Moteurs BLDC pour UAV industriel : cycle, redondance et charge utile

Un moteur BLDC pour UAV industriel se choisit pour une tâche qui se répète plutôt que pour un vol unique, et les huit fiches actuellement référencées sous le régime UAV industriel montrent à quel point les deux façons de lire une spécification peuvent être éloignées. Dans ce groupe, le KV va de 80 à 700, la masse publiée de 128 g à 1740 g, la résistance interne de 17 mΩ à 116 mΩ, la poussée maximale de 1800 g à 36500 g et la puissance publiée sur 180 secondes de 500 W à 8580 W. Cet écart doit couvrir une cellule d'arpentage de moins d'un kilogramme à un bout et une plate-forme emportant des dizaines de kilogrammes de capteur et de pack à l'autre, si bien que la question utile n'est pas de savoir quelle fiche publie le plus grand nombre, mais laquelle tient son courant, sa température et sa marge de poussée sur tout le profil de mission autour duquel la cellule est construite. Ce guide confronte les huit fiches à cette question, et le même ensemble de modèles est rassemblé sur la page d'application UAV industriel.

Réponse rapide

Une cellule industrielle ne passe pas sa vie au point sur lequel son panneau de spécifications insiste le plus. Elle soulève une charge utile, se stabilise, puis tient une position pendant des minutes d'affilée, plusieurs fois par jour, aussi longtemps que la cellule reste en service. La conséquence électrique est que le courant appelé au point de vol stationnaire se paie en continu pendant toute la mission, tandis que le courant de crête ne dure que quelques secondes. Une présélection écrite sur une colonne de crête répond donc à une question que l'aéronef ne pose que 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 mission plutôt que par salves. La fenêtre de nombre d'éléments publiée est ce qui 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 huit fiches se séparent d'abord selon la poussée qu'elles publient, puis selon le bus pour lequel elles sont publiées. Quatre d'entre elles se situent sous 3000 g de poussée publiée et quatre au-dessus de 8000 g, et les valeurs de KV suivent la même division : les fiches les plus légères sont publiées à 400 KV et 700 KV sur 3-8S ou moins, tandis que chaque fiche au-dessus de 8000 g est publiée à 170 KV ou moins sur 6S et plus. C'est cette division que les sections ci-dessous démontent, d'abord comme un profil de mission, puis comme un ensemble de bandes de masse de plate-forme, et enfin comme une suite de décisions.

Ce qu'une mission industrielle exige d'un moteur

Sur un UAV industriel, la mission est un régime avant d'être une spécification, et la différence avec un vol de loisir est une différence de répétition plutôt que de taille. Une cellule pilotée quelques fois pour le plaisir et une cellule pilotée plusieurs fois par jour pour un usage utilitaire partagent la même physique, mais pas la même économie de défaillance, et c'est le second cas que les fiches ci-dessous doivent traiter.

La répétition, pas un vol unique

Le trait distinctif d'un régime industriel est que la même mission est volée encore et encore, avec de courts intervalles au sol entre les sorties. Cela compte pour le moteur, car le comportement thermique est un état plutôt qu'un événement : un bobinage qui atteint une température donnée sur un vol commence le suivant à la température qu'il a conservée, et une cellule qui effectue quatre sorties dans un après-midi soumet l'isolation et les roulements à une charge cumulée qu'un vol unique ne produit pas. Les fiches publiées ici décrivent des limites thermiques sur une fenêtre définie plutôt qu'un profil de service, si bien que la lecture honnête est comparative : une fiche publiée pour une puissance sur 180 secondes plus élevée apporte plus de marge thermique à une mission répétée qu'une fiche publiée pour moins, à régime égal.

Une charge utile qui doit survivre à toute la mission

Une caméra, un lidar ou un capteur multispectral doit être maintenu dans une attitude stable pendant tout un vol, et la stabilité est une propriété électrique avant d'être une propriété mécanique. Le maintien de position est une boucle de commande qui corrige par la poussée, et la poussée est produite par le courant, si bien qu'une rafale ou un déplacement de charge utile est compensé par un échelon de courant au bobinage. Une fiche de propulsion à résistance plus faible traite cet échelon avec moins de pertes cuivre, ce qui garde le point de fonctionnement plus près de sa position initiale et réduit le transitoire que le contrôleur d'attitude doit corriger en dépensant de l'énergie. La survie de la charge utile et la résistance du bobinage sont donc liées par la boucle de courant plutôt que par la seule cellule.

Ce que la cellule tolère dans un moteur

Les fiches de ce groupe vont de 128 g à 1740 g et d'un corps de 41.8 mm à un corps de 147.5 mm, et ces deux plages sont des contraintes de conditionnement autant que de performance. Un bras a une raideur de flexion qui diminue à mesure que la longueur augmente, une fixation moteur suppose un entraxe de perçage que la cellule doit fournir, et un rotor externe plus lourd à l'extrémité d'un bras modifie les propriétés d'inertie que le contrôleur de vol doit modéliser. Les colonnes de masse et d'encombrement ne sont pas de la décoration à côté des colonnes électriques ; sur une mission répétée, elles fixent la part du bras qui peut être construite pour la raideur plutôt que pour la charge que le moteur impose lui-même.

Le cycle de service : le nombre auquel la cellule tourne réellement

Un cycle de service est la part de la mission que représente chaque point de fonctionnement, et sur une cellule industrielle il est dominé par le segment qui produit le moins de spectacle. Le vol stationnaire n'est pas la partie d'un vol la plus intéressante à regarder, mais c'est la partie que le pack paie, et c'est le segment sur lequel le choix du moteur BLDC pour UAV industriel se fait réellement.

La part du vol stationnaire face à celle du vol en palier

Sur une cellule portée par des rotors, le segment de vol stationnaire porte tout le poids de l'aéronef par la seule poussée, sans aile pour partager la charge, et sur une mission d'inspection ou de maintien de position ce segment représente la majorité du vol. Sur une mission d'arpentage, la répartition se déplace vers un tronçon en palier, mais le tronçon en palier d'un multirotor est encore volé à forte incidence sur les mêmes rotors, si bien que la baisse de courant est plus faible que ne le suggère la variation de vitesse. La lecture pratique est que le point de vol stationnaire, et non le point de poussée maximale, est le point de fonctionnement sur lequel le pack est dimensionné, et toute colonne qui décrit le rendement à ce point vaut plus qu'une colonne qui décrit le plafond.

Une montée répétée, pas une seule pointe

Une cellule utilitaire monte à son altitude de travail, redescend pour changer une batterie, et recommence. Chaque montée est un événement à fort courant de plusieurs dizaines de secondes, et sur une journée de travail le nombre de ces événements se compte en dizaines. Ce schéma se situe entre les deux conditions que décrit un panneau de spécifications : il est bien plus long que l'événement instantané que couvre une valeur de courant de crête, et bien plus court que le régime établi qu'implique un régime continu. C'est aussi la raison pour laquelle une fiche publiée pour un courant continu plus élevé vaut plus, pour ce régime, qu'une fiche publiée pour une crête plus élevée, car c'est la montée qui se répète au fil de la journée qui s'accumule.

Pourquoi une colonne de 180 s ne peut pas remplacer un régime

La puissance publiée sur 180 secondes est la puissance qu'un moteur peut absorber pendant 180 secondes avant que son bobinage n'atteigne la limite de température fixée par sa classe d'isolation et son montage. C'est une fenêtre et une convention plutôt qu'un régime que le moteur tient indéfiniment, et elle est publiée à la condition d'essai du fabricant plutôt qu'à la condition de vol stationnaire de la cellule. Son utilité est comparative : une fiche publiée à 3180 W porte plus de marge de courant qu'une fiche publiée à 1600 W quand les deux sont comparées à régime égal, et cette marge est ce que consomme une charge utile plus lourde ou une journée plus chaude. Ce n'est pas un nombre par lequel diviser un budget d'énergie de pack, car la conversion de l'énergie stockée en temps de vol passe par le courant au point de vol stationnaire.

La redondance : la marge de poussée qu'un multirotor paie

La marge de poussée qu'un moteur BLDC pour UAV industriel doit porter est une propriété qu'un aéronef à voilure fixe ou un hélicoptère n'ont pas : après la perte d'un ensemble propulsif, le multirotor peut rester contrôlable, à condition que les unités restantes disposent d'une réserve de poussée. Cette réserve s'achète en masse de moteurs et de pack, et c'est la seconde contrainte qui sépare une spécification industrielle d'une spécification de loisir.

Ce qui se passe lorsqu'un moteur s'arrête

Sur une cellule à six rotors, la perte d'un ensemble propulsif laisse cinq unités pour porter l'aéronef, si bien que les unités restantes doivent produire environ 6/5 de leur part normale, soit une augmentation d'environ 20 pour cent, pour tenir l'altitude du côté opposé de la cellule. C'est de l'arithmétique plutôt qu'une spécification : le nombre découle du nombre de rotors, et non du modèle choisi. Ce que le modèle apporte, c'est de savoir s'il peut produire cette part sans sortir de sa fenêtre continue publiée, car une réserve qui n'existe qu'à l'intérieur d'une colonne de 180 secondes sert à une descente plutôt qu'à la poursuite de la mission.

La marge en masse, en courant et en taille de pack

Une marge de poussée n'est pas gratuite, car un moteur dimensionné pour produire plus de poussée à courant égal est un moteur qui contient plus d'aimants et plus de cuivre, et les deux apparaissent dans la colonne de masse. Les fiches présentées ici rendent ce compromis visible : la fiche de 128 g publie 1800 g de poussée tandis que la fiche de 1740 g publie 36500 g, si bien que la poussée par unité de masse moteur grimpe fortement dans le groupe en même temps que la masse absolue. La conséquence pour la redondance est qu'une cellule plus légère peut s'offrir une marge de redondance sur un moteur plus petit, tandis qu'une cellule lourde doit accepter que cette marge soit portée en masse de moteur, en masse de pack pour l'alimenter, ou en budget d'endurance plus court. Lequel des trois est dépensé est une décision de cellule plutôt qu'une décision de moteur.

Là où la redondance cesse d'être un choix de moteur

La capacité de continuer à voler après une perte de propulsion dépend du mixeur du contrôleur de vol, de la capacité en courant de l'ESC et de l'aptitude de la cellule à tenir son attitude avec les unités restantes, autant d'éléments qui se situent hors de la fiche du moteur. Un moteur ne peut offrir que la marge qui rend la manœuvre possible ; l'exécution de la manœuvre appartient au système qui l'entoure. Cette frontière compte au moment de lire une présélection, car une fiche à large fenêtre continue et à faible résistance est une contribution à la redondance plutôt qu'une garantie de celle-ci, et les questions d'autorité de commande relèvent de la documentation du contrôleur de vol plutôt que du panneau de spécifications du moteur.

La marge thermique sur une mission répétée

Le comportement thermique est la partie d'une spécification qu'un chiffre unique décrit le moins bien, et sur une mission répétée c'est la partie qui décide si la dernière sortie de la journée ressemble à la première. La chaîne est courte et chaque maillon en est publié : le courant produit des pertes cuivre, les pertes cuivre produisent de la chaleur, et la chaleur doit quitter le bobinage par un chemin que la cellule ne maîtrise pas.

Les pertes cuivre sous un cycle répété

Les pertes cuivre sont le carré du courant multiplié par la résistance du bobinage, si bien que la perte augmente avec le carré de la charge et linéairement avec la résistance que publie le fabricant. Cela fait de la colonne de résistance un coefficient appliqué à un coût permanent plutôt qu'à un coût momentané, et cela explique pourquoi cette colonne ne suit pas simplement la taille du moteur : dans ce groupe, la résistance va de 17 mΩ sur la fiche de 1740 g U15 II KV80 à 116 mΩ sur celle de 195 g U5 KV400, et elle se situe à 45 mΩ à la fois sur la fiche de 649 g P80 III Pin KV100 et sur celle de 453 g MN8017 KV120. Une faible résistance sur une fiche à forte poussée, c'est à quoi ressemble un bobinage conçu pour un courant soutenu, et c'est la valeur à lire en premier lorsque le régime se répète.

Le courant continu qu'une mission répétée peut tenir

Une valeur de courant continu décrit le courant qu'un moteur peut porter sans que son bobinage ne sorte de l'état thermique pour lequel il a été conçu, et c'est la colonne qui correspond le plus étroitement à une mission répétée. Elle n'est publiée que pour une partie de ce groupe, ce qui est une limite qu'il vaut la peine d'énoncer clairement : la fiche de 128 g U3 KV700 porte 25 A, la fiche de 195 g U5 KV400 porte 30 A et la fiche de 375 g P60 Pin KV170 porte 38 A, tandis que les cinq fiches restantes publient un courant de crête ou un courant sur 180 secondes plutôt qu'une valeur continue. Ces trois valeurs augmentent avec la masse du moteur, ce qui est la forme attendue, et l'absence de la colonne sur les cinq autres signifie qu'aucun classement continu comparable ne peut être établi à partir des seules fiches publiées. Là où une construction en dépend, la valeur a sa place dans les questions posées à la documentation du fabricant.

Le chemin thermique hors du bobinage

La chaleur quitte un moteur brushless à rotor externe par trois voies : la conduction vers la fixation et la cellule, la convection depuis la cloche et le carter de stator, et le rayonnement des surfaces exposées. Toutes trois dépendent de l'installation plutôt que du moteur, ce qui explique qu'une puissance publiée sur 180 secondes porte une convention de montage derrière elle. Sur une cellule industrielle, le montage est souvent un bras à masse thermique limitée et à circulation d'air limitée en vol stationnaire, si bien que la voie de conduction est plus faible que ne le suppose le banc. La conséquence pratique est que la marge thermique qu'une fiche publie est une comparaison entre conceptions plutôt qu'une prédiction de la température que le bobinage atteindra dans une cellule précise, et l'hypothèse derrière la valeur reste du ressort du fabricant.

La masse et le câble comme coûts de charge utile

La masse sur une cellule industrielle n'est pas une propriété neutre d'un composant ; c'est une soustraction sur les deux budgets qui décident de la vocation de l'aéronef, la charge utile et le pack. La masse propre du moteur et le câble et connecteur qui l'accompagnent font tous deux partie de cette soustraction, et les fiches les publient séparément assez souvent pour rendre la distinction lisible.

La part du moteur dans le budget de charge utile

Chaque gramme de masse de propulsion doit être soulevé pendant toute la mission, ce qui augmente la puissance qu'exige le segment de vol stationnaire et vide le pack plus vite ; le même gramme retiré du pack supprime de l'énergie stockée. Le compromis est donc à double sens plutôt qu'une simple pénalité, et c'est la raison pour laquelle la colonne de masse figure à côté des colonnes de rendement plutôt que dans une annexe mécanique. Dans ce groupe, l'écart est assez large pour changer la nature d'une construction : une fiche de 128 g et une fiche de 1740 g ne sont pas deux points sur une même échelle mais deux classes différentes de cellule, et la poussée que chacune publie est ce qui rend la différence digne d'être payée.

Le câble, le connecteur et l'AWG comme coûts d'intégration

Le poids publié d'un moteur inclut généralement son câble et son connecteur, et lorsqu'une valeur distincte pour le seul moteur est publiée, la différence est mesurable. La fiche U5 KV400 l'illustre directement : 195 g est le poids publié câble compris, et 156 g est la valeur du moteur sans lui, soit une différence de 39 g portée à l'extrémité d'un bras à chaque vol. La même fiche publie un conducteur AWG 16, et la fiche U10 II KV100 publie un conducteur AWG 16 avec un câble de 90 mm, si bien que le câble est une pièce spécifiée de l'assemblage plutôt qu'un accessoire. Sur une conception où les bras sont achetés pour leur raideur, une longueur de câble plus grande que ne l'exige le cheminement est de la masse qui n'achète rien.

Les charges de nacelle et de capteurs sur le même bus

Une charge utile industrielle tire rarement son alimentation d'une source séparée : une nacelle, un capteur et une liaison de communication sont généralement alimentés depuis le même pack que le système de propulsion, via un régulateur ou une prise distincte. Cet agencement fait du courant de propulsion et du courant de charge utile deux demandes sur une même batterie, et la tension que voit le bobinage de propulsion est celle qui reste après les deux. Une fiche de propulsion à résistance plus faible et à fenêtre de nombre d'éléments plus large donne à l'intégration plus de latitude pour placer la prise de charge utile, car la chute qu'elle produit en charge est plus faible et le bus conserve plus de marge pour le régulateur. La charge utile fait donc partie du régime électrique plutôt que d'être une passagère.

Le vent et le point de fonctionnement à tenir

Le vent est la partie d'une mission industrielle qui ne figure pas dans le plan de vol, et son effet sur un moteur BLDC pour UAV industriel passe entièrement par le point de vol stationnaire. Une rafale ne change ni la masse de la cellule ni son hélice, mais elle change la poussée que les rotors doivent produire et donc le courant que le bobinage doit porter à cet instant.

La marge de rafale est une marge de courant

Tenir sa position dans une rafale oblige les rotors à augmenter leur poussée, et une augmentation de poussée à hélice et bus fixes s'achète en courant. Le courant nécessaire pour répondre à une rafale s'ajoute donc au courant que le vol stationnaire exige déjà, et sur une mission répétée une journée venteuse est une journée où le bobinage passe plus de temps plus près de sa limite thermique. C'est pourquoi la colonne de résistance et la fenêtre thermique comptent ensemble : une fiche à faible résistance transforme le courant supplémentaire de rafale en moins de chaleur, si bien que la même rafale consomme moins de la marge dont la cellule dispose pour le reste du vol.

Pourquoi le point de vol stationnaire, et non la pointe, dimensionne le bobinage

Un bobinage se dimensionne par le courant qu'il porte la plupart du temps, car c'est ce courant dont les pertes s'accumulent. Une valeur de crête décrit le courant qu'un moteur peut laisser passer brièvement avant qu'un élément ne cède, et elle est bornée autant par l'ESC et le pack que par le bobinage lui-même. Dans un régime industriel, la distinction est pratique plutôt qu'académique : deux moteurs à même crête publiée peuvent se situer très loin l'un de l'autre au point de vol stationnaire, et la mission répétée tire profit de celui qui tient ce point plutôt que de l'autre. C'est pourquoi la séquence de dimensionnement ci-dessous part du régime et du courant de vol stationnaire, et traite la colonne de crête comme un contrôle de la marge plutôt que comme la base du choix.

Huit moteurs d'UAV industriel comparés

Les huit fiches actuellement référencées sous le régime UAV industriel sont présentées ci-dessous comme un seul jeu de spécifications, classées par poussée maximale publiée afin que le pas du régime le plus léger au plus lourd soit visible dans la colonne elle-même. Chaque valeur est celle que le fabricant publie pour ce modèle, et aucune cellule n'est estimée. Les mêmes huit modèles sont ceux regroupés sous le régime discuté dans les sections ci-dessus.

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 huit modèles actuellement référencés sous le régime UAV industriel, 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 valeur unique signifie une fenêtre publiée unique et 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.

Deux lectures ressortent une fois les huit réunies sur une seule page, et aucune n'est la colonne de puissance. La première est que la résistance interne ne suit pas le même ordre que la poussée. Le MN8017 KV120 de 453 g et le P80 III Pin KV100 de 649 g portent tous deux 45 mΩ, tandis que l'U8 Lite L KV110 de 282 g porte 105 mΩ et l'U5 KV400 de 195 g porte 116 mΩ, et la valeur la plus élevée du groupe se situe sur la fiche la plus petite, à 116 mΩ contre 17 mΩ sur la plus grande. Lue de haut en bas, cette colonne place les fiches légères parmi celles à la résistance la plus élevée, ce à quoi ressemble un bobinage dimensionné pour une cellule légère, et les corps 36N42P de la moitié supérieure du tableau sont ceux aux valeurs faibles.

La seconde est que le nombre d'éléments divise le tableau en deux moitiés qui se rejoignent au milieu. Quatre fiches sont publiées pour 6-14S ou plus et quatre pour 3-8S ou moins, et les valeurs de KV suivent cette division : les quatre fiches les plus légères vont de 400 à 700 KV et les quatre plus lourdes de 80 à 170 KV. Parce que le KV est la vitesse d'arbre par volt, les deux moitiés peuvent atteindre des vitesses d'arbre comparables à partir de tensions de pack différentes, et la valeur qui les sépare est le courant que chacune appelle pour sa puissance publiée. Les fiches 36N42P qui portent la poussée la plus élevée du groupe sont toutes publiées à 170 KV ou moins, et les deux fiches à plus forte poussée du tableau sont aussi les deux à la résistance la plus faible, ce à quoi ressemble un bobinage conçu pour un courant soutenu.

Une troisième lecture concerne les fiches les plus proches en poussée. L'U10 II KV100 et l'U8 Lite L KV110 publient 10600 g et 11200 g à 415 g et 282 g respectivement, si bien qu'une différence de 600 g de poussée s'achète avec 133 g de masse moteur. Une poussée voisine avec une masse différente et une fenêtre de bus différente est le rappel le plus clair du tableau que la masse est un résultat de conditionnement plutôt qu'une description du régime. Choisir entre les deux dépend de la part du budget de charge utile que la cellule peut consacrer à la propulsion et de l'hélice que chacune est censée entraîner, et non des 600 g de poussée qui séparent leurs fiches.

Lire les huit fiches selon les bandes de masse de plate-forme

Le tableau trie par poussée, ce qui est le bon ordre pour une présélection et le mauvais ordre pour comprendre ce que contient le groupe. Lu par plate-forme plutôt que par fiche, les huit enregistrements se répartissent en quatre bandes, et les limites de bande suivent la masse au décollage de la cellule plutôt que le moteur. Les estimations ci-dessous convertissent la poussée publiée en une masse de plate-forme approximative sur quatre rotors avec un rapport poussée-poids de 2:1, ce qui est une convention de travail plutôt qu'une spécification, et elles sont données pour que les bandes puissent être comparées entre elles plutôt que comme des valeurs sur lesquelles concevoir.

Les cellules de moins de 6 kg et les fiches de multirotor léger

L'extrémité légère du groupe est portée par deux fiches conçues pour de petites plates-formes caméra et d'arpentage. Le Moteur UAV T-Motor U3 KV700 est le plus léger à 128 g, une fiche 12N14P 3-4S publiant 1800 g de poussée et 500 W, et le Moteur UAV T-Motor U5 KV400 est la fiche 12N14P 3-8S de 195 g publiant 2850 g et 850 W. Sur quatre rotors à 2:1, ces valeurs de poussée placent une plate-forme à environ 3.6 kg et 5.7 kg respectivement, ce qui situe les deux fiches à l'extrémité légère d'une cellule utilitaire et aucune des deux à l'échelle de charge utile industrielle. L'U5 KV400 couvre la fenêtre de bus la plus large des deux, à 3-8S contre 3-4S, et c'est la fiche de cette bande qui peut absorber un changement de pack sans changement de moteur.

Les cellules de travail de 10-25 kg

Le milieu du groupe est là où commence le régime industriel proprement dit, et trois fiches s'y situent. Le Moteur UAV T-Motor P60 Pin KV170 est une fiche 24N28P 6-14S de 375 g publiant 8414 g et 1800 W ; le Moteur UAV T-Motor U10 II KV100 est une fiche 36N42P 12S de 415 g publiant 10600 g et 1600 W ; et le Moteur UAV T-Motor U8 Lite L KV110 est une fiche 36N42P 12S de 282 g publiant 11200 g et 2140 W. Sur la même convention à quatre rotors, elles placent des plates-formes à environ 17 kg, 21 kg et 22 kg. Les trois partagent une bande de poussée mais pas un régime : le P60 Pin KV170 est publié pour la fenêtre de bus la plus large, à 6-14S, tandis que les deux fiches 36N42P sont en 12S et diffèrent selon que l'accent est mis sur le diamètre du corps ou sur la marge de 180 secondes, l'U10 II KV100 publiant 98.6 mm de diamètre à 1600 W et l'U8 Lite L KV110 publiant 87.1 mm à 2140 W.

La bande de charge utile de 25-40 kg

Deux fiches se situent au-dessus de la bande intermédiaire, et elles forment la paire la plus proche du groupe en résistance. Le Moteur UAV T-Motor P80 III Pin KV100 est une fiche 36N42P 6-12S de 649 g publiant 16344 g et 2700 W avec un corps de 91.6 mm, et le Moteur UAV T-Motor MN8017 KV120 est une fiche 36N42P 12S de 453 g publiant 16841 g et 3180 W avec un corps de 87.8 mm. Les deux portent 45 mΩ, et sur la convention à quatre rotors elles placent des plates-formes à environ 33 kg et 34 kg. La paire illustre le compromis que fait cette bande : le P80 III Pin KV100 est la fiche plus lourde avec la puissance publiée plus faible, et le MN8017 KV120 rend 497 g de poussée et 480 W de plus depuis un corps plus léger de 196 g, si bien que les deux diffèrent moins par ce qu'elles peuvent soulever que par ce qu'elles coûtent à porter en le faisant.

Au-dessus de 40 kg et la fenêtre de bus la plus large

La fiche la plus grande du groupe se détache nettement des sept autres. La Moteur UAV T-Motor U15 II KV80 est une fiche 36N42P de 1740 g publiée pour 12-24S, avec 36500 g de poussée, 8580 W de puissance sur 180 secondes et une résistance interne de 17 mΩ, la plus faible du groupe. Sur la même convention, elle place une plate-forme à environ 73 kg, ce qui dépasse l'échelle de charge utile des sept autres et entre dans la plage où la cellule est une machine de levage plutôt qu'une plate-forme caméra. Sa fenêtre 12-24S est aussi la plus large du groupe, ce qui signifie que le courant qu'elle appelle pour une puissance d'arbre donnée peut être fixé par le pack plutôt que par le moteur, et c'est la propriété qui la rend utile à l'extrémité lourde d'un régime répété.

Les deux fiches les plus récentes : MN8017 KV120 et U10 II KV100

Deux des huit fiches ont été ajoutées à la plate-forme le plus récemment, et toutes deux occupent des positions que le groupe ne remplit pas autrement. Ni l'une ni l'autre n'est une variation marginale d'une fiche déjà présente : l'une est le corps 36N42P le plus léger publié à ce niveau de poussée et l'autre est la fiche au plus petit diamètre au-dessus de 10000 g.

MN8017 KV120 : 36N42P à 453 g

Le Moteur UAV T-Motor MN8017 KV120 est une fiche 36N42P de 453 g sur un corps de 87.8 mm et une longueur de 34.5 mm, publiée pour 12S avec 16841 g de poussée maximale, 3180 W de puissance sur 180 secondes et 68.6 A de courant sur 180 secondes. Sa résistance interne est de 45 mΩ et son courant à vide publié est de 1.8 A à 24 V. Face au P80 III Pin KV100, qui atteint une poussée comparable depuis un corps de 649 g à 2700 W, le MN8017 KV120 est la voie la plus légère vers la même bande de levage, et son stator 36N42P est la même configuration que celle qu'utilisent les deux fiches les plus lourdes du groupe. La fiche indique une dimension d'arbre intérieure mais aucune dimension d'arbre extérieure, si bien qu'une fixation conçue autour de l'arbre doit être vérifiée sur le dessin du fabricant plutôt que sur le tableau.

U10 II KV100 : encombrement de 98.6 mm à 415 g

Le Moteur UAV T-Motor U10 II KV100 est une fiche 36N42P de 415 g sur un corps de 98.6 mm et une longueur de 33.1 mm, publiée pour 12S avec 10600 g de poussée maximale, 1600 W de puissance sur 180 secondes et 32.4 A de courant de crête. Sa résistance interne est de 101 mΩ, il porte un conducteur AWG 16 sur un câble de 90 mm et un arbre de 15 mm, et son courant à vide publié est de 1 A à 18 V. Face à l'U8 Lite L KV110, qui atteint une poussée légèrement plus élevée depuis un corps de 282 g, l'U10 II KV100 échange 133 g de masse et 540 W de puissance sur 180 secondes contre 11.5 mm de diamètre de corps en plus, et le corps plus large est la propriété autour de laquelle se conçoivent une fixation ou un dégagement de bras.

Où les moteurs industriels font leur travail

Les trois régimes ci-dessous sont ceux contre lesquels les fiches de ce groupe sont le plus souvent spécifiées, et chacun lit les colonnes dans un ordre différent. Ils sont décrits ici comme des régimes plutôt que comme des produits, car le moteur est choisi après le profil de mission et non avant.

Inspection des lignes électriques et des ouvrages

Une cellule d'inspection vole le long d'un ouvrage linéaire à une distance de sécurité contrôlée et tient sa position pendant qu'un capteur enregistre. Le régime est proche du vol stationnaire continu avec une translation lente, ce qui place le point de vol stationnaire au centre de la spécification, et la charge utile est généralement une caméra stabilisée dont l'attitude doit résister aux rafales venant des structures inspectées. Cette combinaison pointe vers la bande intermédiaire du groupe, où le régime UAV d'inspection place son propre ensemble de modèles, et vers des fiches dont la résistance empêche le courant de rafale de devenir un coût thermique.

Arpentage, cartographie et patrouille de sécurité

Une mission d'arpentage ou de patrouille passe plus de temps en vol en palier qu'une mission d'inspection, si bien que le régime se déplace vers l'extrémité croisière du domaine tout en conservant la même intégration de charge utile. La conséquence est que la fenêtre de nombre d'éléments compte plus ici que la valeur de crête, car une fenêtre publiée plus large permet de dimensionner le pack pour la durée de mission plutôt que pour le courant le plus élevé que la cellule peut appeler. Les fiches publiées pour 6-14S et 12-24S dans ce groupe sont celles qui donnent cette latitude, et le régime UAV photo rassemble les mêmes modèles là où la charge utile est une caméra plutôt qu'un capteur de cartographie.

Cellules agricoles et logistiques

Une cellule agricole porte une cuve plutôt qu'un capteur, et la charge évolue au fil du vol à mesure que la cuve se vide, ce qui signifie que la poussée que les rotors doivent produire diminue du décollage à l'atterrissage. Le régime est donc chargé en début de mission et répétitif, avec une exigence de forte poussée au début de chaque sortie et une plus faible à la fin, et la cellule est généralement mise en œuvre depuis un terrain non préparé. Les fiches publiées pour les fenêtres de bus les plus larges et la puissance sur 180 secondes la plus élevée sont particulièrement adaptées à ce schéma, et le régime UAV agricole répertorie les modèles spécifiés pour lui. Le régime UAV endurance couvre les mêmes cellules là où l'exigence est la durée plutôt que la charge.

Sélectionner un moteur BLDC pour UAV industriel : une séquence de dimensionnement

La séquence ci-dessous transforme les sections précédentes en trois étapes pour un UAV industriel, et l'ordre compte autant que le contenu. Chaque étape réduit le groupe avant que la suivante ne soit appliquée, de sorte que la comparaison finale se fasse entre des fiches déjà assez proches pour que leurs différences soient significatives.

Fixer d'abord le régime de mission

Décrire la mission comme un profil plutôt que comme une durée : la part du vol passée à tenir une position, la part passée en vol en palier, le nombre de sorties par jour et la charge utile que la cellule doit stabiliser. À partir de ce profil, retenir le courant au point de vol stationnaire comme le nombre contre lequel le bobinage est dimensionné, et traiter la poussée requise pour la montée comme un contrôle de la marge plutôt que comme la base du choix. La puissance sur 180 secondes d'un candidat se lit alors comme une indication de marge sous ce profil, et non comme un régime par lequel diviser la mission.

Ensuite l'enveloppe électrique et le pack

Choisir le bus avant le KV, car un nombre d'éléments et une valeur de KV ne signifient une vitesse d'arbre que lorsqu'ils sont multipliés ensemble. Une fenêtre de nombre d'éléments plus large donne à la cellule plus de latitude pour échanger du courant contre de la masse de pack, et les fiches de ce groupe publiées pour 6-14S et 12-24S sont celles qui laissent le plus de latitude. Lire ensuite la colonne de résistance face au courant qu'implique le régime, car la perte qui court pendant toute la mission est celle que le pack paie en continu.

Ensuite l'encombrement, la fixation et la fiche

Une fois les candidats électriques resserrés, les colonnes mécaniques décident du reste : le diamètre du corps face au dégagement du bras, la masse face au budget de charge utile, et la longueur et la section du câble face au cheminement dont la cellule a réellement besoin. Enfin, noter ce que chaque fiche laisse ouvert. Un courant continu publié pour une partie seulement du groupe, une dimension d'arbre publiée comme une seule valeur plutôt que deux, et une hypothèse thermique qui relève du banc d'essai du fabricant plutôt que de la cellule sont autant de questions pour la documentation du fabricant, et il est préférable de les soulever avant la construction plutôt qu'après.

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 – par exemple la U3 KV700 page produit, la U5 KV400 page produit, la P60 Pin KV170 page produit, la P80 III Pin KV100 page produit, la U8 Lite L KV110 page produit, la U10 II KV100 page produit, la MN8017 KV120 page produit et la U15 II KV80 page produit. Les valeurs de configuration, de résistance, de nombre d'éléments, de poussée, de puissance, de courant et de masse du tableau ci-dessus sont celles que ces pages publient pour chaque modèle. Un courant continu pour un modèle dont la fiche n'en porte pas, une dimension d'arbre publiée comme une valeur unique, ou une hypothèse thermique derrière une valeur sur 180 secondes sont des questions pour la documentation du fabricant plutôt qu'une valeur dérivable du panneau de spécifications.

Pour aller plus loin

Pour une présélection plutôt qu'une lecture, trois outils de la plate-forme font le travail en séquence. Explorer l'ensemble de la catégorie Moteurs pour UAV pour voir les huit 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 industriel 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 industriel ne règle pas. Moteurs UAV : accorder KV, poussée et masse à la cellule couvre le tableau plus large de la propulsion aérienne, y compris les fiches de la série P et de levage lourd pour des régimes hors de la bande industrielle comparée ici. Moteurs BLDC pour UAV à longue endurance : rendement, masse et tension de bus reprend la même chaîne d'hélice, de KV et de nombre d'éléments et l'applique à la durée comme exigence déterminante plutôt qu'au cycle de service. Moteurs pour drones à forte charge : trois options T-Motor de 2.85 kg à 101 kg de poussée couvre l'extrémité levage du même régime, où les cellules sont spécifiées selon une poussée soutenue à l'échelle de plusieurs kilogrammes.

En version courte : fixer d'abord le profil de mission, car la part du vol passée à tenir une position fixe le courant contre lequel le bobinage est dimensionné ; choisir le bus avant le KV, car les deux ne signifient une vitesse d'arbre qu'ensemble et c'est le bus qui décide du courant ; et lire le bobinage face au courant de vol stationnaire en dernier, car la valeur de puissance sur 180 secondes est une fenêtre thermique plutôt qu'un régime nominal. Dans ce groupe, cette séquence sépare les deux fiches sous 3000 g de poussée des trois de la bande intermédiaire, et celles-ci des deux fiches lourdes et de la fiche unique publiée pour 12-24S, avant qu'un modèle individuel ne soit pesé contre un autre.