Motore BLDC per UAV a lunga autonomia: efficienza, massa e tensione del bus

Un Motore BLDC per UAV a lunga autonomia si sceglie per il punto in cui il telaio trascorre davvero il proprio tempo, non per il picco che riesce a sopportare per un istante, e i sette modelli della serie MN attualmente presenti nella categoria Motori per UAV mostrano quanto distanti siano queste due esigenze. Nel gruppo il KV va da 160 a 470, la massa da 68 g a 171 g, la resistenza interna da 55 mΩ a 194 mΩ e la potenza pubblicata a 180 secondi da 380 W a 1200 W. Questa forbice deve rispondere a un multirotore da rilevamento sotto il chilogrammo da un lato e a una piattaforma VTOL di sollevamento di più chilogrammi dall’altro, quindi la domanda utile non è quale dei sette sia il più potente, ma quale mantenga efficienza e temperatura al punto di hover attorno a cui è costruita la missione. Questa guida legge le sette voci rispetto a quella domanda, e lo stesso impiego è descritto nella pagina applicativa UAV a lunga autonomia.

Risposta rapida

Il tempo di volo è determinato da una catena, non da una singola colonna, e la catena va dall’elica alla tensione del bus fino all’avvolgimento. Il diametro e il passo dell’elica fissano la velocità dell’albero e la coppia che il motore deve erogare; il numero di celle fissa la tensione che vede l’avvolgimento; e il KV unisce i due, perché il KV è il rapporto tra velocità dell’albero e volt applicati. Un telaio a lunga autonomia vuole un’elica grande e lenta e un bus alto, così che la corrente che l’avvolgimento porta per l’intera missione resti bassa, e le voci di questo gruppo pubblicate per 6-12S e 12S sono quelle costruite per questa configurazione.

Due delle colonne pesano più di quanto suggerisca la loro larghezza. La resistenza interna è il coefficiente delle perdite nel rame, e le perdite nel rame si pagano in modo continuo per l’intero volo anziché a raffiche, quindi un valore di resistenza che tra due candidati differisce di un fattore tre è una differenza che la missione sentirà. La potenza pubblicata a 180 secondi è una finestra termica, non un valore di crociera, e va letta come segnale di margine tra candidati di impiego simile anziché come un numero da inserire in una stima del tempo di volo. La selezione di un Motore BLDC per UAV a lunga autonomia parte quindi dall’elica e dalla massa totale, passa al bus e al KV, e solo dopo confronta le voci colonna per colonna.

Dove le sette voci si dividono è sul bus anziché sulla massa. Quattro sono pubblicate per 6S o meno e tre per 6-12S o 12S, e i valori di KV seguono la stessa divisione, andando da 340 a 470 KV sulle voci a tensione più bassa e da 160 a 240 KV su quelle a tensione più alta. I due gruppi possono raggiungere velocità dell’albero comparabili partendo da tensioni di pacco diverse, e il valore che li separa è la corrente che ciascuno assorbe per la propria potenza pubblicata. Le sezioni seguenti scompongono quella catena in ordine, poi affiancano le sette voci come un unico insieme di specifiche.

Dove si perde davvero il tempo di volo

Il tempo di volo di un Motore BLDC per UAV a lunga autonomia non si perde perché il motore è inefficiente in astratto; si perde in un punto di funzionamento preciso, e quel punto è l’hover. Tutto ciò che sta a valle del punto di hover - la dimensione del pacco da portare, la salita da mettere a budget, la riserva da tenere - deriva dalla potenza che l’aeromobile deve esprimere per restare in aria. È per questo che una rosa di candidati a lunga autonomia si costruisce attorno all’efficienza in hover e al comportamento termico anziché attorno al valore di potenza pubblicato più alto di una gamma di prodotto.

Il punto di hover è dove si consuma una missione

Un volo di rilevamento o ispezione sale una volta, si assesta e poi mantiene la quota per la grande maggioranza della durata, quindi la potenza elettrica assorbita in quello stato stazionario è il valore che determina l’autonomia. La potenza di picco viene assorbita per pochi secondi durante la salita ed è limitata dall’ESC e dal pacco anziché dall’avvolgimento. La conseguenza per una rosa di candidati è diretta: due motori con la stessa potenza di picco pubblicata possono trovarsi molto distanti al punto di hover, e quello migliore in hover è il più importante per una missione lunga. È anche il motivo per cui la colonna dei 180 secondi non può sostituire i dati di hover, e per cui le sezioni seguenti separano i due valori ovunque un confronto dipenda dalla differenza.

Il carico del disco è una decisione sull’elica prima che sul motore

La potenza che un multirotore deve esprimere per restare in hover a una data massa totale diminuisce man mano che l’area del disco sotto di esso cresce, e l’area del disco è una proprietà delle eliche, non dei motori. Un rotore più grande sullo stesso telaio accelera una massa d’aria maggiore a una velocità inferiore, il che produce la stessa spinta con meno potenza indotta. Il motore entra in gioco solo come il componente che deve far girare quel rotore più grande a una velocità gestibile e senza surriscaldarsi, ed è per questo che le voci a basso KV di questo gruppo sono anche quelle pubblicate per i numeri di celle più alti: un’elica grande e lenta richiede una bassa velocità dell’albero per volt, e un bus alto è ciò che fornisce la velocità dell’albero richiesta senza un KV elevato.

L’autonomia è spinta per watt, non watt

Il valore che descrive l’economia in hover è la spinta restituita per ogni watt di potenza elettrica in ingresso, e il produttore lo pubblica direttamente. I dati di prova del MN3510 KV360 su un’elica 15 × 5 CF a 14.8 V vanno da 340 g di spinta a 15.32 G/W al 50 per cento di gas, passando per 580 g a 13.06 G/W al 65 per cento e 760 g a 11.41 G/W al 75 per cento, fino a 1000 g a 9.94 G/W a tutto gas. Su un solo motore e una sola elica, il punto al 50 per cento restituisce quindi circa 1.5 volte la spinta per watt del punto a tutto gas. L’efficienza di un UAV a lunga autonomia si compra all’estremità a gas parziale di quella curva, che è esattamente dove trascorre il tempo un aeromobile che non sale, ed è il motivo per cui una rosa di candidati letta contro una colonna di potenza di picco può puntare nella direzione sbagliata.

Resistenza, corrente e il calore con cui una missione lunga deve convivere

Le perdite nel rame sono la corrente al quadrato moltiplicata per la resistenza dell’avvolgimento, e ogni termine di quel prodotto si comporta diversamente nell’arco di un volo lungo. La corrente è fissata dall’elica e dal bus; la resistenza è una proprietà dell’avvolgimento; e la perdita che ne risulta si converte in calore all’interno di uno statore che non ha raffreddamento attivo e dispone solo del flusso d’aria che il telaio fornisce. Nel corso di una sortita di venti minuti la perdita si accumula di continuo, quindi il valore di resistenza interna del motore UAV è un coefficiente su un costo corrente anziché su un costo istantaneo, e l’efficienza di un UAV a lunga autonomia è ciò che i due termini decidono insieme lungo una scarica completa.

La resistenza è una perdita che dura per tutta la missione

Poiché la perdita scala con il quadrato della corrente, il suo valore è deciso soprattutto da dove si colloca la corrente di hover, e la corrente di hover è decisa dal carico dell’elica e dalla tensione del bus. In questo gruppo la resistenza va da 55 mΩ sull’MN5008 KV340 a 194 mΩ sull’MN4006 KV380, un fattore di circa tre e mezzo tra voci di potenza pubblicata comparabile. Letta accanto alla colonna del bus, quell’ordinamento è in gran parte spiegato: più alto è il numero di celle, più bassa è la corrente richiesta per una data potenza all’albero, e meno costa il termine di resistenza. Una lettura schietta di una rosa di candidati per UAV a lunga autonomia deve usare le due colonne insieme, perché un’alta resistenza su una voce a bassa tensione e una bassa resistenza su una voce ad alta tensione non misurano lo stesso impiego.

La riga della corrente a vuoto, e quanto costa in un’ora

La corrente a vuoto è la corrente che il motore assorbe senza carico dell’elica, e copre le perdite che non derivano affatto dal carico - l’attrito dei cuscinetti, la ventilazione e le perdite nel ferro dello statore. Queste perdite sono presenti ogni volta che il motore gira, quindi nell’arco di un’ora sono una tassa fissa sul pacco. La colonna è pubblicata in modo disomogeneo in questo gruppo, ed è pubblicata a tensioni di riferimento diverse, il che è un limite che vale la pena dichiarare apertamente: l’MN4006 KV380 è indicato a 0.3 A e l’MN5008 KV340 a 0.9 A, entrambi a 10 V, mentre l’MN6007 II KV160 è indicato a 0.5 A a 18 V. Le altre quattro voci del gruppo non riportano il campo, quindi dalle voci non si può ricavare una graduatoria a vuoto omogenea su tutti e sette; dove una costruzione dipende dalla perdita a vuoto, il valore appartiene alle domande da porre alla documentazione del produttore.

Uno statore che resta freddo conserva il proprio margine di efficienza

La resistenza del rame cresce con la temperatura, quindi un avvolgimento che si scalda al punto di hover è un avvolgimento le cui perdite aumentano nel corso del volo e il cui margine disponibile si riduce di conseguenza. Questo rende il comportamento termico una proprietà di primo ordine di un motore a lunga autonomia, non secondaria, ed è la parte dell’impiego che le tabelle pubblicate descrivono meno direttamente. La nota di prova del produttore è esplicita sulla condizione dietro la sua colonna di temperatura: il valore è la temperatura superficiale del motore a tutto gas dopo che il motore ha funzionato per 10 minuti. Un hover stabile a gas parziale è un caso termico diverso da dieci minuti a tutto gas, quindi i dati di temperatura sono una prova di come il progetto gestisce il calore anziché una previsione della temperatura in hover, e le ipotesi di montaggio e ambiente dietro di essi restano nella documentazione del produttore.

Che cosa chiede una missione lunga che una breve non chiede

Un volo breve e un volo lungo leggono la stessa tabella di specifiche in modo diverso, e la differenza non è solo la durata. Una missione lunga espone l’avvolgimento a una corrente sostenuta e a un carico termico sostenuto, scarica il pacco abbastanza da far scendere la tensione del bus sotto il motore, e non lascia spazio a un componente i cui valori pubblicati valgono solo all’inizio della curva di scarica. Questi tre effetti sono il motivo per cui le colonne che contano cambiano tra i due impieghi.

Che cosa misura davvero la colonna dei 180 s

La potenza pubblicata a 180 secondi è la potenza che il motore può assorbire per 180 secondi prima di raggiungere il limite termico fissato dalla sua classe di isolamento e dal suo montaggio, e il produttore dichiara la convenzione di temperatura che vi sta dietro. Si colloca tra una salita e una sortita: più lunga di qualsiasi picco di decollo, molto più breve di un volo. Il suo ruolo utile in una rosa di candidati a lunga autonomia è comparativo - una voce da 1200 W contro una da 380 W è una differenza reale in quanta corrente l’avvolgimento può portare prima di raggiungere il limite, e in quanto margine ha un telaio più pesante se il punto di hover si sposta. Non è un valore in cui dividere l’energia del pacco, e le sezioni precedenti mostrano perché: la spinta per watt al punto di hover, non il tetto termico, è ciò che converte l’energia immagazzinata in tempo in aria.

L’impiego nel tempo, e perché un numero di picco non può sostituirlo

Una missione ha una forma, e la forma è ciò che sperimenta un avvolgimento. Una salita di decine di secondi, un hover di molti minuti, un tratto di riposizionamento e una discesa presentano ciascuno una corrente diversa, e solo il segmento di hover dura abbastanza da contare per il regime termico stazionario. La tabella di specifiche non ha una colonna per quel profilo, il che significa che il confronto va assemblato con le parti che esistono davvero: l’efficienza al punto di hover dai dati di prova, la resistenza che trasforma la corrente di hover in calore, e i valori pubblicati per gli estremi della gamma. Leggere una rosa di candidati dal numero più grande della colonna di potenza sostituisce un estremo a una distribuzione, ed è il modo più comune in cui una selezione a lunga autonomia viene fatta su basi sbagliate.

Il calo di tensione a fine scarica del pacco

Un pacco che ha erogato gran parte della propria capacità si trova a una tensione inferiore rispetto a uno pieno, e il motore lo vede direttamente, perché il KV converte i volt in velocità dell’albero. A fine volo la velocità dell’albero disponibile a un dato gas diminuisce quindi, e mantenere la stessa spinta richiede più corrente - il che fa salire le perdite nel rame proprio nel momento in cui il pacco ha meno margine da dare. Le voci descrivono questo solo attraverso la colonna del numero di celle, ed è una ragione per cui il conteggio vale la pena di essere letto come parte dell’impiego anziché come dettaglio di assemblaggio. Una costruzione il cui intero volo è pianificato sulla tensione del pacco pieno sta pianificando sulla sommità di una curva che scende.

La massa, e la capacità di batteria che sottrae

Su un Motore BLDC per UAV a lunga autonomia la massa non è gratuita: si paga attingendo ai due budget che decidono l’autonomia, il carico utile e il pacco. Ogni grammo aggiunto al motore deve essere sollevato per l’intero volo, il che fa salire la potenza di hover e quindi scarica il pacco più rapidamente; lo stesso grammo tolto al pacco rimuove energia immagazzinata. Il compromesso è reale ed è misurabile, ed è per questo che la colonna della massa sta accanto alle colonne di efficienza anziché in un’appendice meccanica.

La massa del motore si paga con il carico utile o con il pacco

Le sette voci coprono da 68 g a 171 g, e l’intervallo non è casuale: le voci più leggere sono quelle a bassa tensione che portano meno rame, e le voci più pesanti portano l’avvolgimento e il materiale magnetico che un impiego a spinta maggiore richiede. Mettere un motore più pesante su un telaio non aggiunge semplicemente la sua massa, perché la maggiore capacità di spinta può consentire un’elica più grande o una salita più breve, il che può restituire parte della massa. Ciò che non può fare è sfuggire all’aritmetica dell’hover: a massa totale fissa, un sistema di propulsione più pesante lascia meno spazio al pacco, e il pacco è il budget di autonomia. La colonna della massa si legge quindi per ultima nella sequenza seguente, ma si legge contro le colonne di efficienza anziché in isolamento.

La massa senza cavo è ciò che porta il telaio

Nelle voci esistono due convenzioni di massa e non sono intercambiabili. Il valore nella tabella seguente è il peso pubblicato incluso il cavo e il connettore; un valore separato per il solo motore è pubblicato solo per tre delle sette voci, a 80 g sull’MN3110 KV470, 97 g sull’MN3510 KV360 e 150 g sull’MN4014 KV400. Queste tre mostrano che il cavo e il connettore rappresentano una quota significativa del peso pubblicato, tra circa il 12 e il 18 per cento del totale su quelle voci, quindi un budget di massa costruito sul valore di tabella è conservativo nella direzione giusta. Qui non si tiene conto di alcun valore senza cavo per le quattro voci che non ne pubblicano uno, e nessuno viene stimato.

Tensione del bus e l’elica che il motore deve far girare

Su un Motore BLDC per UAV a lunga autonomia, numero di celle e KV sono spesso trattati come decisioni separate quando sono due metà di un unico rapporto. Il KV converte i volt applicati in velocità dell’albero, quindi la tensione del bus e il valore di KV si moltiplicano insieme per collocare la velocità a vuoto; l’elica decide poi quanta parte di quella velocità sopravvive sotto carico e quanta corrente il motore assorbe per farla girare. Leggere le due colonne separatamente è ciò che produce costruzioni individualmente ragionevoli e complessivamente disallineate.

Numero di celle e KV sono due metà di un unico rapporto

Poiché la velocità a vuoto scala con il KV a bus fisso, il rapporto tra due valori di KV è il rapporto tra le loro velocità dell’albero su un pacco comune. In questo gruppo l’MN3110 KV470 e l’MN6007 II KV160 si collocano agli estremi, a 470 KV su 3-6S e 160 KV su 12S, e il rapporto tra loro - vicino a tre a uno - è l’intera ragione per cui i due estremi della tabella non sono intercambiabili. La stessa velocità dell’albero può essere raggiunta da un motore ad alto KV con poche celle o da un motore a basso KV con molte celle; ciò che cambia è la corrente. Tenendo costante la potenza all’albero, alzare il bus abbassa la corrente, il che riduce le perdite nel rame nell’avvolgimento e la corrente che l’ESC deve erogare.

KV più basso, elica più grande, carico del disco più basso

Un’elica più grande è una leva più lunga sull’albero e richiede più coppia a una data velocità, e in un motore brushless la coppia è prodotta dalla corrente. Quindi un’elica grande e a passo grosso su un motore a basso KV è una coppia abbinata, e la stessa elica su un motore ad alto KV richiederebbe o un gas più basso - spostando il punto di funzionamento fuori dalla sua regione efficiente - o una corrente per cui l’avvolgimento non è dimensionato. È la metà meccanica dell’argomento che la sezione sull’hover svolge sul lato elettrico, e spiega l’ordinamento del gruppo: i valori di KV scendono man mano che la spinta pubblicata sale, da 470 KV sulla voce più leggera a 160 KV su quella a spinta più alta. L’efficienza di un UAV a lunga autonomia e il carico del disco sono legati attraverso quell’ordinamento, non attraverso la colonna di potenza.

Motore BLDC per UAV a lunga autonomia: matrice di confronto delle specifiche

Le sette voci attualmente presenti nella categoria Motori per UAV sono esposte di seguito come un unico insieme di specifiche, ordinate per massa pubblicata, così che il salto dalla voce più leggera a quella più pesante sia visibile nella colonna stessa. Ogni valore è il dato che il produttore pubblica per quel modello, e nessuna cella è stimata. Dove una voce non riporta un campo, la tabella lo dice anziché riempire il vuoto. Gli stessi sette modelli sono quelli raggruppati sotto l’impiego UAV a lunga autonomia discusso nelle sezioni precedenti.

Modello, configurazione dello statore, resistenza interna, numero di celle pubblicato, spinta massima, potenza massima a 180 secondi e peso come pubblicati dal produttore per i sette modelli della serie MN attualmente presenti nella categoria Motori per UAV, ordinati per peso pubblicato. La spinta massima e la potenza a 180 secondi sono i valori che il produttore pubblica per ciascun modello; entrambi dipendono dall’elica e dalla tensione del bus usate nella prova, quindi sono comparabili all’interno del gruppo solo nel senso che descrivono la condizione pubblicata di ciascun modello. Il numero di celle è mostrato così come pubblicato, quindi un valore singolo indica una singola finestra pubblicata e un intervallo indica che quel modello è pubblicato lungo tutto l’intervallo. Il peso include il cavo e il connettore. Non compare una colonna KV perché ogni nome di modello nella tabella porta il proprio valore di KV, e non compare una colonna di ingombro perché l’impiego qui descritto ruota attorno alle colonne elettriche anziché alle dimensioni del corpo.

Due letture emergono una volta che i sette sono su una sola pagina, e nessuna delle due è la colonna di potenza. La prima è che la resistenza interna del motore UAV non segue lo stesso ordine della massa: l’MN5008 KV340 porta 55 mΩ a 135 g, mentre l’MN3510 KV360 porta 188 mΩ a 117 g e l’MN4006 KV380 porta 194 mΩ a 68 g. Letta lungo quella colonna, le due voci più leggere sono quelle con la resistenza più alta, che è l’aspetto di un avvolgimento dimensionato per un telaio leggero, e i corpi 24N28P al centro della tabella sono quelli con i valori bassi. Una rosa di candidati costruita sulla sola colonna della massa collocherebbe quelle voci nell’ordine sbagliato per un volo lungo e uniforme.

La seconda è che il numero di celle divide la tabella in due. Tre voci sono pubblicate per 6-12S o 12S e quattro per 6S o meno, e i valori di KV seguono quella divisione: le quattro voci a tensione più bassa vanno da 340 a 470 KV e le tre a tensione più alta da 160 a 240 KV. Poiché il KV è giri al minuto per volt, i due gruppi raggiungono velocità dell’albero comparabili partendo da tensioni di pacco molto diverse, e il valore che li separa è la corrente che ciascuno assorbe per la propria potenza pubblicata. È la lettura che la sequenza di dimensionamento seguente trasforma in decisione.

Una terza lettura riguarda le voci che nella tabella stanno più vicine tra loro. L’MN501-S KV240 e l’MN4014 KV400 sono adiacenti per massa a 170 g e 171 g, ma sono costruiti per estremi opposti dell’impiego: uno è una voce 24N28P 6-12S a 1200 W e l’altro una voce 18N24P 4-8S a 900 W. Massa adiacente con uno statore diverso, una finestra di bus diversa e una potenza pubblicata diversa è il promemoria più chiaro, nella tabella, che la massa è un esito di assemblaggio anziché una descrizione dell’impiego. Scegliere tra loro dipende dal bus che il telaio può portare e dall’elica che ciascuno deve far girare, non dall’1 g che li separa.

Sette voci a confronto con tre fasce di massa delle piattaforme

La tabella ordina per peso, che è l’ordine giusto per una rosa di candidati e l’ordine sbagliato per capire che cosa contenga il gruppo. Letti per piattaforma, invece, i sette motori BLDC per impiego UAV a lunga autonomia attualmente presenti nella categoria Motori per UAV si distribuiscono su tre fasce, e i confini delle fasce sono fissati dalla massa al decollo del telaio anziché dal motore. Le tre sezioni seguenti collocano ogni voce dove appartiene e annotano che cosa le voci non dicono.

Piattaforme sotto i 2 kg e ciò che le voci lasciano in sospeso

L’estremità leggera del gruppo è coperta da tre voci costruite per piccole piattaforme con fotocamera. Il Motore per UAV T-Motor MN4006 KV380 è il più leggero a 68 g, una voce 18N24P 4-6S che pubblica 2309 g di spinta e 380 W; il Motore per UAV T-Motor MN3110 KV470 è una voce 12N14P 3-6S a 98 g che pubblica 1220 g e 330 W; e il Motore per UAV T-Motor MN3510 KV360 è la voce da 117 g 12N14P 3-6S che pubblica 1900 g e 330 W. Le due voci 12N14P illustrano perché un valore di spinta richieda di essere accompagnato dalla sua condizione di prova: la curva pubblicata dal produttore per l’MN3510 KV360 raggiunge 1000 g su un’elica 15 × 5 CF a 14.8 V, quindi il suo valore di voce di 1900 g appartiene a un bus più alto all’interno della sua finestra 3-6S. Ciò che le voci lasciano in sospeso per questa fascia è il valore di corrente di hover a una specifica elica e a uno specifico bus, che è il numero di cui ha bisogno un budget di autonomia sotto i 2 kg e che non è riportato come colonna.

La fascia 2-5 kg per mappatura e ispezione

Due voci coprono la fascia intermedia, e sono quelle la cui costruzione dello statore le avvicina di più a un impiego dedicato alla lunga autonomia. Il Motore per UAV T-Motor MN4014 KV400 è da 171 g in un corpo 18N24P che pubblica 3360 g e 900 W su una finestra 4-8S; il Motore per UAV T-Motor MN5008 KV340 è da 135 g in un corpo 24N28P che pubblica 4215 g e 760 W su 6S. I due differiscono nella direzione che conta per questo impiego: l’MN5008 KV340 porta 55 mΩ di resistenza contro i 67 mΩ dell’MN4014 KV400, e il suo numero di celle pubblicato è un singolo 6S anziché una finestra 4-8S. Una piattaforma di mappatura che ha scelto un pacco 6S e vuole minori perdite nel rame sta leggendo l’MN5008 KV340; una piattaforma che vuole che il bus sia una variabile libera lungo tutta la costruzione, o che ha bisogno della potenza pubblicata più alta, sta leggendo l’MN4014 KV400. La differenza tra 135 g e 171 g è di 36 g di massa del telaio, che è una frazione del carico utile che l’uno o l’altro possono sollevare e una frazione reale di un pacco piccolo.

La fascia 5-10 kg per lunga autonomia e sollevamento VTOL

L’estremità pesante del gruppo è occupata da due voci che differiscono da tutto ciò che sta sotto di esse nella tabella. Il Motore per UAV T-Motor MN501-S KV240 è una voce 24N28P 6-12S da 170 g che pubblica 4660 g e 1200 W; il Motore per UAV T-Motor MN6007 II KV160 è una voce 24N28P 12S da 159 g che pubblica 6419 g e 1120 W, la spinta pubblicata più alta dell’insieme. Entrambi portano una finestra di bus ampia o alta e un KV basso, che è la combinazione di cui ha bisogno un’elica grande e lenta, ed entrambi si adatterebbero al ruolo di sollevamento di una piattaforma VTOL con la stessa facilità con cui si adatterebbero a un ruolo di hover su un multirotore. L’MN6007 II KV160 abbina la spinta pubblicata più alta alla seconda resistenza più alta, 178 mΩ, che è l’aspetto di un rapporto alto tra KV e spinta in un avvolgimento a basso KV: meno spire di filo più pesante non deriva dalla sola spinta, e la colonna della resistenza è dove questo si vede.

Selezionare un Motore BLDC per UAV a lunga autonomia: una sequenza di dimensionamento

L’ordine seguente è l’ordine in cui i valori pubblicati diventano decisioni, perché ogni passo elimina candidati che un passo successivo non può recuperare. È scritto per una rosa di candidati tratta dalle sette voci attualmente presenti nella categoria Motori per UAV, ma la sequenza in sé non dipende da quali voci siano nel gruppo. La pagina applicativa UAV a lunga autonomia contiene gli stessi sette modelli con i loro attributi di filtro.

Prima l’impiego e il budget di hover

Il profilo di missione è stabilito prima di leggere qualsiasi motore: la durata dell’hover, la salita, il carico utile e la riserva insieme danno l’energia che il pacco deve contenere e la potenza di hover che il telaio deve esprimere. Questi due numeri delimitano poi la ricerca, perché un motore i cui valori pubblicati non riescono a sostenere la potenza di hover a un’efficienza che il pacco può permettersi non verrà salvato da alcun passo successivo. In questo gruppo la potenza pubblicata a 180 secondi sale con la spinta pubblicata nello stesso ordine, da 330 W sulla voce 12N14P più leggera a 1200 W sull’MN501-S KV240, quindi un candidato la cui potenza si colloca molto fuori da quella progressione rispetto alla sua spinta vale la pena di essere ispezionato prima di entrare nella rosa.

Integrazione elettrica e pacco

Il bus è di per sé una decisione, perché fissa la massa del pacco e il rating dell’ESC nello stesso momento in cui fissa la corrente che l’avvolgimento porta al punto di hover. In questo gruppo la scelta è di fatto tra le voci pubblicate per 6S o meno, da 330 W a 760 W di potenza a 180 secondi, e le voci pubblicate per 6-12S o 12S, a 1120 W e 1200 W. Un KV basso su un bus alto abbassa la corrente di hover per una data potenza all’albero, il che riduce le perdite nel rame e allunga il tempo per cui lo stesso pacco può sostenere l’aeromobile, e lo si paga con un pacco più pesante e un ESC a tensione più alta. Questo è il passo in cui la colonna della resistenza interna del motore UAV decide un caso incerto, ed è anche il passo in cui il valore a 180 secondi va usato solo come segnale di margine tra candidati di impiego simile.

Ingombro meccanico e le voci

Solo dopo che impiego, bus e avvolgimento hanno ristretto la lista entra in gioco il lato meccanico della decisione, e a quel punto l’insieme dei candidati è di solito abbastanza corto perché giochi, albero e percorso dei cavi lo risolvano. La colonna della massa si legge contro il budget del pacco in questo passo anziché come un punteggio di qualità, e il valore senza cavo si usa dove la voce ne pubblica uno, su tre dei sette modelli qui, perché quella è la massa che porta la struttura del telaio. Dove una voce non riporta un campo da cui la costruzione dipende - corrente a vuoto su quattro dei sette, un peso senza cavo su quattro - la mossa onesta è porre la domanda alla documentazione del produttore anziché dedurre il valore da un modello vicino.

I tre passi applicati a questo gruppo danno una rosa di candidati anziché una risposta:

1. Piccole piattaforme con fotocamera e telai sotto i 2 kg. L’MN4006 KV380, l’MN3110 KV470 e l’MN3510 KV360 sono le voci 3-6S e 4-6S da 68 g a 117 g, e la loro spinta pubblicata da 1220 g a 2309 g si adatta all’estremità leggera dell’impiego su un pacco piccolo.
2. Piattaforme di mappatura e ispezione nella fascia 2-5 kg. L’MN5008 KV340 e l’MN4014 KV400 sono separati da 36 g di massa, 21 mΩ di resistenza e una finestra di bus 6S contro 4-8S, e la scelta tra loro deriva da quanta libertà la costruzione vuole nella tensione del pacco.
3. Ruoli di sollevamento per multirotore pesante e VTOL nella fascia 5-10 kg. L’MN501-S KV240 e l’MN6007 II KV160 sono le voci 6-12S e 12S, e l’MN6007 II KV160 pubblica la spinta più alta dell’insieme a 6419 g sul KV più basso.

Domande frequenti

Risorse ufficiali

T-Motor pubblica una pagina prodotto ufficiale per ogni unità, con il suo pannello di specifiche e i dati di prova, e quelle pagine restano la fonte autorevole per ogni valore citato in questa guida - per esempio la pagina prodotto MN5008 KV340, la pagina prodotto MN501-S KV240 e la pagina prodotto MN6007 II KV160. I valori di resistenza, numero di celle, spinta, potenza e massa nella tabella precedente sono i valori che quelle pagine pubblicano per ciascun modello. Un valore di corrente di hover a una specifica elica e tensione, un’ipotesi termica dietro il valore a 180 secondi, o una corrente a vuoto per un modello la cui voce non ne riporta una sono una domanda per la documentazione del produttore anziché un valore che si possa derivare dal pannello di specifiche.

Dove andare dopo

Per selezionare anziché leggere, tre strumenti della piattaforma svolgono il lavoro in sequenza. Esplorare l’intera categoria Motori per UAV per vedere le sette voci qui insieme ai modelli heavy-lift e agricoli, usare Selezione per restringere per numero di celle, massa e potenza pubblicata, quindi mettere i candidati l’uno contro l’altro in Confronto prodotti. La pagina applicativa UAV a lunga autonomia contiene lo stesso impiego con i propri attributi di filtro.

Tre altri articoli trattano le parti di questo argomento che una selezione a lunga autonomia non risolve. Motori per UAV: abbinare KV, spinta e massa alla cellula copre il quadro più ampio della propulsione aerea, incluse le voci della serie U per impieghi di sollevamento maggiori che stanno fuori dalla serie MN confrontata qui. Motori BLDC per modello ad ala fissa: abbinare KV, elica e potenza di crociera prende la stessa catena di elica, KV e numero di celle e la applica a un aeromobile ad ala portante, dove il punto di funzionamento è una crociera anziché un hover. Motori per droni da carico pesante: tre opzioni T-Motor da 2.85 kg a 101 kg di spinta copre l’estremità di sollevamento dello stesso impiego, dove i telai sono specificati rispetto alla spinta sostenuta su scala di più chilogrammi.

La versione breve: fissare prima l’elica e la massa totale, perché l’elica fissa la velocità dell’albero che il motore deve raggiungere e la massa fissa la potenza di hover che deve esprimere; abbinare il KV al bus che il telaio può portare in secondo luogo, perché il KV diventa una velocità dell’albero solo quando vi si applica una tensione ed è il bus a decidere la corrente; e leggere l’avvolgimento rispetto alla corrente di hover per ultimo, perché il valore di potenza a 180 secondi è una finestra termica anziché un valore nominale. All’interno di questo gruppo quella sequenza separa le voci 3-6S e 4-6S dai due modelli di fascia intermedia 6S e 4-8S e dalla coppia 6-12S e 12S prima che qualsiasi singolo modello venga pesato contro un altro.