サーボにヒートシンクを付けて送風した時の温度変化

こんにちは！電装設計の目黒（カーボン）です。

TBT電装では、以前より、FBW（モータで電気的に操舵をする方式）の採用に向け、サーボの熱対策について様々な実験を行ってきました。窯で焼いたり、琵琶湖の湖岸で炎天下に曝したりと、サーボモータをイジメて、それでも動作し続けることは確認できたのですが、やっぱり、サーボの温度は低いに越したことはない！

TBTでは長年、サーボモータを、尾翼のフィルムの内側に入れ、そこを原動節とした4節リンク機構で尾翼を制御してきました。他のFBWのチームでも、そういうところが多いと思います！ただこれだと、飛行中にサーボモータに風が当たらず、サーボモータに熱が籠ってしまいます！

そこで、下の図のような感じで、多少の抗力を犠牲にしてでも、サーボモータを尾翼のフィルムの外側に配置し、風速（機速）8.0m/sの風をサーボに常時当て続けることで、サーボモータを冷却できるのではないかと考えました。（サーボモータは実際こんなデカクないです！絵が下手なだけです！）

ただ、単に冷却のためにサーボを尾翼の外に出したいと、ほかの設計者に言っても、「抗力が～」とか言われて潰されるだけです（たぶん）

そこで、実際に、サーボモータにヒートシンクを取り付け、風を当てた時と当ててないときで、どのくらいサーボの温度に差があるかの試験を班員がやってくれました！

実験方法

実験準備

1.サーボモータに銀シートとヒートシンクを取り付ける

↑こんな感じで、銀シートを貼り、ヒートシンクを取り付けました（どうみてもヒートシンクがレギュレータ用なのはご勘弁ください）

2.サーボモータを動かす

プログラムと配線を作り、サーボを動かします。詳しいことは以下の記事をご参照ください。

3.30kgf・cmのトルクをかける

以下の写真のような装置で、サーボモータに30kgf・cmの負荷トルクをかけます。

4.サーボモータに送風する

扇風機を使ってサーボモータに送風し、実際に機体が飛行している際、尾翼の外のサーボモータにかかる風を再現します。

機体の気速は8.2m/sのため、本来であればその風速の風をサーボモータに当てたかったのですが、送風に使った扇風機が、どんなに頑張っても4.7m/sしか出なかったので、仕方なく、4.7m/sの風で実験しました。

今回は、風を当てた場合と当ててない場合の違いを調べる実験のため、1回目、風を当てず、2回目、4.7m/sの風を当て続ける、というような形で実験しました。

実験結果

以下の表が、実験結果です。

考察

無風時と送風時を比較してみると、送風時のほうが、約19度もサーボモータの温度が低いことがわかります！これで、灼熱の琵琶湖でも大丈夫！

また、詳しいことは私もよくわからないのですが、温度があがると、抵抗が増加し、その分同じトルクを出すのに必要な電流が増えるそうです！なので、FBWのもう一つの弱点である、バッテリーの持ちも良くなります。

さらに、こちらは温度とは関係ないですが、サーボモータを尾翼の外に出すことで、万が一TFや鳥人間コンテストでサーボの調子が悪くなっても、簡単に取り換えることができます！

今後やること

今回の実験で、サーボモータを尾翼の外に出すことの有効性を確認できたので、いよいよ、その設計に入ります!!!サーボモータを尾翼の外に配置でき、かつ、トルクや舵角、角加速度が最適であるリンク機構の設計に向け、現在奮闘中です！

次回以降の記事で、その模様を執筆していこうかなと思うので、そちらもぜひご覧ください！