miniCPパーツ談義 メインギア流用とスワッシュのレバー比

miniCPのパーツ話題を2つ。まず一つ目はメインギアです。

miniCP/superCPの純正61Tメインギアは、アウトランナーブラシレス化すると若干小さくてモーターとサーボが干渉することと、たいていは燃費のために少しでもギア比を稼ぎたいのでgeniusCP用の64Tが推奨されてきました。

ただgenius用ギアは薄っぺらですぐなめちゃうのと、意外にwalkera純正ギアは高いので、白くて厚みのあるサードパーティの64Tメインギアがよく売られています。（例えばヘリモンで236円）

この白いギアは耐久性も高くて良いのですが、軸の部分がダブルDではなく普通のDカットで、ギアの歯ではなくここが一番なめやすいです。金属シャフトを使ってる人はネジ止めしちゃう手もありますけど。

うちでも先日このDカット部分がするするの円になっちゃって慌てて交換部品を探したんですが、買い置きを使い切って欠品してました。

そこで、同じ2.5mmシャフトの0.5mmモジュールを採用してるHCP80 (V933)のメインギアが使えないかなーとパーツボックスから掘り出したら…

どう見てもヘリモンで買ったサードパーティ64Tギアと同じものです。もちろん歯数も64T。

こっちなら2枚で$1.4ですから、急いでないときに買い置きしといて損は無いですね。

さらに未確認ですが、HCP80のメインギアと互換性があると言われているV977のギアや、メインシャフト周りのパーツも流用できるのかもしれません。



ここで少し話は飛びますが、miniCPを飛ばしていて、風の中を走らせたいと思って重いブレードを使うと、極端に敏捷性が落ちます。いくらDRを上げても純正ブレードの時のようなぎゅんぎゅんフリップはできません。

一般にブレードを重くすれば敏捷性は落ちるものなので仕方ありませんが、他のヘリだとその分ヘッドスピードを上げてDRを入れてやれば、パワーが足りている限りいくらでも敏捷にできます。
例えばV922/mCPx系はパワーさえあれば本当に異常なまでに高機動設定にできます（たいていはパワーというよりテールが負けるのでほどほどで妥協せざるを得ない）

サーボ負けかと思ってサーボの電源を5Vや2S直供給にしてみたこともありますが、全く改善される様子がありません。そもそもminiCPのサーボは測定したことがありますが大きさの割りにかなり高トルクです。


で、ふと基本を思い出して、スワッシュをめいっぱい傾けたときにブレードのサイクリックピッチがどのくらい付くか比べてみました。

というか、比べるまでも無くスワッシュを並べた時点で出力腕の長さがまるで違いました。

左がV922スワッシュ　　　右がminiCPスワッシュ
外側の腕の長さはそんなに違わないのに内側の出力腕が倍くらい違います

気になって他のヘリも見比べてみると、bladeシリーズの130XとV922はやっぱり内側の腕がかなり長いです。nano CPxは若干短めでminiCPとの中間くらい。V933は以前調べたようにnanoCPxより少し長め、そして敏捷性が低くて悩んでたV120D02SはminiCPとほとんど同じ比率でした！

スワッシュ内外のレバー比は、比率自体はジャイロやDRの設定で吸収できる面もありますが、スワッシュの傾き具合には限界があるので最大角だけは内側の腕が短ければ絶対に稼げません。


それならってことで、実験的に無理やりV922スワッシュをminiCPに付けてみましょう。
まずはARピンを無理やり植え込んで

装着！

く、苦しすぎる…　V922スワッシュは前後の長さだけが長いので左右サーボの腕が斜め後ろにすっ飛んでます。

しかしまあ、それでもサイクリックを倒したときのピッチはこんだけ違います

miniCP純正スワッシュのとき

むりやりV922スワッシュを着けたとき

確かにこれだけ最大ピッチが違えば敏捷性に差が出ても不思議ないですねー。


こうなったら気になるのは2.5mmシャフトで正三角形の流用できるスワッシュが無いか、なのですが、ここで最初のメインギアの話題に戻って、2.5mmシャフトと判明したV977用はどうなんだろー？ と思っている次第です。

BGの画像を見る限り、bladeスワッシュには負けるけどwalkeraのよりは内側が長そうだし、出力腕が長短二種類あるのである程度の改善は期待できそうですね。
ただ、新型についてるはずの金属フィッシュアイが無いパーツしか見つからない…

まあ、2.5mmシャフトと言えばV933も当然流用候補なんですが、あの小さいボールとロッドに2Sモーターのパワーを突っ込むのはさすがに気が引けて…


miniCPはそれでも軽いブレードで飛ばせば敏捷に動くからまだいいんですが、V120D02Sは流用スワッシュが無いことにはどうにもならないので期待しています。

練習： V922でピルエット補正ごっこ

台風で全国的にヘリどころではない日曜になっちゃいましたね。

つまんないので昨日うまく飛んだV922で、6畳間ピルエットをしてみました。

せっかくなのでT-REX150とかV977みたいなピル補正があるかのようなフェイクビデオを撮ろうと試みましたが、数回転しか持ちませんでした。

また、右はともかく左回転はお外でのサークルですら苦手なんですがぜんぜんダメですねー。
でも数回転ならなんとかできちゃうこともあるので、上手いひとならピル補正なんて全く要らないのかもしれませんね。。

最後の一回だけ、バランスを崩さずキャビン中心に回れました。


感覚的には、トルネードの入りで綺麗な円錐にならないときにもうちょいこっちかな？てちょいちょい右エルロンを当てる感じでした。軽く右後ろにスティックを引きながら、テールブームが水平からずれたら少し当てる感じ？

けっこう面白かったし、６畳でも練習できるのでお勧めです。
ここでひっくり返す勇気があれば背面ピルのほうがより練習になりそうですけどね…

V922 現役復帰

突然のモーターカットでお蔵入りしていたV922ですが、あっさり復帰しました。
もしかして、devoに入れたモジュールが本当に弱すぎて電波が数mしか飛ばないだけなんじゃ？と思って純正送信機を試したら、あっさり完全動作。ESCもモーターも全然悪くありませんでしたとさ。

フレームやスキッドをH377用にしてありますが、性能に大差ないので事実上ストックV922のメインモーターだけをHK14000に代えたようなものです。

原因切り分けのためにテールはブラシモーターに戻してあるんですが、さすがの7mmモーターと言えどもHK14000のバカパワーを抑えるには上の写真のようにこれでもかってほどブームを延長して、それでもまだピッチを抑え目にしないとすぐ負けます。

ただ、久々に使ったブラシテールモーターは本当にヘリが安定しています。V922自体の安定度もすさまじく良くて、室内なら完全に手放しでいくらでも浮いています。

フライトは、急ピッチ急サイクリックを避けて操作しなきゃいけないのでこれはこれでスムーズな操作の練習になりそうです。でも安定しすぎてホバ練習にはあまりならなそう。

ただハイスピードサークルをやろうとすると、(テールに負荷がかかる)上空から見てCCW側は無風でもまったく回れないので、せっかくの超安定がもったいないです。遠からずブラシレステールにしそうです。

バッテリーは一年前にbanggoodで買った500mAhですが、かなり内部抵抗が増えて劣化してるはずなのに十分元気に飛びます。ノーマルモードなら10分近く浮いてますし、アイドルアップでも5分は行けそうです。0.3モジュールのギアが良いのかわかりませんが、V922は本当にパワー効率は良いです。

nano CPx ２号機導入？

というより、nano CPxの２号機を部品取りとして買い足しました。飛ばすのは今後も手前の一号機です。

RCデポで14100円でした。安くなった！？と思いましたが単に税抜き表示になっただけみたい
AMHobbiesから買い物するついでがある人は$119でいつでも買えます
ヘリモンでもBNF扱い始めましたから持ってない人はぜひ買ってみてください！

さんざんminiCPをいじっていながら悔しい限りですが、練習機という意味では文句なしのエースはnano CPxです。

去年の7月に購入してから1年以上、初フリップ、初インドアフリップ、初ハーフピロ、その他もろもろの成果を挙げて今でも現役で飛んでいます。

さすがにパーツの交換はそれなりにやっていまして、だめになって購入したパーツは

• メインギアしょっちゅう（フレームが割れてくるとギアをなめやすい）
• ブレードグリップそこそこの頻度
• BL化してぶつけてるとフレームも消耗品
• フェザリングシャフト5本くらい
• メインシャフト4本
• ピッチリンク4本
• テールモーター3個
• テールローターそこそこ
• スワッシュ3個（特に後ろ側の腕が弱い）
• キャノピー1個

あたりはまあ普通の消耗品として、以下の電装系が高価です

• サーボ2個くらい（リニアサーボなので、カーボン塗布が劣化してくると掃除しても直りません）
• ブラシモーター2個、ブラシレスモーター1個（ブラシレスの方はフレーム補強時の作業ミスで破損）
• メインボード1枚（硬いベンチに墜落したときにバインドしなくなりました）

メインボードなんか買ってるとすぐに部品代で１機ぶんいっちゃいますし、パーツで買えないフェザリングシャフト外しの専用工具と、地味に純正バッテリーと純正ブレード（BNFを買うと２セットついてくる）の価値も大きいので、サーボが続々壊れ始めたタイミングでパーツセットとして買い足した次第です。

うちはHP03化してるので、新品のメインモーターと純正バッテリーはブラシ派のヘリ部長に即売り払いました。

久々の完全ストック状態だったので体重測定をしたら、バッテリー抜きで新品が26g弱、右側のBL機は29g弱ありました。純正品はスペックに偽り無くフライト重量で30g切りですね。

うちのメタボ機は機体だけで+3g、バッテリーを200mAhにしないといけないことを考えるとフライト時は+4gの差があります。パワーはあるけど１割も重量差があるとちょっともったいないですね。

モーター自体はBL化したほうが軽いくらいですしESCも1g以下のDP-3Aを使ってるので、差がついてる部分は7mmテールモーターのところと、フレームやスワッシュをスーパーXでべたべたに補強してる箇所だと思います。

まあ、ESCの配線やコネクタを整理して、フレームとスキッドを新品にすれば2gくらいは軽量化の余地があると思います。今はホバ練ばかりであまり関係ないですが、ピルフリ練習なんかするようになったら軽くしたいと思います。

さて、交換部品の話に戻ると、消耗品で痛いのはブレードグリップ(1ペア)1000円と、フェザリングシャフト700円、スワッシュ1300円あたりです。

スワッシュは壊れないようにスーパーX補強で乗り切るとして、ブレードグリップは何故か、今回のRCデポ入荷から突然半額の500円代で山積みされてました。ヘリモン価格は900円のままなので何が違うのかわかりませんが、とにかく2袋買っておきました。

フェザリングシャフトは、曲がったら頑張ってペンチで直すしか対策が無かったんですが、曲がったのを直すとまたすぐ曲がりやすいのと、けっこう折れることも多いです。

しばらく前に、HKRCに3本で$3.9という互換品が登場したのでこれを買ってみました。若干短いかな？ という程度で普通に使えますが、あんまり硬くはないようで、普通に落とすとすぐ曲がりました。

せっかく安いパーツなので、ダメもとで焼きを入れてみました。

もちろんナットを外した状態で、ラジペンやピンセットでつかんでガスコンロで赤くなるまで熱して、水にじゅっと漬けるのを数回繰り返しただけです。赤くなったときに熱しすぎて曲がったら意味無いので真似するときはダメもとでお願いします。

焼き入れ品にしてからはまだ曲がってません。けどそんなにハードクラッシュもしてないので良くなったかどうかはまだなんとも言えませんね。

仮に曲がりにくくなってたとしても、逆にあっさり折れるかもしれませんし。

ただ、曲がったシャフトをペンチでぐにぐに直したものは本当にまたすぐ曲がっちゃうので、むしろそういう再生品こそ焼き直して使ったほうがいいのかもしれません。

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。

130X テールケース幅は重要でした

相変わらず絶好調の130Xですが、ちびちびとトラブルもあります。

以前、130Xのテールケース部にV120用のパーツを流用した後、テールピッチレバーの脱落防止にテールをフロントコントロール化しました。

その後しばらくは快調だったんですが、だんだんテールがゆらゆらするようになってきて、そんなに振動もないのにテール保持力が落ちてきました。

これが当時の写真ですが、飛ばしているうちに、ケースから左側に向かってテールシャフトがだんだん外れてくるようになってしまいました。

テールシャフトが左に行かないように保持してるのは、もちろん傘ギア同士の噛み合いです。Dギアが左に行こうとしてもCギアがあるので当然押し返すようになっています。
しかし、テールシャフトのDカットがされている部分までは、たとえギアが左に行かなくてもシャフトだけで左に行けてしまいます。

当然純正パーツならそうならないようにDカットの長さが考えられていますが、下の写真(テールケースを130X用に戻したもの）と比べるとわかるように、テールケースの幅が130X用のもののほうが右に広いです。

この横幅違いを吸収するために、1枚目の写真ではDギアの右側を削ってまで押し込みましたが、Dカットが余った分だけシャフトが左にずれてしまってはいみがありません。

というわけで、価格も大差ないので素直にケースは130X用のパーツを使うことにしました。

これでテール周りの部品は、テールケース、テールシャフトの2つだけが130X用で、他はすべてV120D02S用となりました。ケース、シャフト共に価格差が小さいパーツなのでコスト的には問題ないでしょう。

純正モーターでピッチをあまり欲張らなければ、横にぱたぱた振ってもテールはばっちり保持されます。といってもけっこうぎりぎりなので、ラフにピッチを入れたりモーターをハイパワーにする場合はテール延長か何かの手段でテールの最大推力を強化したほうがよさそうです。

miniCPの1S機 やっぱりHK14000はえらい

初手巻きで、C05XLを太線で巻きなおしてそこそこパワーが出せたりしましたが、やはり電流ぶちこみ系の路線ではHK14000の完成度はすばらしく高いと思います。C05Mなんかと大差ないサイズに、ぎちぎちにあふれそうなほど太い線が（ダブル巻きで断面積を稼いで）巻かれています。

以前このモーターをminiCPに試したときは、なぜか回転があまりあがらず相性が悪いのかなぁ？？と困った記憶がありますが、今思ってみればあれはメインシャフトのクラックか何かで、高回転になると急速に振動ロスが増えて回転が上がらないトラブルだったんだと思います。

あらためて整備したminiCPにHK14000を積んでみると、全力で回すと2S並みのものすごいヘッドスピードが出ます。（純正ブレードの場合）



これを組み合わせるテールモーターは、7mmブラシだとちょっと苦しくてピッチをかなり制限しないといけませんが、同じ電流ぶっこみ系であるHK12000を使えばテールもすさまじい推力を発揮します。

ただ、HP03Tなんかの高級テールモーターと違って磁石が6極なので、低回転が苦手で始動性も悪く、BLHeliのダンピング設定を強くするとフライト中に停止してよく落ちます。テール負けはしにくいですが、回転が落とせなくてテール勝ちで苦労する場合があるかもしれません。

機体重量はさすが1Sで、350mAhのバッテリーを積んだフライト重量で50g前後です。（キャノピー入れたら50超えちゃいます）  パワーの割には軽いと思います。

なんのことはない、昔からマイクロヘリ倶楽部さんで推奨されている組み合わせになったというだけのことですが、1Sとしてはかなりのハイパワーで楽しめます。

パワーの代償として、走らせたときのぐらぐら度はひどいものです。ジャイロ感度を下げれば少しマシになるかもしれませんが根本的にはブレードを重くしないと解決しそうにありません。でもそうやって大きく重くしていくと軽い1Sの良さが消えちゃうので難しいですね。



ただ、いままでこれが常用できなかった理由はもう一つあって、電圧が落ちてくるとフライト中に突然サーボが狂ったようにぴくっと動く症状が出始めます。ジャイロがあわてて水平に戻そうとして結果として3つのサーボが全部ぴくっと上に動いたりするので、突然急上昇したり急降下して地面に特攻したりするので故障が怖いです。

モーターを回すとびくびくするので、電源電圧が汚くなったことで誤動作してるのか、またはモーター周りの配線から出る放射ノイズをアンテナが拾って一瞬ノーコンになっているかどちらかだと思いましたが、どうも電源電圧が汚くなっているためのような気がします。

本当は受信基盤右下のコイルを通った後の制御電源ラインにコンデンサを入れたりするのがいいと思うんですが、手元にテスターも無くいまいちどこが制御電源なのかわかりませんでした。

なので、とりあえずはリポのコネクタ線根元にただ単にケミコン100uFを入れました。これでも相当に症状が抑えられています。

もっと適切な箇所にチップタンタルコンデンサでも入れればほんの少しの重量増ですむと思うんですが、今はまだ様子見なのでこの仮付けで済ませてます。

パワーを得るためにどんなモーターを作る（探す）か？

前回、前々回の記事で、モーターをハイパワー領域で使うためにはKvで計算される無負荷回転数の半分～7割くらいのところをホバリング回転数にあわせるのが良い、ということがわかりました。

miniCP-2Sの場合で実例と比べると、ローター回転数5000rpmを目指したとして、メインギア64T、ピニオン8Tとするとモーターの回転数は40000rpmです。バッテリーは2Sを使うとして、バッテリー内部抵抗の電圧降下分などがあって7Vくらいがモーターにかかっていると考えて、無負荷回転数の80%でこれを実現するには  7142Kv のモーターがあれば良いことになります。

実際に使っていてぶっちぎりに良いパワー感を得られるモーターはHP06の6800KvとHP08の7700Kvなので、だいたい理にかなっているようです。HP06の場合は80%よりもう少し上で回っている可能性もあり、相当に電力効率が良さそうです。実際に回しててもぜんぜん熱くなりません。



こんな具合に、2SでminiCPを飛ばすなら狙うKvは7000～9000Kvが良かろう、というところは決まったとして、問題はトルクがそれに見合うだけ出ているかです。

今までの回転数の議論は、あくまでそのモーターの一番パワーが出る箇所を使いましょう、というだけなので、その上で十分なトルク、すなわち十分な最大パワーを持ったモーターを使わないと良い性能は出ません。

nobさんの今日の記事ともかなりかぶるのですが、モーターのトルクが強いためには

• 電流がたくさん流れる
• 巻き線のターン数が多い
• 磁石が強い、または鉄心のアシストで磁力が強い

などの要素が考えられます。
ここで一昨日からお世話になっているマブチモーターのflash資料を参照しますと、性能の変化要因というセクションで、巻き線の太さ、ターン数、磁力についてそれぞれ単体で変化させたときの特性曲線の変化がビジュアルに説明されています。

巻き線ターン数が変化した場合、巻線径が変化した場合というページによると、ターン数を増やした場合には、静止トルクは変わらず無負荷回転数(すなわちKv）だけが下がります。ターン数が増えれば磁束も比例して増えるはずなのでこれは一瞬意外に思いますが、ターン数が増えた場合は線の長さも比例して増えるので、巻き線抵抗も比例して増え、静止電流=静止トルクを決める電流が反比例して下がるため、効果がきっちり相殺してトルクは変わらないという結果になってしまいます。

特性グラフの横幅が同じでNのグラフがターン数を増やすにつれ低い位置に下がっただけ、という結果なので、N*Tで得られるパワーは単純に全域で下がります。

（モーター単体の性能としてはマブチの説明グラフどおりですが、実際にヘリに載せる場合はリポの内部抵抗とESCの抵抗が加算されるので、ターン数が2倍になっても回路全体の抵抗は2倍までは増えません。なので静止トルクだけは少し増えるかもしれませんが、全域でのパワー低下を補うほどの効果があるとは思えず、やはりパワーは低下方向だと思います）

したがって手巻きモーターを作る場合、ターン数を増やすのはトルクアップではなく狙ったKvまで回転数を下げるためにやるんだと割り切ったほうが良さそうです。



線径の効果は逆に、線を太くすると無負荷回転数N0は変化せずにトルクだけが増えます。
これはモーターの設計上とても便利な性質です。ある巻き方で狙ったKvが得られているモーターがあったとしたら、そのモーターの線をほどいて、どうにかして太い線（または細い線のダブル巻き）で同じ回数巻くことができれば、同じKvのままきっちりトルクとパワーが増えます。

まあ、マイクロモーターの場合そんな余地は無い場合がほとんどですけどね…




そんなこと言ったらじゃあなんでAEOのモーターは駄作ばかりなのにHP0xはあんなに高性能なんじゃ！ という疑問に答えてくれるのがマグネットの種類の比較ページです。

マグネットが強いほど、無負荷回転数N0つまりKvは下がり、逆に静止トルクTsは上がります。15000Kvくらいでいまいちトルクが足りないモーターを持ってきて、磁石だけどうにかして強くできれば簡単に理想のモーターが作れそうです。

既存のモーターを改造して手巻きする場合にはここはどうにも変更しようがないところですが…


しかし実際にHP06やHP08を触ってみると、露骨に他のモーターよりコギングが強いです。これは磁石が強いのか、中に入ってるコイルを巻く積層コアの磁化されやすさが強いのか判断がつきませんが、とにかくハイパワーなモーターは何らかの理由で磁力が強くできていそうです。

逆に考えると、巻き方が気に入らない駄作でもなんでもいいから、コギングがなるべく強そうなモーターを持ってきて、そこでKvが狙った値になるような巻き数を見つけて、最後にコアの隙間が許す限り太い線でその回数ぶん巻いてやれば、可能な限りのハイパワーモーターが得られそうです。

手持ちの残念モーターでは、HP08の1S版や、C05XLの10800Kvあたりのコギングが強いので面白い候補になりそうな気がします。

モーターを性能曲線のどの領域で利用するか

一つ前の記事でマブチモーターの説明にあったように、横軸にトルクTをとり、測定しやすい無負荷回転数N0、停止トルクTs、無負荷時電流I0、停止電流Isの4パラメータを決めるとモーターの性質がほぼ決まり、出力曲線と効率曲線が得られます。

他社の資料でもこのグラフはよく示されており、下の例では最高出力のポイントが停止トルクの半分Ts/2とはっきり書かれています。

http://www.namiki.co.jp/product/dcmotor/motor_tech.html



これを踏まえて、まずある1つのモーターが与えられたとき、マイクロヘリのメインモーターへの要求

1. ピッチポンプや横チクで負荷をかけたときになるべくローター回転数が落ちない=パワーがある
2. その上で、なるべくモーターが熱くならず、長時間飛べる

をふまえてこのモーターをどう使えば良いか考えてみます。

まずパワーがあるとは、負荷をかけて回転が落ちそうになったとき、速やかに回転を戻すだけのパワーが発揮できるということです。性能曲線のパワーカーブで、ちょうど無負荷回転数の半分のところが最大パワーとわかっているので、この付近、できればちょうど半分より少し高い回転数のところでホバリングできるように、ギア比やローター回転数を選択すると良いと思われます。

ギア比で調整する場合はわかりやすいですが、ローター回転数をガバナーで設定するとこの特性グラフとはどういう関係になるのでしょうか

ガバナー動作させたとき、出力に余裕がある場合はPWM制御により電流が間欠的にしか供給されず、本来は回転数の増加と共に電流が逆起電力で下がっていくところを、回転数=逆起電力は一定にしつつPWMのデューティ比で実効電流を下げていった状態、と考えられます。



ガバナーありの状態で、パワーが出る領域をホバリング回転数の少し下に用意して待ち構えるパワー重視の使い方は、以下のような関係になりそうです。このくらいの使い方だと、ガバナー無しでもほとんど違いは無いでしょう。

1Sモーターを無理やり2S駆動した時のように、パワーはあるけど全力で回すと回転数が高すぎるモーターを無理やりガバナーで低回転に落として使うと、特性グラフの以下のような位置で使っていることになり、ホバリング時はいざ知らず負荷がかかったときですらモーターの実力（最大パワー）が使える場面がありません。しかも電流は常に高めゾーンを使っているので発熱しまくりです。

上はガバナーありの場合でしたが、単にKvが高すぎるだけで最大トルクTsが不足しているモーターや、分不相応にピニオンを上げて無理やり高回転を狙った場合、ホバリング状態でも（モーターにとっては）Tsに近い高負荷がかかり、ガバナーがあろうがなかろうが残念な使い方になります

上の議論には効率の話が出てきませんでしたが、最大効率ポイントは一般には（冒頭にリンクした並木精密さんの例のように）Ts/2よりも低トルク側にあるので、最初の例のように回転落ち時のパワーを確保するように7割程度の回転数を狙っていれば効率もまあまあの結果が得られそうです。

極端に考えると、電気抵抗やメカ抵抗などの各種ロスI0が非常に小さいモーターでは、効率曲線はN*T/Tすなわち元のNに比例しますので、ほぼグラフ左端で効率MAXが得られます。左端付近ということは電流もほとんどゼロに近いので消費電力もさぞ少ないでしょう。



が、当然ながらグラフ左端というのはパワーカーブが0に近いところなので、ここでホバれるということはモーターの最大出力にものすごーーーく余裕がある巨大なモーターでないとそんな箇所で飛ばすことはできません。

しかも、残念なことにモーターを大型にするとメカ抵抗や各種ロスはどうしても増え、そもそもヘリの重量が増えて負荷がかかり効率が下がってしまうので、効率Maxは単純に何かを突き詰めていけば狙えると言うものではありません。

マブチモーターのガイドでDCモーターの基礎を勉強する

ここしばらくいろいろぐぐってはみたのですが、マブチモーターのサイトにある説明が今の私にはぴったりでした。

http://www.mabuchi-motor.co.jp/ja_JP/technic/t_0201.html

このガイドによると、横軸にトルク、縦軸に回転数や電流など様々なものを取ったグラフで考えるとわかりやすく一般的であるとされています。（暗黙のうちに、一定の電圧をかけたとき、という前提が含まれているものと思います）

モーターのトルクはどんな時でも電流にほぼ比例しますから、この表記では縦軸に電流をとったI-Tグラフは右上がりのほぼ直線になります。（正確には出力トルクゼロでも内部のロス分を補う電流I0が要るので、左下は原点を通りませんが）

一定の電圧という前提でいろんなトルクの状態を実現するには、つまり負荷をいろいろ変えたとき、というのが横軸の意味するところだと思います。

外からかけている電圧Vとコイル抵抗をR (どちらも今の議論では定数扱い)、内部で発生している逆起電力をVrとすると V-Vr=I*R が成り立つはずなので、電流がTに対しリニアになるということは、内部逆起電力VrもTに対しリニアに変化しているということです。そして逆起電力は回転数に比例しますから、けっきょく回転数を縦にとったN-Tグラフもリニアという結論が得られ、左上で無負荷回転数N0、右下で静止トルクTsを通る直線になります。

マブチモーターのサイト内flashから引用
URLで貼りたかったんですがflashなのでこうするしかありませんでした

今まで回転数とトルクの関係をイメージしたことはありませんでしたが、このグラフは直線であり、なおかつ誰でも簡単に測定できるN0とTsによって直線の切片、傾きとも完全に確定するというところが便利です。

ここからがこのグラフの本領発揮です。モーターの出力は、回転数×トルクで得られますから、このグラフのN-TグラフにさらにTを掛け算してやれば出力グラフが得られます。

元のN-TグラフはTsでゼロを通りますし、そこに掛け算されるTはT=0でゼロを通るわけですから、この出力グラフはT=0とTsの2箇所でゼロを通る2次曲線になります。

マブチモーター内のflashから引用

従って、モーターが最大パワーを発揮するポイントは回転数が無負荷回転数N0のちょうど半分のところであるということが、モーターの細かい素性を問わず一般論として確定します！

効率グラフの方は出力を消費電力(=V*I)で割ったものですが、これは各種抵抗によって消費されるI0によっていろいろ複雑な形をとるので、パラメータを実測しないとなんとも言えません。

ただこの式から言えることは、各種ロスの合計であるI0が非常に小さければηはN-Tグラフに近づきますので高回転側で最高効率、逆にI0が大きければ若干は低回転側で最高効率のポイントが得られるということです。

ところでマブチモーターのガイドには出てきませんがよく使われるパラメータとして、無負荷回転数/Vの係数であるKv、トルク/電流の係数であるKtがよくモーターの指標として出てきます。

そしてこの両者には Kv=定数/Ktの関係があるそうです。

しかしこれは2つの意味で不満があります。まず1つには、両者に関係があるということはこれは物理的には1つのパラメータです。先ほどのマブチガイドの議論では、最低でもN0,Tsの2パラメータが必要、できればIs,I0を加えた4パラメータがモーターの特性を示すということだったので、まるで足りません。（とはいえN0はKv、IsはKtで表現できるので4つのパラメータが全て独立と言うわけではありませんが）

また、トルクが1/Kvで表現できるというのは、あくまで起電力による内部発生トルクだけでして、抵抗やメカニカルロスで消費される分を考慮した出力トルクではないため、気になる高回転に行くほど不正確になります。

初手巻きモーター そもそもモーターに対する要求仕様は？

nobさん日記のマイクロモーター手巻き方法を見て、手元にあった配線切れモーターの中からC05XL-8000Kvだったものを選んで巻きなおしてみました。

元のC05XLは、2Sを見越して8000Kvにしてるようなのですが余りに貧弱で、たいていの純正モーターに負けるのでさっぱり需要がありません。しかも2S駆動するとキンキンに熱くなるのでどこのレビューでも不評です。

巻き方ですが、元々は外形0.17mmくらいの10だか11回巻きでした。ストックと同じ状態を再現しても意味が無いので、Kvが上がってしまうのは許容するとして、外径0.2mm線の6回巻きとしてみました。

6回巻きというのは事前に決めていたわけではなくて、単に0.2mm線を選んだら6回くらいしか巻けなかったというだけです。モーターのベースが外せればもう1～2回巻けるかもしれませんが、あれこれやってると壊しそうなのでまずはこのまま巻いてみました。

外径0.2mm線シングルのデルタ巻きを選んだのは、今のところ手持ちで最高だと思っているHP06-6800Kvがそうだからです。


結果、やはりKvは高めのようで、1SのminiCPに乗せた時にHK14000よりちょい弱いくらいの回転数でした。（ちょっと今測定環境が無いので無負荷でしっかりは測れていません）
いずれにせよ、multiWii機に積んで2Sで動かしてみたら、HP06には遠く及ばないヘロヘロパワーだったのでせいぜい使えて1S機だと思います。

ただ、HK14000より良いかというとなんとも言えない感じです。パワーはほとんど同じだと思いますが、アイドルアップでホバらせて下ろした時のモーター温度はHK14000の方がだいぶ低く、エネルギー効率はHKの勝ちのようです。




巻きなおしか、またはベースを変更するべきか…と考えているうちに、だんだんよくわからなくなってきました。

今まで効率が良いモーターとは、ヘリに積んだ状態でKv値に近い値で回るモーターのこと、と勝手に思い込んでいましたが、よく考えるとモーターに求めている能力はそういった数値ではなく、

1. ピッチポンプや横チクで負荷をかけたときになるべくローター回転数が落ちない=パワーがある
2. その上で、なるべくモーターが熱くならず、長時間飛べる

というものです。しかもこの2つの要求は優先順位があり、パワーが無ければわざわざ手巻きしてまで作る必要性は感じません。

この2つを要求仕様として、どんなモーターを探せばいいか調べてみることにしました。

インドア板飛行 お外でテストフライト

10gのメタボインドア機を、お外で早朝テストしてきました。

モーターは、スラスト調査でいったんはCX10用の1.2gモーターにしたんですが、推力に余裕がなくて重心位置が悪いとまともに飛ばなかったので、いったんSCPテールの1.8gモーターにしました。これならホバリングも可能なパワーなのでいろいろ試せます。

長方形だった翼もすこし整形した・・・けどこの写真じゃわかりませんね。

バッテリー位置はまだ調整中ですが、側面に張ると左右バランスが崩れて飛ばないのでせめて機体の下部に沿わせることにしました。バッテリーだけで機体全体と同じくらい重いのでさすがに効果があります。

見てのとおりダウンスラストほぼ無しです。急旋回するとがくっと頭を下げるので、そのときにスロットルで少しでも引き起こせないかと思ってこうしてみましたが、結果的には失敗でした。

朝もやの貝塚でテストフライト。

（ひどい頭上げはおいといて）いい感じです。スロットルを30%くらいに絞って水平飛行できますし、望んでいたくらい低速で飛べています。ちょっと広めの会議室なら飛べそう。

安定しちゃえばスロットルを絞れるということは、重心とダウンスラストのバランスをうまく出せればかなり弱いモーターでも飛び続けられそうですね。

1S用6mmモーター推力比較

4mmモーターは手持ちのラインナップが少ないので、まず6mm/7mmモーターのパワーを比較してみました。

候補は手元にあった6mmモーター 3種類と、7mmモーター2種類です。
これにnanoCPx用の200mAhバッテリー(50%,3.8V)をつないで推力を測りました。ローターは0.8mm軸の6mmモーター3種はSCP用42φを、7mmモーター2種は1mm軸だったので、55φのクワッド用ローターを使いました。

        直径      長さ　   重量　　抵抗　　スラスト               備考             入手方法
　　　　6mm     12mm    1.22g    2.3Ω       9.4g　　　　　SCPローター       CX-10用  
　　　　6mm     14mm    1.54g    3.3Ω       8.5g　　　　　SCPローター       V911用
　　　　6mm     15mm    1.76g    2.5Ω     12.0g　　　　　SCPローター        SCP用
　　　　7mm   16.5mm     2.8g    1.6Ω     21.0g　　　　　X4ローター          V922他
　　　　7mm     20mm     3.6g    1.9Ω     17.6g　　　　　X4ローター          HubsanX4用

抵抗が小さいということは、（構造が大体一緒なら）より電流がいっぱい流れるということであり、より大きなバッテリーを必要とします。

そういう意味では、電流がいっぱい流れるものほど推力が大きい、というみもふたもない結果になりました。それならモーターが軽いほうがお得だよね、ということで、この中ではCX-10用6mmか、V922等で使う普通の7mmテールモーターが良い候補になりそうです。

特にCX-10用モーター（元ネタのナノスパイダーも多分同じだと思います）は小さいのにたいしたもんですね。入手製も良く価格も激安です。



いずれにせよこいつらは、20mAhや40mAhのバッテリーではまず回せません。（モーターだけなら回る場合もありますが、電圧降下が起きて受信機が動作しなくなります）

また、以前ノーコンでロストした機体はこのスラスト21gの組み合わせを双発で積んでいたので、余裕で推力重量比1超えでした。そりゃー軽々と空に消えていくわな…

SPACE EXPO 宇宙博2014

週末はフライト無しでしたが、宇宙博2014に行ってきました。

一般向けイベントで、かつほとんど説明が無いので能書きやスペックが大好きな我々おっきな子供にはやや食べ足りないですが、展示物の量はかなりのもので、ところどころでJAXAの方が説明してくれたりするので丸一日いてもまだまだ飽きないです。

天井にはでっかいISS。かっこいぃー。

実物大の日本実験棟モジュールにも入れるので、その後でこれを見上げると改めてでっかいと実感します。

NASAコーナーでは、月着陸船のプロトタイプが何種類か並んでましたが、A型とD型がかわゆすぎる。

他のはもっとまじめな形状でした。


おみやげに、いつも箸置きが無くて困っていたので買ってきました。どうせこの机の上はいつもヘリや飛行機がずらっと並んでいるのでこいつが増えても違和感ないでしょう。

最大の収穫は、JAXAのLE-7コーナーできゃいきゃい騒いでいたら、H-3用次世代エンジンLE-Xのプロジェクトマネージャの方がいろいろ説明してくれたことです。今までもH2A/Bの打ち上げ成功ニュースを聞くたびに身内のことのようにほっとしていましたが、今後はそれ以上に身近に感じられるようになりますねー。

なんとか飛んだインドア機

先日見繕ったパーツを組み合わせてインドア機をこさえてみました。平日の夜12時から何をやってるんだろう…

1mmスチレンボードから、ウィングスパン240mmで長方形を切り出して、後はフリーハンドで適等に切ってセロテープで張り合わせました。

後述の6mmモーターと40mAhリポで7.7g

リポは千石40mAhのコネクタを付け直したらたった1.2g。すばらしい。

モーターはいろいろ比べましたが、電流的に40mAhでまわせるのは4mmか5mmモーターまででした。しかし4mmマルツモーターだと推力1gでさすがに酷すぎるので…

ホビキンの安物サーボから抜き出した5mmモーターを使ってみましたが、これも1gあるくせに推力はたったの2g…  機体が6g以上あるんでさすがに飛びそうにありませんでした。

仕方ないので、6mmモーターに交換し、ペラをSCPローターからV911ローターに下げてモーターの負荷を減らしてなんとか40mAhリポで回せるようにしました。全開だとカットが入りますが、７割くらいまでなら連続でまわせます。

ラダーはアクチュエータを繋ぐのが面倒だったので、使い道のなくなった4mmモーターをくっつけてみました。まあ楽ちんですね。

これで何度かトライしたのですが、重心が後ろすぎるせいもあって、どうしても飛びません。だんだん速度が落ちて頭が上がって、最後は前進速度がゼロになってただ定点で落ちる感じ。なんとか速度を稼ごうと重心をどんどん前に寄せて、モーターを全開で回すと今度はやっぱりモーターカット。うまく行きません。。。

結局、バッテリーを160mAhのmSR用リポ(4g）に変更して、これでやっとまともに飛びました。

機体重量は10g越えと、インドアプロフィール機としては失格レベルです。

ただ、一度飛んでしまうとかなり安定して、コントローラブルに飛ばせました。
フライト場所には会社の食堂を使いましたが、200席くらいの食堂全体を使ってなんとか８の字ができるかな、という感じです。重くて小回りするとすぐ高度を失うので会議室では厳しそう。


もっと軽くてゆっくり飛ぶ機体を作るには、スチレンボードをやめて軽くすることと、4mmでも3gくらいの推力を持つモーターを選定することが必要そうですね。