ドローン空撮［技術解説］　－　モーターを使い切るノウハウの公開

安価なブラシレスジンバルの出現により、マルチコプター空撮は成長期に入ると先日のページにて述べています。
その段階で、多くのユーザーを悩ませるのはモーター起因の振動。
ここではモーターの振動を低減するノウハウのひとつを公開します。

このページで、技術解説はNo72を迎えました。
マルチコプターに関する、様々な事柄を扱ってきましたが本格的にモーターに触れたことがありませんでした。
←事務所内に、過去にロット落ちしたモーター群が転がってました。
これを片付ける目的の一環として、モーター選別から振動対策の入り口。
過去のモーター振動対策の失敗例と、有効なノウハウを公開します。

全てはベンチからはじまる。

技術解説で、過去にモーターを中心としたページは一回のみです。
このページが該当します。
公開された日付けは2012年1月16日。
本格的に、マルチコプターの研究に入ったのがこの一ヶ月前です。
0 [Zero]がモーターベンチの重要性を強く認識していたことがこの事からもわかります。

このページには様々な技術レベルの方に有用な情報があります。
その中で、もっとも重要な情報は以下となります。

モーターの振動の研究にはベンチが必須。

重要なので、赤字で書きました。

モーターテストベンチどのような技術レベルでも、どのサイズのモーターを用いるとしても、全ての基本はベンチでのテストです。
マルチコプターに携わっている方の多くは簡単に制作可能なテストベンチに関する認識が低すぎます。
なお、ガソリンエンジンに関しても同様です。
実機搭載では最終段階。
基本はベンチでの振動観察です。

負荷が必要なら、この様なシーソー構造で、負荷も自由自在です。
モーターの、選別・バランス取り。
フレーム素材の選定や、共振ポイントの研究。
電費の研究や、フレーム減衰など、このベンチひとつで基礎研究の多くは出来ます。
実機でのフライト時間計測などは意味が薄いと0 [Zero]では考えています。

なお、この写真は1年半前の初期のベンチです。
最新型のベンチは社外秘となります。
当然の事ながら、ベンチも開発世代が進むことによって進化しています。
現在の0 [Zero]の技術なら、新製品のモーターの素性を1時間程度で見抜くことが可能になっています。

重要なので、もう一度。
ベンチが全てのスタートです。

全てのモーターに最上クラスの物を用意出来れば・・・
1.0kg程度の機体に樹脂ペラという、もっとも振動を呼び込む組み合わせでも、減衰機構は不要です。

振動が発生していなければ、ダンパーは不要になります。
※2.0kgクラス6モーターの2号機はこの時点でダンパーレス。(ガリレオの第1話収録にて使用)

アウターの選別

今回の選別は1年前に購入し放置されていたモーターです。
個数は12個。
FSD2835という、68gのモーターです。
0 [Zero]ではこれよりも一回り小さい2830が主力です。
そのFSD2830の国内在庫が無くなった際にテストとして購入していました。

モーターの選別方法に関しては・・・
申し訳ないのですが非公開となります。
写真でもわかると思いますがバランス取りなどはされていない状態です。
選別も何段階かで行うのですが購入直後の最初の選別結果の例としてご紹介します。

◆1段階目の選別結果
Aクラス＝1個
Bクラス＝1個
評価保留＝10個
・Sクラス(エース)
・Aクラス(機体の重要部分以外なら業務に投入)
・Bクラス(業務投入の限界)
・選別落ち

このロットはこの様な結果となりました。
この後に、バランス取りなどにより上級グレードに移行させます。
この時点でSクラスという評価が出来る物は宝です。
1回目選別でAクラスと評価されている物は最終的にはSクラスに出来る可能性大。
この時点で極端にバランスが崩れているなら、評価保留からAクラスが取れることもあります。
このページの下部にて過去の失敗例を公開していきますが0 [Zero]が取り組んだモーター選別は深いレベルに達しています。
この1回目の選別作業のみで、ロットの、「当たり」「ハズレ」は判定出来ます。
定期的に10個ほどのロットを購入。「当たり」ロットなら、集中的に購入が過去のスタイルです。

なお、このモーターは実売￥2,000程度。
もしも、全てAクラス以上として選別されているなら・・・
1個　￥20,000　なら購入します。
それも、50個、まとめて・・・
余裕があるなら、国内在庫の全て・・・
選別手間が無くなるなら、10倍の価格は問題無い範囲です。

このロットは仕事で使う事が無い事から、全て廃棄処分となります。
仮に、このアウターに、正規の調整を行ったなら・・・
Sクラス＝1個
Aクラス＝2個
Bクラス＝2個
廃棄＝7個

このくらいの成績になると予想します。
これでも、様々な研究から歩留まりは初期と比べると遙かに良くなっています。
初期なら、Sクラスは20個に1個取れれば良い方でした。

Sクラスモーター

←これがスペアとして用意されているFSD2830のSクラスモーターです。
これを機体の最重要のモーターとして用います。
「最重要」とは一般的に前方に位置するモーター。
ここの振動を減らす事が画質に直結します。

仕事を重ねると、様々な理由でモーターは消費されます。
Sクラスとなると、1日に1個制作出来れば良い方です。
何よりも困るのはロット全体の歩留まりが悪いときと、国内から在庫が消えたときです。
その様なときにモーターの社内在庫がなくなると・・・
あまり良い仕事が出来なくなります。

中級向け振動対策

この様な深いところを読まれる方は気がついていると思います。
ベアリングはプロペラバランスと同等に重要な要素です。
国産ベアリングに交換することは当然と言えます。

ベアリングその物も、ロットによる当たりとハズレが存在します。
そして、「○○○○」はとても重要です。
○○○○はひらがな。
つまり、ひらがなで四文字が入ります。
ベアリングの使い方をキチント勉強すると、そのひらがなは簡単にわかります。
そして、その着眼点から、手元のモーターをベンチにかけると・・・
新たな発見があると思います。

その、「○○○○」に気がついてとしても・・・
対策が今度は困ります。(ここで、この写真の意味が出てくる)
0 [Zero]では開発当初に「○○○○」対策の為に、50万円程度の研究費を投入しています。(下記の上級編の対策も含む)
その結果・・・「市販品の選別が結果として、もっとも安価」という答えに行き着きました。
選別済みのモーターを実売価格の10倍で買っても良いと言うのはこの経験から来ています。

上級向け振動対策

←これも、開発初期の研究のなごり。
段付きの特注シャフトです。

これは何を研究していたかと言うと・・・
シャフトの質量や材質が振動にどのような影響を与えるのか？
結論は、「効果はあるが他に優先順位が高い項目がある」でした。

さらに、同じメーカーのベアリングでも、振動しにくい「サイズ」がある事を発見。
使いたいモーターはそのベアリングが使えない。
それならば・・・
シャフトを専用に用意すれば良いか・・・という試作でした。
これ以外にも・・・
・ベアリングのサイズを変更する
・ベアリングの支持点を移動する
・トリプルベアリングにする
・ボールベアリングを使わない
・オイルを抜く
・オイルを交換する
などなど・・・
考えられる限りの、振動低減対策を試しています。

「市販モーターのAとBを比較する」などとい生ぬるい物ではありません。
その内部の、細かなところまで振動との因果関係を調べています。
振動対策のひとつとも言えるのですが「剛性は時と場合によっては抜く」事も必要です。
ガチガチに固めたフレームで振動が出ていても、特定の部分を、「抜く」と振動は嘘みたいに消えていきます。
フレームの取付ボルトに、複数の樹脂ネジを組み合わせているときは共振点を外す事を目的としてる事もあります。
「フレーム剛性は高くないとダメ」などという認識の方はベンチと向き合っていないと公表しているような物です。
色々言って、何もやってないと思われるのもシャクなので・・・
その具体的な例として、特注シャフトの写真を初めて公開しました。

ここから、上級コラムの本題と言えます。
なぜ、このタイミンクで、モーターの振動対策を紹介したのか？
それは、「2013年後半から、モーターの振動対策が注目されるから」です。
理由は安価なブラシレスジンバルにより、GoProなどを用いた機体が一般ユーザーを中心に流行るから。
そして、それらの機体はジンバルにより大きな揺れは無くなる物の、ローリングシャッター現象に悩まされる事になる・・・
このローリングシャッターはカーボンプロペラをつけると大幅に低減出来ます。
しかし・・・それでは折角の安全性が目減りする。
樹脂プロペラでも、このページを参考に振動対策を実施したモーターなら、ローリングシャッターは軽減できる。
安全な機体を世に増やす為に、ノウハウの一部を公開しています。

マルチコプター空撮は爆発的な普及期に入っています。
事故多発により、マルチコプター空撮のマイナスイメージが付くことは避けたいところ。
少しでも、多くのユーザーが安全を配慮したマルチコプターを楽しんで頂きたい。

何も公開してないじゃないか！！！
この様に言う人もいるかも知れません。ならば・・・
このページの四文字のひらがなは、「はめあい」です。
ここが適正で無いと、どんなに優秀なベアリングでも必ず振動が発生します。
強くても弱くてもダメ。
「中間ばめ」でないとベアリングは振動します。　【ノウハウ公開】
あくまで、適正値がベストです。
なお、「すきまばめ」にして、はめあい用の接着剤で試してもダメです。
「絞まりばめ」は論外。
また、過去には購入した100個のモーターが加工精度悪く全滅。（絞まりばめ）
それを旋盤で後加工して、良品を取るなどと言う事も体験しています。
ここまでやって行き着いたノウハウです。

ベアリング起因の振動ははめあいの精度が出ていないと必ず発生する。

マルチコプターによる超高層マンション眺望撮影、自粛のお願い

0 [Zero]からのお願いです。

マルチコプターは条件が揃うと暴走します。変電所付近での電波障害例
また、上空には60～120mの高さに、強風を伴う層が発生します。（強風層の上は安定していることが多い）
この層は地上風速2m/sなどの時に10m/s超えなどと言う事もあります。
この風がビルなどに当たることにより、局地的な上昇気流が発生します。
マルチコプターコントローラーには上昇気流に起因する浮力変動に対する転位という発想がありません。（解説）
地上では無風なのに、高度100mでハンチング後に墜落。
これは十分あり得ます。
余剰浮力と用いるプロペラの失速限界を極めれば・・・実は対抗可能です。
対抗は可能なのですが・・・可変ピッチである従来型ラジコンの方がこの用途には信頼性という面で優れています。
0 [Zero]としてはマンション眺望撮影専用機体を投入し、この分野にもマルチコプターを導入する計画を進めています。
しかし・・・低層案件(強風層の下)に限定。クアッドにより墜落範囲の限定。
この様な安全重視のコンセプト機体による限定的な参入です。

高層マンションの眺望撮影機が墜落すると、取り返しのつかない事となる可能性が高い。
この認識を持って下さい。
デジタル一眼レフを搭載し、フライト重量は6kg以上。
これが超高層マンションの眺望撮影に投入されるマルチコプターでしょうか？
用いられるのは都内の湾岸エリア。
風は南から吹いていることが多い。
つまり、暴走に入ると都心に向かって機体は進みます。（考えただけでも恐ろしい・・・）
上昇気流起因のハンチング後の墜落では公道に落ちる可能性も高くあります。
そして、落下速度は自由落下に準じます。
これは簡単に死傷者が発生する事故につながる事を意味します。
また、あってはならない事ですが・・・
建築を快く思っていない、周囲の物件から必要に妨害電波(非合法も含め)が出されると・・・

0 [Zero]はバルーン空撮をやっているから都合良く誘導しているのでは？と思われるかもしれません。
この認識に関しては全くの逆です。
マンション眺望撮影現場で、重大な人身事故が発生したなら・・・
今まで以上に、バルーン空撮の需要は高まります。
こちら（事故が発生）の方が0 [Zero]の売上げが伸びる方向に向かいます。
※現在でも画像加工の関係からキャパを超えています。
マルチコプターの主力業務でも、0 [Zero]の軽量機体のメリットが最大限に認知される事となります。
一時的に売り上げは落ちますが回復後は絶対の地位が約束されます。

重量級マルチコプターによる都心での墜落事故はマルチコプター関係者にマイナスの作用が働きます。
事故が発生する前に、真っ当なポリシーを国内に浸透させる必要があります。
現在、マルチコプターでマンション眺望撮影をされている方へ
今から、数年は稼ぎ時でしょう？
しかし、そのビジネスモデルは程なく崩壊します。
受注はネット経由で広告代理店。
パイロットと実施会社は外国。（表面的には国内と取れます）
事故の時は実施会社もパイロットも撤収。
当然ですが価格面では対抗出来ません。
価格縛りの案件の多くはこのタイプの会社に取られてしまいます。
あなたの、現在のビジネスモデルはこのタイミングで崩壊します。

繰り返します。
超高層マンションの眺望撮影は従来型ラジコンでお願いします。
撮るなとも言いませんし、あなたのフィールドを0 [Zero]が犯す気はありません。
あなたも含めて、全ての方を守る為に、マルチコプターでの超高層マンションの眺望撮影は自粛してください。
15階以下の一般的な高さなら、「アリ」だと認めます。
その場合も、ヘキサではなく、オクトでお願いします。
技術があるなら、0 [Zero]と同様に軽量(1.5kg以下)クアッドという選択がベストでしょう。

今現在では墜落リスクの高い、マルチコプター。
得に、ヘキサは使わないで欲しいというお願いでした。

◆2013年10月29日加筆：マンション眺望撮影のラジコン空撮を推奨しません
87)　マルチコプタージャマーについてに関しての情報を公開しました。
マルチコプタージャマーを用いる事により、マルチコプターを含むラジコン器機は、容易に暴走します。
反対運動なども多い、マンション建築現場でマルチコプタージャマーを用いられれば、最悪の事態も想定出来ます。
0 [Zero]では、開発を進めていたマンション眺望向けのマルチコプターの開発を無期限に凍結しました。
そして、他社様のマンション建築現場でのマルチコプター使用を控えて頂くようにお願いします。

公開日：2013/06/12
最終更新日：2013/10/29

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