mini 電動ヘリのパワーソースセットアップについて（T-rex）

[masa]

私はT-rexを所有しています。

このクラスのパワーソースの進化は目覚しく、最近は３Sでも信じられないようなパワーセットアップが可能で す。
最近の私の仕様はこちら。
http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=489233#post5153778

ネットでもセットアップについての意見交換が多くなっています。
ESCやLIPO、モーターやLIPOの選択について、色々な検証方法がある訳ですが、私の経験の範疇で実 施している内容をUPして見ようと思います。

あくまで過去のテスト結果からの記事になりますので、私が実施した主な内訳を書いておきます。

ESC：CC35（３S/4S）、CC25（３S/4S）、Hyperion Titan20（３S)

Motor:
RedMEGA（KV3600：３S/４S）、Y22L(KV3400：３S/４S)、Neu1107/2Y（KV3400：３S/４S）、MEGA 16/15/4（KV2200：４S）、Zpower-450TH（KV３０００、：３S/４S）、Zpower-450F（KV３５００：３S）

しかし、改めて並べて見ると凄い数ですね。当然、個人で全てを使ったわけではなく、クラブ員の T-rexのセットアップもしていますので。

[masa]

私が普段パワーソースを検討するときに使用しているツールを添付します。
当面、このエクセルシートを使ってコメントします。

比較基準は、３s・４５０th・１５tのセッテイングとし、escはcc-35、govモードでのセットアップになります。
ガスカーブモードだと、ピニオン設定やスロットルの考え方が異なるので注意してください。

因みに、一般のセオリーは無視させていただきます。

[masa]

日本では、４５０THなど、アウトランナーブラシレスが電ヘリで流行っています。
アウトランナーは、特性上、低回転でトルクがあるということですが、電ヘリで使われているものは、KV３０ ００以上と比較的高回転で使用されています。

この時に意外と考慮されていないのが、ESC側の電気的RPMの限界です。
実は、書いてる自分も良く理解できていないのですが・・・

ブラシレスモーターの回転原理は皆さんご承知の通りで、磁石に対してステーター＝電気磁石のN/Sをタイミング良く切り替えることになります。このため、磁石の枚数によって、モーターが1回転する場合の N/Sの切り替えは変わることになります。例えば、2磁石のインナーローターに対して、４５０THなどの6枚の 磁石を持つアウトランナーでは、モーター1回転当り3倍の切り替えが必要になります。ESCは電気的にこの 切り替えを行うのですが、多分、この切り替えスピードには限界があるのでしょう。

ESCには、この電気的RPMを表示しているものもあります。
この場合、計算方法は、電気的RPM*2/磁石数となるそうです。
（最初ステーター数だと思っていましたが、磁石数で正解？？？？）
詳しくはTitanシリーズの解説。
http://www.aircraft-japan.com/prod_datasheets/hp/titan/titanmanual.htm
Titanのみならず、他社のESC（コントロなど）のマニュアルでも電気的RPMは、100,000rp mとされているものが多いようです。

ただし、この電気的リミットが、厳密なものかどうかは別問題です。しかし、誤動作やノイズの問題が予想され ますので、モーター選択と同時にこの辺のチェックは必要だと思います。

で、私のtrex.xlsの「ESC許容回転数」シートにこの辺の計算があります。

シート上段<一般のESC：Totanなど>
左は、100,000rpmでの磁石数によるモーター回転数上限です。
右のほうは、その回転数でのピニオンによるヘッドRPMの上限です。
私の記憶では、４５０THが日本に紹介されたときに１５Tで紹介されました。その時に使われていたのはTi tanで、海外では１３Tなのに何故１５Tなんだろうと思った記憶があります。
１３Tでは、３D向きの回転数が得られなかった可能性があります。

シート下段<CC-35/etc>
これは、キャッスルクリエーションのフォーラムから拾った計算です。
CCシリーズ共通のようですが、多分Ver1.14近辺のものです。最近の１．２３はもう少し低くなってい ると聞きました。CCは、ファームウェアのバージョンによってこの辺の設定が大きく変わっているので、この 辺のチェックも大事ですね。
CCにおける、GOV－LOW/HIGH時のTHR位置０と１００の回転数の計算です。
これを見ると、CCは、電気的RPMの限界値が結構高いことが判ります。
（実際にここまで対応しているかは疑問だが、）このことが、CCがアウトランナーに相性がいいとされてる理 由なのかもしれませんね。

【補足】
この電気的RPMについては、上限が記載されていてもそれ以上利用可能な場合もあるようです。
また、CCのようにガスカーブとGOVで異なる設定のESCもありますし、ファームウェアでも 異なります。
やはり、使用実態を確認するしかないですね。

[masa]

私が使っているモーターKVに対するピニオンの検討表です。

一般的なヘッドRPMの計算方法は、以下となります。
ヘッドRPM＝KV＊V＊Pinion＊効率/メインギア（1枚の場合）

ただし、効率はセットアップ内容で変わりますし、電圧もフライト中に変動します。
この辺はモーターやセットアップ、GOVの有無などで実際にテストした中で係数を自分なりに設定すべきと私 は考えています。

このため、私の場合はシートにあるように、効率を１として、電圧を変化させた検討表にしています。KVの異 なる2種類のモーターと、ピニオンセル数を入力します。３Sを入力すると下段に４S仕様の予測ピニオンでの 計算結果が出ます。

左側はヘッドRPM、右側はそのときのモーターRPMです。
モーターにも許容回転数があり、一般的なアウトランナーでは４０，０００ｒｐｍ、インナーローターでは５０ ，０００ｒｐｍ～６０，０００ｒｐｍであり、出来れば、この範疇が望ましいでしょう。

例えば最近流行の４５０TH＆１１Tの４S化の場合、ヘッド3000rpmを得ようとするとモーターは40 ,000rpmを越えてしまいます。この辺は自己責任の分野ですね。
個人的には、４５０THの4セル化の場合は１２Tもやって見たいところです。

[masa]

エンジンヘリでは、ガスカーブのほうがセッティングしやすいと思っているのですが、電ヘリは現状、govに 拘ったセッティングをしています。
どちらかというと、性能よりも利便性や操作上の安全性を優先しているからですね。

電動ヘリの場合、govとガスカーブではピニオンの設定は異なるのでは？と思っています。
電動ヘリの場合、フライト中に電圧が降下していきます。これがガスヘリとの違いです。
また、ブラシレスモーターはkv＊v＊効率以上には回転数は上がりませんから、適切なピニオンを選定してい れば、過回転は考えなくて良いことになります。

これらに対応するために、ガスカーブの場合は、比較的モーターとピニオンの設定を必要な回転数に近い設定に することになります。
その上で、電圧降下に対応する場合は、例えば１００－９５－９０－９５－１００という基本設定に対し、フラ イト終盤用（電圧降下時）に１００－１００－１００－１００－１００とかいうカーブに切り替えて対応してい る例が多いようです。
この場合、ピニオン設定は、フライト前半で、ピッチ0度、thr９０％で必要な回転数となる選択になります 。当然９０％でなくても９５％でもいいわけですが。
で、電圧が降下してきたときにthrカーブを持ち上げて初期の回転数に匹敵できれば良い設定ではないでしょ うか。

もちろん、電動の場合thrのリミットは不要ですから、オフセットmixやボリュームmixで対応している 例は多いでしょう。
また、ハードな３dを繰り出すセッティングだと、１００－１００－１００－１００－１００で終始やるみたい ですね。

ガスカーブの場合、操縦者にとって自然な感覚と、ピッチに対する回転数の持ち方を設定できる自由度がありま す。0ピッチ付近を下げてマッタリした感じも出せますし、逆に0ピッチ近辺で回転数を稼いで機動性を上げる ことも出来ます。

Govを使うメリットは、escがどのようなピッチでも回転数を維持しようとすることです。
ところが、実際には出力に限界がありますので、ピッチが増えると回転数は落ちます。
さらに、バッテリー容量減少とともに電圧降下も起きます。

したがって、よほどパワーソースに余裕が無い限りは、ガスカーブ時と同じセッティングでgovモードを利用 しても、両者に大きな差＝govのメリットは生じません。

ま、それでも良いのですが、少し背伸びをした＝ハイギアードな設定がgovらしいと私は思って います。
最近はリポやモーターの性能が良くなってきましたし、特にアウトランナーの場合、低いkvで効率良く廻すよ りも、高めのkvでescで絞る（gov）ほうが出力特性が良い場合もあります。

[masa]

実際に設定した例を添付します。
人気のある、４５０THと話題の４５０Fです。３SでGOVを前提としています。
４５０Fと４５０THのピニオンごとのヘッド回転数とモーター回転数を示します。

４５０FのKVですが、スペック上は３５００です。ところが実際に使用してみて、そして他のリポートを見て も計算が合いません。（Free欄にKV３５００の計算結果が示されていますが、実態と異なり ます。）

このようにカタログスペック上のKV値と異なる結果が判明すれば、相応しいと思われるKVを代入して検証し たほうが早いです。
今回も使い慣れた４５０THの結果を参照しながら４５０FのKVを４０００と代入しています。
必ず、実際の結果をフィードバックさせてKV値を設定します。（当初３８００－３９００で計算していました が最近は４０００で計算しています）

大体、太枠で囲った上段がパワーセットアップ。下段が効率的なセットアップになります。
前者は、後半やや垂れてきますが、初期のパワーを追及する感じ。
後者は、後半まで近いフィーリングでのセッティング。

実際には使用しているESCやリポの能力に依存しますので、個々のモーターについてどの辺でセッティングす るのがベストかは、実際に飛ばさないとわかりません。
しかし、新しいモーターを購入しようとするときに世間のセッティングデーターを参考にしながら、こういった 検討シートを作成しておくと、後から後悔する事が少なくなります。

特にシャフト径によって入手可能なピニオンが限られています。
自分が望むヘッド回転数に見合ったピニオンが入手できること。また、将来４S化を検討していれば、両方で使 えるモーターなのかの検証も必要ですね。
また、定番セッティング以外を予想できたりしますので、それはそれで楽しいですよ。

最近はリポやモーターの性能が良くなってきましたし、特にアウトランナーの場合、低いkvで効率良く廻すよ りも、高めのkvでescで絞る（gov）ほうが出力特性が良い場合もあります。

実際に４５０THと４５０Fを比較すると例えば２９００rpmでセッティングすると、４５０Fのほうが頭打 ち感は少ないですね。
で、ピニオン歯数を上げるためには最低限以下のテストが必要です。
０ピッチ時の回転数と電流値
フルピッチ時の回転数と電流値

電流値は当然リポに見合ったものである必要があります。
重要なのは、フルピッチ時の回転落ちです。
これがピニオン歯数を上げて、フルピッチ時の回転数が上昇する場合はそちらのほうがベストセッティングで間 違いありません。また、フルピッチ時に変化が無い場合もピッチ全域では回転数が上昇していますので、OKだ と思います。

４５０THの場合、１３T＞１４T＞１５Tとすると、フルピッチ時の回転数は変化が少なく横ばいのイメージ です。
４５０Fは１１T＞１２Tを試しましたが、１２Tのほうが回転数は上昇する感じです。

また、GOVの特性を出すためにフライト中の回転数変化を少なくしたい場合は、フライト後半でGOV設定回 転数の維持される度合いを見て設定します。
私の場合、アイドルアップのホバーもしくは多少の上昇時にも維持されていることを判断の目安に しています。
このような設定をすると、GOVらしいのではないかと思いますが、多分電圧降下にお構いなくパワーが欲しい 場合は、パワーと効率ともにガスカーブで煮詰めるほうが早道だと思います。

[masa]

一般的には、３Sでスタートしますが、３Sだとせいぜい0ピッチで３０００－３３００ｒｐｍ、フルピッチで ２５００ｒｐｍを維持できれば良いほうだと思います。既にこの時点で３５０W前後の入力が必要となりますの で、３Sでは限界点にあります。

これを打開するためには多セル化を検討することになります。
多セル化のメリットは、消費電流値を下げれる、トータル容量のUP、電圧UPによる効率UP、多少の重量増 は、パワーでカバー、などです。
しかし、実際に飛ばしてみて一番のメリットは、フルピッチ時の回転落ちの少なさです。

【入力Wと電流値】
３Sを基準にモーターの入力Wと演技の関連性、そして多セル化時の電流値の目安を示します。（基準が古いの で、現在だともう少しW数は上かも。）
右の表は、基準電圧に対して、初期電圧＞終末電圧の変化に伴って、電流値が変化する目安の計算に使います。 （リポの能力による）

【多セル化検討シート】
現在主流の3S2100mA１６C、そして今後主流になるであろう3S2100mA２０C時を基準として、 多セル化時のリポ選定の検討シートです。
多セル化は一般的に重量増を招きます。したがってそれを補うだけの試算が成り立たなければ意味がありません 。
モーターの効率が平準化しているとすれば、パワーはリポの能力に依存します。
4セルであれ5セルであれ、電流値にリポの能力が無ければ、負荷時には電圧降下が起きます。
リポの能力放電レートに対して３Sと同じウェイトのレートで放電させてしまうと、多セル化の意味は薄くなり ます。また、フライト時間も極端に短くなります。

日本で多セルというと4セルがイメージされますが、上記の観点から見ると３Sとの差別化は意外と難しいので す。パワー志向であれば5・６セルのほうが目的を達しやすいのはこのためです。
個人的には、4セルをかなりやりましたが、パワーの上限が低いこと、リポの管理面や、機体の整備などの煩わ しさが増えるので、3セルの手軽さに戻ってしまいました。

しかし、軽量ハイパワーなモーターとリポの出現で、最近では4セルで事足りることも事実ですね 。

[masa]

これで、予定分の最後です。

飛行時間とリポへ再充電された容量から、平均消費電流値を求めるものです。
更にリポの電圧変動から平均電流値の変動を概算で示します。

最初は何気なく作成したのですが、意外とこれらの管理は大事なことに気付かされます。

セットアップ変更時に、測定結果とともに平均消費電流値はとても目安になります。
また、リポの管理の目安として、非常に有効です。
例えば、フライト時間が短くなったけど充電容量はあまり変化しないときなどは要注意です。

特にgovにおいては、設定値に対してリポが放出可能な電力wを勝手に要求してしまいます。
この時にリポの体力が衰えると電圧降下となり、一方電流は上昇します。
この結果上記の現象が起きる場合があります。

同一のセットアップで、フライト時間の減少や消費電流値の上昇が見られたときはリポのコンデションを疑いま しょう。特に発熱の上昇が見られたときは要注意です。

また、平均電流値の変化は軽微に見えますが、実際には負荷の軽いときはセッティング変更でも大きな差は生じ にくく、負荷の厳しい際に大きく電流値が変動している可能性があります。

最近のリポは、デリケートになって、過充電・過放電で一瞬で調子を崩すものがあります。
フライト時間を設定するときは、オートカットに対して十分に余裕（最低30秒以上）を持ったほうが良いみた いです。

また、十分に余裕を持ったリポにおいて、5分フライトを休みを挟んで2回行うルーチンで使用する場合があり ますが、後半の5分は前半に対して同じように飛んでもリポには高放電になっていると思われます。再充電によ るストレスとどちらが良いのか不明ですが、私は必ず再充電行っています。

モーターカットをholdスイッチにmixしている場合は、プロポのタイマーのオンオフをholdで行うと 実質飛行時間の把握がやりやすいと思います。

[masa]

T-rexクラスのヘリのパワーソースの進化により、使用者は留意しなければいけないことがあります。それは、 パワーに見合った機体整備です。

特に、高回転仕様にした場合、いままで問題では無かったことが一気に問題となります。その代表格が振動によ るものです。私がTrexで遭遇した振動の原因を列挙して見ます。

【バランス】
メインローター・テールローター・スタビなど

メインローターは極端なもので無い限り、静バランスでOK。厳密なダイナミックバランスが要求されたことは ありません。むしろ、トラッキングの問題が多いのがこのクラスの特徴です。トラッキングの問題は後述します 。

スタビバーの長さは揃えても、スタビのバランス取りはしない方が多いのじゃないでしょうか？
コンマ数ｇ違うと振動が出ます。メインローターとテールローターを外した状態で、スタビを外したり付けたり して振動が出る場合はバランスが狂っています。
適切にコントロールリンクを軽く仕上げていれば、スタビを機体に付けただけでどちらに狂っているのか判りま すので、あとは高回転まで振動が出ないようにテープを切った張ったで調節します。
蛇足ですが、スタビバーの重量差がわからない様な重たいリンケージは、飛ばすに値しません。しっかり調整し ましょう。

テールローターは、他の要素がきっちりしていれば、静バランスで大抵OKです。
テールローターの静バランスは、テールグリップとハブごと取ります。出来るだけ繊細にバランス を取ります。
もしも、静バランスを取っても大きく振動が出る場合は、他の要素を疑るべきです。
軽微な場合はテープを何度も貼って、高回転で振動がなくなるまで追い込みます。
いつも思うのですが、他の振動がテールに増幅されている感じが強いですね。
けれども、他の問題が軽微な場合は、ローターにテープを一杯貼って無理やりバランスを合わせることは可能で す。しかし、いつかは原因を解決する必要があります。
ただし、ALIGN製のテールシステムには脆弱な面がありますので無理はしない方が・・・
http://www.runryder.com/helicopter/t216172p1/

【部品の破損関係】
曲がり：メインマスト・スピンドル・スタビバー・テールアウトプットシャフト・テールハブ　ベ アリング

メインマストは当然ですが、スタビバー曲がりは意外と軽視している場合があります。トラッキングが合わない 原因にもなります。
スピンドルの曲がりについては、エンジンヘリのようにHEXレンチで廻して見てもあまりわかりにくいですね 。迷ったら交換です。３D用にダンパー締めてる場合は、墜落時はむしろ、O-リングをこまめにチェックすべきかな。
テールアウトプットシャフトは、見た目では判断できないと思ったほうが良いでしょう。
ハブの芋ネジを一旦緩めて、締め付け場所を変えても振動が収まらない場合は交換です。
どんなに目視で見て曲がっていないと思っても振動原因になります。他の要素が見つからない場合は、真っ先に 交換すべきです。本当に時間の無駄になる場合があります。

ベアリング関係は、テール周りは墜落したら必ず逝ってます。テールケースは良く見ますが、グリップについて は面倒くさがります。けど、振動対策の超本命だったりします。
特に、調子のいいときと悪い時がある場合や調整をとっても飛ばすとずれる場合はベアリングやグリップ取り付 けスクリューの劣化の場合が多かったです。
調子が良くても、５４０ストールを切り返して左右やって、途中で引っかかり感じたらラダーサーボかグリップ ベアリング疑います。

そのほかに、気付きにくいモノとして

ラダーロッドの縄跳び。ラダーロッドを指で抑えて振動が止まる場合はコレ。
リンクエンド締め付けが緩んでいると発生しやすいので、ロッドエンドは締め付けておいてリンケージは、サー ボを動かすようにします。また、特定の回転数で縄跳びが発生する場合は、ロッドの途中で干渉物を入れるよう にします。私はタイラップを緩く当てたりしています。（純正の水平サポートの穴は使いにくいた め）

また、ブームサポート関係の緩みは当然です。サポートの樹脂部の破損も経験しました。
また、テールフィン関係にクラックが入ってると特定の回転数以上で激しい振動に見舞われました。折れたりひ びが入ったりしていたフィンを修理して使ってる場合は特に注意が必要です。

【部品の精度やセッティング不具合】

一番問題は、メインギア・セカンドギア。次はテールインプットギア・そして2つのテールプーリ ーです。

メインギアとセカンドギアは切削品でなければあきらめて騙して使います。バックラッシュの設定で切り抜ける しかありません。セカンドギアのバックラッシュは、ノーマルフレームではどうしようもありませんが、CFフ レームの場合は、ベアリングケースの取り付け穴を長穴加工してもあわせます。
また、メインギアのゆがみにより、セカンドギアやテールインプットギアとの干渉は結構あります 。
ワンウェイの装着深さやシムなどを使って最大限隙間を確保します。
手で確認して大丈夫でもモーター駆動時はそれ以上にゆがみます。ギアの粉がフレームに見られる場合は疑りま す。

Alignのピニオンも曲者で先のほうと根元のほうでは歯形や厚みが違います。また、ピニオン歯が途中で切 れています。メインギアのゆがみでこれを拾う場合がありますので、ピニオンは先端で使うように します。

あと、ワンウェイベアリングですが、初期のALIGN製はローラーが6本で、これを使ってる方は捨ててしま いましょう。現在はローラー7本タイプで問題は少ない。
車用などで、7本や12本のものが売っていますのでそちらを買ったほうがモノは良いし安いし。
http://www.rcgroups.com/forums/showpost.php?p=5153916&postcount=15

テールプーリーは、樹脂製のものは高回転に向きません。偏芯しているし、抜けたり滑ります。
必ず、純正か社外の金属プーリーを使います。この金属プーリーはメーカーによって穴径が違うのとプーリー歯 処理が違います。最も適合性広く歯型が良いのはduziで、MHのものは専用シャフト以外ではガタが出やい です。芋ネジで固定するタイプはガタが出やすいのでロックタイトで固定するタイプが私は好きです。Alig n製は、この点不満が無いのですが、プーリーの幅が狭く、そして純正のベルトと相性が悪いので、抵抗感が残 ります。純正以上に幅の広いベルトは、規格品で３ｍｍや３．１７ｍｍがありますが、３ｍｍギリギリだと思い ます。
ベルトを緩く張ってもゴロゴロ感が残る場合は５－５６やWD40で改善されます。（コントロール部や樹脂部 にかからないように）。
JKのサイトを見ておきましょう。
http://www.jkheli.com/


あと、ベルトも撚れていると振動の原因になります。特に社外品で細いタイプのものは切断時にベルトがよれて いるので注意します。実はこれも、５－５６などに暫くつけておくとよれが直ったりします。