Motor de drone de fotografia aérea: escolher empuxo, KV e tensão de barramento

Um motor de drone de fotografia aérea é escolhido pelo que tem de levantar e pela estabilidade com que sustenta essa massa no ar, e não pelo maior valor de empuxo de uma linha de produtos. Uma aeronave de elevação de câmera faz duas perguntas ao mesmo tempo: empuxo suficiente por rotor para carregar a câmera, o gimbal e o pacote, e um enrolamento que permaneça suave e frio enquanto a aeronave mantém um pairado lento com aceleração parcial. Os quatro registros T-Motor comparados aqui — o MN4006 KV380, o MN6007 II KV160, o MN7005 KV230 e o U7 KV280 — abrangem de 68 g a 317 g de massa publicada e de 2309 g a 6419 g de empuxo publicado, e essa dispersão corresponde de perto à classe de carga útil de câmera. O mesmo regime é descrito na página de aplicação UAV de fotografia aérea.

Resposta rápida

A massa da câmera define o requisito antes de qualquer número de motor. Um multirrotor de elevação de câmera carrega um gimbal cuja própria massa é uma fração da aeronave, e cada grama gasto na câmera e na sua estabilização é um grama que o conjunto de propulsão tem de levantar, sustentar e corrigir. A consequência prática é que um motor de drone de fotografia aérea é escolhido pelo empuxo que tem de produzir no ponto de pairado, e não pelo empuxo que consegue produzir por um instante em aceleração total. Os quatro registros aqui são publicados em pontos muito diferentes dessa escala: 2309 g, 4640 g, 4691 g e 6419 g, em hélices de 16 in a 24 in e em barramentos de 4-6S a 12S.

Duas colunas deste grupo pesam mais do que a sua largura sugere. A primeira é o empuxo publicado, porque uma aeronave de elevação de câmera tem de sustentar o seu empuxo por minutos a fio, e não pelos segundos que um quadricóptero de corrida gasta em aceleração total. A segunda é a resistência interna, porque a massa do motor e a resistência do enrolamento se compensam dentro de um estator de tamanho fixo, e o termo de resistência é o que converte a corrente de pairado em perda no cobre dentro de uma carcaça sem refrigeração ativa. A resistência do enrolamento é o que torna a perda no cobre estimável, mas não é a totalidade do aquecimento do motor: a temperatura que um motor atinge também depende das suas outras perdas e de como o calor deixa a carcaça. Ler essas duas colunas em conjunto separa um registro leve, feito para uma pequena plataforma de câmera, de um registro mais pesado, feito para sustentar um gimbal grande em vento constante.

Onde os quatro se dividem é no barramento, e não no empuxo. Um registro é publicado para 4-6S, um para 6S, um para 12S e um em 3-8S, e os valores de KV acompanham essa divisão, indo de 160 KV no registro de 12S a 380 KV no de 4-6S. Como o KV é a velocidade do eixo por volt aplicado, registros com diferentes contagens de células atingem velocidades de eixo comparáveis a partir de tensões de pacote diferentes, e o valor que os separa é a corrente que cada um consome para o seu empuxo publicado. É essa a cadeia pela qual um motor de drone de fotografia aérea é selecionado, e as seções abaixo a decompõem em ordem.

O que caracteriza um motor de drone de fotografia aérea

Um motor de drone de fotografia aérea é um componente de propulsão selecionado em função de uma carga útil de câmera, e não de uma meta de desempenho. Essa única mudança de referência desloca a ênfase dos números de pico para a parte da faixa de operação que a aeronave de fato utiliza, porque uma plataforma de câmera sobe uma vez, se estabiliza e depois mantém altitude durante a maior parte do voo. As duas seções abaixo tratam das consequências dessa mudança em ordem: quanto empuxo cada rotor tem de sustentar e como o enrolamento é compatibilizado com ele.

Empuxo por rotor em relação à massa da câmera

O empuxo por rotor é uma divisão antes de ser uma especificação. A massa total da aeronave, dividida pelo número de rotores, dá o empuxo que um motor tem de produzir para manter a aeronave imóvel, e esse valor é um piso, e não uma meta. Um projeto de elevação de câmera normalmente deixa uma margem acima do ponto de pairado, para que o controlador de voo possa aumentar o empuxo em rotores individuais e corrigir a atitude, e é essa margem que separa o valor de empuxo publicado do ponto de trabalho. O registro de 2309 g deste grupo e o registro de 6419 g não são duas respostas à mesma pergunta; são respostas a perguntas definidas por massas de câmera diferentes e contagens de rotores diferentes, e nenhum dos valores é útil enquanto a massa da aeronave e a contagem de rotores não estiverem fixadas. Um motor de drone de fotografia aérea é, portanto, dimensionado a partir dessa divisão, e não a partir de um valor de pico de uma linha de produtos.

O KV como primeiro filtro para uma aeronave de elevação de câmera

O KV é o primeiro filtro porque une as duas decisões mais difíceis de mudar depois: a hélice e o pacote. Uma hélice grande e lenta, com baixo carregamento de disco, é o que uma plataforma de câmera deseja, e uma hélice grande precisa de uma velocidade de eixo menor do que uma pequena para o mesmo empuxo. O KV é rotações por minuto por volt, de modo que a velocidade de eixo que um registro atinge é o produto do seu KV pela tensão de barramento a ele aplicada. É por isso que o registro de 12S aqui traz o KV mais baixo do grupo e o registro de 4-6S o mais alto, e por que um valor de KV citado isoladamente não diz nada sobre a velocidade com que um motor girará em uma aeronave específica.

Como a massa da câmera define o requisito do motor de drone de fotografia aérea

A massa da câmera chega ao motor pelo orçamento de carga útil, e é o orçamento de carga útil que define a contagem de rotores e o empuxo que cada rotor tem de sustentar. Um motor de drone de fotografia aérea fica, portanto, no fim de uma cadeia que começa na câmera e no seu gimbal, e as duas etapas abaixo são onde essa cadeia é mais longa.

Como a classe de carga útil define a contagem de rotores

Uma câmera pequena em um gimbal compacto cabe em um multirrotor leve com uma contagem modesta de rotores, e uma câmera de cinema grande em um suporte estabilizado precisa de mais rotores ou de rotores maiores. As duas alavancas não são equivalentes: acrescentar rotores divide o requisito de empuxo e soma massa e arrasto ao mesmo tempo, enquanto aumentar as hélices eleva o empuxo disponível de cada rotor sem acrescentar um motor. Neste grupo, o menor registro publica 2309 g de empuxo em uma hélice de 16 in e o maior publica 6419 g em uma hélice de 22 in, de modo que a classe de carga útil que cada um atende é definida tanto pela hélice com que é publicado quanto pelo enrolamento dentro dele. É por isso que um motor de drone de fotografia aérea é escolhido em função da classe de carga útil, e não do tamanho da aeronave.

Aceleração de pairado e margem em aceleração parcial

A aceleração de pairado é onde uma plataforma de câmera gasta a sua bateria, e é uma fração da faixa de empuxo publicada, e não uma porcentagem fixa dela. Os dados de teste do fabricante tornam visível a forma dessa faixa. No U7 KV280, os dados de teste publicados para a hélice 22 × 6.6 in CF a 24 V registram 1565 g de empuxo a 10.52 g/W no ponto de 50% de aceleração, contra 4640 g a 5.51 g/W em aceleração total. Sob essas condições de teste declaradas, o ponto de aceleração mais baixa entrega mais empuxo por watt, e o valor publicado de aceleração total é um teto para o projeto, e não o ponto em que a missão opera. O ponto de 50% não é, porém, um alvo universal de pairado: o ponto de operação em que uma aeronave se estabiliza depende da sua massa total, da sua contagem de rotores, da hélice instalada e da reserva de empuxo de que o controlador de voo precisa para o controle de atitude.

Vibração e aceleração de pairado em uma aeronave de elevação de câmera

A vibração chega à imagem pelo gimbal, e o gimbal é sensível exatamente na faixa que um multirrotor produz no pairado. O motor contribui para essa faixa por duas vias: a ondulação de torque que entrega à hélice e o modo como a sua própria massa se comporta na fixação. Ambas as vias são definidas por escolhas de projeto que as colunas de especificação descrevem apenas em parte, e ambas importam mais em um UAV de fotografia aérea do que em uma aeronave voada por velocidade, porque a imagem é a carga útil, e não um subproduto do voo.

Cogging, contagem de polos e suavidade em baixa rotação

O cogging é a variação de torque sentida quando o rotor passa de uma posição de dente do estator para a seguinte, e depende da combinação de ranhuras e polos, bem como do projeto magnético do motor, do seu entreferro e das suas tolerâncias de fabricação. As configurações 18N24P e 24N28P deste grupo colocam muitos passos em uma revolução, e isso é um contexto de projeto útil, mas as contagens de ranhuras e polos por si sós não estabelecem qual registro produz menos torque de cogging ou menos vibração no pairado. Onde um fabricante publica dados medidos de torque de cogging, balanceamento do rotor ou vibração, são esses os valores a comparar, e o conjunto completo motor-hélice é o que tem de ser avaliado nas condições de operação pretendidas.

Massa do motor, rigidez da fixação e amortecimento

A massa do motor, a rigidez da fixação e o amortecimento interagem para determinar o comportamento vibratório do sistema de propulsão montado. Mudar a massa do motor ou a rigidez da fixação pode deslocar ressonâncias estruturais, mas se isso melhora a estabilidade da imagem depende das frequências modais resultantes, das fontes de excitação e de como o gimbal responde, de modo que o efeito é avaliado no nível do conjunto, e não inferido apenas da massa do motor. O que a coluna de massa de fato traz é um custo que não está em dúvida: o registro de 317 g e o registro de 68 g deste grupo ficam em extremos opostos da carga que os demais rotores têm de levantar durante todo o voo. Como a comparação não traz estrutura de fixação, espectro de vibração nem resultado modal para os quatro registros, as colunas aqui sustentam uma leitura de massa, e não um ranking de qual deles absorve melhor as perturbações.

Motor de drone de fotografia aérea: matriz de comparação de especificações

Os quatro registros comparados aqui são os modelos T-Motor cujo regime publicado é a elevação de câmera, dispostos como um único conjunto de especificações e ordenados por massa publicada, para que o degrau do registro mais leve ao mais pesado seja visível na própria coluna. Todo valor é o número que o fabricante publica para esse modelo na hélice indicada ao lado, e nenhuma célula é estimada. Onde um registro não traz um campo, a tabela o diz, em vez de preencher a lacuna. Todos os quatro estão montados na mesma categoria Motores para UAV e no mesmo regime UAV de fotografia aérea, e cada um é um candidato a motor de drone de fotografia aérea para uma classe de carga útil diferente.

Modelo, configuração do estator, resistência interna, contagem de células publicada, empuxo máximo, hélice de teste e peso conforme publicado pelo fabricante para os quatro registros de elevação de câmera comparados aqui, ordenados por peso publicado. O empuxo máximo é o valor publicado para cada modelo na hélice indicada ao lado, e depende dessa hélice e da tensão de barramento usada no teste, de modo que a coluna é comparável dentro do grupo apenas no sentido de que descreve a condição publicada de cada modelo. A contagem de células é mostrada conforme publicada, de modo que um único valor significa uma única janela publicada e uma faixa significa que o modelo é publicado ao longo da faixa. O peso inclui o cabo e o conector. Nenhuma coluna separada repete o valor de KV, porque cada nome de modelo na tabela traz o seu próprio valor de KV.

Duas leituras se destacam quando os quatro estão em uma única página, e nenhuma delas é a coluna de empuxo. A primeira é que a resistência interna não segue a mesma ordem que a massa do motor neste conjunto de quatro modelos. O MN4006 KV380 e o MN6007 II KV160 listam 194 mΩ e 178 mΩ, respectivamente, com 68 g e 159 g de massa publicada, enquanto o MN7005 KV230 e o U7 KV280 listam, cada um, 71 mΩ. São diferenças de especificação úteis, mas a resistência por si só não estabelece uma construção de enrolamento nem prevê qual registro opera mais frio no pairado: a perda no cobre que um registro produz depende da corrente e da definição de resistência que pertencem ao seu próprio ponto de operação, e o aquecimento total de um motor também depende das suas outras perdas e das suas condições de refrigeração.

A segunda leitura diz respeito aos dois registros mais próximos em empuxo. O MN7005 KV230 publica 4691 g e o U7 KV280 publica 4640 g, uma diferença de 51 g, mas os dois estão a 129 g de distância em massa e trazem configurações de estator diferentes e janelas de barramento diferentes. Um empuxo publicado quase idêntico com um layout de estator diferente e uma contagem de células diferente é o lembrete mais claro da tabela de que o empuxo é uma propriedade de um motor junto com uma hélice e uma tensão, e de que massa e resistência são resultados de montagem, e não descrições do regime. A escolha entre eles depende do barramento que a aeronave pode carregar e da distância dos motores à eletrônica, e não dos 51 g.

Uma terceira leitura é o barramento. Dois registros são publicados para uma única tensão, 6S e 12S, e dois ao longo de uma janela, 4-6S e 3-8S. Os registros de tensão única são caracterizados em um único ponto de trabalho, o que os torna fáceis de comparar, mas estreitos para integrar, enquanto os registros com janela deixam a escolha do pacote em aberto. Para uma montagem de elevação de câmera, a janela importa porque o pacote costuma ser selecionado depois da aeronave, e um registro publicado em 3-8S ou 4-6S mantém essa decisão disponível.

Compatibilizar um motor de drone de fotografia aérea com a tensão de barramento e a classe de hélice

Um motor de drone de fotografia aérea só se define quando uma tensão de barramento e uma hélice lhe são aplicadas, porque essas duas entradas transformam um valor de KV em velocidade de eixo e um empuxo em corrente. As duas seções abaixo tratam das entradas na ordem em que elas se restringem mutuamente.

Janela de tensão de barramento

A janela de barramento publicada para um motor de drone de fotografia aérea é a faixa de tensões de pacote que o fabricante caracterizou. Para um dado nível de potência no eixo, em condições comparáveis, uma tensão de barramento mais alta geralmente permite uma corrente de alimentação menor, o que reduz a perda no cobre, e uma contagem de células mais alta também significa um pacote mais pesado e um ESC de classificação superior. A escolha do barramento por si só não basta, porém, para classificar esses quatro registros por corrente de pairado ou por eficiência de propulsão, porque as suas características de motor, hélices, requisitos de empuxo e pontos de operação são todos diferentes; a massa do pacote, a compatibilidade com o ESC e os dados de teste do fabricante para o ponto de trabalho pretendido são lidos em conjunto quando o barramento é selecionado. Neste grupo, as janelas vão de 4-6S no MN4006 KV380, passando por 6S no MN7005 KV230 e 3-8S no U7 KV280, até 12S no MN6007 II KV160, de modo que a janela única mais ampla e a tensão única mais alta ficam em registros diferentes e servem a aeronaves diferentes.

Classe de hélice e empuxo por rotor

A hélice define a velocidade de eixo que o motor tem de atingir e o torque que tem de entregar, e é por isso que os valores de empuxo publicados são citados para uma hélice nomeada. A 16 × 5.4 in CF no MN4006 KV380, a 22 × 6.6 in no MN6007 II KV160, a 24 × 7.2 in CF no MN7005 KV230 e a 22 × 6.6 in CF no U7 KV280 colocam os quatro registros em classes de diâmetro diferentes, e o empuxo que cada um publica decorre da sua própria hélice, e não apenas do seu estator. Um registro citado com uma hélice grande e lenta não reproduzirá o seu empuxo publicado com uma pequena e rápida, e o valor a verificar antes de decidir são os dados do fabricante para a hélice que a aeronave de fato carrega.

Registros de elevação de câmera, modelo por modelo

Lidos como um grupo, os quatro registros cobrem uma faixa de elevação de câmera que vai de uma plataforma de gimbal compacta a um suporte estabilizado grande e, entre eles, abrangem as tensões de barramento para as quais um motor de drone de fotografia aérea costuma ser publicado. Cada um é tratado abaixo com os campos que o seu próprio registro traz, e nada mais.

MN4006 KV380

O MN4006 KV380 abre o grupo com 68 g, incluindo o seu cabo, em um estator 18N24P com 194 mΩ de resistência interna e uma janela de 4-6S. Os seus 2309 g de empuxo publicados chegam em uma hélice 16 × 5.4 in CF, e o seu registro traz um cabo de 50 mm e uma corrente em vazio de 0.3 A a 22 V. É o registro para a menor aeronave de elevação de câmera do conjunto, em que a câmera e o gimbal juntos são uma fração de quilograma e o pacote é pequeno o bastante para que a corrente por rotor permaneça modesta na extremidade de 4-6S da sua janela.

MN6007 II KV160

O MN6007 II KV160 é o registro de 12S do grupo e o de maior empuxo publicado, 6419 g em uma hélice 22 × 6.6 in. O seu estator 24N28P e 178 mΩ de resistência convivem com uma massa de 159 g incluindo o cabo, um cabo de 70 mm e uma corrente em vazio de 0.5 A a 18 V. Um KV baixo em um barramento alto é o arranjo que uma hélice grande e lenta deseja, e a sua classificação de 12S, o KV baixo e o empuxo publicado fazem dele um candidato a avaliar para configurações maiores de elevação de câmera, desde que a hélice, o ponto de operação de pairado, a massa total e o sistema elétrico sejam compatíveis com a aeronave pretendida.

MN7005 KV230

O MN7005 KV230 traz a menor resistência interna do conjunto, com 71 mΩ, em um estator 24N28P e uma massa de 188 g incluindo o cabo, e publica 4691 g de empuxo em uma hélice 24 × 7.2 in CF dentro de uma janela de 6S. O seu cabo tem 60 mm, o seu eixo mede 15 mm e a sua corrente em vazio é de 0.9 A a 22 V. Uma hélice de 24 in em um barramento de 6S é o disco mais amplo do grupo, e é uma combinação feita para sustentar uma plataforma de câmera estável, e não para subir com força.

U7 KV280

O U7 KV280 é o registro mais pesado aqui, com 317 g incluindo o cabo, e traz a janela de barramento mais ampla do grupo, em 3-8S, o que deixa a escolha do pacote em aberto por mais tempo do que um registro de tensão única. O seu estator 12N14P traz 71 mΩ de resistência, o seu eixo mede 6 mm, o seu cabo tem 750 mm e a sua corrente em vazio é de 0.5 A a 10 V, e o fabricante publica 4640 g de empuxo em uma hélice 22 × 6.6 in CF. O cabo de 750 mm e a massa de 317 g são valores de montagem e instalação: o cabo longo convém a uma estrutura em que os motores ficam mais distantes da eletrônica, e nenhum dos dois valores diz qualquer coisa sobre a vibração que o conjunto produz.

Selecionar um motor de drone de fotografia aérea: uma sequência de dimensionamento

As três etapas abaixo aplicam as colunas na ordem que transforma uma carga útil de câmera em uma lista de candidatos.

Orçamento de pairado antes dos números do motor

A câmera, o gimbal, a aeronave e o pacote são pesados antes de qualquer motor ser lido, porque a massa total e a contagem de rotores juntas dão o empuxo que um rotor tem de sustentar no pairado. Esse valor então limita a busca: um registro cujo empuxo publicado fica abaixo do requisito de pairado na sua própria hélice não pode ser salvo por uma etapa posterior. Neste grupo, o empuxo publicado sobe de 2309 g a 6419 g, e os dois registros do meio ficam a 51 g um do outro, apesar de uma diferença de 129 g em massa, o que é um lembrete de que a coluna de empuxo tem de ser lida em relação à hélice e ao barramento, e não isoladamente.

Barramento, hélice e enrolamento em conjunto

O barramento é uma decisão por si só, porque define a massa do pacote e a classificação do ESC ao mesmo tempo que define a corrente de pairado. Um KV baixo em um barramento alto consome menos corrente para uma dada potência no eixo, em condições comparáveis, o que reduz a perda no cobre, e ele paga por isso com um pacote mais pesado. Neste grupo, a escolha vai do registro de 4-6S, passando por 6S e 3-8S, até o registro de 12S, e a coluna de resistência marca as decisões apertadas: 194 mΩ e 178 mΩ nos dois registros mais leves, contra 71 mΩ nos dois registros de empuxo publicado semelhante. O que essa diferença se torna depende da corrente que cada registro de fato consome no seu próprio ponto de operação, de modo que a coluna é lida como uma indicação, e não como uma temperatura.

Fixação, massa e folga por último

Só depois de o regime, o barramento e o enrolamento terem estreitado a lista é que os detalhes de fixação fecham a escolha, e a essa altura o conjunto de candidatos é curto o bastante para que eixo, cabo e folga decidam. A coluna de massa é lida em relação ao orçamento de carga útil nesta etapa, e não como uma nota de qualidade. Onde um registro não traz um campo de que a montagem depende, o movimento honesto é dirigir a pergunta à documentação do fabricante, em vez de inferir o valor a partir de um modelo vizinho.

As três etapas aplicadas a este grupo dão uma lista de candidatos, e não uma resposta:

1. Plataformas de câmera compactas. O MN4006 KV380 é o registro de 4-6S com 68 g, e os seus 2309 g de empuxo publicados em uma hélice 16 × 5.4 in convêm a um gimbal leve em uma estrutura pequena.
2. Aeronaves de câmera estabilizada de porte médio. O MN7005 KV230 e o U7 KV280 publicam 4691 g e 4640 g em hélices 24 × 7.2 in e 22 × 6.6 in, e a escolha entre eles decorre do barramento que a estrutura pode carregar e de quão longe os motores ficam da eletrônica.
3. Suportes estabilizados grandes em um barramento alto. O MN6007 II KV160 é o registro de 12S e publica o maior empuxo do conjunto, 6419 g, com o KV mais baixo.

Perguntas frequentes

Recursos oficiais

A T-Motor publica uma página de produto oficial para cada unidade, com o seu painel de especificações e os seus dados de teste, e essas páginas continuam sendo a fonte da verdade para cada valor citado neste guia — por exemplo a página do produto MN4006 KV380, a página do produto U7 KV280, a página do produto MN6007 II KV160 e a página do produto MN7005 KV230. Os valores de resistência, contagem de células, empuxo, hélice e massa na tabela acima são os valores que essas páginas publicam para cada modelo. Um valor de corrente de pairado para uma hélice e uma tensão específicas, uma premissa térmica por trás de um valor de potência publicado ou um campo que um registro não traz são uma questão para a documentação do fabricante, e não um valor que possa ser derivado do painel de especificações.

Para onde ir depois

Para montar uma lista de candidatos em vez de ler, três ferramentas da plataforma fazem o trabalho em sequência. Explore a categoria completa Motores para UAV para ver esses quatro registros de elevação de câmera ao lado dos modelos de carga pesada, agrícola e VTOL, use Selecionar para restringir por número de células, massa e empuxo publicado, e depois coloque os candidatos frente a frente em Comparar produtos. A página de aplicação UAV de fotografia aérea reúne o mesmo regime com os seus próprios atributos de filtro.

Mais quatro artigos cobrem as partes de uma seleção de elevação de câmera que uma comparação de motores não resolve. Motores de gimbal: acionamento direto de baixo KV para plataformas de câmera cobre o eixo de acionamento direto que aponta a câmera, que é uma escolha separada dos motores que a levantam. Motores BLDC para UAV de longa autonomia: eficiência, massa e tensão de barramento pega os mesmos registros e os lê em relação ao tempo de voo, e não à carga útil, e Como escolher um motor de UAV de inspeção: KV, empuxo e pairado estável aplica a mesma lógica de empuxo e pairado a uma plataforma de câmera que tem de manter a posição sobre um único ponto. Dimensionar um motor de drone de alto empuxo: carga útil, eficiência e margem térmica retoma a extremidade de alto empuxo do mesmo assunto, em que a carga útil é grande o bastante para que a margem térmica defina o motor.

A versão curta: pese primeiro a câmera e o gimbal, porque definem a massa total e a contagem de rotores que um motor de drone de fotografia aérea tem de atender; fixe o diâmetro da hélice em segundo lugar, porque define a velocidade de eixo que o motor tem de atingir; compatibilize o KV com o barramento em terceiro lugar, porque o KV só se torna velocidade de eixo quando uma tensão lhe é aplicada; e leia o enrolamento em relação à corrente de pairado por último, porque o valor de empuxo publicado fica acima do ponto em que a missão opera. Dentro deste grupo, essa sequência separa o registro de 68 g e 4-6S dos dois registros de porte médio e do registro de 12S antes de qualquer modelo individual ser pesado contra outro.