T200およびT500は、高出力ROV、水上船舶、AUV、およびカヤックのような人を乗せる用途など、多くの用途で頑丈、強力、かつ柔軟に使用できるように設計された水中スラスターです。
本記事では、T200またはT500スラスタの操作、サービス、およびトラブルシューティングの方法を説明しますので、ぜひ参考にしてください。
T500スラスター
T200スラスター
なお、安全に利用する上で、以下の点には十分注意してください。
- 水中で電気を扱うときは常に注意する
- ケガを避けるため、体の一部をスラスターのインレットとアウトレットに近づけず、プロペラの回転翼には常に注意する
- スラスターを水面外で（乾いた状態で）10秒以上操作しない。ベアリングは潤滑のために水を必要とし、乾燥した状態でスラスターを長時間操作すると損傷する可能性がある
- 損傷を避けるため、スラスターに海藻などを吸い込ませない
- ほとんどのネジロック剤はポリカーボネートと化学的な互換性がないため、ネジに使用するとスラスターに損傷を与える。必要に応じて、ポリカーボネートと化学的に互換性のあるネジロック剤のみを取り付けネジに使用する
- 乾燥した状態で操作する際にカチカチと音がしたり、スラスターがうるさく感じるのは正常。スラスターを水中で作動させると、ほとんどのノイズや振動は消える
上記をもとに、スラスターを動かしていきましょう。
スラスターの概要
以下は、T200とT500スラスターの基本情報です。
スラスターの部品
以下の図は、T200またはT500スラスターの主な構成部品を示しています。
スラスターの向き
スラスターの前面は、ケーブルがノーズコーンに入る側です。
T200とT500は、前方方向へのスラスト時の推力と効率を最適化するように設計されています。
水が前方から入り、ノズルの後方から排出されるとき、スラスターは前方に推力されます。
スラスターは逆方向にも推力を発生させることができるが、威力と効率は若干低下します。
正方向および逆方向のスラスト性能の仕様は、T200およびT500の性能表で確認できます。
プロペラの向き
すべてのスラスターには、時計回りに回転するプロペラと反時計回りに回転するプロペラの両方が含まれています。
プロペラには識別しやすいように "CW"（時計回り）と "CCW"（反時計回り）のラベルが貼られているので確認してください。
プロペラの向きは、スラスターをフロント・ノーズ・コーンから見て、ブレードの前縁の向きを見ることによっても判断できます。
時計回りのプロペラが時計回りに回転しているとき、前向きの推力を発生させます。
同様に、反時計回りのプロペラが反時計回りに回転すると、順方向の推力を発生させます。
ただし、時計回りのプロペラも反時計回りのプロペラも、順方向と逆方向の推力を発生させることも可能です。
ここで疑問に思うのが、なぜもう一つの時計回り・反時計回りのプロペラがあるのか、という点でしょう。
実は、スラスターが回転すると、車両にトルクが発生し、車両の望ましくない回転を引き起こす可能性があります。
上記を解決するために、同じ軸上にあるスラスターのペアに反対（逆回転）プロペラを使用し、トルクを打ち消すのです。
操作
スラスターを作動させるには、以下の部品が必要です。
- スラスター
- ブラシレス電子スピードコントローラー（ESC）
- 電源
- ESCを制御する信号
この説明の残りの部分は、ブルー・ロボティクスまたは同様の ESC でスラスターを操作する場合に適用されます。
しかし、スラスターは他の種類のESCでも使用可能です。
ブルー・ロボティクス製以外のESCを使用する場合は、ESCの取扱説明書を参照してください。
接続方法については、以下の図が参考になるでしょう。
スラスターの速度や方向を制御する必要がない場合でも、ESCは常に必要なのかという質問をよく受けます。
答えはイエスで、ESCは常に必要です。
スラスターの核となるのはブラシレスDC（BLDC）モーターです。
他のBLDCモーターと同様に、モーターを駆動するために正しいタイミングでモーター相に通電するESCが必要です。
スラスターを一般的なブラシ付きモーターのように使おうとすると、スラスターが壊れてしまうので注意してください。
1. ESCの接続方法
スラスターケーブルは、錫（すず）でメッキされたワイヤーエンドで終端する3本の導線を持ちます。
これらの3本のスラスターワイヤーを、ESCからの3本のモーターフェーズワイヤーに接続します。
ワイヤーの接続方法はお好み次第で、はんだ付けやビュレットコネクターやスクリューターミナルブロックのようなコネクターの使用も可能です。
また、スラスターはどのような配線でも回転します。
スラスターが希望と逆に回転する場合は、2本のワイヤーの接続を入れ替えてください。
2. 電源への接続方法
スラスターをESCに接続した後、ESCの赤（プラス）と黒（アース）の電源線を電源に接続します。
電源電圧は、使用するスラスターの動作電圧範囲内である必要があります
- T200：7～20V
- T500：7～24V
T500スラスターの最大動作電圧は24Vです。
T500は、6Sリチウムイオン/リチウムポリマー・バッテリー（最大）を使用して電力供給もできます。
スラスターの過熱を避けるため、T500を24Vで作動させる場合、または6Sリチウムイオン/リチウムポリマーバッテリーをフル充電して作動させる場合、フルスロットルの連続使用は1分以内に制限してください。
3. 信号の送信方法
信号を送信する場合、まずは白いESC信号線を信号源の出力に接続します。
続いて、ESCの黒（アース）線を信号源デバイスのアースピンに接続してください。
ESCが初期化されないと、他のスロットル信号を受け付けないため、1500 マイクロ秒（µs）の PWM 信号を送り、ESC の初期化を行いましょう。
ESCが初期化されると、2 回ビープ音が鳴ります。
最初のビープ音はESCがスロットル信号を検出したことを示し、2 回目のビープ音は正しい1500µsの信号が検出され、ESCが完全に初期化されたことを示します。
ESC が初期化された後、1100µsから1900 µsのPWM 信号を送信すると、スラスターのスロットルが制御されます。
-
- スラスター停止：1500µs
- 1525µs～1900µs：前方推力
- 1475µs～1100µs：後方推力
スラスターが上記と逆に回転する場合は、2本のワイヤーの接続を入れ替えてください。
注意すべきは、スラスターをテストしている間、水中で10秒以上（乾いた状態で）操作しない点です。
ベアリングの潤滑には水が必要であり、乾燥した状態で長時間操作すると破損する可能性があります。
また、クリック音がしたり、一部のスラスターが他のスラスターよりうるさいことに気づくかもしれませんが、これは正常です。
プラスチック製ベアリングと金属製ローターシャフトの公差のため、ローターシャフトがベアリング内でわずかに動くことがあり、スラスターによって音にばらつきが生じます。
水中で使用すると、ノイズは大幅に減少または除去されるので安心してください。
スラスターの作動に問題がある場合は、本記事のトラブルシューティングのセクションを参照してください。
信号源として使用できる機器は？
正しいPWM信号を出力できるものであれば、何を使用してもほぼ問題ありません。
ESCが使用するPWM信号は、ラジコン受信機やサーボの制御によく使用される信号と同じです。
以下はPWM信号源として使用できるデバイスの例なので参考にしてください。
スラスターコマンダー
ナビゲーターフライトコントローラーやPixhawkオートパイロットなどの飛行制御装置です。
これらのデバイスは、ROV、AUV、USVなどの無人ビークルの制御に使用されます。
ナビゲーターフライトコントローラー
Arduino、Raspberry Pis、その他の種類のマイクロコントローラーおよびSBCです。
これらは、人間が操作する乗り物から完全な自律走行車まで、多数のプロジェクトに使用できます。
RCトランスミッター/レシーバー
車両に簡単なワイヤレスコントロールを追加するのに適しています。
ただし、水中では使えないことを忘れないでください。
シンプルサーボ・テスター
最もシンプルなタイプの信号源です。
サーボ・テスターは、スラスターのテストや、超シンプルな単一入力の制御方法としてよく機能します。
ESCとスラスターの制御方法については、他の記事で詳しく説明していますので参考にしてください。
スラスターの取り付け
スラスターノズルには、スラスターを確実に取り付けるための4つの取り付け穴があります。
各スラスターのネジ穴の間隔とネジのサイズを以下に示します。
T200には、デフォルトの取り付け位置では不便な場合のために、オプションの取り付けブラケットもあります。
このブラケットはT500スラスターには使用できません。
T200 取り付けブラケット
スラスターツール
工具とネジのサイズは下表を参照してください。
| T200 | T500 | |||
| スクリューサイズ | ツール | スクリューサイズ | ツール | |
| ノズルネジ | M3x12 mm Phillips, flat head, self tapping | #2 プラスドライバー | M3.9x13 mm Phillips, flat head, self tapping | #2 プラスドライバー |
| ノーズ・コーン・ネジ | M3x8 mm socket head cap | 2.5 mm 六角レンチ | M3x8 mm socket head cap | 2.5 mm 六角レンチ |
| プロペラネジ | M3x5 mm button head cap | 2.0 mm 六角レンチ | M4x6 mm button head cap | 2.5 mm 六角レンチ |
| シャフトカラーセットネジ | M4x4 mm set screw | 2.0 mm 六角レンチ | M5x6 mm set screw | 2.5 mm 六角レンチ |
プロペラの交換
ここではプロペラの交換について解説します。
工具の正確なサイズについては、スラスターツールの表を参照してください。
1. プラスドライバーを使用して、ノズルから4つのノズルネジを取り外し、スラスターの残りの部分からノズルを引き離す。
2. 六角レンチを使ってプロペラのネジを外し、プロペラをローターから引き抜く。
3. 別のプロペラをローターに取り付けることができる。
4. 逆の手順でスラスターを組み立てる。
スラスターの分解と再組み立て
掃除やメンテナンスのため、時々スラスターを分解する必要があるかもしれません。
スラスターを分解するには、以下の手順に従ってください。工具の正確なサイズについては、上記のスラスターツールの表を参照してください。
1. プラスドライバーを使用して、ノズルから4つのノズルネジを取り外し、スラスターの残りの部分からノズルを引き離す。
2. 六角レンチを使用して、2つのノーズコーンネジを取り外す。
3. ノーズコーンを外す。
このときスラスターケーブルがどのように曲がり、反対側のノーズコーンから出ているかに注意する。
これはスラスターを再び組み立てる際に重要。
4. シャフトカラーの止めねじがステータベースの切り欠きに合うまで、プロペラを手で回転させる。
六角レンチを使って止めねじを緩める。
5. シャフトカラーをこじ上げて取り外さない代わりに、プロペラをスラスターコアから引き離し、ステーターから切り離す。
6. 六角レンチを使ってプロペラのネジを外す
7. プロペラのネジを外すと、ローターからプロペラを分離できる。これでスラスターは完全に分解可能。
再組み立て
1. プロペラねじと六角レンチを使用して、プロペラをローターに取り付ける。
2. シャフトカラーがステーターベースにあることを確認してから、プロペラとローターをスラスターコアに取り付ける。
注意ポイント
T500ローターをコアに取り付ける際は、十分注意してください。T500のマグネットは非常に強力で、注意して取り付けないと、ローターが非常に強い力でステーターに引っ張られます。
3. 六角レンチを使用して、シャフトカラーねじをローターシャフトの平らな面に締める。
4. ケーブルが反対側のノーズコーンから出ていることを確認し、ノーズコーンをコアに取り付ける。このとき、ケーブルを反対方向に曲げない。
5. ノズルネジとプラスドライバーを使ってノズルを取り付ける。
お手入れとメンテナンス
・使用後
海水での使用後は、塩分の蓄積を最小限に抑えるため、真水ですすいでください。
砂地や堆積物の多い環境では、使用後に真水で洗い流してください。
・5～10回使用するごと
ローター内部を点検し、付着物を取り除きましょう。
ケーブル・ジャケットに破れや損傷がないか点検してください。
トラブルシューティング
・ESCビープ音
スラスターがESCに接続されると、ESCはそれを「スピーカー」として使用し、一連のビープ音を鳴らします。
これらのビープ音はESCの状態に関する情報を提供し、トラブルシューティングに役立つでしょう。
以下は、典型的な初期化シーケンス中に鳴るビープ音の意味です。
1. 電源を入れると、ESC は上昇するピッチでビープ音を 3 回鳴らします。このビープ音が聞こえない場合、以下のいずれかに該当します。
・ESC に電源が供給されていない可能性があります。電源とすべての電源接続を確認してください。
・スラスターが ESC に正しく接続されていない可能性があります。ESCの3本のモーター線とスラスター線が正しく接続されているか確認してください。
・ESCが故障している可能性があります。
2. スロットル信号が検出されると、ESCはビープ音を 1 回鳴らします。このビープ音が聞こえない場合、以下のいずれかに該当します。
・ESCが何らかのスロットル信号を受信していないことを意味します。信号源の電源が入っているか、正しい信号を送っているか確認してください。
・信号源とESC信号線（白）の接続を確認してください。
3. 初期化/停止信号（1500 µs）が検出されると、ESC は完全に初期化されたことを示すビープ音を最後に 1 回鳴らします。このビープ音が聞こえない場合、以下に該当します。
・ESC が正しい1500µs信号を受信していないことを意味します。信号源が正しい1500 µs信号を送信しているか確認してください。
スラスターが回転しない
スラスターが回転しないのは、通常ESCの不適切な操作による問題です。
ESCのトラブルシューティングについては、上記のESCビープ音の項を参照してください。
プロペラが動こうとするが、正しく回転しない
・3本のスラスターワイヤーすべてがESCモーターワイヤーに正しく接続されていない可能性があります。3本のESCモーターワイヤーとスラスターワイヤーが正しく接続されているか確認してください。
・スラスターワイヤーが断線しているか、スラスターワイヤー同士がショートしている可能性があります。各スラスターワイヤーペア（青ワイヤー/緑ワイヤー、青ワイヤー/白ワイヤー、緑ワイヤー/白ワイヤー）の抵抗値をマルチメーターでチェックします。各スラスターワイヤーのペアは、0.1～0.2オーム程度の範囲で同じ抵抗値を持つはずです。ペア間の導通がない場合、または一方のペアの抵抗が著しく高い場合は、スラスターに欠陥があります。
・プロペラを手で回してみてください。回転しにくい場合は、スラスターを分解し、損傷や詰まりがないか確認する。
プロペラが詰まっていて、手で回すことができない
何かがプロペラを詰まらせているか、過熱、短絡、激しく摩耗したベアリングなどによる大きな内部損傷によって引き起こされる可能性があります。
スラスターを完全に分解し、損傷や詰まりがないか点検してください。
スワップ・コンポーネントのトラブルシューティング
何かのトラブルを解決するためには、動作が確認できている他の部品に交換し、問題がそのままか、部品とともに移動するかを見極めるのが適切です。
この方法でスラスターのトラブルシューティングを行うには、正常に動作することが確認されている別のスラスターとESCのセットを用意しておきましょう。
