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ESC(Electronic Speed Controller) Skywalkerシリーズの説明書翻訳

ESCとSkywalkerとは

ESCとは、主にドローンなどで使うブラシレスモータの制御を行う電子デバイスで、
SkywalkerとはHobbywing社によるドローン用ESCのシリーズです。

ESCはクアッドコプター的ドローン専用のものと言うわけではなく、固定翼機などに使われることが前提で、それをクアッドコプター的ドローンにも利用している、という感じです。そのため

  • BEC(詳細は後述)が一つのESC毎についています。(クアッドコプターでもフライトコントローラ等は1つしか無いのでBECも1つで十分なところに、ESCにBECがあると、4つESCがあり、BECも4つあり、なんでだろう?と思っていました。)
  • プロポというコントローラ前提で色々書かれています。throttleという言葉が要所要所に出てきますが、このプロポのレバーのことを指します

参考:
プロポ 6K

この記事は

ドローンを自分で組み立てて見るべくESCを入手したのですが、
説明書に色々書いてあって理解するのに手間取ったので、せっかくならとQiitaに記録してみたものです。

↓これについての解説です。
説明書とESC(HW-BQ8006)
esc.jpg

前文

謝辞と、モータは危険なので自己責任で、といったことが書かれています。

Specification

一部抜粋して記載します

Model Cont. Current Burst Current(≦10s) BEC Mode BEC Output BEC Output Capability 2SLipo BEC Output Capability 3SLipo Battely Cell(Lipo) Weight Size
6A 6A 8A Liner 5V/0.8A 3servos - 2S 5.5g 32*12*4.5
20A 20A 25A Liner 5V/2A 5servos 4servos 2-3S 19g 42*25*8
40A-UBEC 40A 55A SWITCH 5V/5A 5servos 5servos 2-4S 43g 65*25*12
60A-OPTO 60A 80A N/A N/A - - 2-6S 60g 86*38*12

各項目の意味

項目 意味
Model シリーズ名
Cont. Current Continuous Current:ESCが通常供給する電流量
Burst Current(≦10s) ESCが一時的に供給できるバースト電流量
補足:BECとは Battery Eliminator Circuitry: バッテリーからの電力をレシーバーやサーボ、フライトコントローラなどに供給する機構です。BECではバッテリーの電圧(2SのLipoで7.4V、12Sで44.4V)を通常5Vまで降圧して供給します。
BEC Mode BECに対応しているかと、降圧の方式(Linear or Switch)。Linearは余分な電圧を抵抗などで熱に変える方式、Switchは通過する電流を高速にON/OFFする方式。Linearの方が安価だが、BECの方が熱問題が少なく電力ロスも少ない。大電圧を降圧する際Linearだと放熱が大きすぎてNG
BEC Output BECとして供給する電圧と最大電流
BEC Output Capaability 2SLipo※ 2SのLipoを用いた際にサーボをいくつ動かせるか
BEC Output Capaability 3SLipo※ 3SのLipoを用いた際にサーボをいくつ動かせるか
Battely Cell(Lipo) ESCが必要とするLipoのセル数
Weight ESCの重さ
Size ESCの大きさ(mm)

※LipoのS(セル数)が多く入力電圧が高い方が多くのサーボを扱えそうに思うが、ESCの降圧の処理能力が余計に必要になるため逆に少なくなる

参考
What is burst currenrt?
Linear BEC’s versus Switching BEC’s

Programabble Items(設定可能な項目。太字がデフォルト)

1. Brake Setting

指示信号が止めてもモーターはしばらく慣性に従って回り続けます。
これをすぐに止まるようにするかどうかの設定です。

  • デフォルトはDisabled(すぐに止まりません)
  • クアッドコプター型ドローンではDisabledでよいです。
  • 飛行機型ドローンなどプロペラが垂直に取り付けられている場合、着陸時に回転してプロペラが地面に当たると問題になる場合などに使うようです

参考:
ESC brake setting
ESC Brake - what it is, why to use it, how to activate it

2. Battery Type

Lipoバッテリーをつないでいるか、NiMH(ニッケル水素電池)をつないでいるかの設定です。

  • デフォルトはLipo

3.Low Voltage Protection Mode(Cut-Off Mode)

バッテリーは、放電しすぎると性能劣化するため、ESCには一定の電圧以下になったら利用を止める機能があります。
そのカットオフの仕方に2方式があります。

  • Soft Cut-Offモード:徐々に出力を弱めます
  • Cut-Offモード:カットオフ電圧になったら即座に出力を止めます
  • デフォルトはSoft Cut-Offです

参考:
ここまで進化を果たした!最新ESCの機能紹介!

4.Low Voltage Protection Threshold

上記3.Low Voltage Protection Modeのしきい値となる電圧の設定です。
(Lipoの場合とNiMHの場合の設定値がありますが、ここではLipoについてのみ)

Lipoはセル数1つあたりの基準となる電圧は3.7V(満充電で4.2Vぐらい)、2つの場合7.4V、3つで11.1Vとなります。
ECSは自動でセル数を割り出し、現在の電圧から1セルあたりの電圧を算出します。
以下は、その1セルあたりの電圧に対してのしきい値です。
- Low: 2.85V
- Medium: 3.15V
- High: 3.3V
- デフォルトはMediumです。
- Lowの方が飛行時間は長くなりますが、バッテリーの持ちは悪くなります。

5.Startup Mode

入力信号が入ってからフル回転になるまでの時間。
固定翼タイプの場合は即起動が良いが、ヘリコプタータイプの場合はゆっくり起動したほうが良いらしい。

  • Normal: 300ms
  • Soft: 1.5s
  • High: 3s
  • デフォルトはNormal
  • SoftやHighモードでも最後に止めたときから3s以内ならNormalになる。(飛行中はすぐに回転再開する必要があるので)

6.Timing

日本語で進角と呼ばれるものの設定です。
モーターを高効率で回転させるための調整項目です。詳細はややこしいので参考先のサイトなどを見てください。

  • Low: 3.75°
  • Medium: 15°
  • High: 26.25°
  • デフォルトはLow
  • Lowであればたいていのモータに適用できる。高出力のモータの場合Highを設定すると良さそう。

参考:
ラジコン用ブラシレスモーター基礎
進角の解説
3相全波ブラシレスモータの駆動:進角制御
DCモーターの性能線図を理解して高効率駆動について考えてみよう

初めて使う場合(Begin To Use New ESC)

(トランスミッタ毎に挙動が異なるので、トランスミッタを変えたら必ず以下の設定が必要)

スロットルのキャリブレーション

Throttle range setting(Throttle range should be reset whenever a new transmitter is being used)

1.トランスミッタの電源を入れて、スロットルを一番上に上げます。
→最大出力時のキャリブレーション

Switch on the transmitter, move throttle stick to the top position

2.ESCにバッテリーをつないで2秒待ちます

Connect battery pack to the ESC, and wait for about 2 seconds

3.ビービーと鳴ったら最大時のキャリブレーション完了です。

The "Beep-Beep-" tone should be emitted, means the top point of throttle range has been confirmed

4.スロットルを一番下に下げると、現在のバッテリーのセル数(推定値)の回数ビーなります。

Move throttle stick to the bottom position, several "beep-" tones should be emitted to present the amount of battery cells

5.長くビーーとなると最低出力時のキャリブレーションが完了です。

A long "Beep-" tone should be emitted, means the lowest point of throttle range has been correctly confirmed

基本の起動手順

Normal startup procedure

1.スロットルを一番下に下げ、トランスミッタの電源を入れます

Move throttle stick to bottom position and then switch on transmitter.

2.バッテリーをESCにつなぎます。 "♪ 123" といった感じの特別な音がなります。

Connect battery pack to ESC, special tone like "♪ 123" means power supply is OK

3.リチウムバッテリーのセル数の回数、ビーとなります。

Several "beep-" tones should be emitted to present the amount of lithium battery cells

4.自己テストが完了するとビーーと長くなります

When self-test is finished, a long "beep---" tone should be emitted

5.スロットルを動かして飛ばします

Move throttle stick upwards to go flying

保護機構

Protection Function

1.起動時障害からの保護

Start up failure protection

(Google翻訳)
モーターがスロットル操作の2秒以内に起動しない場合、ESCは出力電力を遮断します。 この場合、モーターを再起動するには、スロットルスティックを再度下に移動する必要があります。 (このような状況は、次の場合に発生します:ESCとモーター間の接続が信頼できない、モーターのプロペラがブロックされている、ギアボックスが破損しているなど)

If the motor fails to start within 2 seconds of throttle application, the ESC will cut-off the output power. In this case, the throttle stick MUST be moved to the bottom again to restart the motor. (Such a situation happens tin the following cases: The connection between ESC and motor is not reliable, the propeller on the motor is blocked, the gearbox is damaged, etc.)

2.オーバーヒートからの保護

Over-heat protection

(Google翻訳)
ESCの温度が約摂氏110度を超えると、ESCは出力電力を低下させます。

When the temperature of the ESC is over about 110 Celsius degrees, the ESC will reduce the output power.

3.スロットル信号からの保護

Throttle signal protection

(Google翻訳)
ESCは、スロットルが1秒間失われた場合に出力電力を削減します。さらに2秒間失われると、出力が完全に遮断されます。

The ESC will reduce the output power if throttle is lost for 1 second, further loss for 2 seconds will cause the output to be cut-off completely.

トラブルシューティング

問題 考えられる原因 対応
電源オンのあと、モーターが動かず、なんの音もしない バッテリーとESCが接続できていない 電源接続の確認やコネクターを交換。
電源オンのあと、モータが動かず、以下の様なアラート音が鳴る:"ビービー","ビービー","ビービー"と鳴り、各"ビービー"音の間は1秒ぐらい 入力電圧が異常 バッテリーの電圧を確認
電源オンのあと、モータが動かず、以下の様なアラート音が鳴る:"ビー","ビー","ビー"と鳴り、各"ビー"音の間は2秒ぐらい スロットルの信号が不規則 レシーバーとトランスミッタの確認や、スロットルのケーブルの確認
電源オンのあと、モータが動かず、以下の様なアラート音が鳴る:"ビー","ビー","ビー"と鳴り、各"ビー"音の間は0.25秒ぐらい スロットル位置が一番下に鳴っていない スロットルを一番下に下げる
電源オンのあと、モータが動かず、ビービーと鳴ったあと2秒ぐらいで"♪ 56712"といった感じの音がなる スロットルチャンネル方向が逆になっていて、ESCがプログラムモードになっている スロットルチャンネルの方向を正しくセットします
モーターが逆方向に回転する モーターとESCの接続を変更する必要がある ESCとモータ間の接続線(3つ)のいずれか2つを入れ替える

トランスミッタを用いたESCのパラメータ設定

Program the ESC with your transmitter(4 Step)

1.プロブラムモードへの移行

Enter program mode

1.throttleを一番上にした状態でESCをバッテリーにつなぎます
2.モーターがビービーと鳴るまで2秒ほど待ちます
3.更に5秒街、 "♪56712"といった感じの音がなるまで待ちます。
→設定モードになります

2.設定項目の選択

Select Programmable items

以下の順序で音が鳴るので、鳴ってから3秒以内にthrottleを下に下げて選択します。

  1. "ビー"(1回) : Brake
  2. "ビービー"(2回) : Battery type
  3. "ビービービー"(3回) : Cutoff mode
  4. "ビービービービー"(4回) : Cutoff threshold
  5. "ビーーー"(長め1回) : Startup mode
  6. "ビーーービー"(長め1回短め1回) :Timing
  7. "ビーーービービー"(長め1回短め2回) :全てをデフォルトにする
  8. "ビーーービーーー"(長め2回) :終了

(長めのビーーーは短いビーの5回分ぐらいの時間)

3.値の設定

Set item's value(Programmable value)

(Google翻訳)
いくつかのトーンがループして聞こえます。 音が聞こえたらスロットルスティックを上に動かして、音色に合わせた値を設定すると、「♪1515」という特別な音が鳴り、値が設定されて保存されます。 (スロットルスティックを上にしておくと、手順2に戻り、他の項目を選択できます。または、スティックを2秒以内に下に移動すると、プログラムモードが直接終了します)

You will hear several tones in loop. Set the value matching to a tone by moving throttle stick to top when you hear the tone, then a special tone "♪1515" emits, means the value is set and saved. (Keeping the throttle stick at top, you will go back to Step 2 and you can select other items; or moving the stick to bottom within 2 seconds will exit program mode directly)

ビーと短く1回 ビービーと短く2回 ビービービーと短く3回
Brake Off On -
Battery type Lipo NiMH -
Cutoff mode Soft-Cut Cut-Off -
Cutoff threshold Low Medium High
Start mode Normal Soft Super soft
Timing Low Medium High

4.プログラムモードからの脱出

Exit program mode

設定モードを抜け出す方法は2つあります。

  1. ↑の3.Set item's value(Programmable value)の "♪1515"という特別な音のあと2秒以内に、throttleを下に下げる
  2. ↑の2.Select Programmable itemsの"ビーーービーーー"と長め2回のあと3秒以内にthrottleを下に下げる
sakaeda11
オールラウンダーです。 ・チームビルディング(採用、教育、スクラムマスター) ・プロダクトマネジメント ・インフラ設計&構築 ・システム設計、アーキテクチャ設計 ・CI/CD環境設計&構築 ・UI設計/仕様調整 ・データベース設計 ・サーバサイドプログラマー(Scala, PHP) ・フロントエンドプログラマー(Angular) ・SEO対策(少々) ・データアナライズ
aptpod
"日本のIoT、M2Mを牽引するテクノロジーカンパニーです。⾃動⾞やロボット・産業機械などから短周期に発生する制御・センサーデータをモバイル・インターネット網を介し、⾼速・大容量且つ安定的に、そして双方向に伝送し、回収データの可視化・解析や遠隔制御を実現するプロダクト開発を行っています。"
https://www.aptpod.co.jp/
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