Cần tìm gì ở một động cơ BLDC cho drone đua FPV

Một chiếc quad đua dành phần lớn chuyến bay ở đoạn của dải ga nơi không có gì ổn định: lúc thoát khỏi một góc cua, một cú bứt tốc, một lần đổi hướng, một lần phục hồi sau propwash. Một động cơ được chọn cho nhiệm vụ đó không được chọn vì hiệu suất nó thể hiện trên một bàn thử ổn định, và cũng không vì một con số đỉnh đơn lẻ đọc riêng nó. Nó được chọn dựa trên một nhóm ngắn các giá trị đã công bố mà cùng nhau quyết định liệu hệ động lực có thể lặp lại cùng một quá độ mà không nấu chín cuộn dây hay không, và liệu khung bay có còn xoay theo cách phi công mong đợi hay không. Hướng dẫn này trình bày những gì cần tìm ở một động cơ BLDC cho việc dùng trên drone đua FPV, đi qua sáu động cơ T-Hobby được ghi trong ứng dụng Drone đua FPV của ToBMS.

Trả lời nhanh

Quyết định đầu tiên là hạng cánh quạt, vì mọi giá trị khác đều được đọc đối chiếu với nó. Một khung 3 inch không thể quay một cánh quạt 5 inch, nên động cơ của nó phải nhỏ, nhẹ và được quấn cho tốc độ rôto rất cao; một khung bay tầm xa 7 inch có yêu cầu ngược lại. Trong sáu dữ liệu được dùng ở đây, chính bộ lọc đó tách một sản phẩm 9.8 g trên stator 9N12P khỏi năm động cơ 12N14P chạy từ 28.56 g đến 46.6 g. Cả sáu đều là động cơ drone đua FPV, và cả sáu đều đến từ một nhóm ứng dụng.

Khi hạng đã được cố định, bộ pin là bước tiếp theo. KV chỉ cho biết động cơ quay nhanh bao nhiêu trên mỗi vôn khi không tải, nên một cuộn dây 2150 KV trên số cell thấp đưa rôto tới tốc độ gần bằng một cuộn dây KV thấp hơn trên số cell cao hơn. KV được đọc đối chiếu với con số cell trong cùng một dữ liệu, và một thay đổi KV được coi như một thay đổi bộ pin hoặc cánh quạt chứ không phải một thay đổi về sức mạnh. Bốn trong sáu dữ liệu mang một dải cell; dữ liệu F50 KV2150 để ngỏ nó, đó là một câu hỏi dành cho nhà sản xuất chứ không phải một khoảng trống cần điền vào.

Nhóm cuối cùng gồm những con số mô tả hành vi trong một quá độ: điện trở cuộn dây, thứ quyết định bao nhiêu phần của điện áp đặt vào bị mất trên đồng khi dòng điện tăng lên; dòng không tải, tức tổn thất mà một động cơ phải trả trong lúc tự quay chính nó; và lực đẩy tối đa, tức đầu ra đã công bố mà ngân sách lực đẩy trên khối lượng được kiểm tra đối chiếu với nó. Năm trong sáu dữ liệu mang một điện trở cuộn dây, và dữ liệu không mang nó được đánh dấu là một câu hỏi bỏ ngỏ thay vì được mặc định từ một mẫu lân cận. Một danh sách rút gọn các động cơ BLDC cho drone đua FPV được dựng theo thứ tự đó: hạng trước, rồi bộ pin, rồi quá độ.

Một drone đua FPV đòi hỏi gì ở một động cơ BLDC

Không điều gì trong cấu tạo của một động cơ đua phân biệt nó với bất kỳ động cơ không chổi than rôto ngoài cỡ nhỏ nào khác. Cái khác biệt là hình dạng của tải, và chính hình dạng của tải quyết định phần nào của bộ thông số trở thành ràng buộc.

Một cuộc đua là một chuỗi các quá độ, không phải một hành trình

Một khung bay bay lâu hoặc nâng hạng nặng dành phần lớn chuyến bay ở một điểm làm việc gần như ổn định, và câu hỏi định cỡ là liệu điểm đó có nằm trong một định mức liên tục hay không. Một quad đua hầu như không dành thời gian nào ở đó. Miền làm việc liên quan là một miền quá độ được lặp lại: bao nhiêu lực đẩy có sẵn trong lúc khung bay đã đang chuyển động, rôto có thể được tăng tốc vào mức đó nhanh đến đâu, và mỗi lần vượt mức để lại bao nhiêu nhiệt. Trên một khung bay đua, câu hỏi đầu tiên mà một con số lực đẩy trả lời là liệu mỗi động cơ có nâng được một phần tư tổng khối lượng cất cánh với phần dư đủ cho thẩm quyền điều khiển hay không, và câu hỏi thứ hai là liệu cả bộ có thể cung cấp điều đó một cách lặp lại mà không bị nấu chín hay không.

Cánh quạt, chứ không phải động cơ, xác lập điểm làm việc

Lực đẩy là một thuộc tính của động cơ và cánh quạt cùng nhau, và cánh quạt được cố định bởi khung bay. Một khung 3 inch không thể quay một đĩa 5 inch, nên động cơ dẫn nó phải nhỏ, nhẹ và được quấn cho tốc độ rôto rất cao. Một khung bay tầm xa 7 inch yêu cầu điều ngược lại: nhiều thể tích stator hơn, KV thấp hơn và nhiều mô-men hơn, để một đĩa lớn hơn có thể được quay ở vòng tua thấp hơn. Hai hệ quả theo sau, và cả hai đều quan trọng hơn KV. Khối lượng quay ở đầu một cánh tay cộng vào mô-men quán tính roll và pitch của khung bay, nên động cơ nặng khiến một chiếc máy bay có cảm giác ì ạch ngay cả ở những chỗ chúng tạo ra nhiều lực đẩy. Và con số lực đẩy tối đa đã công bố được nêu cho một cánh quạt cụ thể, nên nó chỉ có thể so sánh được khi các cánh quạt khớp nhau.

Khối lượng ở đầu cánh tay phải trả giá ở mỗi góc cua

Giữa 9.8 g của dữ liệu nhỏ nhất và 46.6 g của dữ liệu lớn nhất có một dải khối lượng gần năm lần, và độ trải đó không phải để trang trí. Mỗi gam đều nằm ở đầu một cánh tay, và mô-men quán tính mà nó đóng góp tăng theo bình phương chiều dài cánh tay, nên một động cơ quá nặng so với hạng của nó tốn nhiều hơn về độ linh hoạt so với phần lực đẩy nó trả lại. Cách đọc thực hành là khối lượng và lực đẩy thuộc về cùng một phép so sánh, chứ không nằm trên những danh sách rút gọn riêng.

Tải va đập, chứ không phải giới hạn nhiệt, kết thúc phần lớn các động cơ

Một khung bay đua được kỳ vọng sống sót qua va chạm với cổng, mặt đất và các máy bay khác. Những kiểu hỏng hóc đáng kể là cơ khí và điện chứ không phải thuần nhiệt: một trục bị cong, một ổ bi không còn quay đúng tâm, một dây dẫn hỏng ở mối nối, một chuông không còn khóa được cánh quạt. Đó không phải những giá trị mà một bảng thông số mang theo, nhưng chúng là lý do một con số lực đẩy đã công bố chỉ là điểm khởi đầu của một lựa chọn chứ không phải điểm kết thúc.

Sáu thông số quyết định một động cơ đua FPV

Sáu giá trị dưới đây là những giá trị thực sự chốt một lựa chọn trong thực hành đối với một động cơ BLDC cho drone đua FPV. Mỗi giá trị được đọc cùng với những giá trị khác chứ không đọc riêng lẻ, và ở chỗ một dữ liệu để ngỏ một giá trị, chính điều đó cũng là một phần của bức tranh.

Kích cỡ stator đối chiếu với hạng cánh quạt

Stator là phần quyết định một động cơ có thể tạo ra bao nhiêu mô-men trước khi bão hòa, và đường kính cùng chiều cao xếp lớp của nó được thể hiện trong chính ký hiệu của nhà sản xuất. Các dữ liệu ở đây mang cấu hình 9N12P và 12N14P, cùng các cỡ thân từ một sản phẩm 17.9 mm đến một sản phẩm 33.4 mm. Hạng cánh quạt mà một khung bay có thể quay chính là thứ khiến những khác biệt đó trở nên liên quan tới động cơ drone đua FPV: một stator lớn quay một cánh quạt nhỏ là khối lượng lãng phí, và một stator nhỏ quay một cánh quạt lớn không thể đạt tới một tốc độ hữu dụng mà không vượt quá mức mà nó được chế tạo để tản đi.

KV đối chiếu với bộ pin thực sự được bay

KV mô tả tốc độ rôto trên mỗi vôn khi không tải. Tự nó không nói gì về năng lực; nó nói tổ hợp nào của số cell và cánh quạt đưa rôto tới một tốc độ dùng được. Một cuộn dây 2150 KV trên số cell khiêm tốn đạt tốc độ không tải gần bằng một cuộn dây 1750 KV trên số cell cao hơn, nên hai giá trị trong nhóm này không thể được đọc như thể một giá trị mạnh hơn giá trị kia. Một thay đổi KV thường ép phải thay đổi bộ pin hoặc cánh quạt, và chính hai linh kiện đó quyết định việc đổi đó có phải là một cải thiện hay không.

Điện trở cuộn dây và dòng không tải, đọc cùng nhau

Hai giá trị đã ghi đứng thay cho độ đáp ứng, và không giá trị nào trong hai là một phép đo thời gian. Điện trở cuộn dây cho biết bao nhiêu phần của điện áp đặt vào bị mất trên đồng khi dòng điện tăng lên; một con số thấp hơn nghĩa là nhiều mô-men hơn trên mỗi ampe trong lúc tăng tốc và ít phần hơn của bộ pin kết thúc thành nhiệt. Dòng không tải là dòng điện không tải mà một động cơ rút để tự quay chính nó, và nó là một đại diện cho các tổn thất sắt, ổ bi và đóng cắt được trả liên tục bất kể cánh quạt đang làm gì. Cùng với nhau, chúng mô tả phần của dải ga nơi một cuộc đua được quyết định: đi từ một góc cua ở mức ga thấp vào toàn công suất.

Con số lực đẩy, và cánh quạt đằng sau nó

Lực đẩy tối đa là đầu ra được chú ý nhất của một động cơ đua, và nó cũng là giá trị dễ bị đọc sai nhất. Nó được công bố cho một cánh quạt ở một mức ga, trên một bàn thử, nên một con số lực đẩy chỉ có thể so sánh được khi các điều kiện thử khớp nhau. Bốn trong sáu dữ liệu ở đây công bố một con số lực đẩy tối đa trên 2 kg, và hai sản phẩm nhỏ hơn công bố 351 g và 1730 g. Điều mà con số chốt lại là liệu động cơ có thể nâng phần của nó trong chiếc máy bay với biên dự phòng hay không; điều mà nó không chốt lại là cách một động cơ BLDC cho drone đua FPV hành xử trong lúc chiếc máy bay đã đang chuyển động.

Công suất và dòng điện như một tuyên bố về chu kỳ làm việc

Một con số công suất tối đa đã công bố là một tuyên bố về tải điện mà một động cơ được kỳ vọng mang trong một cửa sổ đã nêu, và cửa sổ đó được nhà sản xuất nêu tên bên cạnh con số. Điều đó quan trọng vì cùng một động cơ có thể được nêu theo những cửa sổ khác nhau, và một con số mang theo một cửa sổ ngắn hơn không thể so sánh trực tiếp với một con số mang theo một cửa sổ dài hơn. Ở chỗ một dữ liệu mang một con số công suất, nó thuộc về cùng một phép so sánh với lực đẩy; ở chỗ không mang, điều đó cũng đáng biết, vì nó chỉ tới một bảng dữ liệu thay vì tới một thứ thay thế.

Cỡ bao, kiểu lắp và chiều dài dây dẫn

Một động cơ phải vừa một cánh tay, và cỡ bao là thứ quyết định điều đó. Sáu dữ liệu ở đây trải từ một thân đường kính 17.9 mm và chiều dài 17.4 mm đến một thân đường kính 33.4 mm và chiều dài 34.7 mm. Ngoài đường kính và chiều dài thân, kiểu lắp và chiều dài dây dẫn quyết định cách động cơ nằm trên một khung bay nhất định và cách đi dây; ở chỗ một dữ liệu không nói gì về những điều đó, bản vẽ của nhà sản xuất là nguồn để kiểm tra.

Sáu động cơ T-Hobby như một bộ thông số

Sáu dữ liệu dưới đây là những động cơ Drone đua FPV mà nhóm ứng dụng của nền tảng dựa vào. Tất cả đều do T-Hobby công bố, và chúng trải qua các hạng mà một phi công đua làm việc, từ một sản phẩm 3 inch đến một động cơ tầm xa 7-8 inch.

Cả sáu động cơ đều do T-Hobby liệt kê và được ghi trong nhóm Động cơ drone của ToBMS, và mọi giá trị trong bảng đều được hiển thị đúng như đã ghi. Một khoảng trống trong dữ liệu được đánh dấu Không liệt kê: con số cell cho F50 KV2150. Điện trở cuộn dây cho F60PRO V KV1750 cũng vắng mặt trong dữ liệu và được bàn trong phần văn bản chứ không được mang trong bảng. Lực đẩy tối đa được công bố theo từng cánh quạt và mức ga, nên một phép so sánh chỉ đứng vững ở chỗ các điều kiện thử khớp nhau. Hạng được lấy từ chính ký hiệu sản phẩm của nhà sản xuất; khối lượng của F50 KV2150 do nhà sản xuất nêu không tính dây dẫn, trong khi các khối lượng khác bao gồm nó. Ở chỗ dữ liệu không nói gì, bảng dữ liệu của nhà sản xuất là nguồn để xác nhận.

Ba điều nổi bật khi sáu sản phẩm được đọc như một bộ. Thứ nhất, độ trải hạng đủ rộng để một danh sách rút gọn chung cho cả sáu sẽ vô nghĩa: một sản phẩm 3 inch và một sản phẩm 7-8 inch không phải là phương án thay thế cho nhau. Thứ hai, dải khối lượng chạy từ 9.8 g đến 46.6 g, và mỗi gam của nó đều nằm ở đầu một cánh tay. Thứ ba, cấu hình stator đồng nhất ở 12N14P trên năm động cơ lớn hơn, với sản phẩm nhỏ nhất nằm riêng trên một stator 9N12P, nên cấu hình là một tiêu chí phân biệt yếu ở đây còn hạng cánh quạt là một tiêu chí mạnh.

Cách đọc rút ra từ đó là một trình tự thu hẹp chứ không phải một bảng xếp hạng. Hạng loại bỏ các phương án; bộ pin quyết định động cơ nào trong số còn lại sẽ quay ở một tốc độ hữu dụng; và các giá trị quá độ, điện trở và lực đẩy, quyết định giữa những sản phẩm sống sót.

Đọc sáu sản phẩm từ 3 inch đến tầm xa

Sáu động cơ không cạnh tranh với nhau nhiều bằng việc chúng chiếm những phần khác nhau của cùng một hạng. Đọc từ nhẹ nhất đến nặng nhất, chúng mô tả một tiến trình từ một động cơ 3 inch nhỏ, nhanh đến một động cơ tầm xa lớn, chậm hơn, và chính tiến trình đó phân biệt động cơ drone đua FPV này với động cơ khác.

Đầu 9.8 g: F30 và hạng 3 inch

T-Hobby F30 là động cơ được chế tạo cho một khung 3 inch trong bộ này: 9.8 g trên một stator 9N12P, thân đường kính 17.9 mm và chiều dài 17.4 mm, định mức 4S và lực đẩy tối đa đã công bố 351 g. Không sản phẩm nào khác ở đây cùng hạng với nó. Đặt một động cơ 33 g lên một khung 3 inch tốn nhiều hơn về độ linh hoạt so với phần lực đẩy nó trả lại, vì khối lượng nằm ở chỗ khung bay ít chịu đựng được nhất và chiếc đĩa nhỏ không thể biện minh cho nó.

Cặp 28.56 g và 33.5 g: đua 5 inch

T-Hobby F50 KV2150 là sản phẩm lệch chuẩn của cả bộ ở 2150 KV và 28.56 g, với lực đẩy tối đa đã công bố 2136 g; nó là sản phẩm nhẹ nhất trong các động cơ 5 inch và có KV cao nhất. T-Hobby F60PRO IV V2 KV1750 đi theo một hướng khác: 33.5 g, một dải cell 4-6S và 1730 g lực đẩy đã công bố, điều khiến nó thành động cơ để đọc khi cùng một khung bay có thể bay bằng một bộ pin hôm nay và một số cell cao hơn vào ngày mai.

F60PRO V 34.3 g: lựa chọn hiệu quả cho 4S

T-Hobby F60PRO V KV1750 mang lực đẩy đã công bố cao nhất trong ba động cơ 5 inch ở 1883 g, trên một định mức 4S và một stator 12N14P ở 34.3 g. Điện trở cuộn dây của nó không được lưu trong dữ liệu, nên phép so sánh với các sản phẩm lân cận dừng ở lực đẩy, khối lượng và số cell; con số điện trở nằm ở bảng dữ liệu của nhà sản xuất.

Đầu 39.7 g và 46.6 g: F80 PRO và F90 tầm xa

T-Hobby F80 PRO KV1900 mở rộng hạng ra ngoài: 39.7 g, một cửa sổ 3-6S và 2115 g lực đẩy đã công bố, được định cỡ cho những bản dựng 5-6 inch lớn hơn. T-Hobby F90 KV1300 khép lại bộ sản phẩm ở 46.6 g, 1300 KV và 2361 g lực đẩy đã công bố, với thân đường kính 33.4 mm và chiều dài 34.7 mm cùng một cửa sổ 5-6S. Ở đầu đó, yêu cầu đã thay đổi: động cơ không còn được chọn cho quá độ nhanh nhất có thể mà để quay một cánh quạt lớn ở tốc độ thấp hơn với nhiều mô-men hơn, đó là điều một khung bay tầm xa 7-8 inch hoặc X8 yêu cầu.

Các hạng bản dựng và cửa sổ động cơ mà mỗi hạng đặt ra

Mỗi hạng đua đặt ra một cửa sổ chứ không phải một câu trả lời đơn nhất, và sáu động cơ ở đây khớp trực tiếp vào những cửa sổ đó.

Cửa sổ hạng whoop và 3 inch

Một khung 3 inch là hạng nhỏ nhất được đề cập ở đây, và cửa sổ động cơ của nó được xác định bởi khối lượng và tốc độ rôto. Động cơ nhẹ với một stator nhỏ và một định mức 4S là phương án phù hợp; bất cứ thứ gì nặng hơn đều đẩy khả năng xử lý của khung bay đi sai hướng. Hạng này và những hạng lớn hơn cùng nằm dưới các ứng dụng drone đua FPV, vì câu hỏi khám phá là như nhau ngay cả khi các con số thì không.

Đua 5 inch và quyết định về bộ pin

Hạng 5 inch là nhóm lớn nhất trong bộ này, với bốn động cơ bên trong, và đó là nơi quyết định về bộ pin làm việc nhiều nhất. Một cuộn dây KV thấp với một dải cell rộng hơn phù hợp với một khung bay đổi bộ pin giữa các buổi bay; một cuộn dây KV cao hơn với số cell thấp hơn phù hợp với một khung bay ở lại trên một bộ pin và muốn tốc độ rôto tối đa. Lực đẩy, khối lượng và dải cell tách bốn sản phẩm ra; KV giải thích vì sao.

Tầm xa 6-8 inch và cinelifter

Ngoài 5 inch, yêu cầu thay đổi từ độ đáp ứng sang thời gian bay và tải trọng. Hai động cơ lớn nhất ở đây, ở 39.7 g và 46.6 g, mang những dải cell và thể tích stator mà một cánh quạt 6-8 inch cần, và những giá trị đáng kể dịch chuyển theo: khối lượng được tăng thêm một cách có chủ ý, KV giảm, và lực đẩy được đọc đối chiếu với một tổng khối lượng cất cánh nặng hơn thay vì với một góc cua đua. Một nền tảng thuộc hạng này được so sánh với hạng UAV thời gian bay dài thay vì với một động cơ đua 5 inch.

Chọn một động cơ BLDC cho drone đua FPV: một trình tự định cỡ

Thứ tự quan trọng hơn bất kỳ giá trị đơn lẻ nào, vì mỗi bước loại bỏ các phương án thay vì xếp hạng chúng.

Cố định hạng cánh quạt và khung bay trước tiên

Cỡ khung quyết định cánh quạt, và cánh quạt quyết định mọi thứ phía sau. Bắt đầu từ một động cơ rồi tìm một khung bay là cách thông thường để kết thúc với một linh kiện sai kích cỡ cho công việc.

Cố định bộ pin, rồi tới KV đi kèm với nó

Số cell xác lập điện áp, và KV xác lập tốc độ không tải ở điện áp đó. Chọn một KV trước một bộ pin, hoặc một bộ pin trước một KV, để nửa còn lại của cặp không bị ràng buộc, và cả hai chỉ vận hành như một cặp.

Đặt ngân sách lực đẩy trên khối lượng đối chiếu với con số lực đẩy đã ghi

Lực đẩy tối đa được so sánh với tổng khối lượng cất cánh để xác lập biên dự phòng cho thẩm quyền điều khiển. Vì con số được công bố theo từng cánh quạt và mức ga, phép so sánh chỉ đứng vững ở chỗ các điều kiện thử khớp với bản dựng dự kiến.

Hỏi nhà sản xuất về những con số mà dữ liệu để ngỏ

Ở chỗ một dữ liệu không mang giá trị nào cho số cell, điện trở hoặc công suất, bước trung thực là coi đó là một câu hỏi bỏ ngỏ và xác nhận nó đối chiếu với bảng dữ liệu, chứ không mặc định một giá trị từ một mẫu lân cận. Ba trong sáu dữ liệu ở đây để ngỏ ít nhất một trong những con số đó.

Các câu hỏi thường gặp

Tài nguyên chính thức

Cả sáu động cơ trong hướng dẫn này đều do T-Hobby công bố, và các trang sản phẩm của nhà sản xuất mang theo bảng dữ liệu cùng dữ liệu thử mà các dữ liệu của nền tảng không sao chép lại. Những trang hiện tại là F30, F50 KV2150, F60PRO IV V2 KV1750, F60PRO V KV1750, F80 PRO KV1900 và F90 KV1300, cùng dải sản phẩm rộng hơn tại trang chính thức của T-Hobby. Ở chỗ một dữ liệu của nền tảng không nói gì, nhà sản xuất vẫn là nguồn xác thực cho con số cell, điện trở cuộn dây, cửa sổ công suất và bản vẽ lắp. Những con số được dùng trong hướng dẫn này là những giá trị đã công bố được lưu trong các dữ liệu sản phẩm của nền tảng.

Bước tiếp theo

Hướng dẫn song song với bài này là Động cơ drone đua FPV: bốn lựa chọn T-Hobby từ 9.8 g đến 34.3 g, so sánh bốn trong số chính những động cơ đó trực tiếp với nhau qua hai hạng 3 inch và 5 inch. Ở chỗ lựa chọn nằm giữa đua và bức tranh động cơ drone rộng hơn, Động cơ drone: chọn động cơ FPV, cánh cố định và VTOL đọc FPV bên cạnh các khung bay cánh cố định và VTOL cùng những giá trị khác nhau mà mỗi loại yêu cầu. Hướng dẫn này thay vào đó bắt đầu từ nhiệm vụ mà một cuộc đua đặt ra, và đi ra ngoài tới thông số mà nhiệm vụ đó làm thành ràng buộc.

Hai hướng liền kề đáng theo khi khung bay thay đổi. Ở chỗ yêu cầu trở thành thời gian bay thay vì độ đáp ứng, ứng dụng Mô hình cánh cố định và Động cơ BLDC cho mô hình cánh cố định: khớp KV, cánh quạt và công suất hành trình đi qua khía cạnh công suất hành trình của cùng một sự đánh đổi. Ở chỗ nó trở thành tải trọng, Động cơ drone hạng nặng: ba lựa chọn T-Motor từ 2.85 kg đến 101 kg lực đẩy trình bày cách lực đẩy và khối lượng được đọc khi chiếc máy bay được định cỡ quanh vật mà nó mang. Thu hẹp lựa chọn động cơ BLDC cho drone đua FPV trên một bản dựng mới đi theo cùng một thứ tự trong mỗi trường hợp: hạng trước, bộ pin thứ hai, quá độ cuối cùng.