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いよいよＤＤＷモータを分解してみます。 このモータは2001ＳＵＧＯで故障してしまったホンダＤＤＷ４０３０（Ｈギア）モータです。 というのはレースで回生電圧をかけすぎてしまいそれ以来トルクがなく不調です。 元に戻せるのかとても心配ですが思い切ってやってみよう！！もう知らない．． 分解前の正面から見た写真です。 |
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ボルトを外してみると複雑な基板と減速ギアが現われます。 グリースたっぷりのギア軍団です。どうしましょう，たじたじ．．． 基板にグリースがかからないように接着剤のようなものでアルミ合金製の本体どおしがうまく目張りされていました。 このモータを見ていると芸術品のような感じがします！！ |
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その基板のひとつ目を外してみました。ドキドキ．． モータの中には基板が２つ入っていて，そのうちの１枚目です。 よくもまーこんな狭い場所に２枚も入っているなーと感動しました！！ それぞれの基板がコネクタでうまく上下に接続されています。すごい！！ モータ関係ではよく出てくるＩＲ製のＩＣが使用されているようです。 なんに使用されているのか当方にはよく分かりませーんが， 単一電源用のドライブ回路なのでしょうか？ |
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１枚目の基板を外すとこんな感じです。 アルミ合金製と思われる本体は３層構造となっていました。 プリント基板は２枚あって１枚目を外した状態がこれです。 これらの基板やギアが絶妙に組み合わさっていて，すごい！！ 本体は複雑な穴やリブがあり，この構造の仕組みが私にはよくわかりません。 これらを設計した技術力の高さにものすごいものを感じます。 |
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アルミ合金製と思われる中間層とプリント基板はボルトで固定されていて， 外すとこんな感じです。 ＦＥＴは熱伝導性を高めるためと思われる両面テープでアルミ合金製の本体とくっついていました。 |
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ＦＥＴの型式は２ＳＫ１５０６でした。２個が１組なのかなー？ または１個が回生用なのかもしれません。 この基板から回路図を起こせると良いのだけれど．． |
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今度はモータの裏側です。 ＴＥＡＭ２×４のシール付でっせー。 |
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ボルトを外すとこんな感じてコイルが現われました。１２スロットのようです。 これが特徴となっている末広型閉口形状スロットによる，低騒音・低回転・低コギングトルクのモータ構造というものらしいです。すごい！！どうやってコイルを巻いたのでしょう。 真中が強力なネオジウム系の磁石ロータですよね。 この磁石は６ポールなのでしょうかよくわかりません。 ロータ磁極の位置を検出するホール素子はどこについているのかもよく分かりません。 磁石はすごく強力で引っこ抜くのに少し大変でした。 |
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２００２年５月２日
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ＩＲ製のＩＲＦＰ２９０７です。 |
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最初についていた２ＳＫ１５０６を取り外します。 |
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取り外したあとです。 |
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新しいＦＥＴは寸法や足の配置まで同じなので助かりました。 |
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やっと全部交換しました。 |
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気になった個所がこの抵抗です。たぶん電流センサーの役目をしていると思われます。 |
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熱伝導をよくするテープを張っておしまい。 |
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ついにＦＥＴ換装できました！！やりました！！
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ＴＥＡＭ２×４使用予定のホンダＤＤＷモータ
特徴：ネオジウム系希土類磁石の採用や末広型閉口形状スロット設計による，低騒音・低回転・低コギングトルクのモータ構造
目次
１．時間内で７０ｋｍ走るのに必要な速度は？
２．使えるバッテリー容量は？
３．使える電流は？
４．モータに許される消費電力は？
５．モータの出力は？
６．その出力で必要な速度を出すためには？
７．そんな車体は可能なのだろうか？
１．レースの２時間内で７０ｋｍ走るのに必要な速度は？
７０ｋｍ÷２時間＝平均３５ｋｍ／ｈ 上位チームは，この電池でこのスピードを保ちながらが走っているみたいです。
ＷＥＭのコースは行きは追い風で，帰りは向かい風の時が多いです。ということは南風ということかなーと今ごろ気づいてます。
夏が近づいているからかなー？と風流な気分になってます。でもこの時期，結構寒かったりするんでドライバーは車内で凍ることもあります。
追い風のときは３８ｋｍ／ｈぐらいで走り，向かい風のときは３２ｋｍ／ｈでもよいと思います。
ただし，空力のよい車体ほど消費電流一定で行きと帰りの速度差が少ないようです。
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古河電池様よりいただいたバッテリーの特性グラフをじっくりみると，放電時間から使用できる容量がわかります。 レースは２時間なのでその時間いっぱいで放電したほうがグラフからみても絶対有利なので，１０時間率３Ａｈの約８０％が使用できることになります。だって，たとえば１時間で走りきるとバッテリーの７０％しか使用できないことになりますもんね。 ２時間では， ３Ａｈ×８０％＝２．４Ａｈ しか使用できないということになります。きびしい！！ |
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ただし，別の特性グラフよりバッテリーを暖めて充電すると１１０％ぐらいの容量となるみたいなので暖めながら充電するのは当然みたいです。上位チームはほとんどやってるみたい。 あと，走行中はバッテリーの入れ物にホッカイロを入れたり，断熱材で保温するみたいです。これはバッテリーは化学変化で成り立っているので，冷えるとたぶん化学変化の進行が鈍ってしまうためと思われます。うちもホッカイロ真似しよう！！ それで１０時間率では， ３Ａｈ×約１１０％≒３．３Ａｈ に増加できそうです。 これは，やらないと損ですね。でもバッテリーちゃんは大丈夫なのでしょうか？ゆでだこになってしまう！！ これを，２時間で放電すると容量が約８０％に低下するとすれば， ３．３Ａｈ×約８０％≒２．６４Ａｈ となると思われます。なんか０．２Ａｈぐらいしか増えないみたい。でも貴重なのだ。 （ただし，容量１１０％からの２時間放電カーブは不明のため予想です。） |
３．使える電流は？
前記のバッテリー１個分の容量で１時間あたりに使用できる電流は，
約２．６４Ａｈ／２時間≒１．３２Ａとなります。
４．そのときのモータに許される消費電力は？
電圧を４８Ｖとしたら４個直列なので１個分の電流そのまましか使用できないので電力は，
約１．３２Ａ×４８Ｖ≒６３．４Ｗ となります。
電圧を２４Ｖとすると２個直列にしたものを２組並列で２個分の電流が使用できますが，
約１．３２Ａ×２個×２４Ｖ≒２．６４Ａ×２４Ｖ≒６３．４Ｗ と同じです。
（ただし，どういうわけか２４Ｖのほうが走るときもあるらしい？）
電圧を１２Ｖとすると４個並列で４個分の電流が使用できますが，
約１．３２Ａ×４個×１２Ｖ≒５．２８Ａ×１２Ｖ≒６３．４Ｗと同じです。
ただし，モータが熱くなりやすく磁石を悪くしそう？（コイル抵抗が同じ場合かな？）
５．そのときのモータの出力は？
モータや機械的伝達には損失があるので，
上記消費電力のうち，効率が良いものでも８０％ぐらいしか出力できないと思われます。
しかも，モーターの効率の良い回転数にギヤ比を合わせないと，とんでもなく効率が低下します
ただし，最近はダイレクトドライブのモータを使用しているチームが多いので９０％ぐらいの効率かも。
当方の場合，約６３．４Ｗ×約８０％≒５０．７Ｗ 良くてこの程度の出力だと思われます。
この，約５０Ｗの出力で平均速度３５ｋｍ／ｈが出せれば２時間で７０ｋｍいけると考えられます。
２×４が使用するモータはホンダのＤＤＷ２０１５のギア比がＤタイプのものです。使用電圧は２４Ｖです。
ＴＥＡＭ ＤＤＷさんからの資料によると下記の特性です。ＴＥＡＭ ＤＤＷさん資料ありがとうございます！！
この特性グラフは，スピード調整するボリュームを最大にしたときの特性のようですのです。
このグラフより，５０Ｗの出力が得られる電流と回転数，効率がわかるではありませんか！！今ごろ気づいている。
グラフより，５０Ｗが必要なとき自動的にＤタイプのギア比のモータ回転数は最大回転数の約９０％となるので約２６１ｒｐｍです。
ですので，モータ回転数が２６１ｒｐｍ（９０％回転数）のとき，
車速が３５ｋｍ／ｈぐらいになるようにギア比を調整すれば良いと考えられます。
また，電流値は約２．５Ａとなりますので，先ほど計算した許される電流値以下でいけそうです。わいわい！！
さらに，モータ単体での効率は約８０％以上が期待できそうです。
ただし，チェーンなどを使用してさらに減速しますのプラスして伝達損失が発生します。とほほ．．．
でも車体が良くないと，約５０Ｗの出力で３５ｋｍ／ｈのスピードは出ないので
車体の空力などをまず基本的に考えないとダメだわなー。がっくり．．．
６．その出力で必要な速度を出すためには？
それには走行抵抗による損失を，モーター出力の約５０Ｗ以下にする必要があります。
これは積算すると２時間で約１００Ｗｈ以下が必要です。
（１）とりあえず最初に，ころがり抵抗による損失を計算してみます。（実際の車体で測定するのがベストだと思いますが．．．）
ころがり抵抗は重量と関係します。
運転手の体重はレギュレーションで決まっていますので，
７０ｋｇとし，（体重の軽い人はおもりをのせることになっている。）
問題は車体の重量です。
とりあえず上位チームを参考に，
２５ｋｇ程度としバッテリーを含めると，（１個あたり１．４４ｋｇだそうですが，実際にはもう少し軽かったような．．．）
合計約１００ｋｇ が必要と思われます。
その条件で平地（コースはほとんど平ら）でのころがり抵抗を，２×４計算機で求めてみました。
（４）また，折り返し地点で普通のブレーキで熱に変えてしまうと，せっかくのエネルギーがムダになります。
あまり減速しすぎると，その後の加速にエネルギーが余計かかります。（これまた運転手のテクニックも関係しそうです。）
ここで，大容量のキャパシタなどに瞬時にエネルギーを蓄えて回生制動できるとかっこいいなー！！
７．そんな車体は可能なのだろうか？
すべての損失を合計すると，大幅に赤字のエネルギーとなる予定です！！
７０ｋｍなんて無理だよなーどうしよう！！ご意見ご感想をお待ちしております。