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2009年12月05日

モータースポーツ&電動レーシングカート 平行四辺形に内接する楕円の2D−CAD描画法

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丸パイプ・フレームを折り曲げ、溶接だけで構成しているレーシングカート。

私はAUTOCADを使って、2次元平面に3面図表現して、モーターシステム搭載方法を検討しています。

数日前にもお話したとおり、このCADは2Dであるために、斜め、曲線を伴った3次元モデルの描画はどうしても無理が生じてきます。

とくに、パイプ断面の表現に多用したのが楕円描画。

ところがAUTOCADシリーズは楕円表現の機能が脆弱で苦労することもお話しました。

任意の平行四辺形内に楕円を構築して、パイプレームを好きなように表現したかったのですが、この楕円が簡単には描けないんです。

以前もお話したように、ウェブなどで調べていると、任意の平行四辺形に内接する楕円を書く方法を知りたがっている方が多いことを知りました。

そこで時間を見つけて、私が多用している楕円描画法をまとめました。

決して便利な書き方ではないのですが、精度の高い書き方ではあるので、参考にしていただければ幸いです。

数学的な説明は出来ませんが、技法として「こんなもの」と、体で覚えておくだけでも充分だと思います。

ご自由にご利用ください。

任意の平行四辺形に内接する楕円の描画方法 ダウンロードはこちら ⇒ellips.pdf


さて、明日いよいよモーターシステムと初顔合わせをすることになりました。

構造、寸法、重量、電装系仕様、取り扱い方法など、最終情報を収集して試作設計を纏め上げようと思っています。

また、試作の中でパイプ溶接が幾つか必要になっていて、これを行ってくれる工場を探しています。

どなたか情報をお持ちでしたら、お教えくださると幸いです。



posted by papacchi at 15:50| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年12月04日

モータースポーツ&電動レーシングカート ポケバイ感覚♪超小型電動レーシングカート

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先日、体育館をインラインスケートに開放しているのを見学しましたが、その時に、現在検討中の電動レーシングカートより、もっと手軽で、もっと遊ぶシーンに広がりを持たせられる「電動4輪」車両を提供できないかと思いました。

まだまだ自動4輪車両をオモチャとして、スポーツアイテムとして楽しむ風土は、日本には広がっていないと感じています。

もちろん広がる必要性があるかどうかについては明快な答えなどないのですが。

ただ、現在普及しているレーシングカートよりも、もっともっと、手軽でスポーツ性のある「電動4輪」は、今後検討する価値がありそうだと思っています。

4輪車両の面白さはペダルを踏むだけで動くのに、レベルアップしていけばどんどん体力が要求されるところ。

そして、転倒を意識せず、摩擦限界前後のマシンの挙動を楽しめること。

そんな面白さを残したまま「座布団サイズ」の電動レーシングカートを考えてみようと思っています。

簡単なセットアップで子供でも大人でも手軽に扱え、ちょっとした場所、ちょっとした時間で楽しめる。

既にイメージが一つ、漠然としながらも、頭の中に描かれています。

もちろん、現在進行中の電動レーシングカート試作でも苦心しているわけです。

座布団サイズにダウンサイズしようという訳ですから、さらに困難なハードルが立ちはだかることになるでしょう。

ただし、世の中には使えそうなアイテムも随分増えてきています。

近いうちに1台試作してみるつもりです。

現在試作設計中の電動レーシングカートよりパワーを小さくすることで、お手軽お試しバージョンの試作なら可能じゃないか?と考えています。


さて、その現在試作設計中の電動レーシングカートですが、残るはモーターシステム周りの情報収集だけ。

今週末に以前からお願いしていたスケッチ作業、電装系の実装条件等の情報を収集できれば、いよいよ試作するための工場との交渉に移れると思っています。

何とか年再試走の実現に向けて、引き続き粘り強く作業を進めます。


それと、横浜近郊で、私と一緒に電動レーシングカート等の試作をやってみたいという方がいらっしゃいましたら、是非声を掛けて頂きたいと思っています。

もちろん工作ができる工場さんなどが手を上げて頂けたら大喜びです。

本サイトトップページの「[お願い]テスト走行できる土地等の情報を教えてください。」フォームにコメントを入れてくだされば連絡が取れます。

お待ちしています。



posted by papacchi at 23:10| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年12月03日

モータースポーツ&電動レーシングカート 簡単な材料力学の計算用EXCEL(エクセル)シート

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日頃の勤務先での仕事では、パイプフレームを用いた試作など行ったことがありません。

部品一個、一個に複数の機能を持たせるため、切削加工を想定した部品設計がほとんどです。

また、構造計算は専用の解析ソフトを使っています。

材料力学の教科書に出てくるような、ちょっとした0次計算を行うことも稀です。

まあ、一方で、感覚的に長さ、厚さを決めているケースも多いかな。

さて、今回の電動レーシングカートの試作では、自宅での個人的な設計ですから、解析ソフトを利用することは出来ません。

そこで、ほとんどの部品に関して0次計算でチェックしています。

ここで言う0次計算とは、1次元近似による部材の応力計算が主なものです。

いきなりフレームが折れたりとかは避けたいですし。

意外と作業量が多かったので、EXCEL(エクセル)で計算シートを作って利用しています。

こういったツールの使い勝手は人それぞれなので、出来具合については別に快適なわけでもないんですが、ちょっとした強度計算に利用するには充分かな・・・と思っています。

機能も少なく、パイプのような、断面形状の決まった部材の重量計算、たわみ計算、応力計算、固有振動数計算、材料の機械的特性データなどを、ひとつのファイルにまとめただけの計算シートになっています。

自宅の工作などで、簡便に利用したいこともあるかな?などとも思い、ついでに皆さんにも公開しようと思いました。

実際のところ、計算ミス、バグなど盛り沢山かもしれないんですが・・・(笑、自由に加工して好きに利用してもらって結構です。

ただし、計算結果については自己責任で活用してくださいね。


ダウンロードはこちら ⇒ easy calc sheet.xls





posted by papacchi at 19:56| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年12月02日

モータースポーツ&電動レーシングカート 電装系検討に突入

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いきなりですが・・・。

運営しているブログサイトのうち2つが、Google、Yahooの両サーチエンジンのランキング300位以下に急落。

原因不明です。

ここ1年以上、どちらのサイトともトップページ〜2ページ目にポジションキープしていただけに、この突然の結果には驚きました。

さらに痛い・・・。

アフィリエイトの怖さは、このサーチエンジンのランキング変動の根拠がわからず、しかもイレギュラーに変わること。

作ったあとメンテナンスもせずに放ってある私のサイトが、同じように1年以上トップページにポジションキープしているケースもあります。

上記の2つのサイトは大きな稼ぎ頭でもあったので、今後の収益に大きくダメージを与えそうです。

まあそうは言っても、毎月数万円のお小遣い程度の収益だったんですけどね。

でも、有ると無いとでは雲泥の差。

まあ惜しいことは惜しいんですが、本音から言えば、いずれはこういうことになるだろうとは覚悟していました。

優秀なサイトがどんどん出てきて、世代交代していく。

当然あるべき姿だと思います。

アフィリエイトで恒久的に収益を得られるとも期待していませんでしたし。

ただ、熱心な読者(私の母)が居ますので(笑、今後も今までどおり書き続けていくつもりです。

アフィリエイト入門の書籍に紹介記事を書きたい・・・と、申し出を受けたこともあるサイトだったのでねぇ。

もしかしたら何時かまた復活したりするのかな?


さて、電動レーシングカートですが、いよいよ電装検討に突入しました。

といってもレイアウトが先行してますが。

こちらも情報が不足している点があるため、今週末にモーターシステムのメーカーさんへ訪問して調達してこなければ。

何だかんだ言いながら、試作本番にいよいよ突入できそうな所まで到達しつつある気がしています。

進め!進め!突破しろ!


posted by papacchi at 21:10| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年12月01日

モータースポーツ&電動レーシングカート テスト走行向け試作設計の完了までもう一息

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ようやくバッテリーの搭載構造が決まりました。

greensaverバッテリー用にレイアウトしてあるので、他社メーカー製だと載らないかも知れません。

が、今回のテスト走行用には極力無駄金を使わずに準備を進めたいので。

それにしても窮屈なレイアウトになりました。

設計してつくづく思いましたが、エンジンはやはり凄いと思います。

並行して、取り付けやすく、剛性等も高めてある、理想的なパーツ設計も行っています。

理想的なパーツを設計した後で、ほとんど加工せずに済むパーツ構成を設計するという2段構えで進めてきました。

テスト走行が上手く行き、もう少し本格的にやってみようといった時に、すぐ対応できるように準備が整っているというスタイルにしたかったもので。

テスト走行で上手くいっても、組み付け難い、他社のフレームでは全く使えない、といった構成では意味がありませんから。

さすがに万能な構造とは言い切れませんが、ほとんどのメーカーのフレームにサーキット走行の途中でモーターシステムに載せ換えできると思っています。

あとはモーター出力軸との接続構造が最後の山。

モーターシステムのメーカーさんからまだ連絡が届かないので、今週末に再訪問しようと思っています。

まだ細かな部分の設計が残っていますが、とりあえず組み込んで30分以上のテスト走行を成功裏に終えられれば、その先の展開を考えて行けると思っています。

とにかく早く乗ってみたい!

もう、それだけですね。今のモチベーションは。


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2009年11月27日

モータースポーツ&電動レーシングカート 故障モード

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今日は会社から帰るとすぐに、いつもお世話になっているカートショップさんへ向かった。

中途半端ながら、現在までにまとめた電動レーシングカートの図面も持参。

非常に多くの有益な情報、コメント、アドバイスを頂くことができた。

電動化、折りたたみ化に関して、今まで気付かなかった「故障モード」について示唆してもらったのは大きな収穫だった。

ついでに従来のエンジン・レーシングカートでフレームの一番破損しやすい箇所について伺うことが出来たのが印象的だった。

どこが壊れやすいのか・・・。

「壊れる」というのはフレームが破断するというレベル。

決してレアなケースではないそうだ。

「なんかおかしい・・・」と、フレームのペイントを削り落とし、よーっく見て初めて「細い」線が入っている程度のクラック(ひび)が見つかる程度らしいのだが、このクラック一つでフレームはアウト。

もう使えない。

その発生場所が、横Gをまともに受けるリアシャフトとシート後方の横方向に張られたフレームの付け根の区間。

溶接部分が断裂するのではなく、そこから数センチ離れたフレームだけの部分にクラックが入るのが一番多いそうだ。

溶接の場合、一般的な強度は材料強度の0.7掛けで計算する。

が、実際は人間の骨と同様、溶接して繋いだ部分(折れた骨が繋がった部分)は意外と強い。

それよりも、溶接部とフレームとの境界線に応力集中が生じて、フレームだけにクラックが入るケースが教科書的には指摘されている。

しかし、レーシングカートの場合は、クラックが入るのはその境界線上でもない。

純粋にフレームの部分にクラックが入るのだそうだ。

溶接による熱の影響で強度が低下するのでは・・・などの議論もあるそうだが、いずれにしても、マシンに対する縦方向へのG(加速度)よりも、横方向へのGが極大に大きくなることがこの故障モードから容易に類推できる。

平均的なドライバーの体重を元に、構造解析ソフトなどがあれば簡単にクラックが発生する最低限の横Gは計算できる。

もちろん静的な負荷によるクラックではなく、疲労破壊的なクラックには違いないだろうから、構造解析ソフトだけで正確なストレスを表現し切れないとは思う。

機会があれば、構造解析ソフトで計算してみたいと思う。

さらに、他にも多くの事例を詳細に教えて頂いた。

非常に良い相談相手を得られたことに感謝したいと思う。

現在の設計だけでなく、今後の設計にも繁栄できる有益な情報だけに、しっかり活用して行こうと思う。

ついでに現在の試作に必要となる部品もタダ同然で売って貰った。

重ね重ねありがたく思った。

いずれ機会があれば、本サイトでこのカートショップを紹介したいと思う。


posted by papacchi at 23:07| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年11月25日

モータースポーツ&電動レーシングカート 平行四辺形に内接する楕円の2D−CAD表現

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電動レーシングカートの0次テスト走行に向けて、最低限必要な試作品部品を設計していています。

今日も僅かですが前進。

設計段階で既に課題、新アイデアが幾つも出てきています。

年内試走に漕ぎ着いて、そのインプレッションを自分で実感するのを今か今かと楽しみにしながら、作業を進めています。

夢の中では既に何度もコーナーを攻めてますが(笑。

さて、丸パイプ・フレームを折り曲げ、溶接だけで構成しているレーシングカート。

2次元平面に3面図で表現していると、パイプ断面の描画で随分と苦労しました。

私が使用しているCADはAUTOCAD2005。

もともと建築設計向けに発展してきたCADなのだそうですが、安価でもあるため、私の勤務先では2次元CADのスタンダードになっています。

もちろん勤務先では3次元CADも使用していますが、自宅で愛用しているThinkPadx41のパフォーマンスと、お絵かき感覚で手軽に書き始められる点で、重宝しているCADです。

それにパーソナルユース目的で手に入れるには3次元CADは高価すぎますしね。

で、自宅では2Dであるがために、斜め、曲線を伴った3次元モデルの描画はどうしても無理が生じてきます。

最終的に部品図面を作るのには充分ですが、モデリングしてイメージを捉えようとすると、特にプレゼン用には無理が多いですね。

で、パイプ断面の表現に多用したのが楕円描画。

ところがAUTOCADシリーズは楕円表現の機能が脆弱。

任意の平行四辺形内に楕円を構築して、パイプレームを好きなように表現したかったのですが、この楕円が書けない。

実際には描けるのですが、非常に手間の掛かる描き方をしなければならないわけです。

今回、楕円について1日かけて幾何学的に整理しなおしてみたのですが、結局、任意の平行四辺形に内接する楕円を簡単に書く方法は見つけられませんでした。

私が普段利用している書き方は3種類あります。

今回ウェブなどで調べていると、任意の平行四辺形に内接する楕円を書く方法を知りたがっている方が意外と多いことを知りました。

決して便利な書き方ではないのですが、精度の高い書き方ではあるので、もう少し落ち着いたらその手順を本ブログにまとめておこうと思います。

久しぶりに数学なんぞやりだしたら面白くなっちゃって。

でも答えが出せなかったのが悔しい!

もう一度、近いうちに再挑戦しようと思っています。


posted by papacchi at 21:16| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年11月24日

モータースポーツ&電動レーシングカート フレームのCAD化

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ここのところ、週末はレーシングカートのフレームを採寸しながらCADデータ化しています。

シンプルな構造ながら、実際に細かく寸法を測って設計図面として整理していくと、「よく考えて作ってある」ということがしみじみと判ってきます。

特に印象的だったのはメインフレーム内に「水」が進入しないように構成されている点。

当たり前のようですが、全く気にもしていなかったため、実際に図面化している最中に凄い物を発見したような気になりました。

またサスペンションとして機能する部分がどこなのか、最近流行のスタビライザーがそのフレームそのものに対してどの程度の効果を期待できるのか・・・。

非常に良く理解できますね。

もちろん3次元、6自由度のGが掛かっている状態でのフレームの挙動は計算では予測し難いものがありますが、僅かな部品を多機能に多重利用している点は明らか。

正直、実走行を元にしたトライ&エラーを繰り返す中で、一つの形をピックアップしているとしか思えません。

それほど部品数が少なく、その一つ一つに多くの仕事をさせるように出来ているんです。

フォーミュラー・カーにいずれは携わって行きたい・・・そう思っていますが、このレーシングカートは、ドライビングだけでなく、エンジニアリング的にも優れた教科書であり、またハイテクの塊とも言える気がします。

日本ではヤマハがフレーム供給から撤退。

実質的に、海外製品しか生き残っていません。

しかも、かつてピークを迎えた頃に比べて、海外製品すらもメーカーの半数が既に撤退しています。

ある意味で、これはチャンスかな・・・と、私は思っています。

今考えているのは、新フレーム、それもEV向け(電動レーシングカート向け)に限らず、折りたたみ機能を備えた新フレームを「海外発」としてリリースし、日本へは逆輸入の形で持ち込むというビジネスモデルです。

海外がヨーロッパになるのか、アメリカ大陸になるのか、アジア圏になるのか・・・、まだ漠然としかイメージしていませんが、日本でやっても仕方が無い・・・そんな気持ちが正直なところ。

かつて、トニー・カートがそうであったように、新フレームもレースで鍛えられないだろうか・・・と妙な夢を持ち始めています。

レーシングマシンを折りたたみ・・・というのも強い違和感を持たれると思います。

私自身もそう思っていますから。

でも、レーシングカートの「レーシングカートらしさ」をさらに進化させたい。

そう思って、データー化ももう一息のところまで漕ぎ着けました。

急がないと12月になってしまう。

そんな気持ちで、毎日少しずつですが「前進中」です。


posted by papacchi at 20:36| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年11月23日

モータースポーツ&電動レーシングカート 電池の残量を予測する方法

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現在の技術では、電池の残量をどのように「推定」しているのか?

基本的な考え方を紹介します。


<その1>

古くから用いられている方法で、電圧だけで測定する。

満充電からバッテリーを使用すると、ある規則性に拠って決まる放電曲線に沿って電圧が降下する。

この特徴を利用して、現在の電圧からバッテリーの残量を類推する方法。

バッテリーは出力電圧が比較的一定になっている領域が広く、測定精度が高くないと電圧降下が正しく読み取れない。

また、温度などによって放電曲線そのものが様々な変化を示すため、根拠となるデータそのものが誤差を持ち得る。

バッテリーの劣化によっても放電曲線は変わってくるため、仮に万能な電圧−残量データベースを用意しても、電圧のみで残量を類推することは難しい。


<その2>

上記「その1」の方法に付加する方法で、温度影響を補正しておこなう方法。

電圧と温度を同時に測定して、温度に応じた放電曲線を選択して電圧からバッテリー残量を類推する方法である。

「その1」と同様に、その他の影響因子による放電曲線の変化が起き得るため、、仮に万能な電圧−残量データベースを用意しても、電圧、温度の2パラメータのみで残量を類推することは難しい。


<その3>

上記「その2」に加えて、充放電された電流を直接測定してそれを積算する。

クーロンカウンターと呼ばれる電流積算器を装備して行う方法。

リチウムイオン・バッテリーを搭載した機器などで既に実用化されている。

代表例としてノート・パソコンなど。

ただ、バッテリーそのものの内部抵抗の変化や自然放電などの影響による誤差や、電圧測定、電流測定の高精度化がまだ不十分であることなどから、理想的な充電状態を類推出来るレベルには至っていない。

例えば、現時点の最新技術でも±5%の測定誤差を持っており、電池残量の絶対値(放電容量)を把握することはできておらず、相対的な残量をパーセントで表示するところまでしか至っていない。


バッテリーマネージメント技術はバッテリー技術を高めていく上で欠かせない、そしていまだ大きな進化を求められている技術でもあるのです。

見えないものを可視化する。

その難しさを少しでも実感して頂ければ、今後の参考になると思います。



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2009年11月22日

モータースポーツ&電動レーシングカート バッテリーの容量管理の難しさ

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バッテリー残量計はパソコンだけでなく、様々なモバイル機器でお馴染みになりました。

が、このバッテリー残量計はそれほど正確な値を示していないのが実情です。

もしこの残量をより正確に把握できるようになると、現在のモバイル機器はもう少し時間延長して使用できるようになるでしょう。

バッテリーは種類を問わず、充電して良いエネルギーと、使い切って良いエネルギーがあります。

これを超えると、バッテリーが壊れるだけでなく、超え具合がひどいと、もはやバッテリーとしてではない化学反応や物理現象を伴って、機器やユーザーに対しても危険な症状を発することになります。

充電しすぎることを「過充電」、電流を取り出しすぎることを「過放電」と呼びます。

危険な症状とは異常発熱、破裂(爆発)、内部薬品等の飛散、発火、などが代表的です。

乾電池程度では液漏れとそれによる機器の汚濁程度は経験している方も多いでしょう。

ですが、エネルギー密度が高いモバイル機器用バッテリーや、自動車やオートバイ等の鉛バッテリー、HEV(ハイブリッド自動車)、EV(電気自動車)用のバッテリーなどでは、深刻な結果を伴う可能性も高くなります。

そのため、充電器とバッテリーを使用する機器では、バッテリーの残量を慎重に管理するシステムが組み込まれています。

ただ先述のように、バッテリーの正確な残量を把握することは非常に難しい技術で、現在も充分な技術、研究成果は得られていません。

そのため、あらゆる危険因子を想定して、バッテリーの過充電、過放電を防げる範囲を決め、その範囲内で充電電流、放電電流をモニターする使い方をしています。

100%の理想的容量があるとして、80%まで充電して良いとするんです。

また0%までは使い切らずに、20%まで放電したら電流を出さないようにするんです。

ただ、この容量測定はバッテリー電圧、電流の出入りした量、周辺温度などをモニターして行っています。

ただし現在の技術では、これらがある値になると80%あるいは20%だと「類推」することしか出来ません。

この類推がモニターの誤差あるいはバッテリーそのものの不良などによって、100%を超えるあるいは0%を下回る可能性があり得るのです。

そこで、さらに安全を見て60%まで充電して良く、40%まで放電したら電流を出さないように制御する。

この結果、バッテリー容量のうち20%しか利用できないことになります。

実際のバッテリーの多くはこれほど極端では有りませんが、今後のHEV、EVなどではこれに近い使用方法をする可能性が高いと思います。

バッテリーそのものの進化も求められていますが、バッテリー残量計の高精度化も、バッテリーをフル活用するのには欠かせない、強く期待されている技術です。


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2009年11月21日

モータースポーツ&電動レーシングカート モーターとガソリン・エンジンの時間変化に伴う走行特性の違い

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ガソリン・エンジン(以下、エンジン)は燃料を燃焼させて、気体膨脹を回転力に変えて動力を得ます。

皆さんも既にご存知のとおり、満タン状態から走り始めたクルマはガソリンをどんどん消費して走り続けます。

ガソリンを消費し続けると、ガソリンタンク中のガソリンが減っていくことになりますから、車両重量が低下し、燃費も向上し、レースにおいてはラップタイム向上につながるケースも増えてきます。

一方、モーターはバッテリーに備蓄してあるエネルギーを電力として取り出して、電磁気力を回転力に変えて動力を得ます。

満充電状態から走り始めたEVはバッテリー内のエネルギーをどんどん消費して走り続けます。

しかし、バッテリー内のエネルギーが減ったところで、バッテリー重量はほとんど変化することはありません。

また、バッテリー電圧は徐々に降下する特性を有しており、EVシステムの構成によってはこの電圧降下がそのまま出力低下につながる可能性があります。

さらに、連続走行時間が延びるとモーターは熱を持ちます。

この熱によって磁石の磁力低下、あるいはコイルの抵抗増大を生じさせ、モーターそのものの出力性能を低下させます。

以上の代表的な特徴をもとにレース車両(例えばレーシングカート)で比較をすると、エンジンでは燃料フル・タンク状態から燃料を消費するにつれて走行特性が向上する特徴を有しています。

一方、モーターではバッテリー消費が進むにつれ、走行特性が低下する特徴を有しています。

もちろんタイヤの劣化、ドライバーの疲労など、どちらもラップタイム増加につながる要因は残っています。

が、モーターとエンジンで比べたとき、長時間走行における走行特性の差は、単なる比例関係以上に広がる可能性があるのではないか?と感じています。

一度、モデルを立てて試算してみようと思います。



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2009年11月20日

モータースポーツ&電動レーシングカート バッテリーの指標 その他

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HEV、EVを比較、評価する際に良く使われるキーワードを2つ紹介。


<エネルギー密度>

エネルギー密度とは、電池重量あるいは容積当たりの「電力容量」をいう。

簡単に言うと、どれだけエネルギーを溜めておけるかという指標。

単位はWh/Kgで表す。

エネルギー密度は温度、放電率、新品度によって異なる。

電気自動車では、重量当たりの容量で示すことが多く、一充電の走行距離で決める。


<パワー密度>

 パワー密度とは、電池の重量あるいは容積当たりに「取り出すことができる最大の電力量」を呼んでいる。

簡単に言うと、瞬間的に取り出せる最大電力はどれくらいかという指標。

ここでは重量当たりで示すことが多く、単位はW/Kg である。

パワー密度は温度、放電深度、放電の持続時間、新品度などにより変化する。

電気自動車の高性能化のためには、パワー密度は高く、内部抵抗は低く、単位電気伝導度は大きいほどよい。


パッと見たときに区別しにくい2つのコトバだけど、これからのクルマ(電気で走るクルマ)を語る上で欠かせなくなる指標です。

少しずつ慣れておきましょう。



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2009年11月19日

モータースポーツ&電動レーシングカート バッテリー仕様値について3

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先述したように、「時間率」で算出した電流より少ない電流でバッテリーを使用した場合、バッテリーを使い切るまでの時間が延びます。

例えば、5時間率で100Ahのバッテリーでは、20Aの負荷を接続しておくと5時間使用できることになります(電流容量100Ah=20A×5h)。

このバッテリーに、半分の負荷となる10Aの負荷を接続すると10時間使用できる計算ができます(電流容量100Ah=10A×10h)。

ところが実際は、この計算以上の時間までバッテリーを使用できる場合が多いのです。

最近話題に上げた中国製シリコンバッテリー・グリーンセイバー(GREENSAVER)を例に挙げて紹介します。

以下はカタログに記載されていたデータです。容量Ahは4種類の時間率でスペックが記されていることがわかります。

サンプル:グリーンセイバー
型番号 電圧 充電電圧 容量Ah(時間率)  寸法    重量 充電電流
        (14.8〜)  2h 5h 10h 20H L W H      推奨値
SP 6-12 12V  15V    6  7  8  8.5  151 65 94  2.7 2A〜3A
SP10-12 12V  15V   10 11 12 13   151 98 95  4.2 2A〜3A
SP12-12 12V  15V   12  - 15  -   151 98 97  4.8 2A〜3A
SP20-12 12V  15V   20 21 22 24   181 76.5 170 7.1 3A〜5A
SP27-12 12V  15V   27 32 36 38 196 131 159 10.7 5A〜8A
SP36-12 12V  15V   36 42 46 48 217 179 191 15.7 5A〜8A
SP68-12 12V  15V   68 72 76 80 259 168 210 26.5 5A〜8A

経験的に皆さんも感じていらっしゃると思いますが、バッテリーが保持する「総エネルギー」を把握することは非常に難しいんです。

簡易的に比較するには、「見かけのエネルギーE」を考慮するのが手っ取り早いと思います。

そこで、上記のグリーンセイバーSP20-12を例にとって、バッテリーが保持している「見かけのエネルギーE」を比較してみましょう。

時間率ごとに計算してみます。

時間率 電流容量Ah 仕事率W       見かけのエネルギーkJ

2時間 10.0A(20Ah) 120.0W(12V×10.0A) エネルギーE=864kJ(120.0W×{2h×3600}s)

5時間 4.2A(21Ah) 50.4W(12V× 4.2A) エネルギーE=907.2kJ(50.4W×{5h×3600}s)

10時間 2.2A(22Ah) 26.4W(12V× 2.2A) エネルギーE=950.4kJ(26.4W×{10h×3600}s)

20時間 1.2A(24Ah ) 14.4W(12V× 1.2A) エネルギーE=1036.8kJ(14.4W×{20h×3600}s)

    なお、W(仕事率J/s)であり、E=W×時間(s)。

    ついでに言うと、1ps(馬力)≒735.5 W。

以上の結果を見てください。

電流の取り出し方(時間率の違い)で、見かけのエネルギーEは変わってしまうことが判ります。

すなわち、バッテリーは少量の電流を取り出す方が見かけのエネルギーEを多く出来るんです。

逆に言えば、一気に大電流を取り出すと見かけのエネルギーEが少なくなるわけです。

簡単にまとめると、バッテリーは「大電流を短時間で放電させるより、小電流を長時間かけて放電する方が長持ちする」ということなんですね。

ただし、このバッテリーで見ると、2時間と20時間で時間比10倍に対し、見かけのエネルギーは1.2倍程度にしかならないということも感覚的に覚えておくと良いでしょう。


以前、本サイトで紹介した電動ポケバイに上記グリーンセイバーSP20-12を使用したとしましょう。

カレントプローブで得られた実測電流値は

 起動時:24A

 走行中:24A

でした。

この結果から、走行可能時間(期待値)tが計算できます。

実測電流値が大きいですから、2時間率のデータを使いましょう。

起動時も走行中も同じ電流値なので24Aとします。

簡易計算なので、電圧降下は無視して12Vとします。

これらをもとに計算すると、

 走行可能時間(期待値)t=50分=E/W=864kJ/(12V×24A)

となります。

実際にはフルスロットル時間や路面抵抗(登坂、転がり抵抗、等)などが異なってきますので、安全率の取り方で1/2、1/3、・・・と、走行時間を見積もることになります。

ちなみに、電動ポケバイを持ち上げて後輪を空転させたままだと、

 後輪空転時:2.2A

でした。

この場合、10時間率の電流容量2.2Ahがそのまま使えますから、計算上は10時間タイヤを回し続けることが期待できることになります。

ここで注意したいのは、大電流を短時間で消費するようなレーシング・セッティングの場合は、バッテリーが持つ「見かけのエネルギーE」をどんどん少なくして使う可能性が高くなる…という点です。

モーター出力が大きく、フルスロットル時間が長い。

この場合はバッテリー交換のサイクルがどんどん短くなるということです。

なお、バッテリーのこのような「見かけのエネルギーE」の変化は、バッテリーの化学反応の速度、電極劣化などが起因しており、モーター出力だけでなく、外気温などの環境条件、バッテリーの新鮮度、等からも影響を受けます。

ポイントとして覚えておくと良いでしょう。


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2009年11月18日

モータースポーツ&電動レーシングカート バッテリー仕様値について2

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時間率の続きです。

カタログに表記されている「時間率」をみると、1時間率、2時間率、5時間率、10時間率、20時間率、・・・等々、色々な表記が見られます。

メーカーによっても違います。

自動車、オートバイ、その他、用途によって、採用されている時間率が異なることも多いです。

また、本サイトでは概ね鉛蓄電池のことを「バッテリー」と記載していますが、アルカリ蓄電池など、蓄電池(バッテリー)の種類でも採用される時間率が異なっていることが多いようです。

さらにJIS規格の場合、おおよそ、
 25℃環境下で容量の1/5の電流を放電し、10.2Vまで放電できる時間と電流の積
という内容で定義されていて、「5時間率」表記を推奨しています。

ですが、国際的にも、

・SAE規格(アメリカ)⇒RC(リザーブキャパシティ)
  25A(アンペアー)(約27℃)で10.2Vまで放電できる時間(分)

・DIN規格(欧州)⇒20時間率
  容量(Ah)容量の1/20の電流を放電し(25℃)、10.2Vまで放電できる時間と電流の積

・EN規格(欧州)⇒20時間率
  容量(Ah)容量の1/20の電流を放電し(25℃)、10.2Vまで放電できる時間と電流の積

と、準拠している規格によって採用される時間率も異なるようです。

複数のバッテリーを比較検討する際には、この「時間率」を揃える手間が必要になることに注意しましょう。


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2009年11月17日

モータースポーツ&電動レーシングカート バッテリー仕様値について1

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数日に分けて、バッテリー仕様値の見方について紹介します。

実用上、難しいパラメーターは無いんですが、稀にポカミスする「時間率」だけ整理しておきます。

記載されている電流容量Ah(アンペアアワー)は、バッテリーの「容量」を把握するための数値です。

これは、バッテリーの出力電圧が最初の12Vから10.2Vまで降下する際の「電流Iと時間tの積(掛け算)」として得られる値です。

普段、簡易にバッテリーの容量期待値を試算するときは、カタログ表記値を見て、

 1時間率 容量と同じ電流を放電して、10.2Vになるまでの時間と電流の積
 5時間率 容量の1/5の電流を放電して、10.2Vになるまでの時間と電流の積
20時間率 容量の1/20の電流を放電して、10.2Vになるまでの時間と電流の積

と読み取って使用します。

まだ、ピンと来ませんね。

簡単に言うと、

1)「1時間率」と表記されたカタログの場合、電気容量Ah/1hの電流を流し続けると、1時間でバッテリーが空っぽになります。
2)「5時間率」と表記されたカタログの場合、電気容量Ah/5hの電流を流し続けると、5時間でバッテリーが空っぽになります。
3)「1時間率」と表記されたカタログの場合、電気容量Ah/20hの電流を流し続けると、20時間でバッテリーが空っぽになります。

と読むわけです。

例えば、電気容量100Ah(5時間率)と表示されたバッテリーを持っているとすると、20A(=100Ah/5h)の負荷を接続した場合に「5時間」利用できるという読み方をするわけです。

「率」と表記されていますが、実際には1/5hが「率」であって、これが「時間率」のことです。

100Ahそのものは「率」ではなく、時間(ここでは5h)×電流の「積(掛け算)」表記になっているわけです。

時間率をまとめると

1)「1時間率」とは1/1hのこと、
2)「5時間率」とは1/5hのこと、
3)「20時間率」とは1/20hのこと、

です。

所定時間(1時間率なら1時間、5時間率なら5時間、…)に連続使用できる最大電流を算出したい場合に、

 最大電流A=電気容量Ah×時間率(1/h)

と計算して、負荷に供給できる電流量を概算することが出来るのだ、と覚えておきましょう。

くどいようですが、5時間「率」だから、1時間当たり100Aで5時間使える・・・と言う意味ではない!ということに注意しましょう。

あくまでカタログに表記された電気容量Ahは、記載された時間で使い切ってしまう電流「容量」そのものだということです。

もちろん、時間率で算出できる電流よりも少ない電流で使用すれば、バッテリーを使い切るまでの「時間」は延びることになります。

ただし、その延び「時間」は、ここで算出できる「時間」よりも長くなる特徴があります。

これについては後述します。


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2009年11月16日

モータースポーツ&電動レーシングカート 走行(遊び)場所

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先日、モーターシステムのメーカーを訪れたとき、「体育館」を借りて、電動スクーター、電動ポケバイ、等のイベントをやってみたいね♪と盛り上がった。

タイヤ、衝突時の保護パッドに工夫を加えれば、走行、転倒時に体育館に対して与えるダメージは最小限に出来そうだ。

速度も最大30km/h程度に車両そのものに規制を加え、ただし加速性を高めるセッティングを施せば、安全性と娯楽性を両立できると目論んでいる。

体育館側を説得するのに苦労しそうだと言う意見もあったが、公共体育館などではユーザー不足を悩みの種にしているケースも少なくない。

ここ数日前、新聞の折り込みチラシに面白い広告が入っていた。

我が家の近所にある市営体育館が発行したチラシだ。

その中に、「インラインスケートに体育館を開放します。」と大きく記してあった。

インラインスケートのスクールも行うと言う。

子供だけでなく、大人も利用できるそうだ。

電動ポケバイ、電動カートと比べて、硬質な車輪を使ったインラインスケートに体育館を開放する。

この試みは、従来の発想から考えると驚きの挑戦であり、私にとっては大きなチャンスだと感じた。

体育館の床に対するストレスは、タイヤの選定、車重の低減、トラクションの見直しを、「インラインスケート」と比較して行えることになり、体育館側への説得材料として活かし易い環境が整いつつあるとも考えられる。

話題として盛り上がった電動スクーター、電動ポケバイのスピードはインドア用に調整して低速になるから、体育館の壁などへの保護もそう特別なものにはせずに済む。

参加可能人数、相互干渉(接触、衝突)、等による安全対策も、インラインスケートとそれほど大きくは変えずに済むのではないだろうか?

今月末から月に数回のペースでインラインスケート用に体育館を開放するスケジュールとなっているので、子供たちを連れて様子をのぞいて来ようと思っている。

もしかしたら、「インドア(体育館)専用のマシン」というニーズもありうるかもしれない。

引き続き横浜市内で電動ポケバイ、電動レーシングカートの試走場所に関する情報をお待ちしています。

ご協力宜しくお願いいたします。


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2009年11月15日

モータースポーツ&電動レーシングカート CADデータ化 少し前進

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譲り受けたレーシングカートの採寸を行い、CADデータ化する作業を進めています。

ようやくモーターシステムのレイアウト検討、折りたたみ構造を取り入れる検討、の両方ができる程度にはデータ化できました。

意外と手間なのはパイプフレームの曲げ構造が数値化しにくい点。

出来上がっているものを、出来上がったままに利用するのであれば全く気にしなくて良い事なのですが。

いずれオリジナルフレーム設計する際のバックデータとしても利用したいと思っているので、古いフレームながらもCADデータとしていつでも利用できるようにしておきたいわけです。

一番面倒なのはフロント周りで、今日の段階ではまだほとんどデータ入力できていません。

次回採寸までに測定方法をもう少し簡易化できないか見直そうと思います。

さて、日が短いこともあり(我が家にはガレージが無いので、寒さと暗さでタイムアウトになってしまいます)、続けてモーターマウント構造、折りたたみ構造のアイデア検討を行いました。

まだ「これ」と決めた方式までは見出せていませんが、おおよそのモーターシステム配置、ジョイント部の位置は「こんなものかな?」というところまで見えてきました。

合わせて、我が家のクルマ(E39)のトランクスペースの採寸も実施。

最小限の折りたたみ、部品外しで収まるかもしれない・・・という自信を得ることが出来ました。

ただ、重量の面で問題にならないか・・・という点までは良く判っていません。

特にバッテリー本数がどのくらい必要か?は大きな影響因子になります。

48V系を考えていますから、鉛バッテリーであれば最低4本は必要になってしまうわけですし。

今週中にモーターマウント、折りたたみ用ジョイントの計画設計は終えたいと考えています。

この計画設計で試作可能の判断が得られれば、試作に向けた次の課題に取り掛かろうと思います。

いかに安く・・・作るか。

資金がありません。ここで安く作れる方法が見出せれば、後々折りたたみ電動カートの低コスト化に貢献できます。

今後も、そういう視点で試作開発を進めて行きます。



posted by papacchi at 21:58| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年11月14日

モータースポーツ&電動レーシングカート リサイクル、廃棄

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先日、電動レーシングカート用のフレームを提供してくれたカートショップさんへ伺った際に、部品は域の費用について色々と話を聞かせて頂いた。

ほとんどの部品が廃棄費用を必要とするそうだが、特に高価なのが「タイヤ」だとのこと。

あれだけ小さなタイヤでありながら、普通自動車と同じ費用を取られるのだそうだ。

ちなみに普通自動車とトラックとの廃棄費用にはきちんと差が設けられている。

レーシングカートのタイヤは一般公道を走っている普通自動車のタイヤとは編み込まれた金属メッシュの比率が高く、廃棄の手間が掛かり過ぎることがコスト高に繋がっているらしいとのこと。

エンジンタイプのレーシングカートで発生する廃棄物は電動レーシングカートでも同じく発生する。

廃ガソリン、マフラーだけは電動レーシングカートでは無くなる。

が、電動レーシングカートではバッテリーというかなり面倒な廃棄物が加わる。

このバッテリー廃棄は、現状の乗用車用であれば近所のガソリンスタンドなどでも取り扱ってもらうことが可能だ。

が、ここのところ着目している「シリコンバッテリー」は酸化鉛、硫酸鉛の形態で簡易に処理工場で収集できるのか?が見えていない。

GREENSAVERに問い合わせを行ってみようと思うが、先日も紹介したように農業用肥料等に利用できるというリーフレット記載もある。

日本国内では許認可など不透明な部分もあるが、廃棄、リサイクルといったシステムがある程度見通せてこないと、1ユーザーとしても安易に入手するのは気が引ける。

そもそも廃棄を引き受けてくれるルートが無ければ困ってしまうわけだから。

折りたたみフレームを実現し、レーシングカートが自宅保管可能になった場合、最終的な廃棄方法も良く考えておく必要があるだろう。

私自身、試作を今後繰り返していく中で不要資材の廃棄は必ず避けて通れなくなるはずだ。


posted by papacchi at 23:21| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年11月13日

モータースポーツ&電動レーシングカート 既存レーシングカートを折りたたみ構造化する

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今日も色々とやってました。

勤務先では社内向け展示会があり、次世代を担う新技術を数多く見学。勉強になりましたねぇ。

夢のような技術が山ほど実際にデモンストレーションされていたことだけお伝えします。何せ企業秘密ですから(笑。

一方、朝の通勤バス内、昼休みと、譲り受けたレーシング・カートへのモーター・マウント方法、そして、フレーム運搬−試走場所へ運搬するため−の方法を、思いつくままネタ帳にメモってました。

特にフレームの折りたたみ構造は、将来的にオリジナルフレームを検討する上でも良い試験材料に成る!というのが結論。

もしかしたら、オリジナルフレームそのものが現状フレームを踏襲する形で実現できるかもしれない・・・。そんなイメージも持ちました。

徹底的にコンパクトで、レクレーション色の強いフレームを提案することも、現状のレーシングカートを徹底的に活かして、もっともっと手軽に楽しめるモータースポーツ・アイテムに近づけることも、両方やってみれば良い。

それなら、まずは今あるもので、すぐに実現できそうなところから結果を出そうと。

分解組み立ての手間を減らすとともに信頼性を高め、従来レーシングカートのフィーリングも踏襲する・・・。

そういったコンセプトで進めようと思っています。

現状のレーシングカートを分解可能にしても、重量自体は変わりません。

が、普通乗用車、特にファミリーカーのトランクに多少の手間で積み込めて、好きなところへ持ち出せるなら大きな進歩だと思います。

実際、近所のショップからフレームを譲渡してもらったときも、軽トラをレンタルしなければならなかったわけですから。

分解可能構造を年内に実施して評価するかは、今日の段階では決断していません。

ですが、最初にモーターシステムを搭載してテストランをするときに、このフレームを運搬する必要があることも確か。

ある程度覚悟を決めて、近々に方針を決めようと思っています。

アイデアグッズのパワーポイント資料作成を、今週末であらかた終えたいと思っています。

レーシングカートのフレームをCADデータ化することも今週末の宿題としているので、すべてやり切れるかな?

諦めずに突破して行きます。


posted by papacchi at 22:19| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする

2009年11月12日

モータースポーツ&電動レーシングカート バッテリーその2 シリコンバッテリー

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今日も合間を見て「シリコンバッテリー」なるものを調べていました。

基本的には鉛蓄電池であること。

反応系は鉛蓄電池そのものであること。

ただし、サルフェーション低減を狙って実施した方法であること。

なんとなくそんなことが判ってきました。

鉛蓄電池は信頼性の面で、そして出力の点で、世界的に最も広く普及しているバッテリーです。

残念ながら電気自動車にそのまま使うには多くのデメリットもあります。

特に電気自動車に関わらず大きな課題となっているのは寿命が短いこと。

長くて3年。

上述のサルフェーション(硫酸鉛による電極面積低下と希硫酸の減少)が避けられないからです。

電解液、電極、バッテリー構造、様々に進化を遂げて来ていますが、飛躍的な進歩はもう期待できない感もあります。

GREENSAVERで使用している電解液はパテントの範囲ではゲル状であること、さらには粘土鉱物を使っている可能性が高いことが判ってきました。

粘土鉱物にはハイドロタルサイト、モンモリロナイトなどの、非常に興味深い分子構造を備えた物があります。

どうも、これを使用しているために「シリケート」から「シリコンバッテリー」という俗語に変わっているようです。

最近ではリチウム系に応用すること、触媒として利用すること、等々を見据えて研究、応用が進められています。

日用品としては粘土や化粧品、吸水材料、土木業界、農業、等々に既に利用されています。

非常に面白い組成を持っている材料であることは確かです。

調べて行くうちに、本当だとしたら、電解液として積極利用し、鉛蓄電池に使うという発想は凄いと思いました。

ただ、正直なところまだまだ推測の域を超えないので、早合点は禁物。

少なくとも一般的な鉛蓄電池の1/4の価格で購入できること、充電時間はPRと違い長くかかるが出力は高いことは目撃しちゃってますからね。

電動レーシングカートの試作品を早く完成させて、このバッテリーの評価も進めて行きたいと思っています。

電気化学に詳しい方がいらっしゃったら、ぜひコメントお待ちしています。

宜しくお願いします。


posted by papacchi at 21:03| Comment(0) | 4.電動レーシングカート | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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