電動ドローンのモーターの選択は、ドローンの飛行特性に大きな影響を与えます。モーターの設計におけるわずかな違いが、機体の重量、応答性、そして全体的な性能に大きな影響を与えます。

モーターを選ぶ前に、少なくとも作りたいドローンのサイズと重量の大まかな見当をつけておく必要があります。

最も重要な考慮事項は次のとおりです。

• モーター重量
• パワー（推力）
• 効率（g/ワット）
• トルクと応答性（回転数の変化）

ドローンモーターの仕組み

ブラシ付きDCモーターとブラシレスDCモーターの仕組みを支える重要な概念は電磁気学です。どちらの設計も、電気エネルギーを運動エネルギーに変換する手段として電磁石を使用します。電磁石に電荷が供給されると、磁場が発生します。この一時的な磁場は、モーター内の永久磁石の磁場と相互作用します。電磁石または永久磁石の引力と反発力の組み合わせによって、モーターシャフトが回転します。

ブラシ付きモーターとブラシレスモーター:

ドローンに使用されるモーターには、主にブラシレスモーターとブラシ付きモーターの2種類があります。通常、大型モデル（レーシングドローンや映画撮影用ドローンなど）にはブラシレスモーターが使用され、小型ドローンやトイドローンにはブラシ付きモーターが使用されます。このガイドでは、ドローンやマルチローターで最も広く使用されているブラシレスモーターについて詳しく説明します。

ブラシ付きモーター:

ブラシ付きモーターの内部動作は、ブラシレスドローンモーターの動作と同じです。ブラシ付きモーターでは、ステーターがローターを囲む永久磁場を生成します。ブラシモーターのローターは周囲のステーターの影響を受ける電磁石です。DC電源に接続された1対のブラシが、ローターベースで整流子と接触します。コレクターリングは分離されているため、コレクターリングの回転により、ローターを流れる電流の方向が定期的に反転します。コレクターリングの極が交代することで、ローターが途切れることなく回転します。システム効率は、内部機構の断熱性の向上により大幅に低下しますが、DC電源入力の極性を反転することで、モーターの回転方向を反転することもできます。

ブラシレスモーター:

名前が示すように、ブラシレスドローンモーターにはブラシがありません。ブラシレスモーターは、実質的にローターとステーターの2つの部品に分けられます。ステーターは、ローターが取り付けられる中心部です。ステーターは、巻線に電流が流れると交互にオン/オフを繰り返す放射状の電磁石の配列で構成され、一時的な磁場を生成します。ローターには、ステーターの半永久電磁石の近くに配置された永久磁石の集合体が含まれています。ブラシレスモーターはDC電源で動作しますが、直接駆動することはできません。代わりに、ブラシレスモーターは制御電子機器にハードワイヤード接続されているため、ブラシや整流子は実質的に不要です。ローターとステーターの間に物理的な接触がないため、ブラシレスモーターの寿命は非常に優れています。

モーターのサイズと識別

ブラシレスモーターのサイズは、ステーターのサイズをミリメートル単位で示す4桁のコードで定義されます。例： 2206

シリーズの最初の2桁はステータの直径を表し、この場合は22mmです。最後の2桁はステータの高さを表します。このシリーズの最後の2桁は「06」なので、ステータユニットの高さは6mmです。

ブラシモーターのサイズは、外箱の直径と高さをミリメートル単位で明確に示す、よりシンプルな2桁のシステムで判断できます。例：

6×15の場合、最初の数字「6」は缶の直径を表し、「15」は缶の高さを表します。

取り付けパターンとネジサイズ

取り付けタイプとねじサイズは、モーターのタイプと用途によって異なります。取り付けタイプによって、モーターベースのねじボルト穴の位置が決まります。各数字は、モーターシャフトを中心とする円の直径を表します。通常、円の円周に沿って4つのねじ穴が配置されますが、2つの数字が指定されている場合は、各円に2つのねじ穴が配置されます。例えば、16×19ピッチの2205には、16mmの円と19mmの円の円周に沿って均等に4つのM3サイズのねじ穴があります。ねじ軸の寸法は、シャフトの外径を表すISOねじインデックスによって示されます。

220X-240X:

16×19mmが最もよく使用される取り付けパターンですが、16×16もますます一般的になりつつあります。ねじ穴のサイズはM3です。ねじ軸の直径DはM5です。

推力重量比

推力はモーターを選ぶ際に考慮すべき重要な要素の一つです。モーターの推力は通常グラム単位で測定され、モーターとプロペラの回転速度によって変化します。マルチコプターが加速を開始するには、抗力と重力を克服するための推力が必要です。

例えば、ドローンの総重量が1kgの場合、クワッドコプターではモーター1台あたり2kg、つまり500gの推力（スロットル100%時）が必要です。また、レーシングドローンでは、推力重量比は通常のマルチローターよりもはるかに大きくなります。レーシングドローンでは、推力重量比は5:1が推奨されます。

クワッドがハイスロットル時に大量の電流を消費する場合、バッテリーの最大放電率で対応できる必要があります。また、バッテリーは最大限の飛行時間を確保し、すべてのコンポーネントに同時に電力を供給できる容量も必要です。

KV定格:

速度定数（kV）は、無負荷（プロペラなし）かつ1ボルトの定電流で、モーターが1分間に回転できる回転数を決定します。簡単に言えば、kVはモーターの回転速度を表します。モーターのkVは、ステーターの磁界強度とコイルの巻き数によって決まります。kVが低いモーターは、高負荷プロペラを効率的に駆動するのに最適です。高kVモーターは軽量プロペラに最適化されています。

例えば、1000KVモーターを選択し、12Vリポバッテリーを電源として使用する場合、合計回転数は1000*12=12000になります。モーターにプロペラを取り付けると、空気抵抗により回転数が低下します。KV値の高いモーターはプロペラの回転速度が速くなり、より多くの電流を引き出すことができます。そのため、KV値が低いモーターには大きなローターが使用され、KV値が高いモーターには小さくて軽いブレードが適している傾向があります。KV値の高いモーターに大型のプロペラを組み合わせると、より速く回転するためにより大きなトルクが必要になります。必要なトルクを生成すると同時に、より多くの電流を消費し、過剰な熱が発生します。この過熱はモーターを損傷させる可能性もあります。

効率と電流消費量:

モーター効率は通常、推力を100%スロットル時の出力（ワットあたりのグラム数（g/w））で割ることで計算されます。この数値が高いほど、モーターの効率は高くなります。

スロットルの上限だけでなく、全範囲にわたる効率を考慮することが重要です。モーターによっては、低回転域では効率的に動作しても、限界に達すると電流がどんどん高くなり、効率が低下する場合があります。

効率を測るもう一つの良い方法は、「グラム/アンペア」（ゲイン/電流）を使うことです。一般的に、発生する推力が大きければ大きいほど、その推力を生み出すために消費される電流も大きくなるため、推力が高く電流の少ないモーターが好まれます。効率の悪いモーターは、発生する推力が小さすぎたり、消費電流が大きすぎたりします。モーターはプロペラによって反応が異なるため、プロペラを慎重に選ぶことが、推力と効率のバランスをとる鍵となります。効率と電流はバッテリーの選択に影響します。電流が大きい効率的なモーターは、バッテリーを過剰に消費し、停電を引き起こす可能性があります。

選択ガイド表:

高度なモーター選択:

ほとんどのクワッドコプターのモーターの仕様は製造元によって言及されておらず、さらなるテストと分析を通じてのみ判明します。

• トルク
• 負荷
• 応答時間
• プロペラのサイズとプロペラのバランス
• 温度
• 振動とバランス
• 運動動作
• モータービルド材料