Dimensionar un motor de dron de empuje elevado: carga útil, eficiencia y margen térmico

Un motor de dron de empuje elevado no es la unidad más grande de una hoja de especificaciones; es el que todavía entrega su empuje en el punto de funcionamiento que el aeronave vuela realmente. Dimensionarlo parte de la masa que el aparato debe elevar, reparte esa masa entre los rotores y luego comprueba si puede sostener su parte de la carga sin agotar el margen térmico. La clase de carga útil, el empuje por rotor y el margen térmico son las tres magnitudes que deciden la respuesta, y en un aparato de gran carga son también las magnitudes que fijan cuánta masa de motor de dron de empuje elevado hay que embarcar para cumplir la misión.

Esta guía repasa diez de las fichas actualmente listadas en la categoría Motores UAV de ToBMS, todas ellas unidades T-Motor que las fichas de ToBMS agrupan bajo Dron de gran carga y UAV agrícola, y expone qué especificación decide la elección en cada paso. Cada cifra de abajo procede de la ficha de producto de ToBMS o de la especificación publicada por el fabricante; las relaciones derivadas de esas cifras se marcan como derivadas y, cuando un valor no está publicado, se marca como no publicado en lugar de deducirse de un modelo similar.

Respuesta rápida

La clase de carga útil va primero, y es un dato del aparato y no del motor. Las ocho fichas Navigator examinadas aquí indican una masa máxima al despegue del aparato directamente en la página del fabricante, desde 60 kg en el T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor hasta 140 kg en el T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor. Ese número es la masa total del aparato, no la carga útil que cuelga de él; la carga útil es lo que queda tras restar la célula, el paquete de baterías, la aviónica y los motores, lo que explica por qué la elección del motor se deriva de un presupuesto de masa y no de una cifra de carga útil por sí sola, y por qué un motor de dron de empuje elevado se elige siempre en función de la célula y no de la carga sola.

El empuje que debe entregar un motor de dron de empuje elevado se fija después repartiendo entre los brazos el empuje que necesita el aparato. La práctica de los multirrotores presupuesta un múltiplo de la masa total para que el control de actitud conserve autoridad durante las maniobras y las perturbaciones, por lo que el empuje máximo registrado por motor es un techo y no un punto de funcionamiento. El control continuado tras el fallo de un rotor es un requisito de tolerancia a fallos independiente, que se deriva de la configuración del aparato, de la asignación de control y del caso de fallo, y no de la sola cifra de empuje máximo. Una tercera magnitud decide si ese techo se mantiene en vuelo, y es el margen térmico: los valores de potencia y corriente publicados para estos motores se declaran sobre una ventana corta, y la temperatura superficial en el banco de pruebas del fabricante se mide a un nivel de gas y una duración de funcionamiento concretos. Diez fichas no pueden ordenarse entre sí sobre esa base, porque la hélice, la tensión de bus y las condiciones de ensayo cambian de una página a otra. Lo que las cifras sí pueden hacer es mostrar dónde queda el margen para un motor así, una hélice y un bus determinados, y esa es justamente la comparación que necesita una decisión de dimensionamiento.

Qué caracteriza a un motor de dron de empuje elevado

Nada en la construcción de un motor de dron de empuje elevado cambia en el extremo pesado de la clase. Lo que cambia, es qué parte de la especificación se convierte en la restricción determinante. En una célula pequeña el límite suele ser el paquete de baterías y el cableado, y se elige para que encaje con una hélice que ya se adapta al chasis. En una célula de gran carga o agrícola el límite se desplaza a la vez hacia la carga térmica y la masa del motor, y en estas células la carga térmica y la masa del sistema de propulsión pueden llegar a ser restricciones acopladas importantes conforme crecen la carga útil requerida y las exigencias de misión, que es lo que hace distinto el problema de selección en este extremo de la gama.

Empuje por rotor frente a la masa del motor

Dos magnitudes se sitúan a uno y otro lado de cada decisión de gran carga, y ninguna de las dos puede leerse sola. El empuje por rotor es lo que el motor de dron de empuje elevado debe producir en el punto de funcionamiento; su masa es lo que el aparato paga por ese empuje en cada vuelo, y los motores forman parte de la masa total que eleva el sistema de propulsión. Las dos magnitudes se mueven juntas en las diez fichas de abajo: el T-Motor U11 II KV120 UAV Motor pesa 772 g y registra 14159 g de empuje, mientras que el T-Motor MN1330 KV40 pesa 2750 g y registra 75415 g. Entre ambos, la masa sube en un factor de aproximadamente 3.6 y el empuje registrado en un factor de aproximadamente 5.3, y esa diferencia de pendiente es sobre lo que apuesta una decisión de dimensionamiento.

Lea las dos magnitudes como un par y no como una nota. Un motor de dron de empuje elevado ligero para su empuje reduce la masa que carga el sistema de propulsión, pero también tiene menos cobre y menos estátor para disipar la pérdida que genera, y los dos efectos no son independientes. Un motor pesado para su empuje aporta más material al problema térmico pero suma a la masa que el aparato eleva en cada vuelo y a la inercia contra la que debe trabajar el controlador de actitud. De qué lado de ese compromiso está lo correcto depende del perfil que vuela el aparato, y el mismo motor puede quedar a uno u otro lado de la línea para dos misiones distintas.

El KV como primer filtro

El KV es la constante de velocidad del bobinado, expresada en rpm por voltio, y en estas fichas va de 130 en el MN1115 hasta 40 en el MN1330. Su papel práctico en el dimensionamiento es indicar para qué número de celdas y qué diámetro de hélice se bobinó el motor de dron de empuje elevado. Un KV bajo en un bus dado hace girar la misma hélice más despacio, y un bobinado de KV bajo puede ser adecuado para configuraciones de menor velocidad y mayor hélice, pero la corriente a un empuje dado debe evaluarse a partir de los datos de funcionamiento motor-hélice y no del valor de KV, que es lo que permite a una célula de gran carga girar una hélice grande sin que la corriente suba por encima de lo que un controlador puede sostener de forma continua. El KV es una afirmación de correspondencia y no un criterio de calidad, y un bus de 24S moviendo una hélice de 20 in y un bus de 24S moviendo una hélice de 30 in querrán valores distintos incluso para un mismo objetivo de empuje.

La magnitud relacionada en un motor de dron de empuje elevado es la configuración del estátor, y en los motores Navigator se publica como número de ranuras y polos, por ejemplo 36N40P o 36N42P. Cada una de las ocho fichas Navigator de aquí es un motor de rotor externo de alto número de polos y gran diámetro de estátor, desde 120.5 mm en la serie MN11 hasta 150 mm en la serie MN13. El valor de KV refleja el bobinado y el diseño electromagnético de ese motor; el número de polos y las dimensiones del estátor aportan contexto adicional pero no determinan el KV de forma independiente. Las dos series se reparten según esa línea: el grupo MN11 combina un estátor de 120.5 mm con 12S o 24S, y el grupo MN13 combina un estátor de 150 mm con 14S o 24S. La guía UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe repasa la misma relación en las gamas U, Navigator, P y AT para quien quiera el caso general antes que el particular.

Cómo se fija la clase de carga útil de un motor de dron de empuje elevado

La clase de carga útil de una célula no es una propiedad del motor, y la cifra que el fabricante publica junto a un motor tampoco es un valor nominal de carga útil. T-Motor indica una masa máxima al despegue del aparato para cada motor Navigator, y ese número describe el aparato más pesado que el motor está destinado a accionar, y no la carga que tal aparato puede llevar. Pasar de una cifra a la otra es una resta, y el resultado depende de cómo esté construida la célula.

Clase de carga útil y número de rotores

El dimensionamiento de un motor de dron de empuje elevado parte de la masa total y resta todo lo que no es carga útil: la célula, el paquete de baterías, la aviónica, el soporte de carga útil y los propios motores. Lo que queda es la masa disponible para el equipo de misión, y en una célula de gran carga ese resto depende de la masa de la célula, la batería, el sistema de propulsión, la aviónica y el soporte de carga útil dentro de la masa total admisible. Las masas máximas al despegue declaradas en las ocho fichas Navigator van desde 60 kg en el MN1115 KV130 hasta 70 kg en el T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor, 80 kg en el T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor, 90 kg en el T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor, 100 kg tanto en el T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor como en el T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor, 120 kg en el T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor y 140 kg en el MN1330 KV40. Las dos fichas de la serie U, el U11 II KV120 y el T-Motor U13 II KV65 UAV Motor, no publican una masa máxima al despegue del aparato, por lo que aquí no se les asigna clase.

El número de rotores reparte después esa masa. Una célula de la misma masa total montada sobre seis brazos exige más de cada motor que la misma célula montada sobre ocho, y la diferencia no es solo aritmética: cuantos menos rotores, más depende el aparato de cada uno de ellos y mayor es la parte del presupuesto de control que debe reservarse para el control de actitud y las perturbaciones. Un presupuesto de propulsión que gasta toda la cifra de empuje registrada en vuelo estacionario no deja nada para esa reserva, y por eso la fracción de empuje máximo usada en vuelo estacionario es un dato de entrada del dimensionamiento y no un resultado.

Margen de empuje a medio gas

Un motor de dron de empuje elevado en una célula de gran carga pasa la mayor parte de su vuelo a medio gas, y es en la zona de medio gas donde reside el margen. Los datos de ensayo del fabricante muestran qué parte de la cifra de empuje se produce a gas moderado: en el MN1330 KV40 con una hélice 52 x 20 in, la tabla de banco registra 14117 g a 40 percent de gas frente a 75415 g a 100 percent, de modo que la mitad superior del recorrido del acelerador soporta la mayor parte del empuje ofrecido. Traducir eso en un punto de funcionamiento significa elegir el gas al que el aparato se mantiene en vuelo estacionario a plena carga y comprobar cuánto recorrido queda por encima.

La segunda parte del margen es la diferencia entre el empuje que un motor registra y el empuje que puede sostener. Las páginas Navigator publican dos valores por brazo uno junto a otro, un máximo y un valor nominal, y la diferencia entre ellos es amplia: el MN1123 KV53 registra 47.5 kg de máximo frente a 20-22 kg nominales por brazo, el MN1325 KV47 registra 68.0 kg frente a 30-32 kg, y el MN1330 KV40 registra 75.4 kg frente a 35-38 kg. Esa diferencia es la que hay entre lo que el motor de dron de empuje elevado puede producir en un banco de pruebas durante un breve pico a pleno gas y lo que está destinado a sostener como carga de trabajo, y se dimensiona con el segundo valor, usando el primero como el techo que no se le debe pedir que sostenga.

Eficiencia a medio gas y a pleno gas

La eficiencia es la única magnitud de la cadena de dimensionamiento de un motor de dron de empuje elevado que las fichas describen indirectamente, y la razón es que el empuje por vatio es una propiedad del motor y la hélice juntos y no del motor solo. Las tablas de ensayo del fabricante lo registran como una relación, en gramos de empuje por vatio, y esa relación se mueve con el gas en cada motor examinado aquí. En el MN1330 KV40 con una hélice 52 x 20 in, la tabla de banco da 10.61 g/W a 40 percent de gas y 4.64 g/W a 100 percent, y la misma forma aparece en el U11 II KV120 con una hélice 28 x 9.2 in, con 11.72 g/W frente a 5.08 g/W. El empuje sube en ese intervalo y el empuje por vatio no, que es la aritmética detrás del margen a medio gas tratado arriba.

Resistencia interna y pérdidas del bobinado

La pérdida en el cobre del bobinado sigue una relación I²R, de modo que la resistencia fija qué parte de la entrada se convierte en calor en un punto de funcionamiento dado, pero estimarla a partir de datos publicados exige definiciones de resistencia y corriente compatibles entre sí, en lugar de multiplicar el valor de fase a fase por un valor de corriente cualquiera. En las diez fichas, los valores publicados abarcan una banda amplia, desde 7.5 mΩ en el MN1315 KV100 hasta 80±5 mΩ en el U11 II KV120, y el orden de esa banda no sigue el orden de los empujes: el MN1315 KV100 es una de las fichas de mayor empuje de aquí y además lleva la menor resistencia publicada, mientras que el MN1118 KV108 y el MN1115 KV130 registran 13 mΩ y 16 mΩ a 12S y el MN1123 KV53 registra 35 mΩ a 24S. La resistencia es una propiedad del bobinado de un motor de dron de empuje elevado y se da para el bobinado que describe la página, por lo que se lee junto con el número de celdas y no por sí sola.

Corriente en vacío y resistencia sin carga

El lado sin carga del balance es la corriente en vacío, publicada como 1.5 A a 18 V en el U11 II KV120, 1.7 A a 18 V en el U13 II KV65, y entre 2.0 A y 5.7 A a 20 V en las fichas Navigator. Esa corriente cubre la pérdida que el motor de dron de empuje elevado produce al girar sin carga: rozamiento de los rodamientos, resistencia aerodinámica entre el rotor y el estátor, y la pérdida en el hierro de un estátor conmutado a una frecuencia fijada por el número de polos y la velocidad. En un motor de rotor externo de gran estátor es una pequeña fracción de la corriente de trabajo, y su influencia en una decisión de dimensionamiento está en el extremo bajo del recorrido del acelerador, donde el empuje útil es menor y la parte de la entrada gastada en pérdida sin carga es mayor. En ese motor ni la resistencia ni la corriente en vacío son magnitudes sobre las que se decida directamente; ambas se leen para seguir a dónde va la pérdida, lo que la sección térmica de abajo aplica después a un punto de funcionamiento.

Empuje por rotor y su coste en masa del motor

Una vez fijadas la clase de carga útil y el número de rotores, la pregunta que queda es cuánto empuje debe producir cada brazo y cuánto pesa el motor que lo produce. Las dos son especificaciones separadas en la página y una sola decisión en la célula, porque cada gramo que añade el motor de dron de empuje elevado forma parte de la masa total que el aparato debe elevar, y el empuje que produce ese motor es parte de lo que lo eleva.

Cómo leer el valor en kg

La cifra de empuje publicada para un motor de dron de empuje elevado es un máximo registrado en un banco de pruebas a una tensión, hélice y gas declarados, y leerla correctamente significa leer esas tres condiciones con ella. Las diez fichas de abajo se declaran sobre hélices desde una unidad de 28 x 9.2 in hasta una unidad de 52 x 20 in, en buses de 12S a 22-25S, y las cifras van de 14.16 kg en el U11 II KV120 a 75.4 kg en el MN1330 KV40. Ninguna de ellas es un empuje nominal en el sentido de un valor destinado a sostenerse indefinidamente, y las páginas Navigator separan explícitamente las dos ideas publicando un máximo y un valor nominal por brazo uno junto a otro. Donde una decisión de dimensionamiento necesita el valor de trabajo y no el techo, el valor nominal por brazo es el que hay que leer, y donde la página no lo publica, el techo es el único número publicado y debe tratarse como tal.

Masa del motor por kg de empuje máximo registrado

Dividir la masa registrada de un motor de dron de empuje elevado por su empuje máximo registrado da un valor derivado que describe lo que cuesta el empuje en masa frente a ese máximo, y en las diez fichas se sitúa entre 30.0 g y 54.5 g por kg de empuje máximo registrado. No es una métrica de eficiencia normalizada, porque las hélices, las tensiones de bus y las condiciones de ensayo difieren de una ficha a otra. Las ocho fichas Navigator se mantienen en una banda estrecha desde 30.0 g en el MN1123 KV53 hasta 36.5 g en el MN1330 KV40, lo que supone una dispersión de aproximadamente un quinto en un rango de empuje que más que se duplica. Las dos fichas de la serie U quedan fuera de esa banda por arriba, y es el U11 II KV120 el que queda más alto, con 54.5 g por kg de empuje máximo registrado. Las especificaciones listadas no ofrecen un desglose de masa a nivel de componentes, por lo que la contribución propia de su estructura y su bobinado no puede aislarse a partir de estas fichas solas; el U11 II KV120 es no obstante el motor más ligero de aquí con 772 g y registra el menor empuje con 14.16 kg. Para ese motor el valor se deriva de valores publicados y no es en sí mismo una especificación del fabricante; es útil para ver cómo cambia el coste del empuje a lo largo de una gama, y se lee junto al valor de empuje en lugar de en su lugar.

Masa máxima al despegue del aparato, empuje, masa del motor, número de celdas y hélice según lo publicado por el fabricante y recogido en la ficha de producto de ToBMS; la masa del motor se indica con cables incluidos. La masa del motor por kg de empuje máximo registrado se deriva aquí de la masa registrada y del empuje máximo registrado y no es un dato del fabricante; como las condiciones de ensayo y las hélices difieren, no debe leerse ni como una métrica de eficiencia normalizada ni como una medida directa de la capacidad de carga útil en vuelo. Las páginas Navigator indican los valores por brazo como Max Thrust/Arm y Rated Thrust/Arm; las dos páginas de la serie U indican una sola cifra de empuje máximo y ningún valor nominal por brazo, y las celdas que indican no publicado se dejan abiertas en lugar de rellenarse a partir de un modelo comparable. Cada tabla de ensayo del fabricante se lee junto al bloque de hélice, el escalón de gas y la tensión de bus impresos en la página de la que procede, porque el orden de las columnas y la unidad de eficiencia no son los mismos en las páginas de la serie U que en las Navigator. Ninguna cifra térmica o de eficiencia se compara entre los modelos de esta tabla: la hélice, la tensión de bus, el nivel de gas y la duración del funcionamiento difieren de una página a otra, y el fabricante señala que las cifras de banco pretenden servir de referencia para ese motor y no de base para comparar tipos de motor.

El diámetro de hélice detrás de cada cifra de empuje

La hélice asociada a un motor de dron de empuje elevado no es un accesorio de la cifra de empuje; forma parte de su definición. El empuje registrado para un motor lo produce la hélice con la que se ensayó, y cambiar esa hélice desplaza el punto de funcionamiento motor-hélice y puede cambiar tanto el empuje como el consumo de corriente, por lo que las fichas de aquí se leen con las condiciones de ensayo adjuntas. Hasta qué punto la hélice determina el resultado se ve aquí: las dos fichas con los valores de KV más cercanos, el MN1130 KV45 con 45 y el MN1325 KV47 con 47, se ensayan con la misma hélice NS47 x 18 in y sin embargo registran 57.3 kg frente a 68.1 kg, así que la diferencia está en el estátor y el bobinado y no en la hélice. La elección de hélice está limitada por la célula antes que por el motor, ya que el diámetro del disco debe librar los brazos y el chasis, y por la velocidad de punta de pala, ya que una hélice grande con un KV demasiado alto superará la velocidad a la que las puntas de pala dejan de ser eficientes. En una célula agrícola la misma restricción aparece como una cuestión de patrón de pulverización, que la guía BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque aborda desde el lado del ciclo de trabajo.

Margen térmico de un motor de dron de empuje elevado

El margen térmico de un motor de dron de empuje elevado es la diferencia entre el calor que produce en un punto de funcionamiento y el calor que puede disipar sin que el bobinado o los imanes alcancen una temperatura a la que los valores publicados dejan de aplicarse. Es la magnitud que una cifra de empuje no puede describir, porque el mismo motor al que se pide sostener el mismo empuje con una hélice mayor, un número de celdas menor o una subida más larga alcanzará una temperatura distinta para lograrlo. Las fichas examinadas aquí describen ese límite de tres maneras distintas, y leerlas juntas es lo que convierte una cifra de empuje en un punto de funcionamiento.

La potencia y la corriente nominales en 180 s

La primera descripción es la potencia y la corriente nominales, y en cada ficha de aquí se declara sobre una ventana de 180 s en lugar de como un valor continuo. Las fichas Navigator la publican como una potencia máxima en 180 s junto a una corriente de pico: 2816 W y 180 A en el MN1115 KV130, 2230 W y 192 A en el MN1118 KV108, 2400 W y 108 A en el MN1123 KV53, 3218 W y 132 A en el MN1130 KV45, 3300 W y 248 A en el MN1315 KV100, 2900 W y 150 A en el MN1320 KV49, 3400 W y 170 A en el MN1325 KV47 y 3400 W y 177 A en el MN1330 KV40. Las dos fichas de la serie U indican las mismas dos magnitudes al revés en la ficha de ToBMS, con la potencia en 180 s en la línea de potencia máxima y la corriente en 180 s en la línea de corriente de pico: 2783 W y 57.3 A en el U11 II KV120, y 6720 W y 68 A en el U13 II KV65. La ventana es la parte operativa de la especificación. Un valor nominal en 180 s describe un pico, y una célula de gran carga que vuela una misión de diez minutos pasa la mayor parte de ella muy por debajo de esa cifra y debe dimensionarse de modo que la corriente sostenida quede dentro de la capacidad continua del bobinado, no frente a la cifra de pico.

Pérdidas en el cobre, vía de refrigeración y montaje

La segunda descripción es la pérdida misma. La pérdida en el cobre es una contribución importante al calor que un motor de dron de empuje elevado produce en vuelo y aumenta con el cuadrado de la corriente bajo una definición coherente de la resistencia, mientras que las pérdidas en el hierro y mecánicas también contribuyen, con una importancia relativa que depende del punto de funcionamiento; el término del cobre lo fija la resistencia de fase a fase publicada para el motor: 7.5 mΩ en el MN1315 KV100, 13 mΩ en el MN1118 KV108, 16 mΩ en el MN1115 KV130, 17.5 mΩ en el MN1325 KV47, 19.5 mΩ en el MN1330 KV40, 20.5 mΩ en el MN1320 KV49, 35 mΩ en el MN1123 KV53, 38 mΩ en el MN1130 KV45, 73 mΩ en el U13 II KV65 y 80±5 mΩ en el U11 II KV120. La pérdida en el hierro y la resistencia sin carga tratadas antes añaden una cantidad menor. El calor que produce la pérdida en el cobre debe después salir del motor, y el camino que recorre forma parte de la especificación y no es un añadido posterior: las páginas Navigator describen una estructura de aletas de refrigeración de una sola pieza en fundición inyectada alrededor del estátor, indican que duplica la superficie de disipación de calor frente a una estructura de refrigeración partida, e indican que reduce la temperatura del bobinado en 5 ℃ a 8 ℃. Los materiales que sustentan ese camino también se publican, con un recubrimiento de 150 ℃ en el estátor, un hilo de cobre de 220 ℃ e imanes especificados para 180 ℃, con una envolvente IP45 y un rango de funcionamiento declarado de -30 ℃ a 55 ℃. El montaje importa por la misma razón, porque el brazo es el disipador al que el motor conduce el calor, y un motor atornillado a una placa con mal contacto se calienta más que el mismo motor sobre un soporte mecanizado de la misma masa.

Dónde se agota el margen térmico

La tercera descripción de un motor de dron de empuje elevado es la temperatura superficial medida, y es la magnitud que hace concretas las dos primeras. En las fichas Navigator el fabricante indica la temperatura superficial del motor tras funcionar a 80 percent de gas durante 10 minutos con una ambiente de 25 ℃, y en los bloques de bobinado esas páginas publican valores que van de 82 ℃ a 122 ℃. Cada uno pertenece a la hélice, la tensión de bus y el número de celdas impresos en la misma página, por lo que la banda describe el intervalo que ocupan las mediciones y no un orden, y el fabricante señala que las cifras de banco pretenden servir de referencia para ese motor y no de base para comparar tipos de motor. Las dos fichas de la serie U indican su temperatura superficial de otra forma aún, medida a 100 percent de gas con la duración del funcionamiento declarada en uno, dos, cinco o diez minutos según el bloque de hélice y una ambiente de 19 ℃ en la página del U11 II, donde esa página indica una, y por eso en esta guía no se compara ninguna temperatura entre modelos.

Lo que la temperatura superficial permite es una comprobación de margen. La temperatura superficial registrada ofrece una referencia útil para evaluar el comportamiento térmico en las condiciones de ensayo declaradas, pero no establece directamente la temperatura del bobinado o de los imanes. Evaluar el margen térmico en condiciones de vuelo reales exige considerar la elevación de temperatura interna, las condiciones ambientales, la refrigeración, el montaje y el ciclo de trabajo, leídos frente a los límites de temperatura que el fabricante indica para el motor de dron de empuje elevado. Un motor de rotor externo de gran estátor de esta clase tiene suficiente masa térmica para que una sobrecarga breve mueva la temperatura despacio, por lo que un valor nominal de pico resulta útil, y suficiente inercia térmica para que una sobrecarga sostenida tarde mucho en mostrarse y mucho en disiparse. El margen de un motor de dron de empuje elevado lo consume por tanto el perfil de trabajo en su conjunto y no un solo instante, y en una célula agrícola que vuela ciclos cargados repetidos es el efecto acumulado lo que refleja la temperatura del casco. El lado del ciclo de trabajo de esa cuestión se trata en BLDC Motors for Industrial UAV: Duty Cycle, Redundancy and Payload, y su lado de eficiencia, donde el empuje por vatio cae al subir el gas, es el mismo mecanismo visto desde la entrada.

T-Motor U11 II y U13 II en la clase de gran carga

Las dos fichas de la serie U son los motores más ligeros de este grupo y se sitúan en el extremo bajo del rango de empuje, lo que las convierte en el punto de partida natural para una célula cuya masa total es modesta según los criterios de esta clase. Ninguna de las dos páginas publica una masa máxima al despegue del aparato, por lo que aquí la clase se fija a partir del empuje y el número de celdas que cada una registra y no de una cifra declarada.

U11 II KV120

El T-Motor U11 II KV120 UAV Motor es un motor de rotor externo de 772 g en un cuerpo de 79.5 x 51.6 mm con un eje de 15 mm y un estátor 12N14P, y es una unidad de 12S con un empuje máximo registrado de 14.16 kg sobre una hélice 28 x 9.2 in a 48 V. Su bobinado registra 80±5 mΩ de resistencia de fase a fase con una corriente en vacío de 1.5 A a 18 V, y sus cifras publicadas en 180 s son 2783 W y 57.3 A. La tabla de ensayo del fabricante para este motor incluye tres bloques de hélice, sobre unidades 26 x 8.5 in, 27 x 8.8 in y 28 x 9.2 in, registrando 12114 g, 12617 g y 14159 g a pleno gas, útil recordatorio de que la cifra destacada pertenece a la mayor hélice ensayada y no al motor solo. A 12S y justo por debajo de 800 g, esta ficha conviene a una célula en la que la carga útil es pequeña en términos absolutos pero el número de rotores es lo bastante bajo para que el motor aún deba producir un empuje serio por brazo.

U13 II KV65

El T-Motor U13 II KV65 UAV Motor es el escalón superior: 975 g en un cuerpo de 100 x 60 mm con un eje de 15 mm y un estátor 36N42P, bobinado para un bus de 22-25S frente a un empuje máximo registrado de 28.7 kg sobre una hélice G32 x 11 in. Registra 73 mΩ de resistencia con una corriente en vacío de 1.7 A a 18 V, y sus cifras en 180 s son 6720 W y 68 A. Es el mayor número de celdas lo que lo separa del U11 II y no la sola cifra de empuje, porque un bus de 22-25S hace girar una hélice mayor con menor corriente para un empuje dado, y el fabricante describe el motor como destinado a cargas pesadas y uso industrial durante una vida útil prolongada. La tabla de ensayo vuelve a incluir más de un bloque de hélice, con una unidad G30 x 10.5 in registrando 24744 g y la unidad G32 x 11 in registrando 28711 g a pleno gas. Entre las dos fichas de la serie U, el par cubre un intervalo desde una célula industrial ligera hasta el punto de entrada del grupo Navigator, y Heavy-Lift Drone Motors: Three T-Motor Options from 2.85 kg to 101 kg Thrust sitúa ambas en una comparación más amplia guiada por la carga útil, que también cubre las series U5 y U15.

Motores T-Motor serie MN para gran carga y agricultura

Las ocho fichas de motores T-Motor MN examinadas aquí forman dos familias que difieren en el diámetro del estátor y no en la construcción. El grupo MN11 lleva un estátor de 120.5 mm y el grupo MN13 un estátor de 150 mm, y dentro de cada familia los modelos escalan por longitud del apilamiento mientras el bobinado cambia con el número de celdas. Los ocho son motores de rotor externo de gran estátor con un regulador electrónico de velocidad externo, y cada página indica una masa máxima al despegue del aparato junto a las cifras de empuje y térmicas, lo que convierte a este grupo en la parte de la gama donde un motor de dron de empuje elevado puede asociarse a una clase de célula directamente a partir de valores publicados.

MN1115, MN1118, MN1123 y MN1130

Las fichas MN11 comparten un diámetro de estátor de 120.5 mm y crecen en longitud de 47.9 mm a 65.9 mm en los cuatro modelos, y el empuje sube con ella de 33.3 kg en el MN1115 KV130 a 57.3 kg en el MN1130 KV45. El T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor es el punto de entrada con 1055 g, un estátor 36N40P y un bus de 12S, registrando 33.3 kg sobre una hélice G36 x 11.5 in con una masa máxima al despegue declarada de 60 kg; sus cifras en 180 s son 2816 W y 180 A y su bobinado registra 16 mΩ con una corriente en vacío de 2.7 A a 20 V. El T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor pesa 1186 g en el mismo bus de 12S con un estátor 36N40P y registra 38.1 kg sobre una hélice VZ40 x 16.1 in con 70 kg declarados, con 2230 W y 192 A en 180 s procedentes de un bobinado de 13 mΩ y una corriente en vacío de 3.3 A a 20 V. Ambas páginas incluyen además un segundo bloque de bobinado, a 110 KV en el MN1115 y 90 KV en el MN1118, y por eso el valor de KV debe leerse con el modelo y no a partir del nombre de la serie.

El T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor pasa a un bus de 24S con 1425 g en un cuerpo de 58.9 mm, registrando 47.5 kg sobre una hélice VZ42 x 16.5 in con 80 kg declarados, con 2400 W y 108 A en 180 s y un bobinado de 35 mΩ. El T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor cierra la familia con 1740 g en un cuerpo de 65.9 mm, 57.3 kg sobre una hélice NS47 x 18 in con 100 kg declarados, 3218 W y 132 A en 180 s procedentes de 38 mΩ, lo que sitúa la ficha en la banda de los motores de dron de gran carga útil con 100 kg declarados. El paso de 12S a 24S dentro de una misma familia de estátor es la ilustración más clara de lo que hace aquí el número de celdas: el MN1123 y el MN1130 producen su empuje a 108 A y 132 A donde el MN1118 necesita 192 A, y en condiciones de funcionamiento comparables una tensión de bus mayor reduce la corriente de alimentación necesaria para una potencia eléctrica dada, aunque las cifras de corriente de estos modelos reflejan también sus distintas hélices, bobinados y salidas de empuje y no solo la tensión de bus; la mayor resistencia de los bobinados de 24S es la otra cara de ese compromiso.

MN1315, MN1320, MN1325 y MN1330

Las fichas MN13 llevan un estátor de 150 mm y escalan en longitud de 51 mm a 65 mm, y es en esta familia donde las masas máximas al despegue declaradas alcanzan sus valores más altos. El T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor es la excepción del grupo por dos motivos: a 14S es el menor número de celdas de la familia, y a 100 KV es el bobinado más alto, lo que en conjunto produce 50.2 kg sobre una hélice VZ40 x 16.1 in con 90 kg declarados y una corriente de pico de 248 A en 180 s. Su bobinado de 7.5 mΩ es la menor resistencia publicada en las diez fichas de aquí, que es la respuesta de diseño a soportar esa corriente. El T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor vuelve a 24S con 2070 g y registra 59.0 kg sobre una hélice NS45 x 17.5 in con 100 kg declarados, con 2900 W y 150 A en 180 s y un bobinado de 20.5 mΩ.

Por encima, el T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor registra 68.1 kg sobre una hélice NS47 x 18 in con 120 kg declarados desde 2425 g, con 3400 W y 170 A en 180 s, y el T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor cierra la gama con 2750 g y 75.4 kg sobre una hélice NS52 x 20 in con 140 kg declarados, 3400 W y 177 A en 180 s procedentes de un bobinado de 19.5 mΩ. Las dos fichas mayores indican un valor nominal por brazo junto al máximo, a 30-32 kg y 35-38 kg respectivamente, que es el valor con el que se dimensiona un punto de funcionamiento. El T-Motor Navigator MN Series Heavy-Lift UAV Motors: Official Release Video del propio fabricante cubre la actualización de serie que produjo estas fichas, y el extremo agrícola de la misma familia se trata en BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque.

Lista de verificación para elegir un motor de dron de empuje elevado

La secuencia de abajo es el orden en que deben leerse las cifras de un motor de dron de empuje elevado, porque cada paso condiciona al siguiente y ninguno puede resolverse a partir de una sola página de motor.

1. Sume la masa total, incluidos los motores y el paquete de baterías, y reste después todo lo que no sea equipo de misión. El resto es la carga útil que la célula puede llevar realmente, y depende de la masa de la célula, la batería, el sistema de propulsión, la aviónica y el soporte de carga útil dentro de la masa total admisible del aparato.
2. Reparta entre los rotores el empuje que necesita el aparato, y aplique un margen de control antes de elegir el motor y no después. El empuje máximo registrado por brazo es un techo, y un presupuesto que lo gasta todo en vuelo estabilizado no deja reserva para el control de actitud, las perturbaciones o la envolvente de maniobra prevista.
3. Fije el número de celdas a partir de la decisión del paquete de baterías, y elija después el KV de modo que el diámetro de hélice que permite la célula alcance su punto de funcionamiento a un gas razonable. El KV es una correspondencia entre tensión de bus y hélice, no una clasificación de rendimiento.
4. Lea la cifra de empuje junto a la hélice, la tensión y el escalón de gas impresos al lado, y prefiera un valor nominal por brazo a un máximo donde la página publique ambos.
5. Estime la pérdida en el cobre a partir de la resistencia del bobinado y la corriente de trabajo prevista solo después de confirmar que los dos valores publicados comparten la misma convención de medición, y lea después la temperatura superficial que el fabricante registra en sus propias condiciones declaradas junto a los límites de temperatura indicados para el bobinado y los imanes.
6. Compruebe la corriente que consume una subida sostenida frente a la cifra de 180 s y no frente a la cifra de pico, y confirme que la corriente de vuelo estacionario deja la ventana libre para los transitorios de control.
7. Confirme la interfaz mecánica: el diámetro del eje, el patrón de montaje, la envolvente, la longitud del cable y la sección del conductor deben encajar con el brazo antes de que cualquiera de las cifras eléctricas importe.
8. Anote qué valores proceden de la hoja de datos del fabricante, cuáles de la ficha de producto de ToBMS y cuáles se derivaron para la comparación, de modo que una revisión posterior pueda contrastarse con su fuente.

Otras tres guías se extienden lateralmente desde esta. La guía UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe cubre toda la categoría desde el lado de la célula y alcanza también las gamas Navigator, P y AT. La aplicación UAV de larga autonomía lleva los mismos motores al argumento de eficiencia, masa y tensión de bus, tratado en BLDC Motors for Long Endurance UAV: Efficiency, Mass and Bus Voltage. Para el extremo inferior de la familia, donde dominan la respuesta y la autonomía de la batería en lugar del empuje por brazo, la categoría Motores para drones y la aplicación UAV industrial cubren las células para las que esta clase de motor resulta demasiado pesada.

Preguntas frecuentes