上記は初期構成でのモーターとスプロケ
ここではエコデンカーのギヤ比算定方法について、今のところ考えうることを記載していくことにする。
私は物理に関しては全くの素人なので記事の内容がハチャメチャに間違っているかもしれないが、考えを整理するために書き出すことにする。
また、多くの人の目に触れることで間違いの指摘がなされるなら本望である。
まず、現状を記しておく。
先日24Vモーターを入手した。
定格電力 ：500W
無負荷回転数：2800RPM
・詳細
https://www.amazon.co.jp/gp/product/B07QZHZHYX/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o03_s01?ie=UTF8&psc=1
このモーターで自転車の後輪をチェーンでつないで走らせようとした。
バッテリーは12Vを使用した。
無負荷時（地面から離した状態）では問題なくタイヤを回していたのでうまくいくと思っていたが結果はうまくいかなかった。
動作電流をみると無負荷時で2~3A程度で回っている。
それが、車両のみで平地を走らせた場合は7~8Aも電流を消費していた。
私を乗せた場合17~18Aほども電流を流していたがみじんも動かずバッテリーが過放電を起こしてしまい実験終了。
これらの状況から考えてモーターに過負荷がかかっておりローターを回すことができず過電流が流れてしまったと考えられる。
本来、モーターを使って負荷を駆動させる場合はモーターの定格回転数付近で使うよう計算して減速比を決める必要がある。
そのあたりを考慮せずありあわせのスプロケを使ったのがよくなかったと思われる。
ここからは少し現状のギヤ比などを交えて計算をしていく。
まず、モーターからタイヤまでのギヤの枚数は2枚。
ドライブ側：16枚歯
ドリブン側：39枚歯
減速比：16 / 39 ＝ 0.41025....... ≒ 0.41
タイヤの直径：500mm
タイヤの外径：500 × 3.14 =1570mm = 0.00157km(タイヤ一回転で進む距離)
定格回転数：2800RPM → 168000RPH(一時間当たりに換算)
上記から以下のように時速を算出できる。
モーターの単位時間当たりの回転数 × 減速比 × タイヤ一回転あたりに進む距離
168000 × 0.41 × 0.00157 ＝ 108.1416...... ≒ 108km/h
108km/hか…
我ながらあり得ないギヤ比で走らせていたことがうかがい知れる値である。
この計算結果から今のギヤ比は実機検証で走り出さなかった結果を証明しているように見える。
実際そうであるが、だとしたらどれくらいまで減速比をとってやればいいのか？
という疑問を直接解決する答えをこの式から得ることは残念ながら無理である。
なぜなのか？
それはモーターの定格出力（ニュートン：N）が不明だからである。
もっと言えば回転数に応じた出力特性がわかるようなグラフを用いて停止状態からどれほどの力で回転力を生じているかを把握したうえでギヤ比を考えてやらなければならない。
しかし、アマゾンで適当に1万円程度で買ってきたよくわからない外国製メーカーのモーターである。
しかもレビュー0
サイトへ飛んでもそんな詳細なデータは見当たらない。
したがって何ともならないのである。
とか泣き言をいくら言っても車両は走り出さない。
とりあえず車両を動かすために必要な力を算出してギヤ比を都度調整しながら最適化を目指すしかないように思う。
ここからは私も初めて踏み込む領域なので確証がない。
まずは必要な力を求める。
・参考
http://www.crane-club.com/study/dynamics/power.html
＞力の大きさは、｢物体の質量×9.8｣で求めることができる。
＞1kgの質量の物体に作用する力の大きさは、9.8N（1kg×9.8）である。
＞この9.8Nという数値は、地球上の1kgの物体に働く重力の大きさ、すなわち物体を動かす力の大きさを表している。
死ぬほど簡単かよ。
じゃあ何か。
車両重量が20kgだった場合、20kg×9.8＝196(N)になるのか？
多分そうなんだろうな。
そうだとして、196(N)が大きいのか小さいのか全く分からない。
できることとしては、定格電力、回転数、ローターの大きさなどができるだけ近しいモータを探してきて、これまたできる限り詳細なデータが記されているものを探してきて参考にすることである。
そのデータと比較すればモータで動かそうとしている負荷は現実的なのかどうかがわかるはずである。
また、ある程度の減速比を算出する参考にできるのではないか。
もしくはこう考えることもできる。
負荷電流に着目するのだ。
無負荷で2~3A、車両のみで7~8A、有人で17~18Aの電流が流れているわけである。
無負荷時を基準にとって、その逆比をそのまま減速比として追加するのだ。
例えば以下のように考える。
・車両のみの場合の追加減速比
2 / 7 = 0.285... ≒ 0.3 程度
・有人の場合の追加減速比
2 / 17 = 0.117... ≒ 0.1 程度
このように考えた場合、有人で1/10の減速比を追加するということになるので、上記計算結果の1/10の定格速度で走行することになる。
つまり、以下のように算出される。
108km/h × 1/10 = 10.8km/h
最大で約10km/hくらいの速度でしか走れない、ということを暗示しているのだ。
本当にそうなるかはやってみないとわからない。
しかしそう間違っていないような気もする。
とりあえず今のところの進捗はここまで。
次やるべきは減速ギヤボックスを作ることである。
とりあえずモーターとタイヤの間にギヤを二枚追加して減速をとれるような機構を追加してやらねばならない。
こうやって機構が複雑化していって機械損失が増えるのは本望じゃないんだがなぁ…
