Fenster; der T-Motor MN5008 KV340 UAV-Motor wiegt 135 g in einem 24N28P-Gehäuse und veröffentlicht 4215 g und 760 W an 6S. Die beiden unterscheiden sich in der Richtung, die für diese Aufgabe zählt: Der MN5008 KV340 trägt 55 mΩ Widerstand gegenüber 67 mΩ des MN4014 KV400, und seine veröffentlichte Zellenzahl ist ein einzelnes 6S und kein 4-8S-Fenster. Eine Kartierungsplattform, die sich auf ein 6S-Pack festgelegt hat und den niedrigeren Kupferverlust will, liest den MN5008 KV340; eine Plattform, die den Bus über den gesamten Aufbau hinweg als freie Variable will oder die die höhere veröffentlichte Leistung braucht, liest den MN4014 KV400. Der Unterschied zwischen 135 g und 171 g beträgt 36 g Luftgerätmasse, was ein Bruchteil der Nutzlast ist, die jeder heben kann, und ein realer Bruchteil eines kleinen Packs.

Das 5-10-kg-Band für lange Flugdauer und VTOL-Hub

Das schwere Ende der Gruppe wird von zwei Datensätzen gefüllt, die sich von allem darunter in der Tabelle unterscheiden. Der T-Motor MN501-S KV240 UAV-Motor ist ein 24N28P-Datensatz für 6-12S mit 170 g, der 4660 g und 1200 W veröffentlicht; der T-Motor MN6007 II KV160 UAV-Motor ist ein 24N28P-Datensatz für 12S mit 159 g, der 6419 g und 1120 W veröffentlicht, den höchsten veröffentlichten Schub im Satz. Beide tragen ein weites oder hohes Busfenster und ein niedriges KV, was die Kombination ist, die ein großer, langsam laufender Propeller braucht, und beide würden zur Hubrolle einer VTOL-Plattform ebenso passen wie zu einer Schwebrolle an einem Multikopter. Der MN6007 II KV160 paart den höchsten veröffentlichten Schub mit dem zweithöchsten Widerstand von 178 mΩ, was zeigt, wie ein hohes KV-pro-Schub-Verhältnis in einer Wicklung mit kleinem KV aussieht: weniger Windungen aus schwererem Draht folgt nicht allein aus dem Schub, und die Widerstandsspalte ist der Ort, an dem sich das zeigt.

Auswahl eines BLDC-Motors für Long-Endurance-UAV: Eine Auslegungsreihenfolge

Die folgende Reihenfolge ist die Reihenfolge, in der die veröffentlichten Zahlen zu Entscheidungen werden, weil jeder Schritt Kandidaten entfernt, die ein späterer Schritt nicht zurückholen kann. Sie ist für eine engere Auswahl aus den sieben derzeit in der Rubrik UAV-Motoren geführten Datensätzen geschrieben, doch die Reihenfolge selbst hängt nicht davon ab, welche Datensätze in der Gruppe sind. Die Anwendungsseite Long-Endurance-UAV führt dieselben sieben Modelle mit ihren Filterattributen.

Zuerst Lastprofil und Schwebebudget

Das Missionsprofil wird festgelegt, bevor ein Motor gelesen wird: Schwebedauer, Steigflug, Nutzlast und Reserve ergeben zusammen die Energie, die das Pack halten muss, und die Schwebeleistung, die das Luftgerät erzeugen muss. Diese beiden Zahlen begrenzen dann die Suche, denn ein Motor, dessen veröffentlichte Zahlen die Schwebeleistung bei einem Wirkungsgrad, den das Pack sich leisten kann, nicht stützen, wird von keinem späteren Schritt gerettet. Über diese Gruppe steigt die veröffentlichte Leistung über 180 Sekunden mit dem veröffentlichten Schub in derselben Reihenfolge, von 330 W beim leichtesten 12N14P-Datensatz bis 1200 W beim MN501-S KV240, sodass ein Kandidat, dessen Leistung für seinen Schub weit außerhalb dieser Progression liegt, eine genauere Prüfung verdient, bevor er auf die Auswahlliste kommt.

Elektrische Integration und das Pack

Der Bus ist selbst eine Entscheidung, weil er die Packmasse und die ESC-Nennleistung zugleich mit dem Strom festlegt, den die Wicklung am Schwebepunkt führt. In dieser Gruppe liegt die Wahl faktisch zwischen den für 6S oder darunter veröffentlichten Datensätzen, von 330 W bis 760 W Leistung über 180 Sekunden, und den für 6-12S oder 12S veröffentlichten Datensätzen mit 1120 W und 1200 W. Ein niedriges KV an einem hohen Bus senkt den Schwebestrom für eine gegebene Wellenleistung, was den Kupferverlust senkt und die Zeit verlängert, in der dasselbe Pack das Luftgerät tragen kann, und es bezahlt das mit einem schwereren Pack und einem ESC für höhere Spannung. Das ist der Schritt, an dem die Spalte des Innenwiderstands eines UAV-Motors eine knappe Entscheidung entscheidet, und es ist auch der Schritt, an dem die Angabe über 180 Sekunden nur als Margensignal zwischen Kandidaten ähnlicher Aufgabe verwendet werden sollte.

Mechanische Abmessungen und die Datensätze

Erst nachdem Aufgabe, Bus und Wicklung die Liste verengt haben, kommt die Befestigungsseite der Entscheidung ins Spiel, und dann ist die Kandidatenmenge meist kurz genug, dass Freigängigkeit, Welle und Kabelverlegung sie entscheiden. Die Massespalte wird in diesem Schritt gegen das Packbudget gelesen und nicht als Qualitätsbewertung, und die Angabe ohne Kabel wird dort verwendet, wo der Datensatz eine veröffentlicht, bei drei der sieben Modelle hier, weil das die Masse ist, die die Luftgerätstruktur trägt. Wo ein Datensatz ein Feld nicht führt, von dem der Aufbau abhängt - Leerlaufstrom bei vier der sieben, ein Gewicht ohne Kabel bei vier -, ist der ehrliche Schritt, die Frage an die Dokumentation des Herstellers zu richten, statt den Wert aus einem benachbarten Modell zu schließen.

Die drei auf diese Gruppe angewandten Schritte ergeben eine engere Auswahl und keine Antwort:

1. Kleine Kameraplattformen und Luftgeräte unter 2 kg. Der MN4006 KV380, der MN3110 KV470 und der MN3510 KV360 sind die 3-6S- und 4-6S-Datensätze von 68 g bis 117 g, und ihr veröffentlichter Schub von 1220 g bis 2309 g passt zum leichten Ende der Aufgabe an einem kleinen Pack.
2. Kartierungs- und Inspektionsplattformen im 2-5-kg-Band. Der MN5008 KV340 und der MN4014 KV400 sind durch 36 g Masse, 21 mΩ Widerstand und ein 6S gegenüber einem 4-8S-Busfenster getrennt, und die Wahl zwischen ihnen folgt daraus, wie viel Freiheit der Aufbau bei seiner Packspannung will.
3. Schwere Multikopter- und VTOL-Hubrollen im 5-10-kg-Band. Der MN501-S KV240 und der MN6007 II KV160 sind die 6-12S- und 12S-Datensätze, und der MN6007 II KV160 veröffentlicht mit 6419 g beim niedrigsten KV den höchsten Schub im Satz.

Häufig gestellte Fragen

Offizielle Quellen

T-Motor veröffentlicht für jede Einheit eine offizielle Produktseite mit ihrem Spezifikationsfeld und ihren Prüfdaten, und diese Seiten bleiben die maßgebliche Quelle für jede in diesem Leitfaden zitierte Zahl - beispielsweise die Produktseite des MN5008 KV340, die Produktseite des MN501-S KV240 und die Produktseite des MN6007 II KV160. Die Widerstands-, Zellenzahl-, Schub-, Leistungs- und Massewerte in der Tabelle oben sind die Werte, die diese Seiten für jedes Modell veröffentlichen. Eine Schwebestromangabe bei einem bestimmten Propeller und einer bestimmten Spannung, eine thermische Annahme hinter der Angabe über 180 Sekunden oder ein Leerlaufstrom für ein Modell, dessen Datensatz keinen führt, ist eine Frage an die Dokumentation des Herstellers und kein Wert, der aus dem Spezifikationsfeld abgeleitet werden kann.

Wie es weitergeht

Für eine engere Auswahl statt einer Lektüre erledigen drei Werkzeuge der Plattform die Arbeit nacheinander. Die vollständige Rubrik UAV-Motoren erkunden, um die sieben Datensätze hier neben den Schwerlast- und Landwirtschaftsmodellen zu sehen, Auswahl verwenden, um nach Zellenzahl, Masse und veröffentlichter Leistung zu filtern, und Kandidaten dann in Produktvergleich gegeneinander stellen. Die Anwendungsseite Long-Endurance-UAV führt dieselbe Aufgabe mit ihren eigenen Filterattributen.

Drei weitere Artikel tragen die Teile dieses Themas, die eine Auswahl für lange Flugdauer nicht klärt. UAV-Motoren: KV, Schub und Masse passend zum Fluggerät behandelt das breitere Bild der Luftantriebe, einschließlich der U-Serie-Datensätze für größere Hubaufgaben, die außerhalb der hier verglichenen MN-Serie liegen. BLDC-Motoren für Festflügelmodelle: KV, Propeller und Reiseflugleistung abstimmen nimmt dieselbe Kette aus Propeller, KV und Zellenzahl und wendet sie auf ein flügelgetragenes Luftfahrzeug an, bei dem der Betriebspunkt ein Reiseflug und kein Schweben ist. Heavy-Lift-Drohnenmotoren: Drei T-Motor-Optionen von 2.85 kg bis 101 kg Schub behandelt das Hubende derselben Aufgabe, bei der Luftgeräte gegen anhaltenden Schub im Mehrkilogramm-Maßstab ausgelegt werden.

Die Kurzfassung: zuerst Propeller und Gesamtmasse festlegen, weil der Propeller die Wellendrehzahl setzt, die der Motor erreichen muss, und die Masse die Schwebeleistung, die er erzeugen muss; zweitens das KV auf den Bus abstimmen, den das Luftgerät tragen kann, weil KV erst dann zu einer Wellendrehzahl wird, wenn eine Spannung anliegt, und der Bus es ist, der den Strom entscheidet; und zuletzt die Wicklung gegen den Schwebestrom lesen, weil die Leistungsangabe über 180 Sekunden ein thermisches Fenster und keine Nennangabe ist. Innerhalb dieser Gruppe trennt diese Reihenfolge die 3-6S- und 4-6S-Datensätze von den beiden 6S- und 4-8S-Modellen des mittleren Bands und von dem 6-12S- und 12S-Paar, bevor irgendein einzelnes Modell gegen ein anderes abgewogen wird.