高推力ドローン用モーターの選定：ペイロード、効率、熱裕度

高推力ドローン用モーターとは、仕様表の中で最も大きなユニットのことではない。機体が実際に飛ぶ動作点で、なお推力を出し続けられるモーターのことである。選定は、機体が持ち上げなければならない質量から始まり、その質量を各ローターに配分し、次にモーターが熱余裕を使い切ることなく自分の分担分を保持できるかを確かめる。ペイロードクラス、ローター1基あたりの推力、熱余裕という3つの量が答えを決め、重荷重機体ではこの3つが、その仕事を果たすためにどれだけのモーター質量を積む必要があるかまで決める。

本ガイドは、ToBMS の UAV用モーター カテゴリに現在収録されている記録のうち10件を取り上げる。いずれも T-Motor のユニットで、ToBMS の記録では 重荷重ドローン と 農業用UAV に分類されており、各段階でどの仕様が選択を決めるのかを示す。以下の数値はすべて ToBMS の製品記録かメーカー公表仕様から取っている。それらの数値から導いた比率は「導出」と明記し、公表されていない値は、類似モデルから推測せず「未公表」と記す。

要点

まず最初に来るのはペイロードクラスであり、これはモーターの数値ではなく機体の数値である。ここで扱う8件の Navigator の記録は、いずれもメーカーのページに機体最大離陸重量を直接示しており、T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor の 60 kg から T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor の 140 kg に及ぶ。この数字は機体の全備重量であり、その下に吊るされたペイロードではない。ペイロードとは、機体、バッテリーパック、アビオニクス、モーターを差し引いた後に残るものであり、だからこそモーターの選択はペイロードの数値そのものからではなく質量収支から導かれ、重ペイロード向けドローンモーターは常に負荷だけではなく機体に合わせて選ばれる。

次に、高推力ドローン用モーターが出すべき推力は、機体に必要な推力を各アームに配分して決まる。マルチローターの実務では、機動や外乱のあいだも姿勢制御が権限を保てるよう、全備重量の数倍を見込む。したがって記録されたモーター1基あたりの最大推力は、動作点ではなく上限である。ローター1基が失われた後も制御を続けることは、それとは別の耐故障要件であり、最大推力の数値だけではなく、機体の構成、制御配分、想定する故障ケースから導かれる。その上限が飛行中も保つかどうかを決める3つ目の数値が熱余裕である。これらのモーターで公表されている電力・電流定格は短い時間窓で示され、メーカーの試験台上の表面温度は特定のスロットルと運転時間で測定される。10件の記録は、プロペラ、バス電圧、試験条件がページごとに異なるため、その基準で相互に順位づけすることはできない。数値にできるのは、1つのモーター、1つのプロペラ、1つのバスについて余裕がどこにあるかを示すことであり、それこそ選定の判断が実際に必要とする比較である。

高推力ドローン用モーターとは何か

高推力ドローン用モーターの構造は、このクラスの重い側でも変わらない。高推力ドローン用モーターで変わるのは、仕様のどの部分が拘束条件になるかである。小型機体では制約は通常バッテリーパックと配線にあり、高推力ドローン用モーターは、すでに機体に収まるプロペラに合わせて選ばれる。重荷重機体や農業用機体では、制約は熱負荷とモーター質量の両方へ移り、こうした機体では、求められるペイロードと任務要求が高まるにつれて、熱負荷と推進システムの質量が重要な連成制約になり得る。これが、このレンジの重い側で選定問題を別物にしている。

ローター 1 基あたりの推力とモーター質量

重荷重のあらゆる判断の両側に1つずつ数値が立ち、どちらも単独では読めない。ローター1基あたりの推力は、モーターが動作点で出すべき量である。モーター質量は、その推力のために機体が毎回の飛行で支払うものであり、モーターは推進システムが持ち上げている全備重量の一部である。以下の10件の記録では、この2つの数値は同じ方向に動く。T-Motor U11 II KV120 UAV Motor は 772 g で 14159 g の推力を記録し、T-Motor MN1330 KV40 は 2750 g で 75415 g を記録する。両者のあいだで質量は約 3.6 倍、記録推力は約 5.3 倍に増え、この傾きの差こそが、選定判断が取引しているものである。

この2つの数値は、点数ではなく対として読む。推力のわりに軽い高推力ドローン用モーターは、推進システムが担う質量を減らすが、発生する損失を放散する銅とステータも少なく、この2つの効果は独立ではない。推力のわりに重い高推力ドローン用モーターは、熱の問題へより多くの材料を持ち込む一方で、機体が毎回の飛行で持ち上げる質量と、姿勢制御が対抗しなければならない慣性を増やす。このトレードのどちら側が正しいかは機体が飛ぶ運用次第であり、同じモーターが2つの異なる任務では境界線のどちら側にも位置し得る。

最初の絞り込みとしての KV

KV は巻線の速度定数で、1ボルトあたりの回転数として表され、これらの記録では MN1115 の 130 から MN1330 の 40 までに及ぶ。選定における実際の役割は、そのモーターがどのセル数とどのプロペラ直径向けに巻かれているかを示すことである。あるバスにおいて低い KV は同じプロペラをより低速で回し、低 KV の巻線は低回転・大径プロペラの構成に適し得るが、ある推力における電流は KV 値ではなくモーターとプロペラの運転データから評価しなければならない。これにより、重荷重機体は、コントローラーが連続で保持できる範囲を電流が超えることなく、大きなプロペラを回せる。KV は品質の数値ではなく適合の表明であり、24S バスで 20 in プロペラを駆動する場合と 30 in プロペラを駆動する場合とでは、同じ推力目標であっても異なる値が求められる。

高推力ドローン用モーターにおける関連する数値はステータ構成であり、Navigator モーターでは 36N40P や 36N42P といったスロット数と極数で公表される。ここに挙げた8件の Navigator の記録はすべて、大径ステータを持つ高極数のアウトランナーで、MN11 シリーズの 120.5 mm から MN13 シリーズの 150 mm に及ぶ。KV 値はモーターの巻線と電磁設計を反映する。極数とステータ寸法は補足的な背景を与えるが、KV を単独で決めるものではない。2つのシリーズはこの線で分かれる。MN11 群は 120.5 mm ステータを 12S または 24S と組み合わせ、MN13 群は 150 mm ステータを 14S または 24S と組み合わせる。具体的な事例の前に一般則を知りたい場合は、UAV用モーター：機体にKV、推力、質量を合わせる が、より広い U、Navigator、P、AT の各レンジにわたって同じ関係を扱っている。

高推力ドローン用モーターのペイロードクラスはどう決まるか

機体のペイロードクラスはモーターの属性ではなく、メーカーがモーターの隣に公表する数値もペイロード定格ではない。T-Motor は Navigator モーターごとに機体最大離陸重量を示しており、その数字は、そのモーターが駆動することを想定した最も重い機体を表すのであって、そうした機体が運べる積載量を表すのではない。一方の数値から他方へ至るのは引き算であり、その結果は機体がどう作られているかに依存する。

ペイロードクラスとローター数

高推力ドローン用モーターの選定は、全備重量から始まり、ペイロードでないものすべてを差し引く。機体、バッテリーパック、アビオニクス、ペイロードマウント、そしてモーターそのものである。残ったものが、任務機器に使える質量であり、重荷重機体ではその残りは、許容全備重量の範囲内で、機体、バッテリー、推進システム、アビオニクス、ペイロードマウントの質量に依存する。8件の Navigator の記録で宣言された最大離陸重量は、MN1115 KV130 が 60 kg、T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor が 70 kg、T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor が 80 kg、T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor が 90 kg、T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor と T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor がともに 100 kg、T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor が 120 kg、MN1330 KV40 が 140 kg である。2件の U シリーズの記録、U11 II KV120 と T-Motor U13 II KV65 UAV Motor は機体最大離陸重量を公表していないため、ここではクラスを割り当てない。

次にローター数がその質量を分割する。同じ全備重量の機体でも、6本のアームで作る場合は8本で作る場合よりも各モーターに多くを求める。しかもその差は算術だけではない。ローターが少ないほど、機体は各ローターにより多くを依存し、姿勢制御と外乱のために確保しなければならない制御予算の取り分も大きくなる。記録された推力値を定常飛行にすべて費やす推進予算は、その予備に何も残さない。だからこそ、ホバリングで最大推力のうちどれだけ使うかは、結果ではなく選定の入力なのである。

部分スロットルにおける推力余裕

重荷重機体の高推力ドローン用モーターは、飛行時間の大半を部分スロットルで過ごし、余裕が宿るのはこの部分スロットル領域である。メーカーの試験データは、推力値のうちどれだけが中程度のスロットルで出るかを示している。MN1330 KV40 に 52 x 20 in プロペラを付けた場合、ベンチ表は 40 percent throttle で 14117 g、100 percent で 75415 g を記録する。つまり、スロットル行程の上半分が、提供される推力の大半を担っている。これを高推力ドローン用モーターの動作点に置き換えるとは、機体が満載でホバリングするスロットルを選び、その上にどれだけ行程が残るかを確かめることである。

余裕の2つ目の部分は、モーターが記録する推力と、それが保持できる推力とのあいだの隔たりである。Navigator のページはアーム1本あたりの数値を2つ並べて公表しており、最大値と定格値である。その隔たりは大きい。MN1123 KV53 は最大 47.5 kg に対しアーム1本あたり定格 20-22 kg、MN1325 KV47 は 68.0 kg に対し 30-32 kg、MN1330 KV40 は 75.4 kg に対し 35-38 kg である。この隔たりは、モーターが試験台上で全開時に短時間だけ出せる量と、動作負荷として保持することを想定された量との差であり、高推力ドローン用モーターは後者の数値で選定し、前者は保持を求めてはならない上限として扱う。

部分スロットルと全開時の効率

効率は、高推力ドローン用モーターの選定の連鎖のなかで、記録が間接的にしか記述しない唯一の量であり、その理由は、ワットあたりの推力がモーター単独ではなくモーターとプロペラを合わせた性質だからである。メーカーの試験表はこれを、ワットあたりの推力グラムという比で記録し、その比はここで扱うどのモーターでもスロットルとともに動く。MN1330 KV40 に 52 x 20 in プロペラを付けた場合、ベンチ表は 40 percent throttle で 10.61 g/W、100 percent で 4.64 g/W を示し、同じ形が U11 II KV120 に 28 x 9.2 in プロペラを付けた場合にも現れ、11.72 g/W に対し 5.08 g/W である。この範囲で推力は上がるがワットあたりの推力は上がらない。これが、上述の部分スロットル余裕の背後にある算術である。

内部抵抗と巻線損失

巻線の銅損は I²R の関係に従うため、抵抗は、ある動作点で入力のうちどれだけが熱になるかを決める。ただし公表データからそれを推定するには、相間の値を任意の電流値に掛けるのではなく、互換性のある抵抗と電流の定義が必要である。10件の記録を通じて、公表値は 7.5 mΩ（MN1315 KV100）から 80±5 mΩ（U11 II KV120）まで広い帯に及ぶが、その帯の並びは推力の並びには従わない。MN1315 KV100 はここでは推力の高い記録のひとつでありながら、公表抵抗が最も低い。一方、MN1118 KV108 と MN1115 KV130 は 12S で 13 mΩ と 16 mΩ を記録し、MN1123 KV53 は 24S で 35 mΩ を記録する。抵抗は高推力ドローン用モーターの巻線の性質であり、そのページが記述する巻線について示されたものなので、単独ではなくセル数と併せて読む。

無負荷電流と無負荷抗力

この収支の無負荷側が無負荷電流であり、U11 II KV120 では 18 V で 1.5 A、U13 II KV65 では 18 V で 1.7 A、Navigator の各記録では 20 V で 2.0 A から 5.7 A のあいだと公表されている。この電流は、無負荷で回転しているときにモーターが生じる損失をまかなう。軸受の抵抗、ローターとステータのあいだの風損、そして極数と回転数で決まる周波数でステータが切り替えられることによる鉄損である。大径ステータのアウトランナーでは、これは動作電流のごく一部であり、選定判断への影響はスロットル行程の低い側、すなわち有効推力が最も小さく、入力のうち無負荷損に費やされる割合が最も大きい領域にある。高推力ドローン用モーターでは、抵抗も無負荷電流も、直接それによって選択を下す数値ではない。どちらも損失がどこへ向かうかを追うために読むものであり、以下の熱の節がそれを動作点に当てはめる。

ローター 1 基あたりの推力とそれがモーター質量で何を要するか

ペイロードクラスとローター数が決まれば、残る問いは、各アームがどれだけの推力を出す必要があるか、そしてそれを生むモーターがどれだけの重さかである。この2つはページ上では別々の仕様であり、機体においてはひとつの判断である。モーターが加える1グラムごとに、機体が持ち上げなければならない全備重量の一部となり、そのモーターが出す推力は、それを持ち上げるものの一部だからである。

kg の数値の読み方

高推力ドローン用モーターについて公表される推力値は、明示された電圧、プロペラ、スロットルで試験台上に記録された最大値であり、正しく読むとは、その3つの条件とともに読むことである。以下の10件の記録は、28 x 9.2 in から 52 x 20 in までのプロペラ、12S から 22-25S までのバスで示されており、数値は U11 II KV120 の 14.16 kg から MN1330 KV40 の 75.4 kg に及ぶ。いずれも、モーターが無期限に保持することを想定した値という意味での定格推力ではない。Navigator のページは、最大値とアーム1本あたりの定格値を並べて公表することで、この2つの考えを明示的に区別している。選定判断が上限ではなく動作値を使う場合は、アーム1本あたりの定格値を読むべきであり、ページがそれを公表していない場合は、上限が唯一公表された数字であり、そのように扱わなければならない。

記録最大推力 1 kg あたりのモーター質量

高推力ドローン用モーターの記録質量を、その記録最大推力で割ると、その最大値に対して推力が質量でいくらかかるかを表す導出値が得られ、10件の記録では記録最大推力 1 kg あたり 30.0 g から 54.5 g のあいだに収まる。これは標準化された効率指標ではない。プロペラ、バス電圧、試験条件が記録ごとに異なるからである。8件の Navigator の記録は、MN1123 KV53 の 30.0 g から MN1330 KV40 の 36.5 g という狭い帯に収まり、2倍以上に増える推力範囲にわたってその広がりは約5分の1である。2件の U シリーズの記録はその帯の上側の外にあり、最も高いのは U11 II KV120 で、記録最大推力 1 kg あたり 54.5 g である。記載された仕様は部品単位の質量内訳を提供していないため、その構造と巻線それぞれの寄与をこれらの記録だけから切り分けることはできない。それでも U11 II KV120 はここで最も軽い 772 g のモーターであり、14.16 kg と最も小さい推力を記録する。高推力ドローン用モーターにとってこの数値は公表値から導かれたものであり、それ自体はメーカー仕様ではない。推力のコストが範囲内でどう変わるかを見るのに役立ち、推力値の代わりではなく、それと併せて読む。

機体最大離陸重量、推力、モーター質量、セル数、プロペラは、メーカーが公表し ToBMS 製品記録が保持する値による。モーター質量はケーブルを含む。記録最大推力 1 kg あたりのモーター質量は、ここで記録質量と記録最大推力から導出したものであり、メーカーの数値ではない。試験条件とプロペラが異なるため、標準化された効率指標や、飛行中のペイロード能力の直接的な尺度として読むべきではない。Navigator のページはアーム1本あたりの値を Max Thrust/Arm および Rated Thrust/Arm として示す。2件の U シリーズのページは最大推力をひとつだけ示し、アーム1本あたりの定格値は示さない。未公表と記されたセルは、類似モデルから埋めずに空欄のままとする。メーカーの試験表はすべて、それが由来するページに印字されたプロペラブロック、スロットル段、バス電圧に照らして読む。U シリーズのページでは列の順序と効率の単位が Navigator のページと同じではないからである。この表のモデル間で熱や効率の数値を比較することはしない。プロペラ、バス電圧、スロットル、運転時間がページごとに異なり、メーカーは、ベンチの数値はそのモーターの参考であって、モーター種別を比較する根拠ではないと述べている。

各推力値の背後にあるプロペラ径

高推力ドローン用モーターに合わせるプロペラは、推力値の付属品ではない。それ自体が推力値の定義の一部である。モーターについて記録される推力は、それとともに試験されたプロペラが生むものであり、そのプロペラを変えるとモーターとプロペラの動作点が移り、推力と電流消費の双方が変わり得る。したがってここの記録は、試験条件を伴うものとして読む。プロペラが結果をどこまで決めるかはここに見える。ここで KV 値が最も近い2件の記録、45 の MN1130 KV45 と 47 の MN1325 KV47 は、同じ NS47 x 18 in プロペラで試験されておりながら、57.3 kg に対し 68.1 kg を記録する。つまり差はプロペラではなく、ステータと巻線にある。プロペラの選択は、モーターによって制約される前に機体によって制約される。円盤直径がアームとフレームを避けなければならず、また翼端速度によっても制約される。KV が高すぎる状態で大きなプロペラを使うと、翼端が効率的でなくなる速度を超えてしまうからである。農業用機体では同じ制約が散布パターンの問題として現れ、農業用UAV向けBLDCモーター：KV、ステータサイズ、部分スロットルトルク がデューティサイクルの側からこれを扱っている。

高推力ドローン用モーターの熱裕度

高推力ドローン用モーターにおける熱余裕とは、ある動作点で発生する熱と、巻線や磁石が公表値の適用されなくなる温度に達することなく放散できる熱との差である。これは推力値では記述できない量である。同じモーターでも、より大きなプロペラ、より低いセル数、より長い上昇で同じ推力を保持するよう求められれば、そこに至るまでに異なる温度に達するからである。ここで扱う記録は、この限界を3つの別々の方法で記述しており、それらを合わせて読むことで、推力値が動作点へと変わる。

180 s の電力・電流定格

1つ目の記述は電力と電流の定格であり、ここでのどの記録も、連続値ではなく 180 s の窓で示されている。Navigator の記録は、180 s にわたる最大電力とピーク電流としてこれを公表する。MN1115 KV130 は 2816 W と 180 A、MN1118 KV108 は 2230 W と 192 A、MN1123 KV53 は 2400 W と 108 A、MN1130 KV45 は 3218 W と 132 A、MN1315 KV100 は 3300 W と 248 A、MN1320 KV49 は 2900 W と 150 A、MN1325 KV47 は 3400 W と 170 A、MN1330 KV40 は 3400 W と 177 A である。2件の U シリーズの記録は、ToBMS 記録において同じ2つの量を逆の順で示し、180 s の電力を最大電力の行に、180 s の電流をピーク電流の行に置いている。U11 II KV120 は 2783 W と 57.3 A、U13 II KV65 は 6720 W と 68 A である。仕様のうち実際に効いてくるのは窓のほうである。180 s の定格はバーストを表し、10分の任務を飛ぶ重荷重機体はその大半をその数値よりはるかに下で過ごすため、持続電流が巻線の連続能力の内側に収まるように選定しなければならず、バーストの数値に合わせてはならない。

銅損、冷却経路、取付

2つ目の記述は損失そのものである。銅損は、高推力ドローン用モーターが飛行中に生じる熱への重要な寄与であり、一貫した抵抗の定義のもとで電流の2乗に比例して増える。一方で鉄損と機械損も寄与し、その相対的な重要度は動作点によって変わる。銅の項は、そのモーターについて公表された相間抵抗で決まる。MN1315 KV100 は 7.5 mΩ、MN1118 KV108 は 13 mΩ、MN1115 KV130 は 16 mΩ、MN1325 KV47 は 17.5 mΩ、MN1330 KV40 は 19.5 mΩ、MN1320 KV49 は 20.5 mΩ、MN1123 KV53 は 35 mΩ、MN1130 KV45 は 38 mΩ、U13 II KV65 は 73 mΩ、U11 II KV120 は 80±5 mΩ である。先に触れた鉄損と無負荷抵抗はより小さな分を加える。銅損が生む熱は、その後モーターから出ていかなければならず、その経路は後付けではなく仕様の一部である。Navigator のページは、ステータ周囲の一体成形ダイキャスト冷却フィン構造を記述し、分割型の冷却構造に比べて放熱面積を2倍にすると述べ、巻線温度を 5 ℃ から 8 ℃ 下げると述べている。その経路を支える材料も公表されており、ステータ上の 150 ℃ の被膜、220 ℃ の銅線、180 ℃ 定格の磁石、IP45 の筐体、そして -30 ℃ から 55 ℃ という明示された動作範囲である。取り付けが同じ理由で重要となるのは、アームがモーターが熱を伝える先のヒートシンクだからであり、接触の悪い板にボルト留めされたモーターは、同じ質量の機械加工マウント上の同一モーターより高温で動作する。

熱裕度が尽きる地点

高推力ドローン用モーターについての3つ目の記述は、実測された表面温度であり、これが最初の2つを具体的にする数値である。Navigator の記録では、メーカーは周囲温度 25 ℃、80 percent throttle で 10 分間運転した後のモーター表面温度を示しており、各巻線ブロックについて、それらのページが公表する値は 82 ℃ から 122 ℃ に及ぶ。それぞれは同じページに印字されたプロペラ、バス電圧、セル数に属するため、この帯は順位ではなく測定値が占める範囲を表し、メーカーは、ベンチの数値はそのモーターの参考であって、モーター種別を比較する根拠ではないと注記している。2件の U シリーズの記録は表面温度をさらに別の形で示しており、100 percent throttle で測定され、運転時間はプロペラブロックに応じて1、2、5、10分のいずれか、周囲温度は U11 II のページで 19 ℃ であり、そのページは1分と記している。だからこそ本ガイドではモデル間で温度を比較しない。

高推力ドローン用モーターの表面温度が支えるのは、余裕の確認である。記録された表面温度は、明示された試験条件のもとで熱挙動を評価するための有用な参考を与えるが、巻線や磁石の温度を直接的に確立するものではない。実際の飛行条件での熱余裕を評価するには、内部の温度上昇、環境条件、冷却、取り付け、デューティサイクルを考慮し、メーカーがそのモーターについて示す温度限界に照らして読む必要がある。このクラスの大径ステータのアウトランナーは、短時間の過負荷では温度がゆっくりとしか動かないだけの熱容量を持ち、だからこそバースト定格が役に立つ。同時に、持続的な過負荷が現れるまでに長い時間がかかり、消えるまでにも長い時間がかかるだけの熱慣性も持つ。したがって高推力ドローン用モーターの余裕は、どの一瞬によってではなく、デューティプロファイル全体によって消費され、負荷を伴うサイクルを繰り返す農業用機体では、その累積効果が機体温度に反映される。この問いのデューティサイクル側は 産業用UAV向けBLDCモーター：デューティサイクル、冗長性、ペイロード で扱われており、その効率側、すなわちスロットルが上がるにつれてワットあたり推力が下がることは、入力端から見た同じ機構である。

T-Motor U11 II と U13 II（ヘビーリフトクラス）

Uシリーズの2件はこのグループで最も軽いモーターであり、推力レンジの下限側に位置するため、このクラスの基準でいえば全備重量が控えめな機体にとって自然な出発点となる。いずれのページも機体最大離陸重量を公表していないため、ここではクラスを公表値ではなく各レコードが記録する推力とセル数から定めている。

U11 II KV120

T-Motor U11 II KV120 UAV Motor は 79.5 x 51.6 mm のボディに 15 mm のシャフト、12N14P のステータを備えた 772 g のアウトランナーであり、12S 仕様で、48 V・28 x 9.2 in プロペラにおいて記録最大推力 14.16 kg を示す。巻線は相間抵抗 80±5 mΩ、無負荷電流 18 V で 1.5 A を記録し、公表されている 180 s 値は 2783 W と 57.3 A である。このモーターのメーカー試験表には 26 x 8.5 in、27 x 8.8 in、28 x 9.2 in の 3 つのプロペラブロックが掲載されており、全開時に 12114 g、12617 g、14159 g を記録している。これは見出しの数値がモーター単体ではなく試験された最大のプロペラに属することを示す有用な手がかりである。12S かつ 800 g をわずかに下回るこの記録は、ペイロードが絶対量として小さい一方でローター数が少なく、モーターが依然として 1 アームあたり相当な推力を出す必要がある機体に適する。

U13 II KV65

T-Motor U13 II KV65 UAV Motor はその一段上に位置する。100 x 60 mm のボディに 15 mm のシャフト、36N42P のステータを備えた 975 g で、22-25S バス用に巻かれ、G32 x 11 in プロペラにおいて記録最大推力 28.7 kg を示す。抵抗 73 mΩ、無負荷電流 18 V で 1.7 A を記録し、180 s 値は 6720 W と 68 A である。U11 II と区別するのは推力の数値そのものではなく、より高いセル数である。22-25S バスは所定の推力に対してより低い電流でより大きなプロペラを回し、メーカーはこのモーターを長期の供用期間にわたる重負荷・産業用途向けと説明している。試験表はここでも複数のプロペラブロックを掲載し、全開時に G30 x 10.5 in で 24744 g、G32 x 11 in で 28711 g を記録する。U シリーズの 2 件は、軽量な産業用機体から Navigator グループの入り口までの範囲を覆い、Heavy-Lift Drone Motors: Three T-Motor Options from 2.85 kg to 101 kg Thrust は両者を U5 および U15 シリーズも含む、ペイロード主導のより広い比較の中に位置づけている。

ヘビーリフトと農業向けの T-Motor MN シリーズモーター

ここで扱う 8 件の T-Motor MN モーター記録は、構造ではなくステータ径で異なる 2 つのファミリーを形成する。MN11 グループは 120.5 mm のステータを、MN13 グループは 150 mm のステータを備え、各ファミリー内ではモデルが積層長でスケールし、巻線はセル数に応じて変わる。8 件すべてが外部 ESC を備えた大径ステータのアウトランナーであり、各ページが推力と熱の数値と併せて機体最大離陸重量を記載しているため、このグループは高推力ドローン用モーターを公表値から直接機体クラスに適合させられるレンジの一部となっている。

MN1115、MN1118、MN1123、MN1130

MN11 の記録は 120.5 mm のステータ径を共有し、4 モデルにわたって長さが 47.9 mm から 65.9 mm へと増加し、推力もそれに伴って MN1115 KV130 の 33.3 kg から MN1130 KV45 の 57.3 kg へと上昇する。T-Motor MN1115 KV130 UAV Motor は 1055 g、36N40P ステータ、12S バスの入り口に位置し、G36 x 11.5 in プロペラで 33.3 kg を記録し、機体最大離陸重量は 60 kg と公表されている。180 s 値は 2816 W と 180 A、巻線は 16 mΩ を記録し、無負荷電流は 20 V で 2.7 A である。T-Motor MN1118 KV108 UAV Motor は同じ 12S バスで 36N40P ステータを備えた 1186 g であり、VZ40 x 16.1 in プロペラで 38.1 kg、機体最大離陸重量 70 kg を記録し、13 mΩ の巻線から 180 s で 2230 W と 192 A、無負荷電流は 20 V で 3.3 A である。両ページとも第 2 の巻線ブロックを掲載しており、MN1115 では 110 KV、MN1118 では 90 KV である。KV 値はシリーズ名からではなくモデルと併せて読む必要があるのはこのためである。

T-Motor MN1123 KV53 UAV Motor は 58.9 mm のボディで 1425 g となり 24S バスへ移行し、VZ42 x 16.5 in プロペラで 47.5 kg、機体最大離陸重量 80 kg を記録し、180 s で 2400 W と 108 A、巻線は 35 mΩ である。T-Motor MN1130 KV45 UAV Motor は 65.9 mm のボディで 1740 g となりこのファミリーを締めくくり、NS47 x 18 in プロペラで 57.3 kg、機体最大離陸重量 100 kg、38 mΩ から 180 s で 3218 W と 132 A を記録し、これは同記録を公表値 100 kg の重ペイロードドローン用モーター帯に位置づける。同一のステータファミリー内で 12S から 24S への段差があることは、ここでセル数が何をするかを最も明確に示している。MN1123 と MN1130 は 108 A と 132 A で推力を生むのに対し、MN1118 は 192 A を必要とする。同等の動作条件では、より高いバス電圧は所定の電力に対して必要な供給電流を減らすが、これらモデル間の電流値はバス電圧だけでなく、それぞれ異なるプロペラ、巻線、推力出力も反映している。24S 巻線のより高い抵抗は、このトレードオフのもう一方の側面である。

MN1315、MN1320、MN1325、MN1330

MN13 の記録は 150 mm のステータを備え、長さは 51 mm から 65 mm にスケールし、公表された機体最大離陸重量が最も高い値に達するのはこのファミリーにおいてである。T-Motor MN1315 KV100 UAV Motor は 2 つの点でこのグループの外れ値である。14S はこのファミリーで最も低いセル数であり、100 KV は最も高い巻線であり、これらが相まって VZ40 x 16.1 in プロペラで 50.2 kg、機体最大離陸重量 90 kg、180 s にわたるピーク電流 248 A を生み出す。その 7.5 mΩ の巻線はここでの 10 件すべてを通じて公表された中で最も低い抵抗であり、この電流を担うための設計上の応答である。T-Motor MN1320 KV49 UAV Motor は 2070 g で 24S に戻り、NS45 x 17.5 in プロペラで 59.0 kg、機体最大離陸重量 100 kg を記録し、180 s で 2900 W と 150 A、巻線は 20.5 mΩ である。

その上では T-Motor MN1325 KV47 UAV Motor が 2425 g で NS47 x 18 in プロペラにおいて 68.1 kg、機体最大離陸重量 120 kg を記録し、180 s で 3400 W と 170 A を示す。T-Motor MN1330 KV40 UAV Motor は 2750 g でこのレンジを締めくくり、NS52 x 20 in プロペラで 75.4 kg、機体最大離陸重量 140 kg、19.5 mΩ の巻線から 180 s で 3400 W と 177 A を記録する。最大の 2 件はいずれも最大値と併せて 1 アームあたりの定格値を示しており、それぞれ 30-32 kg と 35-38 kg であり、これが動作点を合わせ込む対象となる値である。メーカー自身の T-Motor Navigator MN Series Heavy-Lift UAV Motors: Official Release Video はこれらの記録を生んだシリーズ改良を扱っており、同じファミリーの農業向けの側面は BLDC Motors for Agricultural UAV: KV, Stator Size and Part-Throttle Torque で詳しく扱われている。

高推力ドローン用モーター選定チェックリスト

以下の順序は、高推力ドローン用モーターの数値を読むべき順序である。各段階が次の段階を制約し、いずれもモーターページだけでは決められないためである。

1. モーターとバッテリーを含む全備重量を合計し、そこからミッション装備以外のすべてを差し引く。残りが機体が実際に運べるペイロードであり、これは機体の許容全備重量の範囲内で、機体、バッテリー、推進システム、アビオニクス、ペイロードマウントの質量に依存する。
2. 機体が必要とする推力をローター間に配分し、モーターを選んだ後にではなく選ぶ前に制御マージンを適用する。記録された 1 アームあたりの最大推力は上限であり、それを定常飛行にすべて使い切る配分は、姿勢制御、外乱、想定される機動範囲のための余裕を残さない。
3. バッテリーの決定からセル数を確定し、次に KV を、機体が許容するプロペラ径が適切なスロットルで動作点に達するように選ぶ。KV はバス電圧とプロペラの適合であり、性能の順位ではない。
4. 推力の数値は、その脇に印刷されているプロペラ、電圧、スロットル段と併せて読む。ページが最大値と定格値の両方を公表している場合は、1 アームあたりの定格値を優先する。
5. 銅損は、公表された 2 つの値が同一の測定基準を共有していることを確認した後にのみ、巻線抵抗と想定される動作電流から見積もる。次に、メーカーが自らの記載条件下で記録した表面温度を、巻線と磁石について示された温度上限と併せて読む。
6. 持続的な上昇が引き出す電流を、バースト値ではなく 180 s の値に対して確認し、ホバリング電流が制御過渡応答のためにウィンドウを空けておくことを確かめる。
7. 機械的インターフェースを確認する。シャフト径、取付パターン、外形、ケーブル長、リード線の太さは、いずれの電気的数値より先にアームに適合していなければならない。
8. どの値がメーカーのデータシート由来か、どの値が ToBMS の製品記録由来か、どの値が比較のために導出されたものかを記録し、後の改訂時に出典と照合できるようにする。

さらに 3 つのガイドが本稿から横に広がる。UAV Motors: Matching KV, Thrust and Mass to Your Airframe は機体側からカテゴリー全体を扱い、Navigator、P、AT のレンジにも及ぶ。Long Endurance UAV アプリケーションは同じモーターを効率、質量、バス電圧の議論へと導き、BLDC Motors for Long Endurance UAV: Efficiency, Mass and Bus Voltage で詳述されている。1 アームあたりの推力ではなく応答性とバッテリー寿命が支配するファミリーの小さい側については、Drone Motors カテゴリーと Industrial UAV アプリケーションが、このクラスのモーターには重すぎる機体を扱っている。

よくある質問