目次 ;
電流I, 電圧V and 回転数rpm の簡単な関係;
モーター性能表の見方 ;
二種類のロスパワー；
終わりに；
定常回転時のモーターはとても簡単な性質を持っています。 すなわち、電流I、電圧V、回転数rpmの内、二つを決めると、残り一つが自動的に 決まります。例えば、あるモーターにバッテリーつなぐと電圧が決まります。 そうしてモーターが回転し始めると電流が流れます。やがて、 回転数が一定に落ち着くと、電流値と回転数が同時に決まります。 この時の、電流I、電圧V、回転数rpmの関係が次節に示すモーター性能表となります。 なお、回転数の代わりに出力パワーが決まると考えてもかまいません。 一方、入力パワーはI*Vで与えられます。とても簡単ですね。
ここで言うロスパワーとは入力パワーと出力パワーの差です。 ロスパワーのほとんどは熱となり モーターを加熱し、最悪はオーバーヒートでモーターを壊します。したがって、 ロスパワーを許容範囲(モーターや使用状態に依る)内に抑えて使う事が重要です。
典型的な性能表を以下に示します。 この表はモーター定数 Rm, Io and KVから計算されます。 モーター定数 Rm はコイルの抵抗値、 Io は無負荷電流（プロペラを付けない状態の電流）です。 KVは無負荷のモーターに電圧1.0Vを印加した時の回転数です。 これら定数は個々のモーター固有のものであり、ハッカー社やアビオックス社など は公表しています (ハッカーについてはここ) 。また、この性能表の計算方法は (Lecture note) に解説しました。あなたが表計算ソフトを持っていれば、この性能表を簡単に 計算できます。
この性能表では、水平方向に電圧変化、垂直方向に電流変化を示しています。 つまり、モーターに加える電流、電圧を決めると、この表より、 出力や回転数、ロスパワー、効率などが分かります。
表中の回転数はギア比17.965:1の場合のプロペラ（またはメインローター） の回転数です。モーター軸の回転数は17.965倍してください。 ギア比が違う場合は自分で換算してください。
How to read the data in table. Input power Output power Efficiency rate Loss power The prop (rotor) rpm (related to the gear ratio)
Hacker B40-10L (old version, until 2000/9)
Rm=0.018 Io=1.910 Gear ratio=17.965:1
6.000 7.200 8.400 9.600 10.800 12.000 V
30.000 36.000 42.000 48.000 54.000 60.000 I=5.0 A
18.265 21.973 25.681 29.389 33.097 36.805
60.883 61.036 61.145 61.227 61.291 61.342
11.735 14.027 16.319 18.611 20.903 23.195
1085.804 1306.234 1526.665 1747.096 1967.526 2187.957
54.000 64.800 75.600 86.400 97.200 108.000 9.000
41.404 49.912 58.420 66.928 75.436 83.944
76.674 77.025 77.275 77.463 77.609 77.726
12.596 14.888 17.180 19.472 21.764 24.056
1072.725 1293.156 1513.586 1734.017 1954.447 2174.878
78.000 93.600 109.200 124.800 140.400 156.000 13.000
63.974 77.282 90.590 103.898 117.206 130.514
82.018 82.566 82.958 83.251 83.480 83.663
14.026 16.318 18.610 20.902 23.194 25.486
1059.646 1280.077 1500.507 1720.938 1941.369 2161.799
102.000 122.400 142.800 163.200 183.600 204.000 17.000
85.974 104.082 122.190 140.298 158.406 176.514
84.288 85.034 85.567 85.967 86.278 86.526
16.026 18.318 20.610 22.902 25.194 27.486
1046.567 1266.998 1487.428 1707.859 1928.290 2148.720
126.000 151.200 176.400 201.600 226.800 252.000 21.000
107.404 130.312 153.220 176.128 199.036 221.944
85.241 86.185 86.859 87.365 87.758 88.073
18.596 20.888 23.180 25.472 27.764 30.056
1033.489 1253.919 1474.349 1694.780 1915.211 2135.641
150.000 180.000 210.000 240.000 270.000 300.000 25.000
128.265 155.973 183.681 211.389 239.097 266.805
85.510** 86.652 87.467 88.079 88.554 88.935
21.735 24.027 26.319 28.611 30.903 33.195
1020.410 1240.840 1461.271 1681.701 1902.132 2122.562
174.000 208.800 243.600 278.400 313.200 348.000 29.000
148.556 181.064 213.572 246.080 278.588 311.096
85.377 86.717** 87.673** 88.391 88.949 89.395
25.444 27.736 30.028 32.320 34.612 36.904
1007.331 1227.761 1448.192 1668.622 1889.053 2109.483
198.000 237.600 277.200 316.800 356.400 396.000 33.000
168.278 205.586 242.894 280.202 317.510 354.818
84.989 86.526 87.624 88.448** 89.088** 89.600
29.722 32.014 34.306 36.598 38.890 41.182
994.252 1214.682 1435.113 1655.543 1875.974 2096.405
222.000 266.400 310.800 355.200 399.600 444.000 37.000
187.430 229.538 271.646 313.754 355.862 397.970
84.428 86.163 87.402 88.332 89.054 89.633**
34.570 36.862 39.154 41.446 43.738 46.030
981.173 1201.604 1422.034 1642.465 1862.895 2083.326
246.000 295.200 344.400 393.600 442.800 492.000 41.000
206.012 252.920 299.828 346.736 393.644 440.552
83.745 85.678 87.058 88.094 88.899 89.543
39.988 42.280 44.572 46.864 49.156 51.448
968.094 1188.525 1408.955 1629.386 1849.816 2070.247
270.000 324.000 378.000 432.000 486.000 540.000 45.000
224.025 275.733 327.441 379.149 430.857 482.565
82.972 85.103 86.625 87.766 88.654 89.364
45.975 48.267 50.559 52.851 55.143 57.435
955.015 1175.446 1395.876 1616.307 1836.738 2057.168
294.000 352.800 411.600 470.400 529.200 588.000 49.000
241.468 297.976 354.484 410.992 467.500 524.008
82.132 84.460 86.123 87.371 88.341 89.117
52.532 54.824 57.116 59.408 61.700 63.992
941.936 1162.367 1382.797 1603.228 1823.659 2044.089
------ 最大効率点について モーターを最大効率点で使うのが そのモーターにとってベストです。 各電圧に対する最大効率点にマーク'**'を付けました。
でも、そこでロスがどのくらい大きいかがもっと重要です。 例えば、8.4Vの最大効率点は 29Aで達成されています。 そこでロスは 30Wですね。半田こての感覚で言うと、 数分でアッチッチです。オーバーヒートするとモーターつぶれます。 特に、放熱効率の悪いモーターは注意！
なお、傾向として、でかいモーターは効率が高くて、熱容量も大きいので 焼け(オーバーヒートし)にくいです。また、小さいモーターであっても短時間なら 高出力OKです。 ですから、モーターがどのくらいのロスに耐えられるかは、 個々のモーターや運転時間等の使用条件に依ります。 一つの目安を(lifetime of motor の「まとめ」) に示しました。
参考までに言うと、アクロバッティックなヘリや静止推力重視なスタント飛行機(例えば、 TOCスタイル)の場合、出力限界に対するモーターサイズの目安は、 7cellsだと Hacker B40-xxS(110g)か B40-xxL(150g)、8cellsだと B40-xxL かB50-xxS(200g)、 10cellsならば B50-xxS かB50-xxL(250g) だと思います。 ここで、その xx はコイルターン数であり、各モーターの性能表を元にして、 用途(何セルで出力いくら？)に応じた最適ターン数を選ばないといけません。
------- バッテリーの電圧降下
8cells バッテリーは いつも9.6Vとは限りません。 電流を取り出すと、バッテリーの内部抵抗のため電圧降下します。 一般的には、8cells(=9.6V?)で8.4V（ 20-30A時）くらいになりますが、 バッテリーが古いともっと低下します。また、いわゆるザップドした高価な バッテリーだともっと高電圧を維持できます。
------- ですから例えば、
このモーターを 8cells時の最大効率点で使うには、 上表によれば、バッテリーの電圧降下を考えて、大体8.4Vで29A流せばよい事になります。 その時、入力は8.4*29=243Wとなっています （540クラスへりの場合、このワッテージは十分に高出力です）。 なお、ここで具体的にやるべき事は、「モーターに8cellsをつないでおいて、 負荷（ギア比やぺらサイズ、メインローターピッチ）を調節して、 29Aになるようにします」。上表によれば、その時、このモーターは 1448rpmでロス30Wで回転しているはずです。
なお、負荷が大きい場合は電流が29Aより大きくなるし、 負荷が小さい場合は電流が29Aより低くなります。 それらの場合に回転数やロスがどうなるかも上表で読み取れます。 そうやって、その時のロスが十分に低ければOKです。
----- モーターに関するいくつかの基本性質
モーターにバッテリーつないでプロペラ無し（無負荷）で回すと、
その時の回転数はその電圧に比例します。この比例係数をKVと言います。KV値はギア比を計算する時、役に立ちます。
一方、プロペラ付けると、その回転数は負荷に応じて低下します。
その時、電流や入力は増えます（当たり前）。例えば、極端に大きいぺら付けると、
モーターはトルク不足のため回転できなくなります。この時、入力パワーは最大で、
出力パワーは(回転しないから)0です。ゆえに効率0% ！！ すぐにモーターが
熱くなる危険状態です。
この様な性質はすべて以下の性能表に盛り込まれています。 ただし、極端な高入力や低入力の領域は示されていません。
------- その１、モーター内部で生じるロス
上表に示したロスパワーは入力パワーと出力パワーの差です。 このロスはモーター内部で発生するものです。 そのほとんどは熱となりモーターを加熱します。 また、効率は(出力パワー)/(入力パワー)*100 (%)から計算されます。
------- その２、モーター以外で生じるロス
以上の様に、純粋にモーター性能だけ考えている時は、 機体（駆動ユニット）やプロペラ、 メインローターの空力効果によって生じるロスは 「モーター出力」の中に含まれます。つまり、 それら「モーター以外で生じるロスパワー」と「正味の推進パワー」 の和が「モーターの出力パワー」となります（下図）。
ロスは二段階で発生する。
モーターそのものに関する解説は以上ですべてです。 ここまで理解したあなたは、そのモーターの性能表があれば、 そのモーターがどのくらいの出力や回転数、ロスを発生するのか、 すべて御見通しですね。 ところが、やっかいな事に、実際にそのモーターを機体へ積んだ時に 飛びがどうなるかは、さらに他の議論が必要です。
ここから先の議論は個々の機体に依存した話になるので、 あなたのへりであなたのメインローター付けて、どうなるかは、その条件で ある程度やってみないと分かりません。ただし、一旦、 一つのモーターでどうなるかが分かってしまうと、 他のモーターをその機体に搭載した時にどうなるかは、それらのモーターの性能表の 比較により予想できます。
ヘリに関するこれ以後の解説は (Lecture note) をどうぞ。そこでは、EP Concept SRを具体例として、メインローターのピッチ変化に対するモーター運転状態の変化を解説しています。
また、飛行機、グライダーのプロペラ選定に関しては、 (Selection of motor and prop.) をどうぞ。