Мотор для аэрофотосъёмочного дрона: подбор по тяге, массе и напряжению шины

Мотор аэрофотосъёмочного дрона выбирают по тому, что он должен поднять, и по тому, насколько устойчиво он удерживает эту массу в воздухе, а не по наибольшему значению тяги в линейке продуктов. Аппарат для подъёма камеры задаёт сразу два вопроса: достаточно тяги на ротор, чтобы нести камеру, подвес и батарейный блок, и обмотка, которая остаётся плавной и холодной, пока аппарат удерживает медленное висение на частичном газу. Четыре записи T-Motor, сравниваемые здесь, — MN4006 KV380, MN6007 II KV160, MN7005 KV230 и U7 KV280 — охватывают от 68 g до 317 g опубликованной массы и от 2309 g до 6419 g опубликованной тяги, и этот разброс близко соответствует классу полезной нагрузки по камере. Тот же режим описан на странице приложения Аэрофотосъёмочные БПЛА.

Краткий ответ

Масса камеры задаёт задание раньше, чем любое число мотора. Мультикоптер, поднимающий камеру, несёт подвес, собственная масса которого составляет долю аппарата, и каждый грамм, потраченный на камеру и её стабилизацию, — это грамм, который силовая установка должна поднять, удерживать и компенсировать. Практическое следствие в том, что мотор аэрофотосъёмочного дрона выбирают по тяге, которую он должен создавать в точке висения, а не по тяге, которую он способен создать на мгновение при полном газе. Четыре записи здесь опубликованы в очень разных точках этой шкалы: 2309 g, 4640 g, 4691 g и 6419 g, на пропеллерах от 16 in до 24 in и на шинах от 4-6S до 12S.

Два столбца в этой группе весят больше, чем можно предположить по их ширине. Первый — опубликованная тяга, потому что аппарат, поднимающий камеру, должен удерживать свою тягу минутами, а не те секунды, которые гоночный квадрокоптер проводит на полном газу. Второй — внутреннее сопротивление, потому что масса мотора и сопротивление обмотки обмениваются друг на друга внутри фиксированного размера статора, и именно член сопротивления превращает ток висения в потери в меди в корпусе без активного охлаждения. Сопротивление обмотки — это то, что делает потери в меди оценимыми, но оно не составляет всего нагрева мотора: температура, которой достигает мотор, зависит также от его других потерь и от того, как тепло покидает корпус. Чтение этих двух столбцов вместе отделяет лёгкую запись, построенную для малой съёмочной платформы, от более тяжёлой записи, построенной для удержания крупного подвеса на ровном ветру.

Разделяются эти четыре записи по шине, а не по тяге. Одна запись опубликована для 4-6S, одна для 6S, одна для 12S и одна по всему диапазону 3-8S, и значения KV следуют этому делению: от 160 KV у записи 12S до 380 KV у записи 4-6S. Поскольку KV — это скорость вала на приложенный вольт, записи с разным числом ячеек достигают сопоставимых скоростей вала от разного напряжения блока, и число, которое их разделяет, — это ток, который каждая из них потребляет для своей опубликованной тяги. Это и есть цепочка, по которой выбирают мотор аэрофотосъёмочного дрона, и разделы ниже разбирают её по порядку.

Что считается мотором для аэрофотосъёмочного дрона

Мотор аэрофотосъёмочного дрона — это компонент силовой установки, который выбирают по полезной нагрузке в виде камеры, а не по целевому показателю производительности. Эта единственная смена точки отсчёта переносит акцент с пиковых чисел на ту часть рабочего диапазона, которую аппарат действительно использует, потому что съёмочная платформа один раз набирает высоту, стабилизируется, а затем удерживает её большую часть полёта. Два раздела ниже по порядку разбирают следствия этого сдвига: сколько тяги должен удерживать каждый ротор и как под неё подбирается обмотка.

Тяга на ротор против массы камеры

Тяга на ротор — это деление прежде, чем характеристика. Полная взлётная масса аппарата, делённая на число роторов, даёт тягу, которую один мотор должен создавать, чтобы удерживать аппарат на месте, и это значение — нижняя граница, а не цель. Конструкция для подъёма камеры обычно оставляет запас над точкой висения, чтобы полётный контроллер мог поднять тягу на отдельных роторах для коррекции ориентации, и именно этот запас отделяет опубликованное значение тяги от рабочей точки. Запись 2309 g в этой группе и запись 6419 g — это не два ответа на один вопрос; это ответы на вопросы, заданные разной массой камеры и разным числом роторов, и ни одно из значений не полезно, пока не зафиксированы масса аппарата и число роторов. Поэтому мотор аэрофотосъёмочного дрона подбирают из этого деления, а не по пиковому значению в линейке продуктов.

KV как первый фильтр для аппарата подъёма камеры

KV — это первый фильтр, потому что он связывает два решения, которые труднее всего изменить позже: пропеллер и батарейный блок. Крупный медленный пропеллер с малой нагрузкой на диск — это то, что нужно съёмочной платформе, а крупному пропеллеру для той же тяги нужна более низкая скорость вала, чем малому. KV — это обороты в минуту на вольт, поэтому скорость вала, которой достигает запись, — это произведение её KV и приложенного к ней напряжения шины. Именно поэтому запись 12S здесь несёт самый низкий KV в группе, а запись 4-6S — самый высокий, и поэтому значение KV, приведённое само по себе, ничего не говорит о том, как быстро мотор будет вращаться в конкретном аппарате.

Как масса камеры формирует техническое задание на мотор аэрофотосъёмочного дрона

Масса камеры доходит до мотора через бюджет полезной нагрузки, а бюджет полезной нагрузки — это то, что задаёт число роторов и тягу, которую должен удерживать каждый ротор. Поэтому мотор аэрофотосъёмочного дрона стоит в конце цепочки, которая начинается с камеры и её подвеса, и два шага ниже — это те места, где эта цепочка самая длинная.

Как класс полезной нагрузки задаёт число роторов

Малая камера на компактном подвесе подходит лёгкому мультикоптеру со скромным числом роторов, а крупная кинокамера на стабилизированном подвесе требует либо большего числа роторов, либо более крупных. Эти два рычага не эквивалентны: добавление роторов делит требование по тяге и одновременно добавляет массу и сопротивление, тогда как увеличение пропеллеров повышает доступную тягу каждого ротора без добавления мотора. В этой группе самая малая запись публикует 2309 g тяги на пропеллере 16 in, а самая крупная — 6419 g на пропеллере 22 in, поэтому класс полезной нагрузки, который обслуживает каждая из них, задаётся пропеллером, с которым она опубликована, в той же мере, что и обмоткой внутри неё. Именно поэтому мотор аэрофотосъёмочного дрона выбирают по классу полезной нагрузки, а не по размеру аппарата.

Газ висения и запас при частичном газе

Газ висения — это то, на что съёмочная платформа расходует свою батарею, и это доля опубликованного диапазона тяги, а не фиксированный процент от него. Тестовые данные производителя делают форму этого диапазона видимой. Для U7 KV280 опубликованные тестовые данные для пропеллера 22 × 6.6 in CF при 24 V показывают 1565 g тяги при 10.52 g/W в точке газа 50 процентов против 4640 g при 5.51 g/W на полном газу. При этих заявленных условиях теста точка меньшего газа отдаёт больше тяги на ватт, а опубликованное значение полного газа — это потолок для конструкции, а не точка, в которой идёт миссия. Точка 50 процентов, однако, не является универсальной целью для висения: рабочая точка, в которой устанавливается аппарат, зависит от его полной взлётной массы, числа роторов, установленного пропеллера и запаса тяги, который нужен полётному контроллеру для управления ориентацией.

Вибрация и газ висения в аппарате подъёма камеры

Вибрация доходит до изображения через подвес, и подвес чувствителен именно в той полосе, которую мультикоптер создаёт при висении. Мотор вносит вклад в эту полосу по двум путям: пульсация момента, которую он передаёт пропеллеру, и то, как ведёт себя его собственная масса на креплении. Оба пути задаются конструктивными решениями, которые столбцы характеристик описывают лишь частично, и оба важнее для аппарата из категории Аэрофотосъёмочные БПЛА, чем для аппарата, летающего ради скорости, потому что изображение — это полезная нагрузка, а не побочный продукт полёта.

Залипание, число полюсов и плавность на малой скорости

Залипание — это изменение момента, ощущаемое при переходе ротора от одного положения зубца статора к следующему, и оно зависит от сочетания пазов и полюсов, а также от магнитной конструкции мотора, его воздушного зазора и его производственных допусков. Конфигурации 18N24P и 24N28P в этой группе укладывают много шагов в один оборот, и это полезный конструктивный контекст, но одни лишь числа пазов и полюсов не устанавливают, какая запись создаёт меньший момент залипания или меньшую вибрацию при висении. Там, где производитель публикует измеренный момент залипания, балансировку ротора или данные о вибрации, именно эти значения и следует сравнивать, а оценивать при предполагаемых условиях работы нужно полную сборку мотора с пропеллером.

Масса мотора, жёсткость крепления и демпфирование

Масса мотора, жёсткость крепления и демпфирование взаимодействуют, определяя вибрационное поведение собранной силовой установки. Изменение массы мотора или жёсткости крепления может сместить структурные резонансы, но улучшает ли это стабильность изображения, зависит от получившихся собственных частот, от источников возбуждения и от того, как реагирует подвес, поэтому эффект оценивают на уровне сборки, а не выводят из одной лишь массы мотора. Что столбец массы действительно несёт, так это издержку, в которой нет сомнений: запись 317 g и запись 68 g в этой группе находятся на противоположных концах нагрузки, которую остальным роторам приходится поднимать весь полёт. Поскольку сравнение не несёт ни конструкции крепления, ни спектра вибрации, ни модального результата для четырёх записей, столбцы здесь поддерживают чтение по массе, а не ранжирование того, какая из них лучше поглощает возмущение.

Мотор аэрофотосъёмочного дрона: матрица сравнения характеристик

Четыре сравниваемые здесь записи — это модели T-Motor, чей опубликованный режим — подъём камеры, изложенные как один набор характеристик и упорядоченные по опубликованной массе, так что шаг от самой лёгкой записи к самой тяжёлой виден в самом столбце. Каждое значение — это число, которое производитель публикует для данной модели при пропеллере, названном рядом с ней, и ни одна ячейка не оценена. Там, где запись не несёт поля, таблица говорит об этом, а не заполняет пробел. Все четыре размещены в одной категории Моторы для БПЛА и под одним режимом Аэрофотосъёмочные БПЛА, и каждая — кандидат в моторы для аэрофотосъёмочного дрона для своего класса полезной нагрузки.

Модель, конфигурация статора, внутреннее сопротивление, опубликованное число ячеек, максимальная тяга, тестовый пропеллер и масса — как опубликовано производителем для четырёх записей подъёма камеры, сравниваемых здесь, упорядоченных по опубликованной массе. Максимальная тяга — это число, опубликованное для каждой модели при пропеллере, названном рядом с ней, и оно зависит от этого пропеллера и от напряжения шины, использованного в тесте, поэтому внутри группы столбец сопоставим лишь в том смысле, что описывает собственное опубликованное условие каждой модели. Число ячеек показано как опубликовано, поэтому одно значение означает одно опубликованное окно, а диапазон — что модель опубликована по всему диапазону. Масса включает кабель и разъём. Отдельный столбец не повторяет значение KV, потому что каждое название модели в таблице несёт собственное значение KV.

Два наблюдения выделяются, как только все четыре оказываются на одной странице, и ни одно из них не относится к столбцу тяги. Первое — внутреннее сопротивление не идёт в том же порядке, что масса мотора, в этом наборе из четырёх моделей. MN4006 KV380 и MN6007 II KV160 указывают 194 mΩ и 178 mΩ соответственно при 68 g и 159 g опубликованной массы, тогда как MN7005 KV230 и U7 KV280 указывают по 71 mΩ. Это полезные различия характеристик, но сопротивление само по себе не устанавливает конструкцию обмотки и не предсказывает, какая запись работает холоднее при висении: потери в меди, которые создаёт запись, зависят от тока и определения сопротивления, принадлежащих её собственной рабочей точке, а общий нагрев мотора зависит также от его других потерь и от его условий охлаждения.

Второе наблюдение касается двух записей, которые стоят ближе всего друг к другу по тяге. MN7005 KV230 публикует 4691 g, а U7 KV280 публикует 4640 g — разница в 51 g, — и всё же они различаются по массе на 129 g и несут разные конфигурации статора и разные окна шины. Почти одинаковые опубликованные значения тяги при иной компоновке статора и ином числе ячеек — самое ясное напоминание в таблице о том, что тяга — это свойство мотора вместе с пропеллером и напряжением, а масса и сопротивление — результаты компоновки, а не описания режима. Выбор между ними определяется шиной, которую способен нести аппарат, и расстоянием от моторов до электроники, а не этими 51 g.

Третье наблюдение — это шина. Две записи опубликованы для одного напряжения, 6S и 12S, а две — по всему окну, 4-6S и 3-8S. Записи с одним напряжением охарактеризованы в одной рабочей точке, что делает их лёгкими для сравнения, но узкими для интеграции, тогда как записи с окном оставляют выбор блока открытым. Для сборки подъёма камеры окно важно, потому что блок часто выбирают после аппарата, и запись, опубликованная по всему диапазону 3-8S или 4-6S, сохраняет это решение доступным.

Согласование мотора аэрофотосъёмочного дрона с напряжением шины и классом пропеллера

Мотор аэрофотосъёмочного дрона определён лишь тогда, когда к нему приложены напряжение шины и пропеллер, потому что эти два входа превращают значение KV в скорость вала, а тягу — в ток. Два раздела ниже рассматривают эти входы в том порядке, в котором они ограничивают друг друга.

Окно напряжения шины

Окно шины, публикуемое для мотора аэрофотосъёмочного дрона, — это диапазон напряжений блока, который охарактеризовал производитель. При заданном уровне мощности на валу в сопоставимых условиях более высокое напряжение шины обычно позволяет меньший ток питания, что снижает потери в меди, а большее число ячеек также означает более тяжёлый блок и ESC с более высоким номиналом. Однако одного выбора шины недостаточно, чтобы ранжировать эти четыре записи по току висения или по эффективности силовой установки, потому что их характеристики моторов, пропеллеры, требования по тяге и рабочие точки все различаются; масса блока, совместимость с ESC и тестовые данные производителя для предполагаемой рабочей точки читаются вместе, когда выбирают шину. В этой группе окна идут от 4-6S у MN4006 KV380 через 6S у MN7005 KV230 и 3-8S у U7 KV280 до 12S у MN6007 II KV160, поэтому самое широкое отдельное окно и самое высокое отдельное напряжение находятся на разных записях и обслуживают разные аппараты.

Класс пропеллера и тяга на ротор

Пропеллер задаёт скорость вала, которой должен достичь мотор, и момент, который он должен передать, и опубликованные значения тяги по этой причине приводятся при названном пропеллере. Пропеллер 16 × 5.4 in CF у MN4006 KV380, пропеллер 22 × 6.6 in у MN6007 II KV160, пропеллер 24 × 7.2 in CF у MN7005 KV230 и пропеллер 22 × 6.6 in CF у U7 KV280 помещают четыре записи в разные классы диаметра, и тяга, которую публикует каждая из них, следует из её собственного пропеллера, а не из одного лишь статора. Запись, приведённая при крупном медленном пропеллере, не воспроизведёт свою опубликованную тягу на малом быстром, и число, которое следует проверить перед тем, как остановиться на выборе, — это данные производителя для пропеллера, который аппарат действительно несёт.

Записи подъёма камеры, модель за моделью

При чтении как группа четыре записи охватывают диапазон подъёма камеры от компактной платформы с подвесом до крупного стабилизированного подвеса, и между собой они покрывают напряжения шины, для которых мотор аэрофотосъёмочного дрона обычно публикуется. Каждая из них рассматривается ниже с теми полями, которые несёт её собственная запись, и ни с чем больше.

MN4006 KV380

MN4006 KV380 открывает группу при 68 g, включая кабель, на статоре 18N24P с внутренним сопротивлением 194 mΩ и окном 4-6S. Его опубликованные 2309 g тяги приходятся на пропеллер 16 × 5.4 in CF, а его запись несёт вывод 50 mm и ток холостого хода 0.3 A при 22 V. Это запись для самого малого аппарата подъёма камеры в наборе, где камера и подвес вместе составляют долю килограмма, а блок достаточно мал, чтобы ток на ротор оставался умеренным на конце 4-6S его окна.

MN6007 II KV160

MN6007 II KV160 — это запись 12S в группе и та, у которой самая высокая опубликованная тяга, 6419 g на пропеллере 22 × 6.6 in. Его статор 24N28P и сопротивление 178 mΩ соседствуют с массой 159 g, включая кабель, выводом 70 mm и током холостого хода 0.5 A при 18 V. Низкий KV на высокой шине — это компоновка, которую хочет крупный медленный пропеллер, и его рейтинг 12S, низкий KV и опубликованная тяга делают его кандидатом для оценки под более крупные конфигурации подъёма камеры при условии, что пропеллер, рабочая точка висения, полная взлётная масса и электрическая система совместимы с предполагаемым аппаратом.

MN7005 KV230

MN7005 KV230 несёт самое низкое внутреннее сопротивление в наборе — 71 mΩ — на статоре 24N28P и при массе 188 g, включая кабель, и публикует 4691 g тяги на пропеллере 24 × 7.2 in CF внутри окна 6S. Его вывод — 60 mm, вал имеет размер 15 mm, а ток холостого хода — 0.9 A при 22 V. Пропеллер 24 in на шине 6S — это самый широкий диск в группе, и это сочетание построено для удержания стабильной съёмочной платформы, а не для крутого набора высоты.

U7 KV280

U7 KV280 — самая тяжёлая запись здесь: 317 g, включая кабель, и он несёт самое широкое окно шины в группе, 3-8S, что оставляет выбор блока открытым дольше, чем запись с одним напряжением. Его статор 12N14P несёт сопротивление 71 mΩ, вал имеет размер 6 mm, кабель — 750 mm, а ток холостого хода — 0.5 A при 10 V, и производитель публикует 4640 g тяги на пропеллере 22 × 6.6 in CF. Вывод 750 mm и масса 317 g — это значения компоновки и установки: длинный вывод подходит раме, где моторы крепятся дальше от электроники, и ни одно из значений ничего не говорит о вибрации, которую создаёт сборка.

Подбор мотора аэрофотосъёмочного дрона: последовательность расчёта

Три шага ниже применяют столбцы в том порядке, который превращает полезную нагрузку в виде камеры в список кандидатов.

Бюджет висения до чисел мотора

Камеру, подвес, аппарат и блок взвешивают прежде, чем прочитан хоть один мотор, потому что полная взлётная масса и число роторов вместе дают тягу, которую должен удерживать один ротор при висении. Это значение затем ограничивает поиск: запись, чья опубликованная тяга находится ниже требования по висению при её собственном пропеллере, не спасёт никакой более поздний шаг. По этой группе опубликованная тяга растёт с 2309 g до 6419 g, и две записи в середине отстоят друг от друга на 51 g, несмотря на разницу в массе 129 g, что напоминает: столбец тяги нужно читать вместе с пропеллером и шиной, а не сам по себе.

Шина, пропеллер и обмотка вместе

Шина сама по себе является решением, потому что она задаёт массу блока и номинал ESC одновременно с тем, как задаёт ток висения. Низкий KV на высокой шине потребляет меньший ток для заданной мощности на валу в сопоставимых условиях, что снижает потери в меди, и платит за это более тяжёлым блоком. В этой группе выбор идёт от записи 4-6S через 6S и 3-8S к записи 12S, и столбец сопротивления отмечает близкие случаи: 194 mΩ и 178 mΩ у двух более лёгких записей против 71 mΩ у двух записей со схожей опубликованной тягой. Во что превращается эта разница, зависит от тока, который каждая запись фактически потребляет в своей собственной рабочей точке, поэтому столбец читается как указание, а не как температура.

Крепление, масса и зазоры в конце

Лишь после того, как режим, шина и обмотка сузили список, детали крепления решают выбор, и к тому моменту набор кандидатов достаточно короток, чтобы его решили вал, выводы и зазоры. Столбец массы на этом шаге читается против бюджета полезной нагрузки, а не как оценка качества. Там, где запись не несёт поля, от которого зависит сборка, честный ход — поставить вопрос документации производителя, а не выводить значение из соседней модели.

Три шага, применённые к этой группе, дают список кандидатов, а не ответ:

1. Компактные съёмочные платформы. MN4006 KV380 — это запись 4-6S при 68 g, и его опубликованные 2309 g тяги на пропеллере 16 × 5.4 in подходят лёгкому подвесу на малой раме.
2. Среднеразмерные аппараты со стабилизированной камерой. MN7005 KV230 и U7 KV280 публикуют 4691 g и 4640 g на пропеллерах 24 × 7.2 in и 22 × 6.6 in, и выбор между ними следует из шины, которую способна нести рама, и из того, насколько далеко моторы стоят от электроники.
3. Крупные стабилизированные подвесы на высокой шине. MN6007 II KV160 — это запись 12S и публикует самую высокую тягу в наборе, 6419 g, при самом низком KV.

Часто задаваемые вопросы

Официальные материалы

T-Motor публикует официальную страницу продукта для каждого изделия с его панелью характеристик и тестовыми данными, и эти страницы остаются источником истины для каждого значения, приведённого в этом обзоре, — например, страница продукта MN4006 KV380, страница продукта U7 KV280, страница продукта MN6007 II KV160 и страница продукта MN7005 KV230. Значения сопротивления, числа ячеек, тяги, пропеллера и массы в таблице выше — это значения, которые эти страницы публикуют для каждой модели. Значение тока висения при конкретном пропеллере и напряжении, тепловое допущение за опубликованным значением мощности или поле, которого запись не несёт, — это вопрос к документации производителя, а не значение, которое можно вывести из панели характеристик.

Куда двигаться дальше

Для отбора, а не для чтения, три инструмента на платформе выполняют работу последовательно. Изучить всю категорию Моторы для БПЛА, чтобы увидеть эти четыре записи подъёма камеры рядом с тяжелогрузными, сельскохозяйственными и VTOL-моделями, сузить кандидатов по числу ячеек, массе и опубликованной тяге в Подбор, затем поставить кандидатов друг против друга в Сравнение продуктов. Страница приложения Аэрофотосъёмочные БПЛА содержит тот же режим с собственными атрибутами фильтрации.

Четыре дальнейших обзора несут те части выбора подъёма камеры, которые сравнение моторов не решает. Моторы для подвесов: прямой привод с низким KV для стабильных камер охватывает ось прямого привода, которая направляет камеру, — это отдельный выбор от моторов, которые её поднимают. Моторы BLDC для БПЛА большой продолжительности: эффективность, масса и напряжение шины берёт те же записи и читает их против времени полёта, а не против полезной нагрузки, а Как выбрать мотор для инспекционного БПЛА: KV, тяга и устойчивое висение применяет ту же логику тяги и висения к съёмочной платформе, которая должна удерживать позицию над одной точкой. Подбор двигателя для дрона с высокой тягой: полезная нагрузка, КПД и тепловой запас подхватывает высокотяговый конец той же темы, где полезная нагрузка достаточно велика, чтобы тепловой запас задавал мотор.

Коротко: сначала взвесить камеру и подвес, потому что они задают полную взлётную массу и число роторов, которым должен служить мотор аэрофотосъёмочного дрона; во-вторых, зафиксировать диаметр пропеллера, потому что он задаёт скорость вала, которой должен достичь мотор; в-третьих, согласовать KV с шиной, потому что KV становится скоростью вала лишь тогда, когда к нему приложено напряжение; и последней прочитать обмотку против тока висения, потому что опубликованное значение тяги находится выше точки, в которой идёт миссия. Внутри этой группы такая последовательность отделяет запись 68 g 4-6S от двух среднеразмерных записей и от записи 12S ещё до того, как какая-либо отдельная модель взвешена против другой.