Cosa valutare in un motore BLDC per droni da corsa FPV

Un quad da corsa trascorre il proprio volo nella parte dell'intervallo di gas dove nulla è assestato: l'uscita da una curva, uno scatto a fondo gas, un cambio di direzione, un recupero dal propwash. Un motore scelto per quel compito non si seleziona per l'efficienza che mostra su una prova stazionaria al banco, né per un singolo valore di picco letto da solo. Si seleziona rispetto a una breve serie di valori pubblicati che insieme decidono se il sistema di propulsione può ripetere lo stesso transitorio senza cuocere gli avvolgimenti, e se la cellula ruota ancora come il pilota si aspetta. Questa guida espone che cosa valutare in un motore BLDC per l'impiego su Drone da corsa FPV, affrontato attraverso i sei motori T-Hobby registrati per l'applicazione ToBMS Drone da corsa FPV.

Risposta rapida

La prima decisione è la classe di elica, perché ogni altro valore viene letto rispetto a essa. Una cellula da 3 pollici non può far girare un'elica da 5 pollici, quindi il suo motore deve essere piccolo, leggero e avvolto per una velocità del rotore molto elevata; un telaio a lunga autonomia da 7 pollici ha il compito opposto. Nei sei dati usati qui, quel singolo filtro separa un'unità da 9.8 g su uno statore 9N12P da cinque motori 12N14P che vanno da 28.56 g a 46.6 g. Tutti e sei sono motori per droni da corsa FPV, e tutti e sei provengono da un unico insieme di applicazione.

Una volta fissata la classe, il passo successivo è il pacco. Il KV dice soltanto quanto velocemente gira il motore per volt a vuoto, quindi un avvolgimento da 2150 KV su un numero di celle basso porta il rotore all'incirca alla stessa velocità di un avvolgimento a KV inferiore su un numero di celle più alto. Il KV va letto rispetto al valore delle celle nello stesso dato, e un cambio di KV va trattato come un cambio di pacco o di elica anziché come un cambio di forza. Quattro dei sei dati riportano un intervallo di celle; il dato dell'F50 KV2150 lo lascia aperto, il che è una domanda per il produttore anziché una lacuna da colmare.

L'ultimo gruppo è formato dai valori che descrivono il comportamento durante un transitorio: la resistenza dell'avvolgimento, che stabilisce quanta parte della tensione applicata si perde nel rame mentre la corrente sale; la corrente a vuoto, che è la perdita che un motore paga mentre fa girare sé stesso; e la spinta massima, che è l'uscita pubblicata rispetto alla quale si verifica il bilancio spinta-massa. Cinque dei sei dati riportano una resistenza dell'avvolgimento, e l'unico che non lo fa è contrassegnato come domanda aperta anziché desunto da un modello vicino. Una rosa di motori BLDC per droni da corsa FPV si costruisce in quest'ordine: classe, poi pacco, poi transitorio.

Che cosa richiede a un motore BLDC un drone da corsa FPV

Nulla nella costruzione di un motore da corsa lo distingue da qualsiasi altro piccolo outrunner brushless. Ciò che cambia è la forma del carico, ed è la forma del carico a decidere quale parte della specifica diventi vincolante.

Una gara è una sequenza di transitori, non una crociera

Una cellula a lunga autonomia o per carichi pesanti trascorre la maggior parte del volo in un punto di funzionamento grossomodo costante, e la questione di dimensionamento è se quel punto stia dentro una nominale continua. Un quad da corsa non vi trascorre quasi nulla del proprio volo. L'inviluppo rilevante è quello di un transitorio ripetuto: quanta spinta sia disponibile mentre l'aeromobile è già in movimento, quanto rapidamente il rotore possa essere accelerato fino a essa, e quanto calore ogni escursione lasci dietro di sé. Su una cellula da gara la prima domanda a cui risponde un valore di spinta è se ogni motore possa sollevare il proprio quarto della massa totale al decollo con abbastanza margine per l'autorità di controllo, e la seconda è se l'insieme possa fornirla ripetutamente senza cuocersi.

L'elica, non il motore, fissa il punto di funzionamento

La spinta è una proprietà del motore e dell'elica insieme, e l'elica è fissata dal telaio. Un telaio da 3 pollici non può far girare un disco da 5 pollici, quindi il motore che lo comanda deve essere piccolo, leggero e avvolto per una velocità del rotore molto elevata. Un telaio a lunga autonomia da 7 pollici chiede l'opposto: più volume di statore, un KV inferiore e più coppia, così che un disco più grande possa essere fatto girare a regimi inferiori. Ne derivano due conseguenze, ed entrambe contano più del KV. La massa rotante all'estremità di un braccio si somma al momento di inerzia di rollio e beccheggio della cellula, quindi i motori pesanti fanno sembrare un aeromobile lento anche dove producono molta spinta. E il valore pubblicato di spinta massima è riferito a un'elica specifica, quindi è confrontabile solo quando le eliche coincidono.

La massa all'estremità del braccio si paga a ogni curva

Tra i 9.8 g del dato più piccolo e i 46.6 g del più grande c'è un intervallo di massa di quasi cinque a uno, e quella dispersione non è decorativa. Ogni grammo sta all'estremità di un braccio, e il momento di inerzia che contribuisce cresce con il quadrato della lunghezza del braccio, quindi un motore troppo pesante per la sua classe costa più in agilità di quanto renda in spinta. La lettura pratica è che peso e spinta appartengono allo stesso confronto, anziché a rose separate.

I carichi d'urto, non i limiti termici, pongono fine alla maggior parte dei motori

Da una cellula da gara ci si aspetta che sopravviva al contatto con le porte, il suolo e altri aeromobili. I modi di guasto che contano sono meccanici ed elettrici anziché strettamente termici: un albero piegato, un cuscinetto che non gira più dritto, un conduttore che cede nel punto di giunzione, una campana che non blocca più l'elica. Non sono valori che una tabella di specifiche riporta, ma sono il motivo per cui un valore pubblicato di spinta è solo l'inizio di una selezione anziché la sua fine.

Sei specifiche che decidono un motore da corsa FPV

I sei valori che seguono sono quelli che in pratica risolvono una scelta per un motore BLDC destinato a un drone da corsa FPV. Ciascuno va letto con gli altri anziché da solo, e dove un dato ne lascia uno aperto, ciò fa parte a sua volta del quadro.

La dimensione dello statore rispetto alla classe di elica

Lo statore è la parte che decide quanta coppia un motore possa produrre prima di saturarsi, e il suo diametro e l'altezza del pacco sono espressi nella designazione propria del produttore. I dati qui riportano configurazioni 9N12P e 12N14P, e dimensioni del corpo da un'unità da 17.9 mm a un'unità da 33.4 mm. La classe di elica che un telaio può far girare è ciò che rende quelle differenze rilevanti per i motori per droni da corsa FPV: uno statore grande che fa girare un'elica piccola è massa sprecata, e uno statore piccolo che ne fa girare una grande non può raggiungere una velocità utile senza superare ciò che è costruito per smaltire.

Il KV rispetto al pacco che viene effettivamente volato

Il KV descrive la velocità del rotore per volt a vuoto. Da solo non dice nulla sulla capacità; dice quale combinazione di numero di celle ed elica porti il rotore a una velocità utilizzabile. Un avvolgimento da 2150 KV su un numero di celle modesto raggiunge all'incirca la stessa velocità a vuoto di un avvolgimento da 1750 KV su un numero di celle più alto, quindi i due valori di questo gruppo non possono essere letti come se uno fosse più potente dell'altro. Un cambio di KV di solito impone un cambio di pacco o di elica, e sono quei due componenti a decidere se la sostituzione sia un miglioramento.

Resistenza dell'avvolgimento e corrente a vuoto, lette insieme

Due valori registrati sostituiscono la risposta, e nessuno dei due è una misura di tempo. La resistenza dell'avvolgimento dice quanta parte della tensione applicata si perda nel rame mentre la corrente sale; un valore inferiore significa più coppia per ampere durante l'accelerazione e meno pacco che finisce in calore. La corrente a vuoto è la corrente che un motore assorbe a vuoto per far girare sé stesso, ed è una spia delle perdite nel ferro, nei cuscinetti e di commutazione che si pagano in continuo, indipendentemente da ciò che l'elica sta facendo. Insieme descrivono la parte dell'intervallo di gas in cui una gara si decide: uscendo da una curva a gas basso verso la piena potenza.

Il valore di spinta, e l'elica che vi sta dietro

La spinta massima è l'uscita di punta di un motore da corsa, ed è anche il valore più facilmente frainteso. È pubblicata per un'elica a un regime di gas, su un banco di prova, quindi un valore di spinta è confrontabile solo quando lo sono le condizioni di prova. Quattro dei sei dati qui pubblicano una spinta massima superiore a 2 kg, e le due unità più piccole pubblicano 351 g e 1730 g. Ciò che il valore risolve è se il motore possa sollevare la propria quota dell'aeromobile con margine; ciò che non risolve è come si comporti un motore BLDC per un drone da corsa FPV mentre l'aeromobile è già in movimento.

La potenza e la corrente come dichiarazione sul ciclo di lavoro

Un valore pubblicato di potenza massima è una dichiarazione sul carico elettrico che un motore è destinato a sopportare per una finestra dichiarata, e la finestra è indicata dal produttore accanto al valore. Conta perché lo stesso motore può essere quotato su finestre diverse, e un valore riferito a una finestra più breve non è direttamente confrontabile con uno riferito a una più lunga. Dove un dato riporta un valore di potenza, esso appartiene allo stesso confronto della spinta; dove non lo riporta, anche questo vale la pena di saperlo, perché rimanda a una scheda tecnica anziché a un sostituto.

Ingombro, schema di montaggio e lunghezza del cavo

Un motore deve adattarsi a un braccio, ed è l'ingombro a deciderlo. I sei dati qui vanno da un corpo di 17.9 mm per 17.4 mm a uno di 33.4 mm per 34.7 mm. Oltre al diametro e alla lunghezza del corpo, lo schema di montaggio e la lunghezza del cavo decidono come il motore si collochi su un dato telaio e come sia instradato il cablaggio; dove un dato tace su questi, il disegno del produttore è la fonte da verificare.

Sei motori T-Hobby come un unico insieme di specifiche

I sei dati che seguono sono i motori per Drone da corsa FPV su cui si basa l'insieme di applicazione della piattaforma. Sono tutti pubblicati da T-Hobby, e coprono le classi su cui lavora un pilota da corsa, da un'unità da 3 pollici a un motore a lunga autonomia da 7-8 pollici.

Tutti e sei i motori sono elencati da T-Hobby e registrati nella categoria ToBMS Motori per droni, e ogni valore della tabella è mostrato come registrato. Una lacuna nei dati è contrassegnata come Non indicato: il valore delle celle per l'F50 KV2150. Anche la resistenza dell'avvolgimento per l'F60PRO V KV1750 è assente dal dato ed è discussa nel testo anziché riportata nella tabella. La spinta massima è pubblicata per elica e punto di gas, quindi un confronto vale solo dove le condizioni di prova coincidono. La classe è tratta dalla designazione di prodotto propria del produttore; il peso dell'F50 KV2150 è dichiarato dal produttore esclusa la terminazione, mentre gli altri pesi la includono. Dove il dato tace, la scheda tecnica del produttore è la fonte da confermare.

Tre cose emergono una volta che i sei vengono letti come un insieme. Primo, la dispersione di classe è abbastanza ampia che una singola rosa su tutti e sei sarebbe priva di senso: un'unità da 3 pollici e un'unità da 7-8 pollici non sono alternative l'una all'altra. Secondo, l'intervallo di massa va da 9.8 g a 46.6 g, e ogni grammo sta all'estremità di un braccio. Terzo, la configurazione dello statore è uniforme a 12N14P sui cinque motori più grandi, con l'unità più piccola da sola su uno statore 9N12P, quindi la configurazione è un discriminante debole qui e la classe di elica è forte.

La lettura che ne segue è una sequenza di restringimento anziché una graduatoria. La classe rimuove i candidati; il pacco decide quale dei motori rimanenti girerà a una velocità utile; e i valori di transitorio, resistenza e spinta, decidono tra i sopravvissuti.

Leggere i sei, dai 3 pollici alla lunga autonomia

I sei motori non competono tanto tra loro quanto occupano parti diverse della stessa classe. Letti dal più leggero al più pesante, descrivono una progressione da un motore da 3 pollici piccolo e veloce a uno a lunga autonomia grande e più lento, e la stessa progressione separa un motore per droni da corsa FPV da un altro.

L'estremo da 9.8 g: l'F30 e la classe da 3 pollici

Il Motore per droni FPV T-Hobby F30 è l'unico motore di questo insieme costruito per un telaio da 3 pollici: 9.8 g su uno statore 9N12P, un corpo di 17.9 mm per 17.4 mm, una nominale 4S e una spinta massima pubblicata di 351 g. Nient'altro qui è nella sua classe. Montare un motore da 33 g su una cellula da 3 pollici costa più in agilità di quanto renda in spinta, perché la massa sta dove il telaio la tollera meno e il disco piccolo non può giustificarla.

La coppia da 28.56 g e 33.5 g: gare da 5 pollici

Il Motore per droni FPV T-Hobby F50 KV2150 è l'elemento anomalo dell'intero insieme a 2150 KV e 28.56 g, con una spinta massima pubblicata di 2136 g; è il più leggero dei motori da 5 pollici e il KV più alto. Il Motore per droni FPV T-Hobby F60PRO IV V2 KV1750 prende una strada diversa: 33.5 g, un intervallo di celle 4-6S e 1730 g di spinta pubblicata, il che lo rende il motore da leggere quando la stessa cellula può volare un giorno con un pacco e il giorno dopo con un numero di celle più alto.

Il F60PRO V da 34.3 g: la scelta efficiente a 4S

Il Motore per droni FPV T-Hobby F60PRO V KV1750 porta la spinta pubblicata più alta dei tre motori da 5 pollici, a 1883 g, su una nominale 4S e uno statore 12N14P a 34.3 g. La sua resistenza dell'avvolgimento non è contenuta nel dato, quindi il confronto con i vicini si ferma a spinta, massa e numero di celle; il valore di resistenza sta nella scheda tecnica del produttore.

L'estremo da 39.7 g e 46.6 g: F80 PRO e F90 a lunga autonomia

Il Motore per droni FPV T-Hobby F80 PRO KV1900 estende la classe verso l'esterno: 39.7 g, una finestra 3-6S e 2115 g di spinta pubblicata, dimensionato per costruzioni più grandi da 5-6 pollici. Il Motore per droni FPV T-Hobby F90 KV1300 Long Range chiude l'insieme a 46.6 g, 1300 KV e 2361 g di spinta pubblicata, con un corpo di 33.4 mm per 34.7 mm e una finestra 5-6S. A quell'estremo il compito è cambiato: il motore non è più scelto per il transitorio più rapido possibile ma per far girare un'elica grande a una velocità inferiore con più coppia, che è ciò che chiede una cellula a lunga autonomia da 7-8 pollici o X8.

Le classi di costruzione e la finestra di motore che ciascuna fissa

Ogni classe da gara fissa una finestra anziché una singola risposta, e i sei motori qui si mappano direttamente su quelle finestre.

La finestra da 3 pollici e della classe whoop

Un telaio da 3 pollici è il più piccolo delle classi trattate qui, e la sua finestra di motore è definita dalla massa e dalla velocità del rotore. Il motore leggero con uno statore piccolo e una nominale 4S è quello adatto; qualsiasi cosa più pesante sposta la manovrabilità della cellula nella direzione sbagliata. Questa classe e quelle più grandi stanno insieme sotto le applicazioni per droni da corsa FPV, perché la domanda di scoperta è la stessa anche dove i numeri non lo sono.

Gare da 5 pollici e la decisione sul pacco

La classe da 5 pollici è il gruppo più numeroso di questo insieme, con quattro motori al suo interno, ed è lì che la decisione sul pacco fa il lavoro maggiore. Un avvolgimento a KV basso con un intervallo di celle più ampio si adatta a una cellula che cambia pacco tra una sessione e l'altra; un avvolgimento a KV più alto con un numero di celle inferiore si adatta a una cellula che resta su un solo pacco e vuole la massima velocità del rotore. Spinta, massa e intervallo di celle separano i quattro; il KV spiega il perché.

Lunga autonomia da 6-8 pollici e cinelifter

Oltre i 5 pollici, il compito passa dalla risposta all'autonomia e al carico utile. I due motori più grandi qui, a 39.7 g e 46.6 g, portano gli intervalli di celle e i volumi di statore che un'elica da 6-8 pollici richiede, e i valori che contano si spostano di conseguenza: la massa viene guadagnata deliberatamente, il KV cala, e la spinta viene letta rispetto a una massa totale al decollo più pesante anziché rispetto a una curva da gara. Una piattaforma di questa classe si confronta con la classe UAV a lunga autonomia anziché con un racer da 5 pollici.

Scegliere un motore BLDC per un drone da corsa FPV: una sequenza di dimensionamento

L'ordine conta più di qualsiasi singolo valore, perché ogni passo rimuove candidati anziché metterli in graduatoria.

Fissare prima la classe di elica e la cellula

La dimensione del telaio decide l'elica, e l'elica decide tutto ciò che sta a valle. Partire da un motore e cercare un telaio è il modo abituale di ritrovarsi con un componente della dimensione sbagliata per il compito.

Fissare il pacco, poi il KV che vi si accompagna

Il numero di celle fissa la tensione, e il KV fissa la velocità a vuoto a quella tensione. Scegliere un KV prima di un pacco, o un pacco prima di un KV, lascia l'altra metà della coppia non vincolata, e i due funzionano solo come coppia.

Stabilire il bilancio spinta-massa rispetto al valore registrato di spinta

La spinta massima si confronta con la massa totale al decollo per stabilire il margine per l'autorità di controllo. Poiché il valore è pubblicato per elica e punto di gas, il confronto vale solo dove le condizioni di prova corrispondono alla costruzione prevista.

Chiedere al produttore i valori che il dato lascia aperti

Dove un dato non riporta alcun valore per numero di celle, resistenza o potenza, il passo onesto è trattarlo come una domanda aperta e confermarlo sulla scheda tecnica, non presumere un valore da un modello vicino. Tre dei sei dati qui lasciano aperto almeno uno di quei valori.

Domande frequenti

Risorse ufficiali

Tutti e sei i motori di questa guida sono pubblicati da T-Hobby, e le pagine prodotto del produttore riportano le schede tecniche e i dati di prova che i dati della piattaforma non riproducono. Le pagine attuali sono il F30, il F50 KV2150, il F60PRO IV V2 KV1750, il F60PRO V KV1750, il F80 PRO KV1900 e il F90 KV1300, con la gamma più ampia sul sito ufficiale T-Hobby. Dove un dato della piattaforma tace, il produttore resta la fonte autorevole per il valore delle celle, la resistenza dell'avvolgimento, la finestra di potenza e il disegno di montaggio. I valori usati in questa guida sono i valori pubblicati contenuti nei dati di prodotto della piattaforma.

Dove andare dopo

La guida gemella di questa è Motori per droni da corsa FPV: quattro opzioni T-Hobby da 9.8 g a 34.3 g, che confronta quattro degli stessi motori testa a testa tra le classi da 3 e da 5 pollici. Dove la scelta è tra le gare e il quadro più ampio dei motori per droni, Motori per droni: scelta per FPV, ala fissa e VTOL legge l'FPV accanto a cellule ad ala fissa e VTOL e i diversi valori che ciascuna richiede. Questa guida parte invece dal compito che una gara impone, e procede verso l'esterno fino alla specifica che il compito rende vincolante.

Due percorsi adiacenti valgono la pena di essere seguiti dove la cellula cambia. Dove il compito diventa autonomia anziché risposta, l'applicazione Modello ad ala fissa e la guida Motori BLDC per modello ad ala fissa: abbinare KV, elica e potenza di crociera affrontano il lato della potenza di crociera dello stesso scambio. Dove diventa carico utile, Motori per droni da carico pesante: tre opzioni T-Motor da 2.85 kg a 101 kg di spinta espone come si leggano spinta e massa quando l'aeromobile è dimensionato attorno a ciò che trasporta. Restringere la scelta dei motori BLDC per droni da corsa FPV su una nuova costruzione segue lo stesso ordine in ogni caso: classe per prima, pacco per secondo, transitorio per ultimo.