На что смотреть в BLDC-моторе для FPV-гоночного дрона

Гоночный квадрокоптер проводит полёт в той части диапазона газа, где ничего не устоялось: выход из поворота, резкий набор высоты, смена направления, восстановление после пропвоша. Мотор, выбранный для такой задачи, подбирают не по эффективности, которую он показывает на ровном стендовом прогоне, и не по одной пиковой цифре, прочитанной отдельно. Его подбирают по короткому набору опубликованных значений, которые вместе решают, способна ли силовая установка повторить один и тот же переходный процесс, не перегревая обмотки, и сохраняет ли аппарат вращение, которого ожидает пилот. Этот обзор разбирает, на что смотреть в BLDC-моторе для применения в FPV-гоночных дронах, на примере шести моторов T-Hobby, зафиксированных в приложении ToBMS, которое называется FPV-гоночные дроны.

Краткий ответ

Первое решение — класс пропеллера, потому что все остальные значения читают в сопоставлении с ним. Аппарат на 3 дюйма не может вращать пропеллер 5 дюймов, поэтому его мотор должен быть малым, лёгким и намотанным под очень высокую скорость ротора; рама 7 дюймов для больших дальностей ставит противоположную задачу. Среди шести записей, использованных здесь, этот единственный фильтр отделяет модель массой 9.8 g на статоре 9N12P от пяти моторов 12N14P массой от 28.56 g до 46.6 g. Все шесть — моторы для FPV-гоночных дронов, и все шесть взяты из одного набора приложения.

Когда класс зафиксирован, следующим идёт батарейный блок. KV говорит лишь, как быстро мотор вращается на вольт без нагрузки, поэтому обмотка 2150 KV при малом числе ячеек выводит ротор примерно на ту же скорость, что и обмотка с меньшим KV при большем числе ячеек. Значение KV читают в сопоставлении с числом ячеек в той же записи, а смену KV рассматривают как смену батарейного блока или пропеллера, а не как смену силы. Четыре записи из шести несут диапазон ячеек; запись F50 KV2150 оставляет его открытым, и это вопрос к производителю, а не пробел, который следует заполнять.

Последняя группа состоит из значений, описывающих поведение во время переходного процесса: сопротивления обмотки, которое задаёт, какая доля приложенного напряжения теряется на меди по мере роста тока; тока холостого хода — потерь, которые мотор оплачивает, вращая сам себя; и максимальной тяги — опубликованной отдачи, с которой сверяют бюджет отношения тяги к массе. Пять записей из шести несут сопротивление обмотки, а та одна, где его нет, обозначена как открытый вопрос, а не выведена по соседней модели. Список кандидатов из BLDC-моторов для FPV-гоночных дронов строится в таком порядке: класс, затем батарейный блок, затем переходный процесс.

Что FPV-гоночный дрон требует от BLDC-мотора

В конструкции гоночного мотора нет ничего, что отличало бы его от любого другого малого бесколлекторного мотора с внешним ротором. Отличается форма нагрузки, и именно форма нагрузки решает, какая часть спецификации становится ограничением.

Гонка — это череда переходных процессов, а не крейсерский полёт

Аппарат на большую продолжительность полёта или тяжелогрузный аппарат проводит большую часть полёта в примерно постоянной рабочей точке, и вопрос подбора в том, лежит ли эта точка внутри непрерывного номинала. Гоночный квадрокоптер почти не бывает там. Значимый конверт здесь — повторяющийся переходный: сколько тяги доступно, когда аппарат уже движется, как быстро ротор можно разогнать до неё и сколько тепла оставляет после себя каждый такой бросок. На гоночном аппарате первый вопрос, на который отвечает значение тяги, — способен ли каждый мотор поднять свою четверть взлётной массы с достаточным остатком на полномочия управления, а второй — способна ли вся установка выдавать это повторно, не перегреваясь.

Рабочую точку задаёт пропеллер, а не мотор

Тяга — свойство мотора и пропеллера вместе, а пропеллер задаёт рама. Рама 3 дюйма не может вращать диск 5 дюймов, поэтому мотор, который его приводит, должен быть малым, лёгким и намотанным под очень высокую скорость ротора. Рама 7 дюймов для больших дальностей просит обратного: большего объёма статора, меньшего KV и большего момента, чтобы крупный диск можно было вращать при меньших оборотах. Отсюда следуют два следствия, и оба важнее KV. Вращающаяся масса на конце луча добавляет к моменту инерции аппарата по крену и тангажу, поэтому тяжёлые моторы делают аппарат вялым даже там, где они создают достаточно тяги. А опубликованное значение максимальной тяги указано для конкретного пропеллера, поэтому оно сопоставимо лишь тогда, когда пропеллеры совпадают.

Масса на конце луча оплачивается в каждом повороте

Между 9.8 g самой малой записи и 46.6 g самой крупной лежит разброс масс почти пять к одному, и этот разброс не украшение. Каждый грамм сидит на конце луча, а момент инерции, который он вносит, растёт с квадратом длины луча, поэтому мотор, слишком тяжёлый для своего класса, отнимает больше манёвренности, чем возвращает тяги. Практическое чтение таково: масса и тяга принадлежат одному сравнению, а не отдельным спискам кандидатов.

Большинство моторов выводит из строя не тепловой предел, а краш-нагрузки

От гоночного аппарата ожидают, что он переживёт контакт с воротами, землёй и другими аппаратами. Значимые отказы здесь механические и электрические, а не строго тепловые: погнутый вал, подшипник, который больше не идёт ровно, провод, отказывающий в месте соединения, колокол, который больше не фиксирует пропеллер. Это не значения, которые несёт таблица спецификаций, но именно поэтому опубликованное значение тяги — лишь начало подбора, а не его конец.

Шесть параметров, которые решают выбор FPV-гоночного мотора

Шесть значений ниже — те, что на практике решают выбор BLDC-мотора для FPV-гоночного дрона. Каждое читают вместе с остальными, а не отдельно, и там, где запись оставляет одно из них открытым, это само по себе часть картины.

Размер статора в сопоставлении с классом пропеллера

Статор — деталь, которая решает, сколько момента мотор способен создать до насыщения, и его диаметр и высота пакета выражены в собственном обозначении производителя. Записи здесь несут конфигурации 9N12P и 12N14P и размеры корпуса от модели 17.9 mm до модели 33.4 mm. Класс пропеллера, который способна вращать рама, и делает эти различия значимыми для моторов FPV-гоночных дронов: крупный статор, вращающий малый пропеллер, — это растраченная масса, а малый статор, вращающий крупный, не может выйти на полезную скорость, не превысив того, что он рассчитан отводить.

KV в сопоставлении с батарейным блоком, который реально используется

KV описывает скорость ротора на вольт без нагрузки. Само по себе оно ничего не говорит о возможностях; оно говорит, какое сочетание числа ячеек и пропеллера выводит ротор на рабочую скорость. Обмотка 2150 KV при умеренном числе ячеек выходит примерно на ту же скорость без нагрузки, что и обмотка 1750 KV при большем числе ячеек, поэтому два значения в этом наборе нельзя читать так, будто одно сильнее другого. Смена KV обычно вынуждает менять батарейный блок или пропеллер, и именно эти два компонента решают, станет ли замена улучшением.

Сопротивление обмотки и ток холостого хода, прочитанные вместе

За отклик отвечают два зафиксированных значения, и ни одно из них не является измерением времени. Сопротивление обмотки говорит, какая доля приложенного напряжения теряется на меди по мере роста тока; меньшее значение означает больше момента на ампер при разгоне и меньшую долю батарейного блока, уходящую в тепло. Ток холостого хода — это ток без нагрузки, который мотор потребляет, чтобы вращать сам себя, и он служит косвенной мерой потерь в железе, подшипниках и коммутации, оплачиваемых постоянно, независимо от того, что делает пропеллер. Вместе они описывают ту часть диапазона газа, где решается гонка: выход из поворота на малом газу в полную мощность.

Значение тяги и стоящий за ним пропеллер

Максимальная тяга — заглавная отдача гоночного мотора, и это ещё и значение, которое легче всего прочитать неверно. Она публикуется для одного пропеллера при одном газе на одном испытательном стенде, поэтому значение тяги сопоставимо лишь тогда, когда сопоставимы условия испытания. Четыре записи из шести здесь публикуют максимальную тягу выше двух килограммов, а две меньшие модели публикуют 351 g и 1730 g. Что значение решает — способен ли мотор поднять свою долю аппарата с запасом; чего оно не решает — как ведёт себя BLDC-мотор для FPV-гоночного дрона, пока аппарат уже движется.

Мощность и ток как утверждение о режиме

Опубликованное значение максимальной мощности — утверждение об электрической нагрузке, которую мотор должен нести в течение указанного окна, и это окно производитель называет рядом со значением. Это важно потому, что один и тот же мотор может быть указан на разных окнах, и значение, взятое на более коротком окне, не сопоставимо напрямую со значением на более длинном. Там, где запись несёт значение мощности, ему место в том же сравнении, что и тяге; там, где его нет, это тоже стоит знать, потому что оно указывает на даташит, а не на замену.

Габариты, схема крепления и длина кабеля

Мотор должен поместиться на луче, и именно габариты это решают. Шесть записей здесь идут от корпуса 17.9 mm на 17.4 mm до корпуса 33.4 mm на 34.7 mm. Помимо диаметра и длины корпуса, схема крепления и длина кабеля решают, как мотор сидит на данной раме и как проложена проводка; там, где запись об этом молчит, чертёж производителя — источник для проверки.

Шесть моторов T-Hobby как один набор спецификаций

Шесть записей ниже — моторы FPV-гоночных дронов, на которые опирается набор приложений платформы. Все они опубликованы T-Hobby и охватывают классы, в которых работает гоночный пилот, от модели 3 дюйма до мотора большой дальности 7-8 дюймов.

Все шесть моторов перечислены T-Hobby и зафиксированы в категории ToBMS Моторы для дронов, и каждое значение в таблице показано как зафиксировано. Один пробел в записи обозначен как «Не указано»: число ячеек для F50 KV2150. Сопротивление обмотки для F60PRO V KV1750 также отсутствует в записи и обсуждается в тексте, а не приводится в таблице. Максимальная тяга публикуется для каждого пропеллера и газа, поэтому сравнение сохраняется лишь там, где условия испытания совпадают. Класс взят из собственного обозначения продукта производителя; масса F50 KV2150 указана производителем без кабеля, тогда как остальные массы включают его. Там, где запись молчит, даташит производителя — источник для подтверждения.

Три вещи выделяются, когда шесть записей читают как один набор. Во-первых, разброс по классам достаточно широк, чтобы единый список кандидатов по всем шести был бессмысленным: модель 3 дюйма и модель 7-8 дюймов не являются альтернативами друг другу. Во-вторых, диапазон масс идёт от 9.8 g до 46.6 g, и каждый его грамм сидит на конце луча. В-третьих, конфигурация статора единообразна — 12N14P у пяти более крупных моторов, а самая малая модель стоит отдельно на статоре 9N12P, поэтому конфигурация здесь слабый различитель, а класс пропеллера — сильный.

Чтение, которое из этого следует, — это последовательность сужения, а не ранжирование. Класс убирает кандидатов; батарейный блок решает, какой из оставшихся моторов будет вращаться на полезной скорости; а переходные значения, сопротивление и тяга, решают между выжившими.

Чтение шести моделей от 3 дюймов до большой дальности

Шесть моторов не столько соревнуются друг с другом, сколько занимают разные части одного класса. Прочитанные от самого лёгкого к самому тяжёлому, они описывают переход от малого быстрого мотора 3 дюйма к крупному более медленному мотору большой дальности, и то же движение отличает один мотор FPV-гоночного дрона от другого.

Конец 9.8 g: F30 и класс 3 дюйма

T-Hobby F30 мотор для FPV-дронов — та модель в этом наборе, что создана для рамы 3 дюйма: 9.8 g на статоре 9N12P, корпус 17.9 mm на 17.4 mm, номинал 4S и опубликованная максимальная тяга 351 g. Ничто другое здесь не относится к его классу. Установка мотора массой 33 g на аппарат 3 дюйма отнимает больше манёвренности, чем возвращает тяги, потому что масса сидит там, где рама терпит её меньше всего, а малый диск её не оправдывает.

Пара 28.56 g и 33.5 g: гонки 5 дюймов

T-Hobby F50 KV2150 мотор для FPV-дронов — выбивающаяся из всего набора модель с 2150 KV и 28.56 g и опубликованной максимальной тягой 2136 g; это самый лёгкий из моторов 5 дюймов и с самым высоким KV. T-Hobby F60PRO IV V2 KV1750 мотор для FPV-дронов идёт другим путём: 33.5 g, диапазон ячеек 4-6S и 1730 g опубликованной тяги, что делает его мотором, который стоит читать, когда один и тот же аппарат может летать сегодня на одном блоке, а завтра на большем числе ячеек.

F60PRO V массой 34.3 g: выбор по эффективности на 4S

T-Hobby F60PRO V KV1750 мотор для FPV-дронов несёт самую высокую опубликованную тягу из трёх моторов 5 дюймов — 1883 g, при номинале 4S и статоре 12N14P и массе 34.3 g. Его сопротивление обмотки в записи не хранится, поэтому сравнение с соседями останавливается на тяге, массе и числе ячеек; значение сопротивления находится в даташите производителя.

Конец 39.7 g и 46.6 g: F80 PRO и F90 большой дальности

T-Hobby F80 PRO KV1900 мотор для FPV-дронов расширяет класс наружу: 39.7 g, окно 3-6S и 2115 g опубликованной тяги, рассчитанные на более крупные сборки 5-6 дюймов. T-Hobby F90 KV1300 мотор для FPV-дронов большой дальности закрывает набор на 46.6 g, 1300 KV и 2361 g опубликованной тяги, с корпусом 33.4 mm на 34.7 mm и окном 5-6S. На этом конце задача меняется: мотор выбирают уже не для самого быстрого возможного переходного процесса, а для вращения крупного пропеллера на меньшей скорости с большим моментом, чего и требует аппарат большой дальности 7-8 дюймов или X8.

Классы сборок и моторное окно, которое задаёт каждый из них

Каждый гоночный класс задаёт окно, а не один ответ, и шесть моторов здесь напрямую отображаются на эти окна.

Окно 3 дюймов и whoop-класса

Рама 3 дюйма — самый малый из классов, охваченных здесь, и её моторное окно задают масса и скорость ротора. Лёгкий мотор с малым статором и номиналом 4S подходит; всё более тяжёлое уводит управляемость аппарата в неверную сторону. Этот класс и более крупные стоят вместе под областями применения FPV-гоночных дронов, потому что вопрос обнаружения один и тот же, даже там, где числа разные.

Гонки 5 дюймов и решение о батарейном блоке

Класс 5 дюймов — самая крупная группа в этом наборе, в ней четыре мотора, и именно здесь решение о батарейном блоке работает сильнее всего. Обмотка с низким KV и более широким диапазоном ячеек подходит аппарату, который меняет блок между сессиями; обмотка с более высоким KV и меньшим числом ячеек подходит аппарату, который остаётся на одном блоке и хочет максимальной скорости ротора. Тяга, масса и диапазон ячеек разделяют эти четыре; KV объясняет почему.

Большая дальность 6-8 дюймов и cinelifter

За пределами 5 дюймов задача меняется с отклика на продолжительность и полезную нагрузку. Два самых крупных мотора здесь, на 39.7 g и 46.6 g, несут диапазоны ячеек и объёмы статора, которые нужны пропеллеру 6-8 дюймов, и значимые значения смещаются соответственно: массу набирают сознательно, KV падает, а тягу читают в сопоставлении с более тяжёлой взлётной массой, а не с гоночным поворотом. Платформу этого класса сравнивают с классом БПЛА большой продолжительности, а не с гоночным аппаратом 5 дюймов.

Выбор BLDC-мотора для FPV-гоночного дрона: последовательность подбора

Порядок важнее любого отдельного значения, потому что каждый шаг убирает кандидатов, а не ранжирует их.

Сначала зафиксировать класс пропеллера и аппарат

Размер рамы задаёт пропеллер, а пропеллер задаёт всё остальное дальше. Начинать с мотора и искать под него раму — обычный путь к тому, чтобы получить компонент не того размера для этой задачи.

Зафиксировать батарейный блок, затем подходящий к нему KV

Число ячеек задаёт напряжение, а KV задаёт скорость без нагрузки при этом напряжении. Выбор KV до батарейного блока или блока до KV оставляет вторую половину пары несвязанной, а эти двое имеют смысл как пара.

Задать бюджет отношения тяги к массе по зафиксированному значению тяги

Максимальную тягу сравнивают со взлётной массой, чтобы установить запас на полномочия управления. Поскольку значение публикуется для каждого пропеллера и газа, сравнение сохраняется там, где условия испытания совпадают с предполагаемой сборкой.

Запросить у производителя значения, которые запись оставляет открытыми

Там, где запись не несёт значения числа ячеек, сопротивления или мощности, честный шаг — считать это открытым вопросом и подтвердить по даташиту, а не предполагать значение по соседней модели. Три записи из шести здесь оставляют открытым хотя бы одно из этих значений.

Часто задаваемые вопросы

Официальные материалы

Все шесть моторов в этом обзоре опубликованы T-Hobby, и страницы продуктов производителя несут даташиты и тестовые данные, которые записи платформы не воспроизводят. Текущие страницы — это F30, F50 KV2150, F60PRO IV V2 KV1750, F60PRO V KV1750, F80 PRO KV1900 и F90 KV1300, а более широкий ряд — на официальном сайте T-Hobby. Там, где запись платформы молчит, производитель остаётся источником истины для числа ячеек, сопротивления обмотки, окна мощности и монтажного чертежа. Значения, использованные в этом обзоре, — опубликованные величины, хранящиеся в записях о продуктах платформы.

Куда двигаться дальше

Парный обзор к этому — Моторы для FPV-гоночных дронов: четыре варианта T-Hobby от 9.8 g до 34.3 g, который сравнивает четыре из тех же моторов напрямую в классах 3 и 5 дюймов. Там, где выбор идёт между гонками и более широкой картиной моторов для дронов, Моторы для дронов: выбор для FPV, самолётного типа и VTOL читает FPV рядом с аппаратами самолётного типа и VTOL и разные значения, которые требует каждый из них. Этот обзор начинается вместо этого от задачи, которую налагает гонка, и идёт наружу к спецификации, которую эта задача делает обязательной.

Два смежных маршрута стоит пройти там, где меняется аппарат. Там, где задача становится продолжительностью, а не откликом, применение Модели самолётного типа и материал Бесколлекторные моторы для моделей самолётного типа: согласование KV, пропеллера и крейсерской мощности разбирают крейсерскую сторону того же обмена. Там, где задача становится полезной нагрузкой, Моторы для тяжелогрузных дронов: три варианта T-Motor от 2.85 кг до 101 кг тяги излагает, как читают тягу и массу, когда аппарат рассчитывают вокруг того, что он несёт. Сужение выбора BLDC-моторов для FPV-гоночных дронов на новой сборке следует одному и тому же порядку в каждом случае: класс первым, батарейный блок вторым, переходный процесс последним.