コンデンサープレーンを作ってみる ～ 最もシンプルな電動プレーン

2020年1月10日2024年1月16日

「ラズベリーパイ(Raspberry Pi) Zero」を使ったラジコン飛行機を作ってみたいと思っていますが、モーターを制御するのが難しいなど前途は多難そうです。

そこで、まずはモーター1つを回すだけの簡単な電動プレーンを作ることを考えました。いきなりではなく、最初はまっすぐ飛ぶだけの飛行機を考えてみます。

1.どんな飛行機を作ったら良いか？

飛行機の設計はできないので、公開されている設計図を元に作ります。それにオリジナリティーを付けたいと思います。

設計図は、以下のサイト様のものを使わせて頂きました。ありがとうございます。

機体の設計図が付いているので、印刷してその型通りに機体を作れば良いです。

2.バッテリー

※5F3Vのコンデンサーにスイッチを付けたもの

ドローンなどのラジコンで使用されるバッテリーは、3.7Vのリチウムポリマー電池が多いです。しかしリチウムポリマー電池は強力過ぎて、一度飛ばしたら目視の範囲外まで飛んで行ってしまう心配があります。それに重いので、大きな機体を作らなければなりません。

そこでコンデンサーを使うと、1分程度の電力を供給してくれることが分かりました。ただしコンデンサーと言っても、1F～5Fの大容量を持つスーパーキャパシタと呼ばれるものです。さらに大きい容量のコンデンサーもありますが、重すぎます。私は最初に1Fのコンデンサーを購入しましたが、電力不足になりました（後ほど述べます）。3～5F位の製品が適しているようです。

コンデンサーは、秋月電子通商様から購入しました。

3.使用するモーター

使用するモーターは、ドローン用を選びました。ドローンで使われるモーターはバッテリーに合わされた3.7Vで駆動するものが多いようです。そして、モーターに合わせてプロペラを購入します。

部品は「aitendo」様で購入しました。

4.電源は何を使うか

コンデンサーを充電する電源ですが、通常は乾電池を使用します。3V程度のコンデンサーを使う場合が多いので、乾電池を2本使います。充電は、10～15秒程度で完了します。

しかし、乾電池よりも充電池を使いたいです。また、できるだけ汎用的なものにしたいので、充電をモバイルバッテリーで行うことにしました。モバイルバッテリー電源は5Vです。そこでコンデンサーも5Vの耐圧があるものを選びました。

モバイルバッテリーからコンデンサーへの接続のために、USBケーブルを作りました。いらなくなったUSBケーブルの片方をばらしてプラスとマイナスの線を2.1mm端子に接続します。コンデンサーの方には2.1mmジャックを用意して、差し込むことによって充電できるようにします。でも、2.1mmジャックの重量が増えることは賢明とは言えないです。

5.降圧が必要の場合

最初に購入したコンデンサーの5Vの電圧は、モーターの3.7Vより高いです。そのため、降圧する必要があります。安定した電圧を供給するには、3端子レギュレーターを使います。

秋月電子のキットに、3.3Vで出力する3端子レギュレーターセットがあります。1個1個別々に3端子レギュレーターやコンデンサーなどを揃えるのは面倒なので、キットでの購入がおすすめです。

6.電源部は作成できたけれど

出来上がった電源部です。基盤を使って部品を配置しましたが、重くて大きい電源になってしまいました。コンデンサープレーンは、モーター、スイッチ、コンデンサーだけのシンプルな構成にするのが普通で、このような重いものを作ったら飛ばすのが大変です。

実際に充電してモーターを回すと、1分間位はモーターが回りますが、力強いのは最初の10秒位で、あとは弱弱しい回転になっちゃいます。

コンデンサー1個では全然電力が足りないので、2個にしてみました。しかし、若干モーターの回転が力強くなっただけで効果はあまりありませんでした。

7.結局、5F3Vのコンデンサーを購入して設計図の通りに作成

結局、5F3Vのコンデンサーを購入して設計図通りのコンデンサープレーンを作成しました。3Vのコンデンサーなので、降圧の必要がありません。またUSB充電も廃止して、アルカリ電池2本3Vから充電することにします。

8.機体を作成する

作成した機体が一番最初に載せた画像のものです。コンデンサーとスイッチ、モーターを指定の位置に配置して配線します。

9.飛ばしてみる

飛ばしてみましたが、思ったように飛びません。テスト飛行を行ったのは冬なので、春になって雪がなくなってから本格的に調整したいと思います。

バランスのとり方が難しいです。前後の重心だけでなく、左右の微妙なバランスも影響しているようです。

⇒飛ばし方ですが、離す時にそっとほんの少しだけ押してあげると、うまく飛んでくれます。外だと風の影響を大きく受けます。一度風に乗ると、結構飛んで行きます。そのため、狭い場所ではなくて、広場で飛ばしましょう。

また、向かい風や追い風があると、機体が押し戻されたり、失速して落ちてしまいます。外では風の影響が大きいです。室内は安定しますが、広い場所の確保が難しいです。

やっぱり動力がある以上、コントロールしたいですね。

10.ラジコン作成はいばらの道

今回、コンデンサープレーンを作成してみましたが、簡単ではないことが分かりました。そして、機体を自在にコントロールして空撮するとなると、先は長いです。一つずつ問題をクリアして行きたいと思います。

市販の模型飛行機を姉妹サイト「kunimiyasoftアイテムセンター」で紹介しています。よろしければどうぞ。

カナード翼機をテスト中

上のような、カナード翼が付いたコンデンサープレーンを作ってみました。竹ひごの長さと、重りとしてのクリップを調整して、バランスを取る仕組みです。これなら、厳密な設計が出来なくても、飛行機が作れるのではないかと考えています。

室内では、ちゃんと飛びます。冬が終わって、春に外でテストしていきたいと思います。

⇒屋外でも飛ばしてみました。こちらのカナード翼版の方が良く飛びます。もう少し精査して公開できるようにする。。。。かもしれません。