Moteurs BLDC pour UAV agricole : KV, taille du stator et couple à mi-régime

Un moteur BLDC pour UAV agricole se choisit pour une tâche qui se répète sous charge plutôt que pour un vol de démonstration unique, et les trois modèles actuellement référencés sous le régime UAV agricole montrent à quel point deux lectures d'une même spécification peuvent être éloignées. Dans ce groupe, le KV va de 100 à 700, la masse publiée de 128 g à 649 g, la résistance interne de 45 mΩ à 80 mΩ, la poussée maximale de 1800 g à 16344 g et la puissance publiée sur 180 secondes de 500 W à 2700 W. Cet écart doit couvrir une cellule multirotor légère emportant une petite cuve à un bout et une plate-forme d'épandage lourde à l'autre, si bien que la question utile n'est pas de savoir quelle fiche publie le plus grand nombre, mais ce qu'un moteur BLDC pour UAV agricole tient au régime où la cellule vole réellement, avec une marge de puissance laissée pour une montée cuve pleine. Ce guide confronte les trois fiches à cette question, et le même ensemble de modèles est rassemblé sur la page d'application UAV agricole.

Réponse rapide

Un moteur BLDC pour UAV agricole ne passe pas sa vie de travail au point sur lequel son panneau de spécifications insiste le plus. Il soulève une cuve, se stabilise en régime d'épandage à mi-régime, et tient ce point pendant des minutes d'affilée au fil d'une saison de sorties. La conséquence électrique est que le courant appelé au point de croisière se paie en continu, tandis que le courant de crête que rapporte un essai à pleins gaz ne dure que quelques secondes. Une présélection écrite sur une colonne de crête répond donc à une question que l'aéronef pose rarement, et laisse sans réponse celle qu'il pose en permanence.

Trois propriétés portent ce régime, et les fiches ci-dessous les publient de façon inégale. La résistance interne est le coefficient des pertes cuivre, c'est-à-dire la perte qui court pendant toute la sortie plutôt que par salves. La fenêtre de nombre d'éléments publiée décide du courant que le bobinage doit porter pour une puissance d'arbre donnée, et un bus plus élevé abaisse ce courant. La puissance publiée sur 180 secondes est une fenêtre thermique plutôt qu'un régime continu, et il convient de la lire comme un signal de marge entre candidats de régime voisin plutôt que comme un nombre par lequel diviser l'énergie d'un pack.

Les trois fiches se séparent d'abord selon la poussée qu'elles publient, puis selon le bus pour lequel elles sont publiées. La fiche d'entrée publie 1800 g de poussée sur une fenêtre 3-4S, la fiche intermédiaire 8414 g sur une fenêtre 6-14S et la plus grande 16344 g sur une fenêtre 6-12S, tandis que le KV tombe de 700 à 170 puis à 100 à mesure que la poussée publiée augmente. C'est en lisant les trois comme un seul groupe, plutôt que comme trois panneaux séparés, que les nombres publiés deviennent une présélection de moteur BLDC pour UAV agricole.

Ce qui distingue un moteur d'UAV agricole : régime d'épandage, liquide corrosif et poussière

Un moteur BLDC pour UAV agricole et un moteur de multirotor polyvalent peuvent publier le même KV et la même configuration de stator et se voir néanmoins demander des choses différentes. La différence n'est pas dans la plaque signalétique mais dans le schéma du travail, et trois traits de ce schéma distinguent un moteur agricole d'un moteur polyvalent.

Une mission qui se répète cuve pleine

Le trait déterminant est la répétition sous une charge qui est la plus lourde au début de chaque sortie. Un moteur BLDC pour UAV agricole travaille dans une cellule qui soulève une cuve pleine, vole sur un parcours défini, revient avec une cuve partiellement vide et décolle de nouveau après un court intervalle au sol. Le moteur ne passe donc pas sa vie à un point stable donné mais le long d'un régime qui commence près de la masse maximale et s'allège à mesure que le liquide est épandu. Une présélection construite autour d'un seul chiffre de crête ignore le fait que le moment le plus dur est la première montée de chaque sortie, lorsque la cuve est pleine et la cellule à sa masse la plus élevée. Un moteur de drone d'épandage se choisit pour cette première montée plutôt que pour une moyenne du parcours.

Liquide, poussière et l'air que le rotor aspire

Une cellule agricole travaille bas au-dessus d'une culture dans un air qui porte plus que de l'air propre. La dérive d'épandage laisse de fines gouttelettes en suspension, la poussière monte de l'effet de sol, et les deux traversent la même colonne que l'hélice aspire. Cela ne change pas la conception électromagnétique du moteur, mais cela change ce que l'intégration doit supporter, et c'est une raison de lire les relevés mécaniques et électriques ensemble plutôt qu'isolément.

Le budget de masse qu'impose une cellule d'épandage

Le régime impose aussi un budget de masse plus serré qu'une construction polyvalente ne le permet. Une cellule industrielle vole pour le régime UAV industriel, où la charge utile est un capteur et la mission une inspection ou un relevé ; une cellule agricole porte une cuve dont le contenu est la charge utile, si bien que chaque gramme d'un moteur BLDC pour UAV agricole est un gramme qui ne devient pas du liquide. C'est ce compromis qui explique que les fiches les plus légères du groupe ci-dessous soient publiées à 128 g et 375 g plutôt qu'à la masse d'un moteur à rotor externe de levage lourd.

KV et taille du stator : accorder un moteur BLDC pour UAV agricole à l'hélice et à la masse de la cuve

Le KV et la taille du stator sont les deux valeurs qui décident si un moteur BLDC pour UAV agricole entraîne l'hélice dont a besoin une cellule soumise au régime UAV agricole, à une vitesse que la cellule peut utiliser. Ils se lisent généralement ensemble, car l'un sans l'autre ne décrit que la moitié de l'accord.

Le KV comme tours par volt

Le KV est la vitesse à vide du moteur par volt de bus, si bien qu'un bobinage de 100 KV tourne plus lentement sous la même tension qu'un bobinage de 700 KV. Une hélice plus grande demande une vitesse utile plus basse et un couple plus élevé, si bien qu'un bobinage à faible KV est le partenaire naturel d'un grand disque lent, tandis qu'un bobinage à KV élevé convient à un disque plus petit et plus rapide. Les trois fiches ci-dessous couvrent cette plage à dessein : le modèle d'entrée est publié à 700 KV pour un petit disque de multirotor, et les deux modèles plus lourds sont publiés à 170 KV et 100 KV pour les hélices plus grandes qu'emporte une cellule d'épandage.

La taille du stator face à l'hélice et à la masse de la cuve

Le stator est l'endroit où le couple est produit, et sa taille fixe la quantité de matériau magnétique avec laquelle le bobinage doit travailler. Dans ce groupe, la configuration du stator passe de 12N14P dans une enveloppe de 41.8 mm à 24N28P à 69 mm puis à 36N42P à 91.6 mm, et la poussée publiée croît avec elle, de 1800 g à 8414 g puis à 16344 g. Un stator plus grand à KV similaire est une façon pour un moteur BLDC pour UAV agricole d'acheter du couple sans élever le bus, ce qui compte sur une cellule dont la masse augmente dès que la cuve est remplie.

Lire le KV sur les trois fiches

Le KV publié des trois modèles n'est pas un classement de qualité mais une description de l'hélice que chacun est construit pour entraîner. La fiche à 700 KV est l'extrémité multirotor léger, la fiche à 170 KV est la cellule d'épandage de taille intermédiaire, et la fiche à 100 KV est l'extrémité à cuve lourde. Une présélection qui part du diamètre d'hélice et de la masse totale de la cellule chargée atterrira sur la bonne colonne de KV avant de regarder toute autre valeur, et la poussée publiée de chaque modèle est le nombre qui confirme le choix.

Couple à mi-régime : tenir la poussée en croisière plutôt que courir après les valeurs de crête

Le mi-régime est l'endroit où un moteur BLDC pour UAV agricole passe une grande partie de son temps de vol, et c'est le point qu'une comparaison de poussée de crête saute discrètement. Le moteur doit tout de même tenir l'hélice à une vitesse commandée, et le couple nécessaire pour cela ne disparaît pas parce que les gaz se situent sous le maximum.

Pourquoi le point de croisière fixe le bobinage

À mi-régime, le contrôleur découpe le bus à un rapport cyclique plus faible, si bien que le bobinage voit un courant moyen plus bas qu'à pleins gaz, mais le couple qu'il doit produire est fixé par la charge d'hélice à cette vitesse. Le bobinage qui tient confortablement le point de croisière est celui dont la résistance et le chemin thermique peuvent porter ce courant pendant tout le parcours plutôt que pour une salve d'essai, ce qui explique pourquoi la colonne de résistance interne compte plus ici que la colonne de courant de crête.

Poussée de crête contre poussée tenue

Une valeur de poussée maximale publiée décrit ce que le moteur peut produire dans une condition donnée, généralement un essai court à une hélice et une tension déclarées. C'est une borne supérieure utile et une pauvre description de la croisière. Le nombre qui compte pour le parcours d'épandage est la poussée qu'un moteur BLDC pour UAV agricole peut tenir au régime où vole la cellule, et ce nombre n'est pas publié directement ; il doit être lu dans le rendement et le comportement thermique du bobinage au courant qu'appelle le point de croisière.

Ce que le mi-régime demande au contrôleur

Un bobinage à faible KV et fort couple dans un moteur BLDC pour UAV agricole change aussi ce que le contrôleur de vitesse électronique doit bien faire. Une commutation plus lente à une fréquence électrique plus basse est plus facile pour le contrôleur que la commutation rapide qu'exige un moteur à KV élevé, et le courant que le contrôleur doit porter en croisière est plus bas sur un bus plus élevé. C'est l'une des raisons pour lesquelles les fiches plus lourdes du groupe sont publiées sur une fenêtre 6-12S ou 6-14S plutôt qu'au faible nombre d'éléments du modèle d'entrée.

Marge de puissance 180 s pour les montées cuve pleine

La valeur de 180 secondes apparaît sur chaque moteur BLDC pour UAV agricole du groupe, et c'est celle qui est souvent lue de travers. C'est une fenêtre thermique plutôt qu'un régime continu, et la distinction compte à l'instant précis où la cellule est la plus lourde.

Ce que mesure la colonne de 180 secondes

Une valeur de puissance sur 180 secondes décrit la puissance qu'un moteur BLDC pour UAV agricole peut absorber pendant une période bornée sans que son bobinage n'atteigne une température que le fabricant traite comme limitante. C'est la condition dans laquelle se situe un essai à pleins gaz, et elle est délibérément courte parce que les pertes cuivre dans cette fenêtre chauffent le bobinage plus vite que la structure environnante ne peut évacuer la chaleur. Lue isolément, elle dit quelle puissance est disponible en salve ; lue à côté du courant continu du même modèle, elle dit quelle marge représente cette salve.

Une montée cuve pleine face à la fenêtre de 180 secondes

La montée la plus dure qu'affronte un moteur de drone d'épandage se produit au début, avec une cuve pleine et la cellule à sa masse maximale. Cette montée est courte, ce qui est exactement la forme de régime que décrit la colonne de 180 secondes, si bien que la valeur est pertinente là plutôt que dans la croisière qui suit. Un modèle dont la puissance publiée sur 180 secondes se situe confortablement au-dessus de la puissance dont la cellule chargée a besoin pour monter a de la marge ; un modèle dont la valeur se situe près de cette exigence a peu de place pour une cuve plus lourde ou une journée plus chaude.

Le courant continu à côté de la valeur sur 180 secondes

Deux des trois fiches publient un courant continu sur 180 secondes à côté de la valeur de puissance, 25 A sur le modèle d'entrée et 38 A sur le modèle de taille intermédiaire. La fiche la plus grande publie à la place un courant de crête de 60 A et laisse la valeur continue ouverte, si bien que les deux nombres ne sont pas directement interchangeables et que cet écart mérite d'être relevé plutôt que comblé par supposition. Là où les deux sont publiés, le courant continu est la moitié la plus utile du couple, car il décrit ce qu'un moteur BLDC pour UAV agricole peut tenir sur tout le parcours plutôt qu'en salve.

Exposition au terrain : poussière, dérive d'épandage et les valeurs que les fiches laissent ouvertes

L'exposition au terrain ne change pas la conception électrique d'un moteur BLDC pour UAV agricole, mais elle change l'intégration autour de lui, et c'est la partie du régime que les panneaux publiés décrivent le moins. La lire honnêtement signifie séparer ce que les fiches énoncent de ce qui doit être confirmé auprès du fabricant.

Poussière et dérive d'épandage dans le chemin d'air

Une cellule travaillant bas au-dessus d'une culture aspire son air de refroidissement à travers une colonne qui porte des gouttelettes, de la poussière fine et, une fois l'épandage passé, un résidu qui peut se déposer sur toute surface dans le flux d'air. Pour un moteur BLDC pour UAV agricole, cela touche surtout le côté mécanique de l'intégration : le chemin d'air à travers le stator, l'état des roulements au fil d'une saison, et le câble et le connecteur qui vont du bobinage au contrôleur. Aucun de ces points n'est une limite électromagnétique, mais tous sont des endroits où une saison de terrain diffère d'un essai sur banc.

Les valeurs que les fiches laissent ouvertes

Ce que les fiches de ce groupe ne publient pas, c'est un indice d'étanchéité, de pénétration ou de corrosion pour l'un des trois moteurs, si bien qu'aucune classe de protection ne doit y être lue. Les panneaux publiés portent la masse, l'encombrement, le KV, la configuration du stator, la résistance, la fenêtre d'éléments, la poussée et la puissance, et ce sont ces valeurs que ce guide cite. Là où une construction de terrain nécessite un indice de pénétration, c'est une spécification à confirmer directement auprès du fabricant plutôt qu'à déduire des données électriques, et il en va de même de l'effet à long terme de la chimie d'épandage sur les roulements et les connecteurs, qui est le point où un moteur BLDC pour UAV agricole est engagé dans une construction de terrain.

Comparer les moteurs d'UAV agricole : U3 KV700, P60 Pin KV170, P80 III Pin KV100

Les trois fiches ci-dessous sont classées par poussée maximale publiée, qui est aussi l'ordre dans lequel elles conviennent à une masse de cuve croissante pour un moteur d'UAV agricole. Le tableau reproduit les valeurs publiées pour chaque modèle, et rien n'y est dérivé.

Modèle, configuration du stator, résistance interne, nombre d'éléments publié, poussée maximale, puissance maximale sur 180 secondes et masse tels que publiés par le fabricant pour les trois modèles actuellement référencés sous le régime UAV agricole, classés par poussée maximale publiée. La poussée maximale et la puissance sur 180 secondes sont les valeurs que le fabricant publie pour chaque modèle ; toutes deux dépendent de l'hélice et de la tension de bus utilisées à l'essai, si bien qu'elles ne sont comparables au sein du groupe qu'en ce sens qu'elles décrivent la condition publiée propre à chaque modèle. Le nombre d'éléments est affiché tel que publié, si bien qu'une plage signifie que le modèle est publié sur cette plage. La masse inclut le câble et le connecteur lorsque le fabricant la publie ainsi. Aucune colonne de KV n'apparaît, car chaque nom de modèle du tableau porte sa propre valeur de KV, et aucune colonne d'encombrement n'apparaît, car le régime décrit ici repose sur les colonnes électriques plutôt que sur les dimensions du corps.

Lire les trois selon la masse de cuve

La fiche la plus légère, le Moteur UAV T-Motor U3 KV700, est publiée à 128 g avec 1800 g de poussée, ce qui la place avec l'extrémité petit multirotor de la classe d'épandage, où la cuve est légère et l'hélice petite. La fiche intermédiaire, le Moteur UAV T-Motor P60 Pin KV170, est publiée à 375 g avec 8414 g de poussée, et la plus grande, le Moteur UAV T-Motor P80 III Pin KV100, est publiée à 649 g avec 16344 g de poussée. Lues dans cet ordre, les trois décrivent une échelle allant d'une cellule d'épandage légère à une lourde, et la masse publiée du moteur croît avec la poussée qu'il doit produire.

Là où les trois fiches divergent

Les trois ne s'échelonnent pas de façon régulière. La résistance interne tombe de 50 mΩ sur la fiche d'entrée à 45 mΩ sur la plus grande, tandis que la fiche intermédiaire est publiée à 80 mΩ, la plus élevée du groupe ; une résistance plus élevée, c'est plus de pertes cuivre pour un courant donné, ce qui est une valeur à mettre en balance avec la poussée que publie chaque modèle. La fenêtre d'éléments s'élargit puis se resserre, de 3-4S sur la fiche d'entrée à 6-14S sur la fiche intermédiaire et 6-12S sur la plus grande. Pour une cellule à l'extrémité lourde de la classe d'épandage, le régime Drone à forte charge porte les fiches au-dessus de ce groupe, et la gamme T-Motor derrière ces trois fiches est rassemblée sur la page fabricant T-Motor.

Présélectionner un moteur d'UAV agricole : de la masse de cuve à la poussée de vol stationnaire, au KV, à la tension de bus et à la fixation

Une présélection de moteur BLDC pour UAV agricole est plus facile à défendre lorsqu'elle est construite dans l'ordre où la cellule est construite. La séquence ci-dessous part de la masse que le moteur doit soulever et descend jusqu'aux détails qui décident si la fiche choisie convient à la construction, et elle s'applique aux fiches soumises au régime UAV agricole aussi aisément qu'à toute fiche comparable ajoutée plus tard.

Fixer d'abord la masse de cuve et la poussée de vol stationnaire

Partir de la masse totale de la cellule chargée, cuve pleine comprise, châssis et électronique de charge utile inclus. La poussée nécessaire pour tenir le vol stationnaire et pour monter se pose au-dessus de cette masse, et la poussée maximale publiée de chaque candidat est la première colonne à comparer à elle. Une fiche dont la poussée publiée se situe près de l'exigence de vol stationnaire laisse peu de marge pour une cuve pleine par une journée chaude, ce qui est la condition que décrit la colonne de 180 secondes.

Ensuite le KV, le nombre d'éléments et l'enveloppe électrique

Une fois la bande de poussée fixée, le diamètre d'hélice indique un KV, et la fenêtre d'éléments décide du courant que le bobinage doit porter pour cette poussée. Un bus plus élevé abaisse le courant pour une même puissance d'arbre, ce qui est plus facile pour le contrôleur et pour le câblage, si bien que la fenêtre d'éléments et le pas de l'hélice se lisent ensemble plutôt qu'un à la fois. La résistance interne de chaque candidat est la valeur qui transforme ce courant en pertes cuivre, et il vaut la peine de la comparer sur toute la présélection à cette étape.

Ensuite la fixation, le câble et la fiche

La dernière étape décide si le moteur présélectionné s'intègre dans la cellule. L'encombrement publié, le plan de fixation et la longueur de câble d'un moteur BLDC pour UAV agricole présélectionné doivent correspondre au bras et au cheminement qu'utilise la cellule, et toute valeur que la fiche laisse ouverte est une question pour le fabricant plutôt qu'une valeur à supposer. C'est en refermant la présélection sur les détails d'intégration plutôt que sur les nombres de la plaque signalétique qu'on évite qu'un candidat prometteur échoue au montage.

Questions fréquentes

Ressources officielles

T-Motor publie une page produit officielle pour chaque unité avec son panneau de spécifications, et ces pages restent la source de vérité pour chaque valeur citée dans ce guide à propos d'un moteur d'UAV agricole – par exemple la page produit U3 KV700, la page produit P60 Pin KV170 et la page produit P80 III Pin KV100. Chaque page indique l'hélice et la tension auxquelles ses valeurs ont été mesurées, ce qui est la condition à vérifier avant de comparer deux fiches.

Pour aller plus loin

Pour présélectionner un moteur BLDC pour UAV agricole plutôt que lire, trois outils de la plate-forme font le travail en séquence. Explorer l'ensemble de la catégorie Moteurs pour UAV pour voir les trois fiches présentées ici aux côtés des modèles Navigator et de levage lourd, utiliser Sélection pour filtrer par nombre d'éléments, masse et puissance publiée, puis confronter les candidats les uns aux autres dans Comparaison. La page d'application UAV agricole contient le même régime avec ses propres attributs de filtre, et la page fabricant T-Motor rassemble toute la gamme derrière ces fiches.

Trois autres articles portent les parties de ce sujet qu'un régime agricole ne règle pas. Moteurs UAV : accorder KV, poussée et masse à la cellule lit les mêmes moteurs depuis une perspective UAV générale, Moteurs BLDC pour UAV industriel : cycle, redondance et charge utile couvre la mission industrielle répétée que ces cellules partagent, et Moteurs pour drones à forte charge : trois options T-Motor de 2.85 kg à 101 kg de poussée porte la plage de poussée au-dessus de ce groupe. Entre eux, les trois traitent la même question, un moteur d'UAV agricole, depuis des régimes qui jouxtent celui-ci.