スマートロック自作のためのサーボモータ選び

スマートフォンで操作できる錠を自作するにあたり、最も重要なパーツとなるサーボモータの選定について学習したことをまとめておきます。

サーボモータ選定の3大ポイント

モータを選ぶ際の重要な指標は以下の3点です：

1. トルク（回転力）
2. 動作速度
3. 動作角度

トルクについて詳しく解説

単位の理解

トルクの単位には主に「kgf・cm」（キログラムフォース・センチメートル）と「N・m」（ニュートン・メートル）が使われます。

例えば、1.5kgf・cmのトルクは、モータの回転軸から1cm離れた位置で1.5kgの重さに相当する力を発生できることを意味します。

重要な用語の整理

• kgf（キログラム力）: 1kgの質量に地球の重力加速度（約9.807 m/s²）が作用したときに生じる力
• kg（キログラム）: 純粋な質量の単位
• ストールトルク: モータが完全に停止した状態での最大トルク（カタログ値）
• 定格トルク: 継続的に使用可能なトルク（一般的にストールトルクの約40%）

動作速度の理解

サーボモータの動作速度は、60度回転するのに要する時間（秒）で表現されます。これは「秒/60°」という形式で記載されることが一般的です。

動作角度の重要性

動作角度はサーボモータの最大回転範囲を示します。用途に応じて必要な角度が変わってくるため、余裕を持った選定が重要です。

実際に購入したサーボモータのスペック分析

主要スペック

• ストールトルク:
  • 4.8V時: 2.0±0.20kg・cm
  • 6.0V時: 2.2±0.20kg・cm
• 動作速度（無負荷時）:
  • 4.8V時: 0.09±0.01秒/60°
  • 6.0V時: 0.08±0.01秒/60°
• 動作角度: 200°±1°

スペック評価

1. トルク面: 定格トルクは約0.8kg・cm（ストールトルクの40%）となり、鍵の操作に十分な力を確保
2. 速度面: 90度の回転に約0.15秒という高速性能。実用上は問題なし
3. 角度面: 目標の180°を上回る200°の動作範囲を確保

まとめ

選定したサーボモータは、スマートロックの要件を十分に満たすスペックを持っています。特に動作角度に余裕があるため、様々な鍵のタイプに対応できる柔軟性を確保できました。