Cómo elegir un motor para dron de fotografía aérea: empuje, KV y tensión del bus

Un motor para dron de fotografía aérea se elige por lo que tiene que elevar y por la estabilidad con que sostiene esa masa en el aire, no por la mayor cifra de empuje de una gama de producto. Una aeronave de elevación de cámara plantea dos preguntas a la vez: suficiente empuje por rotor para transportar la cámara, el gimbal y el paquete, y un bobinado que se mantenga suave y frío mientras la aeronave sostiene un vuelo estacionario lento y a gas parcial. Los cuatro registros T-Motor comparados aquí —el MN4006 KV380, el MN6007 II KV160, el MN7005 KV230 y el U7 KV280— abarcan de 68 g a 317 g de masa publicada y de 2309 g a 6419 g de empuje publicado, y esa dispersión se corresponde estrechamente con la clase de carga útil de cámara. El mismo servicio se describe en la página de aplicación UAV de fotografía.

Respuesta rápida

La masa de la cámara fija los requisitos antes que cualquier cifra del motor. Un multirrotor de elevación de cámara transporta un gimbal cuya propia masa es una fracción de la aeronave, y cada gramo invertido en la cámara y su estabilización es un gramo que el grupo de propulsión tiene que elevar, sostener y corregir. La consecuencia práctica es que un motor para dron de fotografía aérea se elige por el empuje que debe producir en el punto de vuelo estacionario y no por el empuje que puede producir un instante a pleno gas. Los cuatro registros aquí se publican en puntos muy distintos de esa escala: 2309 g, 4640 g, 4691 g y 6419 g, con hélices de 16 in a 24 in y con buses de 4-6S a 12S.

Dos columnas de este grupo pesan más de lo que sugiere su anchura. La primera es el empuje publicado, porque una aeronave de elevación de cámara tiene que sostener su empuje durante minutos seguidos y no durante los segundos que un cuadricóptero de carreras pasa a pleno gas. La segunda es la resistencia interna, porque la masa del motor y la resistencia del bobinado se compensan mutuamente dentro de un tamaño de estator fijo, y el término de resistencia es el que convierte la corriente de vuelo estacionario en pérdida en el cobre dentro de una carcasa sin refrigeración activa. La resistencia del bobinado es lo que hace estimable la pérdida en el cobre, pero no es todo el calentamiento del motor: la temperatura que alcanza un motor también depende de sus otras pérdidas y de cómo sale el calor de la carcasa. Leer juntas esas dos columnas separa un registro ligero concebido para una plataforma de cámara pequeña de un registro más pesado concebido para sostener un gimbal grande con viento constante.

Donde se dividen los cuatro es en el bus y no en el empuje. Un registro se publica para 4-6S, otro para 6S, otro para 12S y otro a lo largo de 3-8S, y las cifras de KV siguen esa división, de 160 KV en el registro de 12S a 380 KV en el de 4-6S. Como el KV es la velocidad del eje por voltio aplicado, los registros con distinto número de celdas alcanzan velocidades de eje comparables a partir de tensiones de paquete distintas, y la cifra que los separa es la corriente que cada uno consume para su empuje publicado. Esa es la cadena por la que se selecciona un motor para dron de fotografía aérea, y las secciones siguientes la descomponen en orden.

Qué define a un motor para dron de fotografía aérea

Un motor para dron de fotografía aérea es un componente de propulsión seleccionado en función de una carga útil de cámara y no de un objetivo de rendimiento. Ese único cambio de referencia desplaza el énfasis de las cifras de pico a la parte del rango de funcionamiento que la aeronave realmente utiliza, porque una plataforma de cámara asciende una vez, se estabiliza y después mantiene la altitud durante la mayor parte de su vuelo. Las dos secciones siguientes abordan en orden las consecuencias de ese desplazamiento: cuánto empuje tiene que sostener cada rotor y cómo se ajusta el bobinado a él.

Empuje por rotor frente a la masa de la cámara

El empuje por rotor es una división antes que una especificación. La masa total de la aeronave, dividida por el número de rotores, da el empuje que un motor tiene que producir para mantener la aeronave inmóvil, y esa cifra es un suelo y no un objetivo. Un diseño de elevación de cámara deja normalmente un margen por encima del punto de vuelo estacionario para que el controlador de vuelo pueda aumentar el empuje en rotores individuales y corregir la actitud, y ese margen es lo que separa la cifra de empuje publicada del punto de funcionamiento. El registro de 2309 g de este grupo y el registro de 6419 g no son dos respuestas a la misma pregunta; son respuestas a preguntas planteadas por masas de cámara distintas y recuentos de rotores distintos, y ninguna de las dos cifras es útil hasta que se fijan la masa de la aeronave y el número de rotores. Un motor para dron de fotografía aérea se dimensiona por tanto a partir de esa división y no de una cifra de pico de una gama de producto.

El KV como primer filtro para una aeronave de elevación de cámara

El KV es el primer filtro porque une las dos decisiones más difíciles de cambiar después: la hélice y el paquete. Una hélice grande y lenta con una baja carga de disco es lo que quiere una plataforma de cámara, y una hélice grande necesita una velocidad de eje menor para el mismo empuje que una pequeña. El KV es rpm por voltio, de modo que la velocidad de eje que alcanza un registro es el producto de su KV por la tensión del bus conectada a él. Por eso el registro de 12S de aquí lleva el KV más bajo del grupo y el registro de 4-6S el más alto, y por eso una cifra de KV citada por sí sola no dice nada sobre la rapidez con que girará un motor en una aeronave concreta.

Cómo fija la masa de la cámara los requisitos del motor para dron de fotografía aérea

La masa de la cámara llega al motor a través del presupuesto de carga útil, y el presupuesto de carga útil es lo que fija el número de rotores y el empuje que cada rotor tiene que sostener. Un motor para dron de fotografía aérea se sitúa por tanto al final de una cadena que empieza en la cámara y su gimbal, y los dos pasos siguientes son donde esa cadena es más larga.

Cómo fija la clase de carga útil el número de rotores

Una cámara pequeña sobre un gimbal compacto encaja en un multirrotor ligero con un número de rotores modesto, y una cámara de cine grande sobre un soporte estabilizado necesita o más rotores o rotores más grandes. Las dos palancas no son equivalentes: añadir rotores divide el requisito de empuje y suma masa y resistencia aerodinámica al mismo tiempo, mientras que agrandar las hélices eleva el empuje disponible de cada rotor sin añadir un motor. En este grupo el registro más pequeño publica 2309 g de empuje con una hélice de 16 in y el más grande publica 6419 g con una hélice de 22 in, de modo que la clase de carga útil a la que sirve cada uno queda fijada tanto por la hélice con la que se publica como por el bobinado que lleva dentro. Por eso un motor para dron de fotografía aérea se elige en función de la clase de carga útil y no del tamaño de la aeronave.

Gas de vuelo estacionario y margen a gas parcial

El gas de vuelo estacionario es donde una plataforma de cámara consume su batería, y es una fracción de la banda de empuje publicada y no un porcentaje fijo de ella. Los datos de ensayo del fabricante hacen visible la forma de esa banda. En el U7 KV280, los datos de ensayo publicados para la hélice 22 × 6.6 in CF a 24 V reportan 1565 g de empuje con 10.52 g/W en el punto del 50 por ciento de gas, frente a 4640 g con 5.51 g/W a pleno gas. En esas condiciones de ensayo declaradas, el punto de menor gas entrega más empuje por vatio, y la cifra publicada a pleno gas es un techo para el diseño y no el punto en el que opera la misión. El punto del 50 por ciento no es, sin embargo, un objetivo de vuelo estacionario universal: el punto de funcionamiento en el que se asienta una aeronave depende de su masa total, de su número de rotores, de la hélice montada y de la reserva de empuje que el controlador de vuelo necesita para el control de actitud.

Vibración y gas de vuelo estacionario en una aeronave de elevación de cámara

La vibración llega a la imagen a través del gimbal, y el gimbal es sensible justo en la banda que un multirrotor produce en vuelo estacionario. El motor contribuye a esa banda por dos vías: la ondulación de par que entrega a la hélice y el comportamiento de su propia masa sobre el soporte. Ambas vías vienen fijadas por decisiones de diseño que las columnas de especificaciones describen solo en parte, y ambas importan más en un UAV de fotografía que en una aeronave volada por velocidad, porque la imagen es la carga útil y no un subproducto del vuelo.

Cogging, número de polos y suavidad a baja velocidad

El cogging es la variación de par que se percibe cuando el rotor pasa de una posición de diente del estator a la siguiente, y depende de la combinación de ranuras y polos así como del diseño magnético del motor, su entrehierro y sus tolerancias de fabricación. Las configuraciones 18N24P y 24N28P de este grupo introducen muchos pasos en una revolución, y eso es contexto de diseño útil, pero los recuentos de ranuras y polos por sí solos no establecen qué registro produce menos par de cogging o menos vibración en vuelo estacionario. Donde un fabricante publica datos medidos de par de cogging, equilibrio del rotor o vibración, esas son las cifras que hay que comparar, y el conjunto completo motor-hélice es lo que tiene que evaluarse en las condiciones de funcionamiento previstas.

Masa del motor, rigidez del soporte y amortiguamiento

La masa del motor, la rigidez del soporte y el amortiguamiento interactúan para determinar el comportamiento vibratorio del sistema de propulsión ensamblado. Cambiar la masa del motor o la rigidez del soporte puede desplazar resonancias estructurales, pero que eso mejore la estabilidad de la imagen depende de las frecuencias modales resultantes, de las fuentes de excitación y de cómo responde el gimbal, de modo que el efecto se evalúa a nivel del conjunto y no se infiere solo de la masa del motor. Lo que sí lleva la columna de masa es un coste que no está en duda: el registro de 317 g y el registro de 68 g de este grupo se sitúan en extremos opuestos de la carga que los demás rotores tienen que elevar durante todo el vuelo. Como la comparación no lleva ninguna estructura de montaje, espectro de vibración ni resultado modal de los cuatro registros, las columnas de aquí respaldan una lectura de masa y no una clasificación de cuál absorbe mejor las perturbaciones.

Motor para dron de fotografía aérea: matriz de comparación de especificaciones

Los cuatro registros comparados aquí son los modelos T-Motor cuyo servicio publicado es la elevación de cámara, expuestos como un único conjunto de especificaciones y ordenados por masa publicada de modo que el salto del registro más ligero al más pesado sea visible en la propia columna. Cada valor es la cifra que el fabricante publica para ese modelo con la hélice que se nombra a su lado, y ninguna celda es una estimación. Cuando un registro no lleva un campo, la tabla lo dice en lugar de rellenar el hueco. Los cuatro están montados en la misma categoría Motores para UAV y el mismo servicio UAV de fotografía, y cada uno es un candidato a motor para dron de fotografía aérea para una clase de carga útil distinta.

Modelo, configuración del estator, resistencia interna, número de celdas publicado, empuje máximo, hélice de ensayo y peso según los publica el fabricante para los cuatro registros de elevación de cámara comparados aquí, ordenados por peso publicado. El empuje máximo es la cifra publicada para cada modelo con la hélice que se nombra a su lado, y depende de esa hélice y de la tensión del bus utilizada en el ensayo, de modo que la columna solo es comparable dentro del grupo en el sentido de que describe la propia condición publicada de cada modelo. El número de celdas se muestra tal como se publica, de modo que una cifra única significa una única ventana publicada y un rango significa que ese modelo se publica a lo largo de todo el rango. El peso incluye el cable y el conector. Ninguna columna aparte repite la cifra de KV porque cada nombre de modelo de la tabla lleva su propia cifra de KV.

Dos lecturas destacan una vez que los cuatro están en la misma página, y ninguna de ellas es la columna de empuje. La primera es que la resistencia interna no sigue el mismo orden que la masa del motor en este conjunto de cuatro modelos. El MN4006 KV380 y el MN6007 II KV160 indican 194 mΩ y 178 mΩ respectivamente, con 68 g y 159 g de masa publicada, mientras que el MN7005 KV230 y el U7 KV280 indican cada uno 71 mΩ. Esas son diferencias de especificación útiles, pero la resistencia por sí sola no establece una construcción del bobinado ni predice qué registro funciona más frío en vuelo estacionario: la pérdida en el cobre que produce un registro depende de la corriente y de la definición de resistencia que corresponden a su propio punto de funcionamiento, y el calentamiento total de un motor también depende de sus otras pérdidas y de sus condiciones de refrigeración.

La segunda lectura se refiere a los dos registros que quedan más cerca en empuje. El MN7005 KV230 publica 4691 g y el U7 KV280 publica 4640 g, una diferencia de 51 g, y sin embargo los dos están a 129 g de distancia en masa y llevan configuraciones de estator distintas y ventanas de bus distintas. Un empuje publicado casi idéntico con una disposición de estator distinta y un número de celdas distinto es el recordatorio más claro de la tabla de que el empuje es una propiedad de un motor junto con una hélice y una tensión, y de que la masa y la resistencia son resultados de empaquetado y no descripciones del servicio. Elegir entre ellos depende del bus que la aeronave puede llevar y de la distancia de los motores a la electrónica, no de los 51 g.

Una tercera lectura es el bus. Dos registros se publican para una única tensión, 6S y 12S, y dos a lo largo de una ventana, 4-6S y 3-8S. Los registros de tensión única se caracterizan en un solo punto de funcionamiento, lo que los hace fáciles de comparar pero estrechos de integrar, mientras que los registros con ventana dejan abierta la elección del paquete. Para un montaje de elevación de cámara la ventana importa porque el paquete a menudo se selecciona después de la aeronave, y un registro publicado a lo largo de 3-8S o 4-6S mantiene esa decisión disponible.

Ajustar un motor para dron de fotografía aérea a la tensión del bus y la clase de hélice

Un motor para dron de fotografía aérea solo queda definido una vez que se le asocian una tensión de bus y una hélice, porque esas dos entradas convierten una cifra de KV en una velocidad de eje y un empuje en una corriente. Las dos secciones siguientes toman las entradas en el orden en que se condicionan mutuamente.

Ventana de tensión del bus

La ventana de bus publicada para un motor para dron de fotografía aérea es el rango de tensiones de paquete que el fabricante ha caracterizado. Para un nivel dado de potencia de eje en condiciones comparables, una tensión de bus más alta permite en general una corriente de alimentación menor, lo que reduce la pérdida en el cobre, y un número de celdas mayor también significa un paquete más pesado y un ESC de mayor capacidad. La elección del bus por sí sola no basta, sin embargo, para clasificar estos cuatro registros por corriente de vuelo estacionario o por eficiencia de propulsión, porque sus características de motor, hélices, requisitos de empuje y puntos de funcionamiento difieren todos; la masa del paquete, la compatibilidad del ESC y los datos de ensayo del fabricante para el punto de funcionamiento previsto se leen juntos cuando se selecciona el bus. En este grupo las ventanas van de 4-6S en el MN4006 KV380, pasando por 6S en el MN7005 KV230 y 3-8S en el U7 KV280, hasta 12S en el MN6007 II KV160, de modo que la ventana única más ancha y la tensión única más alta están en registros distintos y sirven a aeronaves distintas.

Clase de hélice y empuje por rotor

La hélice fija la velocidad de eje que el motor tiene que alcanzar y el par que tiene que entregar, y las cifras de empuje publicadas se citan con una hélice concreta por esa razón. La 16 × 5.4 in CF del MN4006 KV380, la 22 × 6.6 in del MN6007 II KV160, la 24 × 7.2 in CF del MN7005 KV230 y la 22 × 6.6 in CF del U7 KV280 sitúan los cuatro registros en clases de diámetro distintas, y el empuje que publica cada uno se deriva de su propia hélice y no solo de su estator. Un registro citado con una hélice grande y lenta no reproducirá su empuje publicado con una pequeña y rápida, y la cifra que hay que comprobar antes de decidir son los datos del fabricante para la hélice que la aeronave lleva realmente.

Registros de elevación de cámara, modelo por modelo

Leídos como grupo, los cuatro registros cubren un rango de elevación de cámara que va de una plataforma de gimbal compacta a un soporte estabilizado grande, y entre ellos abarcan las tensiones de bus para las que se publica habitualmente un motor para dron de fotografía aérea. Cada uno se trata a continuación con los campos que lleva su propio registro y nada más.

MN4006 KV380

El MN4006 KV380 abre el grupo con 68 g incluido su cable, sobre un estator 18N24P con 194 mΩ de resistencia interna y una ventana de 4-6S. Sus 2309 g de empuje publicados llegan con una hélice 16 × 5.4 in CF, y su registro lleva un cable de 50 mm y una corriente en vacío de 0.3 A a 22 V. Es el registro para la aeronave de elevación de cámara más pequeña del conjunto, donde la cámara y el gimbal juntos son una fracción de kilogramo y el paquete es lo bastante pequeño para que la corriente por rotor se mantenga modesta en el extremo de 4-6S de su ventana.

MN6007 II KV160

El MN6007 II KV160 es el registro de 12S del grupo y el que tiene el empuje publicado más alto, 6419 g con una hélice de 22 × 6.6 in. Su estator 24N28P y 178 mΩ de resistencia acompañan a una masa de 159 g incluido el cable, un cable de 70 mm y una corriente en vacío de 0.5 A a 18 V. Un KV bajo en un bus alto es la disposición que quiere una hélice grande y lenta, y su clasificación de 12S, su KV bajo y su empuje publicado lo convierten en un candidato que evaluar para configuraciones de elevación de cámara mayores, siempre que la hélice, el punto de funcionamiento de vuelo estacionario, la masa total y el sistema eléctrico sean compatibles con la aeronave prevista.

MN7005 KV230

El MN7005 KV230 lleva la resistencia interna más baja del conjunto, 71 mΩ, sobre un estator 24N28P y una masa de 188 g incluido el cable, y publica 4691 g de empuje con una hélice 24 × 7.2 in CF dentro de una ventana de 6S. Su cable mide 60 mm, su eje mide 15 mm y su corriente en vacío es de 0.9 A a 22 V. Una hélice de 24 in en un bus de 6S es el disco más ancho del grupo, y es una combinación concebida para sostener una plataforma de cámara estable y no para ascender con fuerza.

U7 KV280

El U7 KV280 es el registro más pesado de aquí, con 317 g incluido el cable, y lleva la ventana de bus más ancha del grupo, de 3-8S, lo que deja abierta la elección del paquete durante más tiempo que un registro de tensión única. Su estator 12N14P lleva 71 mΩ de resistencia, su eje mide 6 mm, su cable mide 750 mm y su corriente en vacío es de 0.5 A a 10 V, y el fabricante publica 4640 g de empuje con una hélice 22 × 6.6 in CF. El cable de 750 mm y la masa de 317 g son cifras de empaquetado e instalación: el cable largo conviene a un bastidor donde los motores se montan más lejos de la electrónica, y ninguno de los dos valores dice nada sobre la vibración que produce el conjunto.

Seleccionar un motor para dron de fotografía aérea: una secuencia de dimensionamiento

Los tres pasos siguientes aplican las columnas en el orden que convierte una carga útil de cámara en una lista corta.

Presupuesto de vuelo estacionario antes que las cifras del motor

La cámara, el gimbal, la aeronave y el paquete se pesan antes de leer ningún motor, porque la masa total y el número de rotores juntos dan el empuje que un rotor tiene que sostener en vuelo estacionario. Esa cifra acota entonces la búsqueda: un registro cuyo empuje publicado queda por debajo del requisito de vuelo estacionario con su propia hélice no puede rescatarlo un paso posterior. En este grupo el empuje publicado sube de 2309 g a 6419 g, y los dos registros del medio quedan a menos de 51 g entre sí pese a una diferencia de 129 g de masa, lo que recuerda que la columna de empuje hay que leerla frente a la hélice y el bus y no por sí sola.

Bus, hélice y bobinado en conjunto

El bus es una decisión por derecho propio porque fija la masa del paquete y la capacidad del ESC al mismo tiempo que fija la corriente de vuelo estacionario. Un KV bajo en un bus alto consume menos corriente para una potencia de eje dada en condiciones comparables, lo que reduce la pérdida en el cobre, y lo paga con un paquete más pesado. En este grupo la elección va del registro de 4-6S, pasando por 6S y 3-8S, hasta el registro de 12S, y la columna de resistencia marca las decisiones ajustadas: 194 mΩ y 178 mΩ en los dos registros más ligeros frente a 71 mΩ en los dos registros de empuje publicado similar. En qué se convierte esa diferencia depende de la corriente que cada registro consume realmente en su propio punto de funcionamiento, de modo que la columna se lee como una indicación y no como una temperatura.

Montaje, masa y holguras al final

Solo después de que el servicio, el bus y el bobinado hayan reducido la lista deciden la elección los detalles de montaje, y para entonces el conjunto de candidatos es lo bastante corto para que el eje, el cable y las holguras lo decidan. La columna de masa se lee frente al presupuesto de carga útil en este paso y no como una puntuación de calidad. Cuando un registro no lleva un campo del que depende el montaje, lo honesto es plantear la pregunta a la documentación del fabricante y no inferir el valor de un modelo vecino.

Los tres pasos aplicados a este grupo dan una lista corta y no una respuesta:

1. Plataformas de cámara compactas. El MN4006 KV380 es el registro de 4-6S con 68 g, y sus 2309 g de empuje publicados con una hélice de 16 × 5.4 in convienen a un gimbal ligero sobre un bastidor pequeño.
2. Aeronaves de cámara estabilizada de tamaño medio. El MN7005 KV230 y el U7 KV280 publican 4691 g y 4640 g con hélices de 24 × 7.2 in y 22 × 6.6 in, y la elección entre ellos se deriva del bus que el bastidor puede llevar y de lo lejos que quedan los motores de la electrónica.
3. Soportes estabilizados grandes en un bus alto. El MN6007 II KV160 es el registro de 12S y publica el empuje más alto del conjunto, 6419 g, con el KV más bajo.

Preguntas frecuentes

Recursos oficiales

T-Motor publica una página de producto oficial para cada unidad con su panel de especificaciones y sus datos de ensayo, y esas páginas siguen siendo la fuente de referencia de cada cifra citada en esta guía —por ejemplo la página de producto del MN4006 KV380, la página de producto del U7 KV280, la página de producto del MN6007 II KV160 y la página de producto del MN7005 KV230. Las cifras de resistencia, número de celdas, empuje, hélice y masa de la tabla anterior son los valores que esas páginas publican para cada modelo. Una cifra de corriente de vuelo estacionario con una hélice y una tensión concretas, un supuesto térmico detrás de una cifra de potencia publicada o un campo que un registro no lleva son una pregunta para la documentación del fabricante y no un valor que pueda derivarse del panel de especificaciones.

Adónde ir después

Para preseleccionar en lugar de leer, tres herramientas de la plataforma hacen el trabajo en secuencia. La categoría completa Motores para UAV permite ver estos cuatro registros de elevación de cámara junto a los modelos de carga pesada, agrícolas y VTOL; Selección acota por número de celdas, masa y empuje publicado, y Comparar productos sitúa los candidatos unos frente a otros. La página de aplicación UAV de fotografía reúne el mismo servicio con sus propios atributos de filtro.

Otros cuatro artículos tratan las partes de una selección de elevación de cámara que una comparación de motores no resuelve. Motores de gimbal: accionamiento directo de bajo KV para plataformas de cámara cubre el eje de accionamiento directo que apunta la cámara, que es una elección distinta de los motores que la elevan. Motores BLDC para UAV de larga autonomía: eficiencia, masa y tensión del bus toma los mismos registros y los lee frente al tiempo de vuelo y no frente a la carga útil, y Cómo elegir un motor UAV de inspección: KV, empuje y vuelo estacionario estable aplica la misma lógica de empuje y vuelo estacionario a una plataforma de cámara que tiene que mantener la posición sobre un punto. Dimensionar un motor de dron de empuje elevado: carga útil, eficiencia y margen térmico retoma el extremo de alto empuje del mismo tema, donde la carga útil es lo bastante grande para que el margen térmico determine el motor.

La versión corta: pesar primero la cámara y el gimbal, porque fijan la masa total y el número de rotores a los que tiene que servir un motor para dron de fotografía aérea; fijar después el diámetro de la hélice, porque fija la velocidad de eje que el motor tiene que alcanzar; ajustar el KV al bus en tercer lugar, porque el KV solo se convierte en velocidad de eje una vez que se le asocia una tensión; y leer el bobinado frente a la corriente de vuelo estacionario al final, porque la cifra de empuje publicada queda por encima del punto en el que opera la misión. Dentro de este grupo esa secuencia separa el registro de 4-6S de 68 g de los dos registros de tamaño medio y del registro de 12S antes de ponderar un modelo concreto frente a otro.