ブラシレスモーターのパワーカーブを間接測定する

先日、マブチのページを参考にDCモーターの特性パラメータを勉強して、パワーカーブの計算方法まで理解しました。

その時の理解では、静止トルク、無負荷回転数の2つがわかればパワーカーブが描けるということでした。


無負荷回転数はスペック上のKv×電圧に近いと想像はされますが、手巻きモーターもあるので直接測定することにします。

もう片方の静止トルクは、モーターを無理やり止めた時の最大電流（コイル抵抗を測れば想像がつく）×トルク定数で求まるはずですが、トルク定数Ktはあら不思議、KvがわかればKt=9.55/Kvでわかってしまいます。

つまり、Kvとコイル抵抗を測定すれば、パワーカーブが（ESC周りの仮定がある程度入るので定数倍ファクターは怪しいものですが）得られ、手持ちのモーターの性能を直接比較することができるようになります。


Kvの測定は、モーターを無負荷で全力運転し、その時のある特定のコイルの電圧波形をオシロで見て周波数を測定することにします。周波数が得られれば、モーターのメカニカル回転数rpmは周波数を60倍して磁石の数の半分で割れば得られます。(今回選んだメインモーターはすべて6ポールなので3で割る）

下の写真に写ってる余剰モーター達と、HP06とHP03TまではminiCPに着いてるのを引っぺがして測定しました。その他の2S機に組み込んであるモーターは外すのが面倒だったので、HP08-2Sや130Xの純正モーターは測定対象外です。

測定結果（赤い文字）と、先日勉強したルールに従って計算したパワーを表にしました。
左側に「仮想」と書いてある行は、実際そういう使い方をしたわけではなくもし電圧が2倍なら、半分なら、という机上の計算で記入した項目という意味です。

また、max電流のところは、コイル抵抗と4Vの電圧から、コイル2つに同時に通電していると仮定して算出してあります。確かにESCは最大2個のコイルに同時通電するのですが、切り替え時のOFF時間やFETの反応にかかる時間なんかで、実効電流としてはコイル2つ分は流れていないと思います。感触的にはちょうどこの半分くらいしか流れないと思いますが、勝手に魔法の数字を持ち込むのはフェアじゃないと思ったので机上の空論を貫きました。

従ってこの表の出力Wの値は実際とは定数倍かけ離れてると思いますが、モーター同士の比較において絶対値は重要じゃないので、数字の値そのものではなく回転数によるパワーカーブやモーター同士のパワー比較を行うという目でみてやってください。


パワーカーブを絵で書いてもアレなので、薄く水色で網掛けした部分に回転数ごとの出力を並べました。以前の学習で、

• パワーピークは無負荷回転数のちょうど半分のところで実現される
• パワーピークよりも低回転側はパワーが下がり電流が増えるため非常に低効率

ということがわかっているので、ヘリを飛ばすにあたってパワーピークよりも右側でヘリのフライトがカバーできることを目標にして、わかりやすいようにパワーピークより高回転側のみを濃い水色で塗りつぶしました。


この結果言える事は

• HK14000は1S駆動だと4000rpm以上を非常に高出力でカバーしていてとても良い
• C05XLの手巻き改造版と、HP05、C05XL-10800kVは意外にHK14000に近くまあまあ良い。でも同じ性能ならHK14000が一番軽くて安い
• C05M-16000kVやHK13000は、パワーが無いくせに高回転型で低回転効率が悪くどーしょもない
• 2S駆動時のHP06はほんとにほんとに良い。ハイパワーでパワーカーブもフラット
• HK14000やHP05などの高回転形モーターを2S駆動すると、ほぼ全域が低効率ゾーンになってしまうのと、回転が落ちれば落ちるほどパワーも減るのでガバナーに頼らないと負荷がかかったときの回転数回復ができない

こうやってパワーと回転数の関係が推測できると、「こっちのモーターは抵抗値も低くて電流がいっぱい流れるのでパワーがありそうだけど、Kvが高すぎてかなり低い回転でしか使えない。こっちのKvが低めでそのわりに抵抗値が高いモーターとどっちが強いかな？」という疑問に数値的に答えることができる・・・はずです。

といってもそれなりに近似がいろいろ入った計算での結果なので、上記の表が実際のフィーリングと一致しているかはこの後検証してみます。