電動ラジコンの主役！モーターとESCの基礎を知る

2024年12月26日

一昔前は模型用エンジンで飛ばしていたラジコン飛行機やラジコンヘリですが、今では初心者向けの機体から競技用の大きな機体まで、あらゆる機体が電動化されています。これはモーターやESC、リポバッテリーといったデバイスが進化し、リーズナブルながらパワーがあり、大きな機体も難なく飛ばせるようになったためです。

そうなると手間のかかるエンジン機より、扱いやすい電動機のほうが主流となり、誰もが電動機を飛ばすようになりました。

その電動機の主役といえば、やはりモーターとESCでしょう。模型用エンジンに代わるパワーソースとして出てきたこのふたつのデバイスですが、意外と知っているようで知らない部分もあるのではないでしょうか？

そこで今回は電動機のモーターとESCについて、紹介していきたいと思います。

①エンジン機と電動機の違い

ラジコン飛行機といえば、上記の通り、従来は模型用のグローエンジンを搭載した機体が一般的でした。しかし、ラジコン飛行機の動力源として、エンジンに勝るパワーのブラシレスモーターを搭載し、機体重量を上回る推力で、飛行機を垂直にどこまでも上昇させる事があたり前のような時代となって久しく、世界中で電動機が活躍する時代になっています。

まず、エンジン機と電動機とでは、その取り扱いや価値観に大きな違いがある点から紹介していきたいと思います。

エンジン機の場合には、エンジン自体の内燃機関としてのメカニカルな構造や、燃料を給油し、プラグヒートやクランキングといった、エンジンを始動するための手順、また、始動後のニードル調整やスロー調整などの繊細なエンジン調整、そして飛行中のエンジン音や排気オイルの臭いなど、エンジン機特有の魅力があります。こういった点が好きで未だにエンジン機を愛好している方も多くいらっしゃいます。

一方、電動機の場合には、その飛行スタイルはエンジン機とは異なり、飛行場に着いてから、面倒な燃料や始動用具を準備する必要もなく、機体にあらかじめ充電しておいたバッテリーを取り付けて、プロポのスイッチを入れ、コネクターを接続するだけで飛行させることができるという手軽さが大きなメリットです。

しかし、電動飛機の場合には、電動パワーユニットに関する取り扱いの知識が必要であり、エンジンの代わりとなるブラシレスモーターや、モーターをコントロールするアンプなど覚えておいたほうがいい点も多くあります。

エンジン機にはエンジン機の魅力があり、電動機には電動なりの良さがあるので、現在では、初心者が入門機を選択する段階から、周囲の環境や自分の好みによって、エンジンか電動の好きな方を選べば良いのですが、その取り扱いのしやすさと周囲に飛ばしている人が多い環境次第で、まずは電動機で入門することをオススメします。

②ブラシレスモーターの仕組み

次に現在の電動機のパワーソースであるブラシレスモーターについて見ていきましょう。

直流モーターを回転させる原理は、シャフトに固定されたローターのコイルに流れる電流によって生じる磁力と、ケース本体に取り付けられた永久磁石が反発する力を利用して回転します。この際、回転を持続させるためには、シャフトの回転に応じてコイルに流れる電流の向きを変え、磁力の向きを連続して切り換える必要があります。

古くから使用されている「ブラシモーター」は、その切り換え作業を、ローターのコイルに接続されている整流子と、その整流子に電流を交互に流すブラシを接触させて、機械的に擦り合わせておこなっています。

それに対し「ブラシレスモーター」とは、その名の通り、整流子やブラシなど機械的な接点をもたず、モーターの外部から電子回路を用いて電流方向を高速で切り換える方式を採用しています。

「ブラシモーター」の場合には、ブラシ接点の金属同士がつねに擦れ合うため、抵抗となることに加えブラシの摩耗もあり、使用時間に応じて性能も劣化してしまいます。また、接点が切り替わる瞬間に火花が発生するため、ノイズが生じるといった欠点があります。しかし、バッテリーを接続するだけで回転し、電圧を変化させることによって、簡単にスピードコントロールができるというメリットもあります。

一方、「ブラシレスモーター」では電気的に磁力を切り換えるため接点がなく、効率が非常に良く、大きさの割にパワーがあることと、シャフトを支持するベアリング以外に消耗する部分がないというメリットがあります。しかし、回転を制御するためのコントローラー（ESC）が必要となります。

しかし、ベアリング以外に消耗する部分がなく、ほとんどメンテナンスフリーのため、初心者が取り扱うトレーナー機などにも適しており、総合的にメリットの大きな「ブラシレスモーター」が、現在では電動機の主流となっています。

③機体に合ったモーター選び

次に、機体に適したブラシレスモーターをどのように選んでいくか見ていきましょう。最近ではフルセットの機体も多くあり、それならば付属するモーターを搭載すれば問題ないでしょうが、自分で選ぶ必要がある場合はどうすれば良いのでしょうか？

電動飛行機に搭載するモーターを選択する場合、エンジン機において、スタント機やスポーツ機、スケール機やアクロ機など、その種類によって異なる性質のエンジンを搭載するように、電動飛行機の場合でも、機体の種類に合った特性のモーターを選択することが大切です。

エンジンの場合には、排気量の大きさによって決まる出力と、回転数によってトルクが変化するトルクカーブがあり、2ストロークや4ストロークなど、エンジンの型式によってその特性が違っていますが、同じ大きさと型式のエンジンであれば、ほぼ同程度の出力となります。

モーターの大きさについては、以前は280クラス、400クラス、540クラスというように、モーター自体の大きさで表示されていましたが、ブラシレスモーターの場合には、各メーカーによってその品番や表現もさまざまで、エンジンのクラスによって目安としての区分がされているものが多く、ほとんどのモーターがプロペラサイズや静止推力、最大電流値などの測定値データが公表されているので、それらを参考に、選定することになります。

また、ブラシレスモーターの出力は「ワット」、出力特性は「KV値」で表され、「1KV」とは、1Vあたりの回転数を表したもので、例えば2000KVのモーターに7.4Vのバッテリーを使用した場合には、無負荷状態で2000×7.4 = 14800rpmの回転数が得られます。

一般的には、「KV値」が高いほど高回転、低トルク型となり、電動ダクテッドファン機など、高回転でファンを回転させる機体に適しています。逆に、「KV値」の低いモーターほど低回転で高トルク型のモーターとなり、大径プロペラで大きな推力を必要とするアクロ機や、大型モーターグライダーを上昇させるための、大径折りたたみ式プロペラを回すのに適していると覚えておくのが良いでしょう。

④ESCについて

電動飛行機のモーター出力を制御する、エンジン飛行機でいえばスロットルサーボの変わりとなるものが、ESC（コントロールアンプ）です。現在広く使用されている「ブラシレスモーター」用ESCは、「ブラシモーター」のように、電圧を変化させて回転を変えているのではなく、モーターに流す電流を高い周波数でオンオフし、スロットルスティックの開度で流す時間を変化させることによって電流値を変化させ、スピードコントロールをおこなっています。

「ブラシモーター」には、プラスとマイナスの2本のリード線しかなく、「ブラシレスモーター」には3本のリード線が出ています。この3本のリード線にESCから電流を交互に送ることによって、モーターを回転させています。

ですので、ESCには、「ブラシモーター」用と、「ブラシレスモーター」用の2種類があり、その見分け方は、モーターと接続するリード線が2本のものが「ブラシモーター」用で、3本でているものが「ブラシレスモーター」用と区別すれば良いでしょう。

ESCを選定する場合には、モーターと動力用バッテリーの関係から、モーターに流れる可能性のある最大電流値を予測して、充分な容量のESCを撰ぶ必要があります。例えば、モーターへ流れる電流値が最大50Aと予測される場合には、常時50A以上の電流許容容量をもつESCを選択し、少々過電流となっても余裕のある70～80A程度のものを使用するようにしましょう。

エンジンであれば、大きすぎるプロペラを使用した場合など、回しきれずに回転が落ちるわけですが、電動機の場合には、負荷が掛かるとどこまでも大きな電流を流して回そうとするため、電流値がモーターやアンプの許容値を超えて焼損する恐れがあります。

また、ESCには動力用バッテリーから受信機へと電源を供給するBEC機能付きのものと、その機能を持たないOPTタイプのものがあり、OPTタイプの場合には、別に受信機用電源が必要となるので、購入時によく確認するようにしましょう。