Quadcopter用のモーターとプロペラの選択方法

このチュートリアルは、マルチローターモーターとプロペラの基本を理解するのに役立つことを目的としています, これは、クアッドコプターの構築に適したモーターとプロペラを選択するのに役立ちます。従うことができる一般的なルールがいくつかあります, 最適かつ効果的なモーターとプロペラの組み合わせを選択する際に留意すべき考慮事項.

どこから始めるべきか? 最初にモーターのサイズを決定します

まず始めに, これらに答える必要があります 2 質問:

• クアッドコプターの予定総重量はいくらですか ?
• フレームのサイズはどれくらいですか?

クアッドコプターの総重量が最も正確な推測です。, まだ構築していないので. すべてが含まれている必要があります: フレーム, FC, PDB, ワイヤー, モーター, ESC, バッテリー, ペイロード (HDカメラやジンバルなど), 等. これは単なる推定値であることに注意してください。どの部品を入手するかが明確になったら、いつでも戻って数値を更新できます。.

フレームのサイズを知ることで, 使用できるプロペラの最大サイズを知っておく必要があります.

これらを知ることで 2 もの, 空中に持ち上げるためにモーターがどのくらいの推力を供給する必要があるかを大まかに計算できるようになりました。, 限られたサイズのプロペラを使用することで.

2:1 推力重量比

一般的なルールは次のとおりです。少なくとも クワッドの重量の 2 倍の推力を提供できます。これは、ホバリング中に制御しやすい安定したヘリコプターを確保するための最低限の条件です。 🙂 モーターの推力が小さすぎる場合, クワッドはあなたのコントロールにうまく反応しません, 離陸するのも困難になるかもしれない.

たとえば、重さ 1kg のクアッドコプターがあるとします。, モーターによって生成される総推力 100% スロットルは少なくとも2kg必要です, またはモーターあたり 500g (クアッドコプター用).

ドローンレースのようにより速く飛行するために, この比率はこれよりもはるかに高くなることが予想されるはずです. 誰かが次のことを達成できるミニクアッドを構築するのを見るのは珍しいことではありません。 8:1, 平 10:1 推力重量比. クアッドのパフォーマンスはより機敏でダイナミックになるでしょう, もっと加速が良くなり、コーナリングも良くなるだろう. ただし、推力重量比が高すぎる場合, クワッドの制御が非常に難しくなるだろう, なぜなら、スロットルを少し増やすだけで「クワッドを軌道に乗せる」のに十分だからです。. 🙂

私のおすすめは, 低速航空写真プラットフォームとしてマルチコプターを飛行させることだけを計画している場合でも、, 3つの間のどこかを目指すとよいかもしれません:1 そして4:1. コントロール性が向上するだけではありません, 将来的にペイロードを追加する余地もある (重いカメラのように, あるいは、飛行時間を延長するための追加バッテリーもあるかもしれません)

モーターのサイズと KV

RCのブラシレスモーターは通常4桁の番号で表されます。 – AABB. 「AA” であることステータ幅, そして「BB」” であることステーターの高さ. 基本的, モーターの幅と高さが大きくなるほど, より多くのトルクを発生させることができます.

KV も重要なパラメータです, これは理論上のモーター回転数の増加です (毎分回転数) 電圧が上がると 1 無負荷時のボルト. 例えば, 3S LiPo バッテリーで 2300KV モーターに電力を供給する場合 (12.6V), モーターは約 28980 RPM で回転します. ちなみにこれはあくまで推定です.

しかし、モーターにプロペラを取り付けると、, 抵抗があるため回転数はそれほど高くありません. KV が高いモーターは、プロペラをより速く回転させようとします。, ただし、KV が低いモーターは通常、より高いトルクを生成します. 大型のプロペラが低 KV モーターと組み合わせられる傾向があるのはそのためです, 高 KV モーターを備えた小型のプロペラ. (モーターの銅線の巻き数を増減することでモーターの KV を変更できます。!)

モーターとプロペラを選択するときは、回転数とトルクのバランスを見つけることが重要です.

高 KV モーターと過度に大きなプロペラを組み合わせることで, モーターは、小さなプロップの場合と同じように高速で回転させようとします。, したがって、過剰な電流が流れ、過剰な熱が発生します。. 最終的には、モーターコイルの過熱やショートによりモーターが焼損する可能性があります。.

NとP

「12N14P」のような文字が表示されることがあります。. 文字 N の前の数字は、ステーター内の電磁剤の数を意味します, P の前の数字はモーター内の永久磁石の数を意味します.

ほとんどのモーターは同じ 12N14P 構成です, 一部の低 KV モーターには、より効率的にトルクを増加させるために、より多くの電磁石と永久磁石が搭載されています。 (したがって、より高価になります). これが何であるかを知るのは良いことですが、, モーターを選ぶ際に重要な情報ではありません.

フレームサイズ => プロップのサイズ => モーターのサイズと KV

ほとんどの場合、フレームサイズを知ることで, どのような種類のモーターを使用すべきかを見積もることができます. これは、フレーム サイズによってプロップのサイズが制限されるためです, プロペラのサイズによりモーターのサイズと KV が制限されます. でもとにかく, 常にモーターの推力テストデータをチェックして、消費電流がモーターの安全定格を超えていないことを確認してください。, 実行したいプロペラをペアリングするとき.

この表はアイデアを提供するための単純化された例にすぎず、4S LiPo バッテリーを使用していることを前提としています。, この表が示すよりもわずかに高い、または低い KV モーターを使用している人がいるかもしれません。. フレームサイズはホイールベースを指します (別名、対角モーター間距離).

電圧と消費電流

電圧がモーターとプロペラの選択に大きな影響を与えることを理解することも重要です. より高い電圧が印加されると、モーターはより激しく回転しようとします。, したがって、より高い電流が流れます. 常に最初に推力データを確認してください.

読み取りモーター仕様

モーター選定時, 通常、販売者またはメーカーが提供するモーターに付属する仕様があります。. パワーに関する情報を見つけることができるはずです, 推力, 回転数等. これは 18-11 2000kv マイクロ ブラシレス アウトランナーの例です (10g).

モーター間の比較

入手したいモーターのサイズとKVを決定したら, すでにいくつかのモーターから選択できるかもしれません. アプリケーションに最適なモーターを選択するには, 次の要素を考慮する必要があります:

• 推力
• 消費電流
• 効率
• 重さ – 慣性モーメント

ここでの決定は実際にはあなたの好みによって異なります, 航空機にどのようなパフォーマンスを望むか.

より高い推力により最高速度が得られます, しかし効率性も考慮する必要があります, ハードウェアがサポートできる量を超えるとんでもない量の電力を使用していないことを確認します.

また、モーターとプロペラの選択はバッテリーの選択にも影響します. クワッドがフルスロットルで大量の電流を消費する可能性がある場合, 電力を供給するには、バッテリーの最大放電率を維持できる必要があります, 過熱してバフになることもありません (チェックアウトC評価).

見落とされがちなのがモーターの重量です, ドローンレースではより重要です. クアッドコプターの総重量と推力対重量比に影響を与えるだけではありません, クワッドの慣性モーメントにも影響します. たとえばクワッドがフリップやロールをしているとき, 角加速度を取得し、最終的に目的の位置に移動するには時間がかかります。. モーターが重い場合, これを行うにはクアッドコプターの時間が長くなります, そのため反応が鈍く感じられます.

本当にすべてはバランスです, または、ヘリコプターにどの分野で優れた性能を発揮させたいか.

モーター効率に関するその他のヒント

マルチコプターは、できるだけ軽い方が効率が高くなります。この投稿では、マルチコプター用の LiPo バッテリーを選択するときに完璧なバランスを見つける方法.

全体的な電力効率に関して考慮する必要があるのは、バッテリーと重量だけではありません。. モーターを選ぶとき, モーターKVと推力は別として, モーターの効率も考慮する必要があります.

サイクリングのようなものです, 低いギアで自転車を漕ぐと速く走れますが、漕ぐのが難しくなります. 上り坂を進んでいる場合, そしてさらに急になってきます, 最終的には、一生懸命漕いでいるにもかかわらず、漕ぐのが重くなりすぎて速度が低下する地点に達します。. ここで効率が失われます.

ブラシレスモーターも同様です, 効率が高いほど良い. あ 70% 効率的なモーターが生み出す 70% 力と 30% 熱. あ 90% 効率的なモーターが生み出す 90% 力と 10% 熱.

効率の低いモーターを使用すると、多くのエネルギーを無駄にするだけでなく、(したがって飛行時間), フルスロットルでも推力はほとんど得られません. 最も重要なことです, モーターの回転効率が悪いので, 応答時間が遅くなる. モーターが希望の RPM に達するまでに時間がかかり、安定性と応答性に悪影響を及ぼします。.

メーカーが教えてくれないその他の要素

• 応答
• 温度(今後のアップデートでさらに詳しく説明します)
• 最高の小道具(今後のアップデートでさらに詳しく説明します)
• 振動(今後のアップデートでさらに詳しく説明します)

応答 – モーターが回転数をどのくらいの速さで変化できるか. これを知る最も簡単な方法は、モーターが回転するまでの時間を測定することです。 0 RPMからフルRPMまで. これは明らかにモーターの応答性に影響します。.

次のデータをどこかで見つけることができれば、最適なモーターを特定するのにさらに役立ちます。.

あなたが興味を持ちそうなモーターの機能

(今後のアップデートでさらに詳しく説明します)

• 中実軸・中空軸
• 磁石の種類 (N52, N54)
• アーク磁石
• より小さなエアギャップ
• モーターのタブをはんだ付け
• ESCの統合
• 冷却設計

バランシングモーター

モーターを受け取った後, まず最初にやるべきことはバランスをとることです. 必ずしも必要というわけではありませんが、, それは良い習慣です. 私は個人的には大型モーターでのみこれを行いますが、 2212 それ以上の. ミニクワッドモーターの場合、通常バランス調整は必要ないと思います. (2206 それ以下の)

たくさんのオプションがあります, 選べるブランド, 頭痛の原因になります 😀 たとえば、次のようなオプションがあります250 ミニクワッドモーター.

CW および CCW モーター

基本的にCWモーターとCCWモーターの違いは次のとおりです。プロペラシャフトのネジの回転. 使用するのが目的です 2 CWモーターと 2 クワッドの CCW モーター, モーターが回転すると, 4 つのプロペラ ナットすべてが自動的にロックされます. プロペラシャフトのネジ山を除いて同じモーターなので、どちらを選ぶかは非常に重要です。. しかし、個人的には、異なるプロップナットで混乱しないように、すべてのモーターを同じスレッドにすることを好みます。.

プロペラの選択

プロペラは空気を回転させて動かすことで推力を発生させます. より多くの空気を移動させることができます, より多くの推力が発生します.

基本 – サイズ・ピッチ

すべてのクアッドコプターで, CWは2つあります (時計回りに) と 2 つの反時計回り (反時計回り) プロペラ. 長さとピッチの異なるプロペラがあります. たとえば9×4.7 (時々 9047) プロペラは 9 長さはインチで、ピッチは 4.7 インチ. 5×3×3 (時々5030×3) 3 ブレード 5 を意味します″ のピッチを持つプロペラ 3 インチ.

プロペラのサイズは先端から先端まで測定されます, 直径と呼ばれることもあります, プロップを回転させると円が得られ、直径がプロップのサイズになります。.

ピッチはピッチ長とも呼ばれます, これは、プロペラの 1 回転の移動距離として定義できます。.

一般的に, プロペラのピッチまたは直径が増加すると、消費電流が増加します。, より多くの空気が移動するため (回転数が同じと仮定すると), そして回りにくくなる. 一言で言えば, プロペラを大きくしたり、ピッチの長さを長くすると、車両の速度は上がりますが、より多くの電力を消費します。.

プロペラのサイズとピッチの影響

プロップのサイズを決めるとき, 長さとピッチ, 良いバランスを見つける必要がある.

一般に、ピッチ数が低いプロップはより速く回転します。 (より高いRPM), モーターを回転させるのにそれほど力を入れる必要がないため、消費電流が少なくなります. アクロバットをやりたいなら, より高い加速を提供するより低いピッチのプロペラが必要になり、電力システムへの負担が少なくなります。. より低いピッチのプロペラにより安定性も向上します.

より高いピッチのプロペラはより多くの空気を送ります, 乱流が発生し、より多くのプロペラの洗浄が発生する可能性があります. より多くの電流を消費する代わりに、より多くの推力を生成します。, しかし最高速度はより高くなります.

小さいプロペラは停止と加速が容易ですが、大きいプロペラは慣性のために RPM を変更するのに時間がかかります。.

材料

プロペラはさまざまな材料で作ることができます, プラスチック, 炭素繊維, 木材など. それぞれの種類の素材が独自の機能を発揮します, たとえば、カーボンファイバーや木製のプロップは硬く、スムーズなパフォーマンスで最もよく知られています。, 特定のプラスチックコンパウンドは非常に耐久性があります… チェックアウトこの投稿 詳細については.

形

プロペラの形状も性能に大きく影響します. おそらく最も顕著な違いは、小道具の先端: とがった鼻, 雄牛の鼻 (BN) そしてハイブリッドブルノーズ (ヘブン). 基本的に同じサイズとピッチのプロペラ用, 尖った先端のプロペラは最も効率的ですが、推力は低くなります. ブルノーズプロップはより高い推力を引き出すことができます, ただし、より多くの電流も消費します. これは、尖った先端のプロップよりも表面積が大きいためです。. HBN プロップはその 2 つの中間に位置します。.

刃数

最も一般的なプロペラはおそらく次のとおりです。 2 ブレード (またはデュアルブレード). 続いてはレーサーやフリースタイラーにも大人気のトライブレードです。. 時には 4 枚刃や 6 枚刃も見ることができます。. 基本的, プロペラのブレードが多いほど, 表面積が増えるため、より多くの推力を生成できます. ただし、これは消費電流の増加と効率の低下にもつながります。.

テストは参考のみです

モーターの推力テストを確認することが重要です, 実行する予定のモーターでどのプロップがより適切に機能するかを確認します. 同じプロペラでも性能が大きく異なります。 2 異なるモーター.

同じサイズ、同じピッチの支柱でも, 材質やメーカーが異なる場合, パフォーマンスも大きく異なる傾向があります. ここに私が行った例があります比較してください 5030 小道具 2つの異なるブランドの.

ただし、これらのベンチテストは静的環境で行われます, したがって、これは実際のモーター/プロペラの実際の性能を表すものではありません。 – 空気が移動しており、それに何らかの影響を与える可能性のある他の多くの要因がある場所. 静的ベンチテストと実際の飛行の最も顕著な違いの 1 つは、モーターの推力です。, 通常は 5%-10% 実際の飛行では静的ベンチテストよりも低い.

結論

バランスの取れたモーターとプロペラの組み合わせにより、, あなたのクアッドコプターは優れた効率を達成するはずです, バッテリー寿命を延ばすだけでなく, 優れたユーザー コントロール エクスペリエンスも実現します. この投稿が最適なモーターとプロペラの選択に役立つことを願っています, ご意見やご質問をお気軽にお知らせください。:-)

オリジナルソース: オスカリアン