モーターとESC|分かってそうで分かっていない!? ドローン用語の基礎知識③

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最近出てきたソリューションとマーケットだけに、ドローンに関する用語はどれも馴染みの薄いものばかり。普段から何気なく使っているものの、意外とその本当の意味や内容を理解できていないものもあるのではないでしょうか?

ここではそんなドローン用語を徹底解説。「ドローン用語の基礎知識」と題して、ドローンに関するさまざまな用語を分かりやすく紹介していきます。第3回のお題は「モーターとESC」。ドローンが浮上し、前後左右に移動できるのは、この2つのデバイスによるものですが、その関係性に迫っていきたいと思います。

ドローンにおけるモーターの役割

ドローンにおいて、モーターは非常に重要な役割を担っています。モーターが回転することで、モーターに取り付けられたプロペラが回転し、それによって揚力を得たドローンは浮上することができます。さらに、モーターの回転数を変えることで、前後左右、そして右や左に旋回することができます。

翼の一部の形状を変えることで機体を動かすRC飛行機や、メインローターのピッチ角を変えて前後左右に移動するRCヘリと異なり、ドローンはその動きのすべてをモーターに依存しています。つまり、ドローンのモーターには高い信頼性が求められるわけです。

ドローンに搭載するモーターは、そのほとんどがブラシレスモーターと呼ばれるモーターを採用しています。モーター内のブラシがその名のとおり「レス」で、直接的な接触がないため半永久的にその性能が落ちない構造となっています。採用されるモーターは用途によって異なり、レーシングドローンのように小さなプロペラを高回転で飛ばすための小型でKV値の高いモーターもあれば、大きなプロペラをゆっくりと回しきりたい場合は、大型でKV値の低いモーターが採用されます。また、産業用ドローンにおいては、例えば農薬散布用ドローンなら防水型のモーターだったり、ハイブリッドドローンならば、エンジンで発電した電気でモーターを回転させたりするなど、その種類や方法は多種多様なものとなっています。

ドローンにおけるESCの役割

ESCは正式名称はElectric Speed Controllerであり、別名アンプとも呼ばれます。ESCの役割は、モーターの回転数をコントロールすることにあります。

フライヤーのプロポからの指示は受信機〜フライトコントローラー経由でESCに届きます。するとESCがつながっているモーターの回転数を指示通りにコントロールします。これでドローンを上昇降下させたり、前後左右に移動させたりできるのです。また、最近のドローンは自動航行や自分で定点保持もしますから、フライヤーの指示以外にも、フライトコントローラーから自動で制御信号が出て、ESCがモーターのコントロールをおこなうこともあります。

通常、ひとつのモーターに対してESCもひとつつながっており、モーターのコントロールをします。モーターのコントロールとは、すなわちモーターへ流れていく電流をコントロールすることになります。最近のドローンはリポバッテリーを使用して高い電圧、電流を機体内に持っています。モーターが回転している最中は常に電流が流れていますので、モーター同様、ESCにも高い信頼性が求められます。これは感覚値ですが、モーター以上に壊れることが多いのがESCであるともいえます。故障すると、発火する可能性もありますので、自作機にESCを搭載する場合は、あまり安かろう悪かろうの製品は選ばないほうが懸命です。

ESCを選ぶ際は、接続する予定のモーターの最大電流をチェックする必要があります。その最大電流が流せるだけの容量のあるESCを選ぶ必要があるからです。ESCはその容量によって30Aとか100Aのように流せる最大電流の記載がありますので、まずはモーターの仕様を確認して、それからESCの定格を確認し購入するようにしましょう。一般的には、容量が大きければ大きいほど価格も高くなっていく傾向にあります。

進化するESC

最近のESCは進化を続けており、以前のように単純にモーターの回転数を制御するだけではなくなってきています。例えば、モーターの回転が始まる際に、いきなり指示された回転数まで上げるのではなくややソフトに始めるソフトスタート機能や、モーターの回転数を一定に保つガバナー機能などが用意されているESCがあります。これらはプログラミングカードを使ったり、PCを使ったプログラミングで、自分の好みに調整できるようになっています。細かく設定することで、自分のフライトスタイルに応じた設定を施すことができます。

また、最近のESCはクーリング機能も充実しています。前述した通り、常に電流が流れているESCは非常に熱を持ちやすいデバイスです。それを外部に逃がすため、ESCにはクーリング用のフィンが付けられており、表面に風が当たりやすくなることでESCを冷ますようにしています。さらに、最近ではESCそのものに小型のクーリングファンが搭載されているESCも登場してきました。産業用ドローンは大型化が進んでおり、ESCも大容量になればなるほど、クーリングに関する装備が必要になっている状況です。

まとめ

ドローンにおけるモーターとESCの役割について紹介してきましたがいかがでしたでしょうか?ドローンにおける最重要デバイスのひとつであり、今後も進化していくと予想されるモーターとESC。次はどのような性能を持ったものが登場するか、今から注目しておいて損はないでしょう。

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