2014年9月17日水曜日

マイクロモーターの性能

よくモーターをKV値で判断しますが、どうも性能を示す指標とは違っているように思います。
KV値の定義は1V時の無負荷回転数ですから、同じ電圧で良く回る方がなんとなく性能が良いように思います。
しかし、実際いろんなモーターを使ってみると、回転は上がるけどトルクがないモーターがあります。
KV値を決める要素は

1.磁力の強さ
2.巻線の太さ
3.巻回数
4.モーターの大きさ、モーターの重量

などですが、4.のモーターサイズというのは、でっかいモーターはちょっとの電圧ではなかなか回らないし、大きな電圧で回すのでサイズの大きなモーターほどKV値が小さくなりパワーもあるのは直感的に理解できます。

では、同じサイズだと、磁力が強いほど、巻線が太いほど、巻き数が多いほどKV値は小さくなります。KV値が小さい=回りにくい=磁力が強い です。磁力を強くするには永久磁石の性能を上げる、電磁石の巻線数を増やす、大きな電流を流すです。しかし、巻き線が細ければ抵抗が大きく電流が少なくなって回らないために見かけKV値が下がったり、太い線は物理的に巻き数が減ってしまうなど現実にはいろいろと障害が出てきます。

一方、モーターの性能を端的に表すのはいわゆるパワーがどのくらいあるか?ですが、パワーは電気的にいうと電力ですから電圧×電流ですし、力学的には回転数×トルクと表せます。トルクは磁力の強さに比例します。

今回はマイクロモーターを2Sで使って100サイズのヘリを飛ばす場合に一番パワーがあるとはどういうことか?を考えます。

まず、前提となるKV値を求めます。
ここで考慮することはモーターではなくESCの性能によって最高回転数が決まってしまう事です。
ESCにもよりますが70000回転から80000回転がESC側で決まる最高回転数です。
なので、14000KVのモーターを2Sで使っても132000回転迄回ってしまうので意味がないです。
2Sで使える最高KVは大きくても12800KVまでです。ESCの性能によってはもっと低くなるかもしれません。

ということを踏まえて、
ローター回転6500RPM、メカの効率を0.85で飛ばすことを考えると最高回転数の70%くらいにガバナーをセットアップして6500RPMが実現できれば、フルパワーが要求されるフルピッチ時でも6500RPMを維持でき、パワーのいらないホバリング時でもそこそこの効率で飛ばせそうです。
これを逆算するとギア比が8なら11800KVのモーターが良いということになります。
計算式は
目標回転数÷余裕度÷メカ効率×ギア比÷1S電圧÷セル数=6500÷0.7÷0.85×8÷3.7÷2=11800KV
となります。
ギア比が6.1ならやはり8000KV位が良さそうです。

ここからが本題ですが、(と言っても私の勝手な解釈ですので真偽のほどはわかりません)

11800KVや8000KVのモーターなら何でもいいかというとどうも違うようです。
前回の8000KVは不満で今回の12000KVは満足した理由があるはずです。

そこで、モーターをLCRメーターで計測してみました。
測ったのは10khzの交流に対するインダクタンスとリアクタンスです。


HK14000は買ったままのモーターです。zyunnsei12000は、今回満足の手巻きモーター、temaki12000はKV値を下げようとして細い線を使ったモーター、temaki18000は手巻きを始めたことに製作した14000を目指したのに永久磁石の消磁でKV値が上ってしまったもの、temaki8000は細い線を使ってKVを無理やり8000KVにあわせたものです。

モーターによってかなりの差があります。
パワーを出すためには電流を多く流す必要がありますが、抵抗が大きいと電流は流れません。
とすると抵抗は小さいほうがよさそうです。

インダクタンスは基準電流における起電力の大きさですから、これが大きいほうが磁力は強くなると考えられます。磁力が強いとということはトルクが大きいしKVは低くなる方向です。
結果インダクタンスが大きくリアクタンスの小さいモーターが性能が良いことになります。
ただ、この測定数値そのものはどういう数値かはわかりません。この数値に1Sの電圧をかけてもとんでもない電流が流れることになります。
実際のモーターはデルタ巻やスター巻など種類がありますし、2相を同時にオンするタイミングもあるので実際流れる電流とこの抵抗の関係は良く解りません。が、相対的な傾向はわかりそうです。

前回使って不満だったtemaki8000はインダクタンスが40μHもあってリアクタンスが1.4Ωですから両方とも他のモーターと比べて一桁数字が大きいです。磁力はそれなりにあるものの電流が流れない=パワーがないモーターということになります。逆に18000KVは、回転数は上がるけどトルクのないダメダメモーターのはずです。

ではなぜこんな違いが出るのかですが、巻線は12000KVは0.18のポリウレタン線ダブル9回巻に対して0.15シングル15回巻です。
余りパワーのことを考えずにKV値だけを目標に合わせた結果だと思うのですが、細い線で巻き数が多いので線の長さが長くなり抵抗が大きく、巻き数が多い分インダクタンスは大きいのだと思います。

zyunnsei12000の方はダブル巻してますが秘密はここにありそうです。交流の場合周波数が高くなればなるほど表面を流れる電流が多くなり中心部が減ってくる表皮効果があります。例えば同じ断面積の0.1mm4本と0.2mm1本では表面積はなんと2倍0.1mm4本の方が大きくなります。しかも、小さな線を数多く巻いた方が線と線の隙間が少なく密度高く巻けるので巻き数も増えます。2倍長く巻いても抵抗は同じでインダクタンスは倍のモーターが作れそうです。こんなことが影響してモーターの性能に差が出たのでは無いかと思ってます。

この理屈でつじつまが合わないのは、hk14000に比べてzyunsei12000の方がインダクタンスが小さいのにKV値が小さいことですが、この二つのモーターはかなり重量が違うのとスター巻とデルタ巻の差があります。この差が出ているのかもしれませんがはっきりわかりません。

これをもっと積極的に利用してギア比を下げて(61:10=6.1)8000kv程度のモーターを使ってみたいものです。
最初に書いたようにKV値はモーターサイズに一番関係が深そうですから、100サイズ搭載の小さなボディーのマイクロモーターでパワーのある8000KVを求めるのが間違っているかもしれません。
しかし、もっと細い0.1mmポリウレタン線を多重巻して抵抗を増やさずにKV値が下げれれば実現できるかもしれません。
もくろみとしては表の赤字の部分、目標と書かれたところの0.1mm8本10回巻ができれば8000kvのモーターができるかもしれません。
が、実際はポリウレタン被膜の厚みがあって10回は無理そうですし、0.1mmのポリウレタン線を持ってないので試すことができません。残念!

2014年9月15日月曜日

NEO CALIBER 550(QUESTフライヤーの調整フライト)

土曜日の夕方、QUESTのデモフライヤー?の神谷さんが飛行場で、QUESTのネオキャリバーでブレードのテストやってました。

その時の動画です。



こんなに良くとぶならキャリバーが欲しくなってしまいます。って結局腕なんですけどね。

しかし、度迫力の音が入ってない??
で、気が付きました。防水カバー付けてるとほとんど音は録音できないみたいです。

2014年9月14日日曜日

V120D02S APM化 振動対策

コントローラーの固定を禁断の貫通ボルトで行ってましたが、やはり振動がとりきれません。



で、HK製のシリコンダンパーが使えないかとしげしげと眺めてみると、ダンパー中心に空いている穴はストレートではなく、両端にリブがついていてボルトの頭が抜けないようになっていることを発見。



できれば写真のように固定ボルトもポリカーボネード製を使いたかったのですが、3mm以下がありません。仕方なくスチール製のトラスネジを使いました。



コントローラーがかなり低い位置になってしまいましたが、何とかつきました。

測定結果は、


Y方向の振動は取れていませんが、X,Zは基準内に収まっています。
貫通ボルト方式では


かなり大きいです。

mini cp モーター変更

7000KVの手巻きブラシレスを搭載した2S機ですが、やはり物足りません。

で、いろいろ試してみることにしました。まず、

5500KVのモーターでテールは7mmのブラシモーターを搭載していた機体に、そのまま14000KVのモーターを載せてみました。



流石に、5500KVから14000KVは、トルクが大きいため、全くテールが追い付きません。ピッチを入れると、テールが反時計回りに回ります。・・・失敗


次は、7000KVの代わりに前回手巻きした12000KVを載せてみます。


この写真は、7000kvモーターの時ですが、このモーターを変更しました。回転は6500RPMにセット。

これは最高!やはりパワーは有った方が良いです。旋回もスムーズで、テールのワグもありません。

が、1フライト目、低い位置でのフリップに失敗して墜落。


テールの無垢2mm角カーボンロッドが折れました。そのためテールモーターの配線が引きちぎられ、メインギアは見事にずる剥けです。

やはりパワーと耐久性は反比例します。

でも、飛ばして楽しいのは断然こちらなので、耐久性は犠牲にしてこちらで行こうと思います。

そのあとは、1S機で遊んでましたが、


10フライトさせて、墜落は数え切れないくらい。テールフィンこそ無くなってますが、他は無傷です。
軽いし、耐久性抜群でこれはこれで面白いです。もっとも今日は風がほとんどなかったからですけど。

2014年9月13日土曜日

help! kindlefire HD が文鎮になりました。

ヘリねたではないのですが、androidに詳しい方、教えていただけませんでしょうか?

少し前に買ったkindlefireHDにヘリ関係のソフトを入れるために、root化を試みました。
が、見事に失敗。いわゆる文鎮になってしまいました。


電源を入れても、永遠に上記ロゴが出たままで先に進みません。

で、素人なりにいろいろ調べて、fastbootというモードにたどり着き、


kindleをfastbootすることはできました。

が、今度はパソコンの方で、

パソコンにつながっている端末を聞いても無しですし、そのままcasheを消すコマンドを打ち込んでも、端末がつながるのを待っているとのコメントのまま進みません。

質問ですが、

1.文鎮化したkindlefireをリカバリーすることはできるのでしょうか?

2.いろいろ調べたところ他の機種では、casheを消してリカバリーすれば戻るらしいのですが、なぜパソコンがfastbootモードでkindleを認識しないのでしょうか?多分何かが足りないんでしょうが良く解かりません。

かれこれ1か月ほどいろいろ試してるのですがこれ以上はお手上げです。

どなたか詳しい方おられたらご教授願いただけないでしょうか?

2014年9月8日月曜日

マイクロモーターの手巻き方法 (デルタ巻)

前回改修したmini cpですが、8000KVの手巻きモーターを選んで装着してみましたが、やはり物足りません。安定感は抜群なのですが、ピッチ入れた時の回転落ちがあり、トルク不足のようです。

で、同じ8000KV目標で、別に手巻きしてみようと思います。

今まで、モーターを分解したときや、手巻きした時のデータを保存してあるのですが、


8000KVだと、HP08Sかgeardown unit月の8500kvが参考になりそうです。

手持ちがあるポリウレタン線は、0.18なので、0.18ダブルの9回巻で行こうと思います。

ポリウレタン線の長さは経験上、適当に55cmに切りました。

使うモーター缶は、walkera純正を使います。


上記写真のところまでモーターを分解し、ステーター(電磁石のコア部分)だけを取り出します。

55cmに切ったポリウレタン線を2本合わせて、最初のステーターに巻いていきます。巻く方向はどちらでもいいようですが、最初に巻いた方向ですべて統一する必要があります。巻きはじめは少しポリウレタン線をコネクター接続用に余らしておきます。


1つに巻いた状態。この後、ステーター2個飛ばして3個目に同じ巻き方をします。


2個目が完了した状態です。これをもう一度繰り返します。


これでU相コイルの完成です。この場合上から見て時計回りにコイルを巻いています。
続いてV相コイルです。時計回りに最初のステーターの隣のステーターから巻き始めて3個巻きます。


V相完了時です。同じことをW相でも行います。


全てのコイルが巻終わりました。

巻くときは相当引っ張りながら巻かないと巻ききれません。

で、U相の巻始めとW相の巻終わりを一束にまとめて4本のポリウレタン線の束にします。
同じくU相の巻終わりとV相の巻始め、V相の巻終わりとW相の巻始めを一束にしておいてベアリングケースにはめます。この時回らないようにネジロックできっちり固定します。


後は、シュリンクチューブをかぶせて、コネクターを半田付けすれば完成。


完成したモーターのKV値を測ってみました。


あれ、12600KVです。狙いと違いました。

で、もう一つある缶に今度は0.16mmダブルで11回巻を作ってみました。

ところがこれも12000KV???

良く解かりません。

家にあるストックのマイクロモーターを改めて測定したところ、


左から、

13500
16300
5100
13000
12600
右の二つは脱調して回らずでした。

使い込んだものが多いので永久磁石が劣化しているかもしれませんが、みんな高めです。

その中でひときわ小さいのが、5100ですがこれはほかに比べると缶の長さが長いです。これも関係してるかもです。

というわけで、ちょうど8000kvはできなかったので、力のありそうな、walkera純正の12600kvを何とかt買えないか検討してみることにします。


2014年9月7日日曜日

MINI CP改修(2S、doublebrushless)

3機をまとめて風に強い1機を作るプロジェクトですが、別の意味でまとめる必要が出ました。

一応完成した機体を雨の中テストフライトさせたところ、この様子は別記事の動画参照
まあまあの旋回性能でしたが、と言っても風があまりなかったのではっきりしませんが、
最後に調子に乗って低空でフリップさせたらそのまま地面に突き刺さって終了。

以後、テールが回りません。

家に帰って、出力をオシロで見てみても基板からの出力がありません。これは単なる断線ではなく基盤がいかれたみたいです。
よく見るとPWM出力のFETにひびが入って、しかもテールの足を半田付けしているプリントが基板からはがれてます。墜落時濡れてどこかがショートして大電流が流れ、同時に衝撃でプリントがはがれたのかもしれません。


基板上ではがれた足のプリントを追っていくと写真の場所のICとつながっています。

結局FETを別の基板からはがして交換し、プリントがはがれた部分はリード線で配線することにしました。ここで2機を1機にまとめる必要が出ました。


完成写真です。ってキャノピーはそのままなので、とても改修したようには見えません。


新しいペーパーキャノピーを昨日は付けていたのですが、雨で濡れて1回でダメになりました。

メカです。


ここでのポイントは、輪ゴムで動かないように固定することです。

ブレードですが、


この4種類を比較しました。

純正は

軽い!

黄色は


3DPRO製アクロ用は

軽すぎ

角付は


純正に比べて約2割重いです。重心は圧倒的にこれが良いのでとりあえずこれにしてみます。

機体重量は300mahのバッテリー込みで68gでした。

昨日飛ばした感じでは、安定して旋回してますが上昇力が弱く、抵抗で少し回転落ちしているような感じです。

もう少しパワーのあるモーターが良いかもしれません。

KV値を上げないでパワーを出す方法は、太い線を使って巻き数を多くするのでしょうか?

2014年9月6日土曜日

地道に8の字旋回練習(ディッシュ、フロント、バック)・・・シミュレーター

今日は、飛行場に入ったとたんに雨。
mini cpを一回飛ばしただけで撤収でした。

仕方なく、久しぶりにシミュレーター。

広いところで思いっきり飛ばしたいので、広範囲を使った8の字旋回の練習です。

なかなか一定高度でや同じ位置での旋回は難しいです。


新しい帽子カメラ

500円の八百屋カメラ(808camera)から始まった、ビデオ録画。もう今は買ったHKにも売ってません。

このカメラはバッテリーが液漏れして使い物にならず捨てましたが、その後の歴代カメラは


この3台です。

右はこの前まで使っていた、白ロムのIPHONE4S。これでやっとフルハイビジョン画質での録画ができるようになりました。

今度は、これ、
Turnigy HD ActionCam 1080P Full HD Video Camera w/Waterproof Case


$88のGOPROのまがい物です。

この値段で、


写真のオプションがすべてついてきます。

どうもbanggoodで売ってる、SJ4000のOEMのようです。ってバチ物にOEMもくそもあるかって感じですが。

SJ4000は$99くらいですから少し安いです。HKのバイヤーの力でしょうか?

本家が最低でも3万円ですから、やはりかなり安いです。

画質はフルハイビジョンで30fpsですが、レンズが超広角なのでヘリ動画には向かないかもしれません。

下のビデオは、編集ソフトで、2倍に拡大(解像力は半分)したものです。



バチ フルサイズkbar着弾!

Sachihoさんがブログで紹介されていたのを見て、即行banggoodに注文していたものが着弾しました。本家ではブルーライン(シルバーライン)と呼ばれているジャイロと、プログラムボックスです。


右端が、巷で噂のminiKBarです。一回り大きな本体とセンサーが別になってます。左がicardと称するプログラムボックスです。

電源を入れると、あらびっくり


センサーのLEDが虹色に変化します。ちょっと趣味悪い。

センサーを動かすとLEDの光り方も合わせて変化します。

パソコンに接続すると、


全く同じ画面ですが、セットアップでは、


4サーボCCPMに対応しているので、赤丸のようにch4が表示されます。

サーボの設定では、

ちゃんと4個のサーボが表示されます。

まだ使っていないので性能差は解かりません。

goblinにつけてみようかな?

icardの方は、GY280RX(v120用バチvbar)に付属のコントローラーと比べると、


少し大きいですが、大きな違いは、アドバンスセッティングに対応していることです。
これがあればパソコンは不要ですね。

表に、V/K/GV/GY/Eとあるので、

vbar、kbar、gv8000、gy280、ebarに使えそうです。

嬉しいことに2~8セルのバッテリーチェッカーにもなります。サーボの入力端子もあるので将来はサーボテスターの機能も盛り込まれそうです。

表示は英語ですが、


箱に英語バージョンと中文バージョンが存在するのか、選べるようになってます。(って買うときはそんな指定はしていないので向こうが勝手に英語バージョン送ってきたのですが)

実際使ってみてまた、レポートします。

2014年9月3日水曜日

MINI CP 無残

この頃、V120のAPM化に嵌って、と言ってもこちらも大した成果は無いのですが、放置プレー中の4台のMINI CP編隊。

メインテールとも2S駆動でブラシレス化した1号機
メインを2S駆動のブラシレス、テールは7mmブラシの2号機
メイン、テールとも1S駆動でブラシレス化した3号機
メインのみ1Sのままブラシレス化した、ほぼノーマルの4号機

ですが、無事なのは4号機のみで、その他はこんな現状です。



1,2号機はコントローラーをV120にとられて動けない状態だし、3号機は電脳が発狂して飛べません。

4機編隊ですが、少し整理して合わせて改良したいと思います。

改良の動機は、先週、久しぶりに4号機を飛ばしてみると、LVCの抵抗を取り去ったおかげで飛行時間も伸びかなり調子のよい状態を維持していますが、決定的に風に弱いです。
特に向かい風でのピッチングがひどく、少しエレベーターを引いただけでがばっと頭上げしてその後サーボのトルクがないのかダウンを入れるも姿勢を戻せずそのままで風に流されてさよなら~ってパターンが多いです。

耐風力を1,2,3号機で1台に集約し改良して、多少の風でも飛ぶ機体を造ろうと思います。

1.2Sパワーを生かして1S機より少し重量を増やし風に強くする。
2.サーボのトルクを上げる。
3.ブレードは前重心で重めにして頭上げを抑える。
4.回転を上げ、ピッチを減らすことでも頭上げを抑える。

思いつくのはこれくらいです。

具体的には

1.はダブルブラシレスにするだけでかなりの重量増ですから、少し大きめのバッテリーを積めば完了。
2.は純正以外に取り付きそうなサーボが無いですが、1S給電だとフライト中の電圧は3V近くまで下がっているのでかなりトルクダウンしているはずです。これを2SでBEC給電で安定して5V給電してやれば少しはましな気がします。
3.はturnigyの角突きブレードに変更

って結局、部品の寄せ集めでできそうです。

でやってみようと思います。

問題はモーターの選定ですが、市販の1S用マイクロモーターは10000kv以上のものが多くうまく合いません。理由は、BLHELIでガバナーを使っていると、最高回転数の0.85以上の回転数に設定しないと非効率で回転が安定せずテールに影響してワグの原因になるからです。

てっとり早くガバナーオフでハーフスロットルで使うという手もあるのですが、やはりモーターが非効率なのは変わりません。

目標は7500KVです。

1号機のモーターは外観はHK製の14000KVですが、手巻きで7000KV位に落としたはずです。2号機は2S用で5500KVです。どちらを使うかですが、対策の4から回転数はかなり多めにしたいので手巻きを使うことにします。

設定回転数は6500rpmとすると、メインギア64、ピニオン9だとしても7500KV位のモーターが欲しいところです。

もう一個、純正のブラシレスキットのモーターで実測は12000KVでしたが線が焼き切れたまま放置しているのがあります。これを再生する方法もありますが、今回は見送ります。

ところで、その前にもう一つやらなければならないことがあります。
無残な状態で放置されているのはESCが取られて無いからですが、PLUSH10AをV120で消費してそのたびにmini cpから調達したからです。で、焼けたESCが残って転がっています。


こちらも修理です。前の記事でやったようにFETを15A用に交換します。

続く!