Microsoft PowerPoint - 町田発明クラブ  発表資料(r9)  印刷用 P大

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1 第 84 回全国会議資料 平成 31 年 2 月 27 日町田市少年少女発明クラブ指導員中島良浩 1

2 1. 第 4 回 (2013 年 ) 以降は基本的にルールは同じ ( 動力車と山車を連結してパフォーマンス ) 2. スコア構成 ( 第 9 回 :2018 年 ) a. 15 点 : 作品構造に関する客観評価 ( 加点項目 ) b. 35 点 : 走行に関する客観評価 ( 時間内走行 コースアウト回数 ) c. 50 点 : パフォーマンス評価 ( 審査員による評価 ) パフォーマンス 構造 15% 走行 ( 完走 ) 走行点は総得点の 35% だが 完走できなければ 10 点減点走り切れなければパフォーマンスも活きない 走行性能はチャレコン作品の基礎 50% 10% 走行 25% 2

3 山車のパフォーマンスを引き出せる動力車に必要な仕様 速度 パワートレイン ( 電源 モーター ギヤボックス ) 操舵 牽引力? ( 実はこれが重要 ) 3

4 概ね 1km/h( 歩く速度の 1/4 程度 ) が必要 参考 走行タイムテーブル スタート 00 秒動力車スタート (1m 後退 ) <5 秒 > 05 秒動力車が山車と連結開始 ( 山車を連結 ) <0~5 秒 > 10 秒動力車が連結して山車を牽引開始 (11m 蛇行コース走行 ) <40~50 秒 > ゴール!50~60 秒動力車がゴールラインに到達 山車を牽引しながら 40 秒で 11m の蛇行コースを走り切る 必要な速度は 11m/40 秒 =0.275m/ 秒 =16.5m/ 分 1km/ 時 4 これは 歩く速度 (4km/h) の 1/4 程度

5 山車を牽引できるだけのモーターと電源 ( 電池 ) 協会支給 山崎教育システム Q ブロックギヤスピードセット ギヤ比は 1:6, 1:30, 1:160 の 3 種類モーターは 2 種類から選択 (FA-130 か RE-260 が使用可能 ) 添付モーターは RE 協会支給のギヤボックスを使いこなす 牽引力重視 : 1:160 のギヤ比とし モーターを過電圧で稼働 ( オーバードライブ ) 速度重視 : 1: 30 のギヤ比とし モーターの電圧を調整 5

6 FA-130RA/RE-260RA は 1.5V~3.0V が定格 ( マブチモーターサイトより ) FA-130RA RE-260RA 使用電圧範囲 V 適正電圧 1.5V 適正負荷 0.39mN m(4.0gf cm) 無負荷回転数 8,600r/min 適正電圧 負荷時の回転数 6,500r/min 適正電圧 負荷時の消費電流 500mA シャフト径 2.0mm 重量 18g 外観寸法 mm 使用電圧範囲 V 適正電圧 3.0V 適正負荷 0.98mN m(10.0gf cm) 無負荷回転数 10,900r/min 適正電圧 負荷時の回転数 7,500r/min 適正電圧 負荷時の消費電流 700mA シャフト径 2.0mm 重量 30g 外観寸法 mm 6

7 1:160( 牽引力重視 ) 5.33 倍 1:30( 速度重視 ) 7 RE-260 を適正電圧 3.0V 適正負荷で稼働 ( 消費電流 0.7A) 7,500rpm 125 回転 / 秒 支給タイヤ ( 外径 56mm) を 1:160 のギヤ比で回す 駆動力 = モータートルク x ギヤ比 / タイヤ半径 = 10(gf-cm) x 160 / 2.8(cm) = 571.4(gf) 秒速 =1 秒当たりのタイヤ回転数 x タイヤの外周 = 125( 回転 / 秒 )x 1/160 x 0.056(m) x 3.14 =0.137m/ 秒 必要な 0.275m/ 秒の 1/2 過電圧をかけて速度を確保大径タイヤに交換 RE-260 RE-260 を適正電圧 3.0V 適正負荷で稼働 ( 消費電流 0.7A) 7,500rpm 125 回転 / 秒 支給タイヤ ( 外径 56mm) を 1:30 のギヤ比で回す 駆動力 = モータートルク x ギヤ比 / タイヤ半径 = 10(gf-cm) x 30 / 2.8(cm) = 107.1(gf) 秒速 =1 秒当たりのタイヤ回転数 x タイヤの外周 = 125( 回転 / 秒 )x 1/30 x 0.056(m) x 3.14 =0.733m/ 秒 必要な 0.275m/ 秒の 2.6 倍 電圧を選んで速度を調整

8 駆動輪 : 二輪駆動 四輪駆動 総輪駆動 (6 輪など ) 駆動輪の数は牽引力に比例 第 6 回東京都代表作品 町田 第 9 回全国大会観戦レポート 特許庁長官賞 第 9 回大阪府代表作品 特許庁長官賞 森之宮 第 9 回愛知県代表作品 NHK 会長賞 豊橋 第 9 回東京都代表作品 Top20 作品 町田 第 9 回富山県代表作品 読売新聞社賞 第 9 回宮崎県代表作品 都城 文部科学大臣賞 8 砺波

9 駆動輪 : 二輪駆動 四輪駆動 総輪駆動 (6 輪など ) 駆動輪の数は牽引力に比例 第 5 回東京都代表作品特許庁長官賞 (3:50-4:31) 10 輪車 8 輪駆動 /8 輪操舵駆動 :10x8 操舵 : 8WS 9 町田

10 モーター (RE-260) 使用電圧範囲 V 適正電圧 3.0V 適正負荷 0.98mN m(10.0gf cm) 無負荷回転数 10,900r/min 適正電圧 負荷時の回転数 7,500r/min 適正電圧 負荷時の消費電流 700mA モーターは何個ありますか? 必要な電流は何 A? 期待する速度が出ない場合 モーターに必要な電圧と電流が供給できていないケースが多い 10 動力車の電源を単 3 電池で済ませていませんか?

11 電源電圧 ( 乾電池の本数で調整 :1.5/3.0/4.5/6.0/7.5/9.0V) 低速と高速 ( リカバリ用 ) の電圧切替式が全国大会上位陣に多い 電圧降下 負荷 電線 接点などを考慮 考察 パナソニック 乾電池の電池容量はどれ位? zanfot2hyzfpjy3bkefrpqni1ntfpwmx1zfrlcwdtaxnat1flnthirdc4ncu3rxdtqk52agvdjtdfz3i3mddsu0zpbuk4mm5wsxpsa0npog5ub19zmmnevknenvc5vvfdzyuym SUyMQ== 前進 後進に関する制御なので チャレコンのルールの範囲内 電源電圧が 6V でもモーター電圧は 4.5V などはザラ テスターで測ってみて下さい ( 主に電池の内部抵抗 ) 電流を 10 倍にすると持続時間は 23~28 倍も短くなる ( 電池の内部抵抗が大きくなり 電池が発熱する ) エボルタ 100mA 持続時間単 1: 約 150 時間 単 2: 約 65 時間 単 3: 約 23 時間 エボルタ1000mA(1A) 持続時間単 1: 約 6 時間 単 2: 約 2 時間 単 3: 約 1 時間 11 単容量 1は単 : 単 31 の約は単 63 倍の容量の約 6 倍

12 強力なパワーのためには 強力な電源が必要 電圧だけでなく 電流にも配慮 電圧 : 直列接続 3.0V:1A:3W 電流 : 並列接続 電流を多く使うと 急激に持続時間が短くなる 1.5V:2A:3W 電池の並列接続によって電池 1 つあたりの電流量を下げると電池の消耗が抑えられる 12 エボルタ単 1 電池定電流連続放電性能

13 正確に蛇行コースを走行できる 左右駆動輪の回転数差を利用 タイヤスリップが前提になる ( 体育館の床なら許容 ) 操舵システム ( タイヤが左右に振れる ) 搭載 基本的にはこれが必要 4WS 操舵の動力車も全国大会に出場している (1:09-1:17) 第 9 回東京都代表作品 Top20 作品 町田 後輪左右回転差による操舵は敏感なので連結が難しい傾向 操縦技術でカバーする 第 9 回愛知県代表作品 NHK 会長賞 豊橋 13

14 牽引力 には動力車自身の重量が必要牽引力とは摩擦力 摩擦力 F=μN ( 特に N: 動力車自体の重量がポイント ) 牽引力 = 摩擦力 =F を出す動力機構 重量と牽引力のバランスが重要 動力車がスリップして牽引できない 動力車自体の重量不足が原因応急処置として μ 向上 タイヤに輪ゴムを巻く という手はある F 摩擦係数 μ N 第 9 回熊本県代表作品 Top20 作品 荒尾 14 協会支給タイヤに滑り止めマットの加工品

15 主に磁石式 カンヌキ型 磁石式意外に癖がある N/S 極の配置を工夫する 極性を揃えた場合連結器N S N S N S N S 極性を工夫した場合連連結器S N 連結器結器N S N S S N カンヌキ型連結具合が見て分かる利点があり 指導は楽 カンヌキ型連結器 15 連結部分を幅広にして操舵の許容範囲を広げれば 自動連結しやすくする 特に山車側

16 主に磁石式 カンヌキ型 磁石式意外に癖がある N/S 極の配置を工夫する ( 磁力線を考える ) 極性を揃えた場合極性を工夫した場合連結器N S N S 磁力線放射連N S 結器N S カンヌキ型連結具合が見て分かる利点があり 指導は楽 連結器N S N S S N 磁力線ループ 連結器S N 極性を工夫すると 磁力が強くなり 動力車が近づくと連結器同士が面を向けるようにも作れる カンヌキ型連結器 16 連結部分を幅広にして操舵の許容範囲を広げれば 自動連結しやすくする 特に山車側

17 第 9 回熊本県代表作品 Top20 作品 カンヌキ型 荒尾 動力車連結器山車 第 9 回東京都代表作品 Top20 作品 17 磁石式 町田

18 山車のパフォーマンスを引き出せる動力車に必要な仕様 速度 1km/h パワー ギヤ比 電源操舵 操縦技術で対応 / ステアリング機構牽引力 動力車自身の重量 動力車開発は ものづくり を 経験してもらうための 大事なテーマ 18

19 観察 : 子どもと一緒に なにが起きているのか を観察 大人の先入観に囚われず 子どもと一緒に考える作品制作のカナメは バランス 動力車の牽引力はモーターだけでなく車体重量がポイント 重くする パワーが必要 電源強化 と相互に関連試行錯誤を楽しむ 子どもたちに試行錯誤を楽しんで貰う 試作と試走を繰り返して完成度を向上させるのが王道 作品は思ったように動かない 作ったように動く 思ったように動くように作ることが ものづくり 19

20 20 2

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フォト IC ダイオード S SB S CT 視感度に近い分光感度特性 視感度特性に近い分光感度特性をもったフォトICダイオードです チップ上には2つの受光部があり 1つは信号検出用受光部 もう1つは近赤外域にのみ感度をもつ補正用受光部になっています 電流アンプ回路中で2 S9066-211SB S9067-201CT 視感度に近い分光感度特性 視感度特性に近い分光感度特性をもったフォトICダイオードです チップ上には2つの受光部があり 1つは信号検出用受光部 もう1つは近赤外域にのみ感度をもつ補正用受光部になっています 電流アンプ回路中で2つの受光部の出力を減算し ほぼ可視光域にのみ感度をもたせています また従来品に比べ 同一照度における異なる色温度の光源に対しての出力変化を低減しています

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