自作プロペラをArduino+ブラシレスモーターで廻し推力を確認してみる

 Arduinoでホバークラフトの自作です。

 今回は3Dプリンター自作したプロペラをArduino+ESCで実際に回転させてみて推力を比べてみました。

▲タイプ別3種類を3Dプリンターで準備。どれが一番具合がいいかを確認していきます。

 使用するモーターはブラシレスモーター。Arduinoで回転制御を行うのですが、直接制御するにはハード、ソフトともにそれなりに大変なので、今回はESCを経由して制御を行います。ESCを使用すればArduinoからはパルス送信するだけで制御できるのでずいぶん簡単になります。

 ArduinoとブラシレスモーターとESCです。モーターと繋がっている黒い物がESCです。このモーターとESCは昔ドローンを自作したときに使っていたもの使いまわしてます。では準備していきます。

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回路図(結線)

  まずはArduinoとESC、それから電源(バッテリー)を結線します。ArduinoとESCは信号とGndの2本を繋ぐだけなので非常に簡単です。

ソース(スケッチ)

 Arduinoに書き込むスケッチの抜粋です。

  //PWM出力/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  //PWM 12pin => HIGH
  digitalWrite(12, HIGH);

  //PWMパルス幅カウンターセット
  ESCLoopTimer = micros();
  ESC1_timer = pulseWidth + ESCLoopTimer;

  //PWM => LOW
  while (digitalRead(12) > 0) {//12pin LOWになるまでループ
    ESCLoopTimer = micros();
    if (ESC1_timer <= ESCLoopTimer)digitalWrite(12, LOW);
  }

  while (1) {
    currentTime = micros();
    //dt = currentTime - loopTimer;
    if (currentTime - loopTimer >= 4000)break; //250Hz(4000us)
  }
  dt = currentTime - loopTimer;
  loopTimer = currentTime;
}

 Loop内記述の抜粋です。12ピンから1000~2000μsのパルス(PWM)信号を250Hzで出力しています。ここでは割愛してますが、パルス幅はPCからの命令(シリアル通信)でコントロールするようにしてます。

 あえてライブラリは使ってません。この方法だと周波数自由にできますし、使用ピンの制限も受けないので融通が利きます。このスケッチ書き込んだら準備完了です。モーターにプロペラ付けて具合を確認していきます。

▼Arduino+ESC+ブラシレスモーターの詳しい制御方法はこちら▼

プロペラの回転比較

 モーターにプロペラ付けて実際に回転させてみます。

普通のプロペラ

▼モーターにつけたところ▼

 モーター軸との嵌め合いが少しきつかったですが、問題なくプロペラに装着。

▼回転中▼

 プロペラがほとんど見えてませんが一応回転中です。出力は10%程度。風量は手の平かざして感じてます。全然ダメかと思ったのですが、思いのほか風量があってびっくりです。音も割と静か。

タービン風

  次にタービン風のペラです。

▼モーターにつけたところ▼

 3Dプリンター成型が楽なので、一番期待してます。

▼回転中▼

 これもなかなかの風量。がふつうのプロペラよりかは若干風量少ない感じで、音も少しうるさいです。

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扇風機風

 扇風機、換気扇風です。

▼モーターにつけたところ▼

 成型後の仕上げ(サポート外し)が大変だったのであまりいい結果でても困るのですがなんか風量はありそうです。

▼回転中▼

 一番風量少なくて、音(振動)もうるさいです。悪い結果で少し納得してます。

市販のプロペラ

 最後に比較のために市販のペラでも試しておきました。

 サイズが100mmなので一概に比較はできませんが、参考です。

 さすがに市販のペラは風量が一番あります。が自作ペラとは思ったほどの差はない感じ。音はやっぱり静かです。

まとめ

 結果だけであれば一番最初に試したふつうのペラが風量、音も静かで一番良かったです。けど作り易さ考慮して、やっぱりタービン風のペラで検討していきたいと思います。

 細かな形状は継続して検討するとして、平行してこのペラ思想で、ホバークラフトの簡単な浮上テストを行っていこうと思います。

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