Outrunner BLDC（ブラシレスDC）モーターは、高いトルク対重量比と効率性により、ドローン、RC航空機、ホビーロボット、電動自転車などで広く使用されています。BLDCモーターを使用するあらゆるシステムにおいて重要なコンポーネントとなるのが、電子速度コントローラー（ESC）です。ESCは、制御信号（PWMやその他のプロトコルなど）とモーターに供給される電力との間のインターフェースです。

適切なESCを選択するには、ESCの動作原理、サポートされる制御方式（PWM vs FOC）、電圧と電流の定格、テレメトリ、冷却、ファームウェアなどのその他の機能を理解する必要があります。このガイドでは、以下の内容について説明します。

  • ESCの動作原理
  • 制御方式：PWM vs FOC
  • 電圧に関する考慮事項
  • 電流定格と連続電流 vs ピーク電流
  • 効率と熱管理
  • 追加機能
  • 選択チェックリストと比較表
  • ESCとモーターの組み合わせ例
  • まとめと推奨事項

アウトランナーBLDCモーター用ESC選択ガイド

ESCの操作：基本

ESCは、低電圧の制御入力（フライトコントローラーからのPWMなど）を受け取り、高電圧のDC電圧を特定のシーケンスでBLDCモーターの三相巻線に切り替えて回転させます。これには以下の手順が含まれます。

  • 高速MOSFETスイッチングによる相駆動
  • どの相に電力を供給するかを決定する整流ロジック
  • 位置フィードバックのためのセンシング（逆起電力またはセンサー）
  • 過電圧、過電流、低電圧遮断（LVC）保護回路

主な指標:

  • 定格電圧 (V): ESCが処理できる最大バッテリー電圧
  • 連続電流 (A): ESCが無期限に供給できる電流（冷却によって制限されます）
  • バースト電流 (A): 短時間の高電流出力（例: 10秒）
  • 制御方式: PWM（6段階）またはFOC（フィールド指向制御）
  • ファームウェア: 例: BLHeli、KISS、VESC、専用FOCファームウェア

制御方法: PWM vs FOC

PWM / 「6段階」制御

従来の方式 – ESCは6段階整流でモーターを駆動します。

よりシンプルで計算負荷は少ないですが、以下の欠点があります。

  • ステップ状の波形を生成するため、リップルとトルクリップルが増加します。
  • 最適な電流ベクトル制御が行われないため、効率が若干低下し、ノイズが増加します。

FOC（ベクトル制御）

リアルタイムのローター／ステータの磁界方向に基づいてモータを駆動するベクトル制御を実現します。

特長：

  • 極めてスムーズなトルクと回転。
  • 電気ノイズが少なく、モーターの発熱も抑えられます。
  • 特に低回転時および部分負荷時において、高い効率を実現します。

より高い処理能力と、場合によっては電流および電圧の検知 (VESC ベースの ESC など) が必要になります。

比較表

特徴 PWM（6ステップ） FOC（フィールド指向制御）
コミュテーション 6ステップ ベクトル制御（正弦波）
スムーズさ 中程度；トルクリップルあり 非常にスムーズ、トルクリップル最小
効率 良好だが低回転では低下 幅広い回転数範囲で優秀
騒音（可聴域） 高め（ブーン音） より静か
複雑さ／コスト 低い 高い（高性能マイコン・センサーが必要）
ファームウェア例 BLHeli, KISS（非FOC） VESC, BLHeli_S（FOC）, カスタムFOC

 

電圧に関する考慮事項

ESCの電圧定格は、バッテリーとモーターの電圧要件と一致する必要があります。

  • 一般的なESCの定格：2S～6S LiPo（7.4 V～22.2 V）、または電動自転車/ホビーグレード：24 V、36 V、48 Vなど。
  • マージンが重要です。電圧スパイクやオーバーシュートに対応するため、公称バッテリー電圧よりわずかに高い定格のESCを選択してください。

電圧 – バッテリーの例

応用分野 バッテリータイプ 公称電圧 ESC電圧定格
ミニドローン 3S LiPo 約11.1 V 3S–4S (12 V–16.8 V)
FPVレーシングドローン 4S LiPo 約14.8 V 4S–5S (16.8 V–21 V)
Eバイク／スクーター リチウムイオンパック 約36 V 36 V–48 V
大型Eローバー リチウムイオンパック 約48 V 48 V–60 V

 

ESC の最大電圧定格が負荷時のピーク電圧（完全に充電された LiPo ではセルあたり約 4.2 V）を超えていることを常に確認してください。

電流定格 連続電流とバースト電流

電流定格：連続電流 vs. バースト電流

電流定格の選択はおそらく最も重要な部分です。

  • 連続電流：ESCが無期限に処理できる最大電流（通常は適切な冷却を行なった場合）。
  • バースト電流：短時間定格（例：5～10秒）。

必ずESCの定格と、ご使用のモーターの動作条件における予想電流消費量を比較してください。

モーター電流データの例

アウトランナーBLDCモーターの測定電流消費量が以下の通りであると仮定します。

負荷条件 電圧 電流消費
アイドル（無負荷） 12 V 0.5 A
ホバリング／軽負荷 12 V 10 A
最大スロットル／重負荷 12 V 20 A
ストール 12 V 25 A

 

この場合、ESC は次のことを行う必要があります。

  • 少なくとも20Aの連続電流に耐える
  • 安全と起動のために25Aのバースト電流に耐える

ESC電流定格表（モデル例）

ESCモデル 電圧（S LiPo） 連続電流 バースト電流 制御方式
ESC-A（低価格） 2–4 S 20 A 25 A（5秒） PWM
ESC-B（中価格帯） 3–6 S 30 A 40 A（10秒） PWM / FOC
ESC-C（高性能） 4–6 S 40 A 60 A（10秒） FOCのみ
ESC-D（Eバイク用） 10S（約36 V） 100 A 150 A（10秒） FOC

効率と熱管理

熱はESCにとって最大の敵です。効率と冷却戦略は、パフォーマンスと寿命に大きく影響します。

効率の違い：FOC ESCは、部分負荷時に約2～5%高い効率で動作することがよくあります。20A（240W）の12Vシステムでは、5%の効率向上は12Wの発熱削減に相当します。

冷却方法：

  • パッシブ：アルミニウムヒートシンク、エアフロー
  • アクティブ：内蔵または追加ファン
  • 液冷：高出力設備向け
ESCタイプ 冷却方式 典型的な温度上昇 コメント
低価格PWM ESC パッシブフィン＋気流 +30 °C 外部の送風が必要な場合あり
中価格FOC ESC フィン＋小型ファン +20 °C 高負荷時の性能がより良い
高性能FOC ESC 大型フィン＋ファン +10 °C サーマルスロットリングはほとんど発生しない

 

考慮すべき追加機能

テレメトリサポート – 回転数、電流、電圧、温度をフライトコントローラーに報告できます。

BEC（バッテリーエリミネーター回路） – 無線機/受信機に電源を供給するための5V/6Vレギュレータを内蔵しています。

定格電流：例：2A、3A

プログラミング機能 – USBリンク、Bluetooth、または専用のカーソルポットインターフェース経由。

ブレーキサポート – 電動自転車やロボット工学に役立ちます。

起動モード – ソフトスタート、アクティブブレーキ、ブレーキゼロ、モータータイミング調整。

ファームウェアサポート：

  • BLHeli：マルチロータードローンで一般的で、通常はPWMとFOCの両方のバリエーションをサポートしています。
  • VESCファームウェア：電動スケート、ロボット工学、高度なFOCチューニングで広く使用されています。

ESC 選択チェックリストと比較

ESC 選択チェックリスト

  • 電圧互換性：ESCの最大電圧 > バッテリーのピーク電圧
  • 電流容量：連続 ≥ 定常電流、バースト ≥ 起動/失速およびピークスパイク
  • 制御方法：コスト重視の場合はPWM、効率、ノイズ、滑らかさ重視の場合はFOC
  • 冷却ソリューション：モーター負荷プロファイルに合わせた熱経路のヒューズ
  • 必要な機能：テレメトリ、BEC、プログラミング、ブレーキ、起動時のハンドリング
  • フォームファクタと重量：ドローンやモバイルプラットフォームにとって重要
  • ファームウェアとコミュニティサポート：チューニング、アップデート、ドキュメントの提供

サンプル比較表

ESCモデル 電圧 連続電流 バースト電流 制御方式 冷却方式 テレメトリー BEC 備考
ESC-A 2–4 S 20 A 25 A PWM パッシブフィン なし 5 V/2 A 低価格ドローン用ESC
ESC-B 3–6 S 30 A 40 A PWM/FOC 小型ファン あり 5 V/3 A 中価格帯、マルチコプター対応
ESC-C 4–6 S 40 A 60 A FOC ファン＋フィン あり 6 V/3 A レーシング向け、スムーズなFOC
ESC-D（Eバイク） 10 S 100 A 150 A FOC 大型フィン＋ファン あり なし 高トルクEバイクシステム用

 

組み合わせ例: モーターとESC

例1：ミニレーシングドローン

  • モーター：2205サイズ、KV 2300、4セルバッテリー使用時、フルスロットル時に約15A消費
  • バッテリー：4セルLiPo（公称14.8V、ピーク時約16.8V）
  • ESC：連続20A以上、バースト約25A、オーバーヘッド用定格5セル、スムーズコントロール → ESC-B（3～6セル、連続30A、バースト40A、PWM/FOC、小型ファン）

例2：電動自転車駆動モーター

  • モーター：アウトランナーギア付きハブ、36Vバッテリー（10S）でピーク時60A、巡航時30Aの電流を消費します。
  • バッテリー：公称36V（ピーク時約42V）
  • ESC：連続30A以上、バースト60A以上の電流が必要です。スムーズな走行と回生走行にはFOCが推奨されます。ESC-D（10S、連続100A）が適合します。

例3：重い荷物を積んだRCボート

  • モーター：大型アウトランナー、6セルで連続25A、ピーク50A
  • バッテリー：6セルLiPo（公称22.2V、ピーク25.2V）
  • ESC：連続30A以上、バースト60A以上が必要です。FOC（オフロード）を使用すると、水上バイクでより静かに動作します。ESC-C（4～6セル、連続40A、バースト60A、FOC）をお選びください。

ESCとモーターの仕様データのマッチングに関する注意事項

モーターのデータシート、またはタコメーターと電力計による測定値から、モーター電流のおおよその値を計算してください。

モーターとESCの発熱は安全範囲内である必要があります。初期試験中は部品の温度を監視してください。

負荷時の電圧低下を考慮してください。セル電圧は4.2Vから3.7V以下に低下する可能性があります。それに応じてESCのマージンを選択してください。

ESCをアップグレード（およびFOC（低電圧・高電流）の活用）すると、バッテリー寿命が延び、発熱が低減し、スロットルの応答性が向上します。

まとめと推奨事項

PWM ESCは費用対効果が高く、多くの用途に最適です。十分な電圧と電流定格を持つモデルを選択してください。

FOC ESCは、よりスムーズで効率的な動作のために追加コストをかける価値があります。特にロボット工学、電動自転車、ボート、ノイズの多い用途や精密機器用途では効果的です。

信頼性と熱マージンを確保するため、電圧と電流は常にオーバースペックに設定してください。

必要な機能（テレメトリー、BEC、ブレーキ）は、制御システムと利便性のニーズを反映する必要があります。

上記のペアリング例表をテンプレートとして、アウトランナーBLDCプロジェクト用のESCをお選びください。