宮腰朝幸・中川健牛 悦・ムノ、マド・アイディル

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ソーラーカーの設計製作

〜設計製作経過報告〜

宮腰朝幸・中川健牛 悦・ムノ、マド・アイディル 山崎保

渡部

輔竜

ASolarCarSetup

YasusukeYAMAzAKI,TomoyukiMIYAKosHI,TakekiNAKAGAwA, TatsuyaWATANABEandMuhamadolDEL

(2001年11月30日受理）

Oursolarcarwhichhasbeensetupbeforehavebecomeoldandthereforeitsperformance hasloweredtheseyears.Welearnedfromthesolarcarsetupexperiencethataccurate assemblywasessentialanddisassemblywaspossibleentirely.Becauseofthisexperiencethis timeallthepartswerescrewedwithoutwelding.Wetookthetimeindesigninganddrawing thecar. Thispurposeisavoidanceofdesignchange. Atthepresenttimethefrontparts (steeringsystem,frontwheelsupport)havealreadyassembled.

スに参加する多くの車両に，車輪支持部，俗に云う 足回りの組立て精度不良に起因する抵抗が見られた からである。製作車両は全日本学生ソーラーカーチ ャンピオンシップノ､一フサイズカテゴリーストック クラスに属しやや小型と云えるものである。

はじめに 1

以前に製作した本研究室のソーラーカーは溶接が 多い故,改造に限度を生じた。H13年春より，再度新 しいソーラーカー製作に意欲を有する学生が卒研生 として配属され，図，に示す概形を基に設計製作を 進めるに到った。走行性能は主に空気抵抗，転がり 抵抗により支配されるが，本設計製作では後者の転 がり抵抗減に留意し，全ての部品をネジ結合とし仕 上がり精度向上を念頭に置いた。これは以前のレー

2．車体外形（図2）

製作を目指す車両外形並びに寸法であるが，比較 的小型故，本研究室の作業場では充分に製作可能で あり，製作精度向上の期待が出来る。太陽電池パネ ルは頭上平板に取り付けられ車体全般に凹凸を避け た形状とし，空気抵抗低減を考慮し合わせて前車輪 はボディ内側に入る構造とした。

3．設計仕様（表1）

太陽電池出力P=450Wattとしているが，車体 前部に多少の太陽電池貼付スペースが見込まれ480 Watt程度に上がる可能性がある。最高速度は40 km/hでやや低目であるが使用モータ(Nmax=

4000rpm) と減速比の関係により算出される。

図1 製作車両概形

秋田高専研究紀要第37号

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山崎保輔・宮腰朝幸・中川健生・渡部竜也・ムハマド・アイディル

減速機構は平歯車一平歯車，チェインスプロケッ トーチェインスプロケットを用いた2段減速装置を 予定，使用モーター定格回転数=3000rpm前後で の走行を見込んでいる。

表1 設計仕様

○○ｍ︻

ー

ー ーー

2752

○○○﹃

I

I

｜

800

−

1650

図2 車体形状と主な寸法

3． 1 モータの選定

太陽電池1枚の面積=0.332 [m2]

秋田の月平均日量（7月)=17.3[MJ/m2]

（統計期間1974年〜1980年までの平均値）

走行時間=8 [hour]=28800 [sec]

これらの損失を考慮し，各システムが高効率で稼動 した時，駆動動力は次のようになる。

0.95×0.95×0.95×0.85×0.95×289=200[Watt]

また，低効率で稼動したときは次のようになる。

0.90×0.95×0.95×0.75×0.95×289=167[Watt]

これより平均駆動動力は単純平均して184[Watt]と なる。

モータ選定のために取得電力からモータまでの損失 を考え，高効率時のモータへの入力電力を求める。

0.95×0.95×0.95×289=248 [Watt]

よって定格出力が300[Watt]のモータを選定する。

単位面積当たりの太陽電池の発電量 17.3×106/28800=600 [J/m2.s]

=600 [W/m2]

太陽電池の枚数=10枚 太陽電池の効率＝13．5 ［％］

これより太陽電池の取得電力は次のようになる。

600×10×0.332×0.135=269 [Watt]

これにバッテリー分の20 [Watt]を加えると 289 [Watt] となる。

3． 2 予想平均速度

車両質量mc =100 [kg]

ドライバー質量md=80 [kg]

総質量M =180 [kg]

転がり抵抗係数〃r =0.005 (実験値）

形状抵抗係数Cd =0.35 (仮定）

前面投影面積A =1 [m2]

空気密度γ =1.23 [kg/m3]

重力加速度9 =9.8 [m/s2]

転がり抵抗力Rr =総質量×9×"r

=180×9.8×0.005

=8.82 [N]

太陽電池の取得電力から駆動動力までの損失を考え る。以下に各システムの効率を示す。

ピークトラッカ (MPPT)=90〜95 [%]

バッテリー ＝95［％］

モータ・ ドライバ ＝95 ［％］

モータ ＝75〜85 ［％］

変速伝達装置 ＝95［％］

平成14年2月 太陽電池出力（快晴時)P

最高速度V 予想平均速度V、

(7月末頃の平均日量17.3MJとして）

車両質量 Inc

転がり抵抗係数 〃r

形状抵抗係数Cd 全面投影面積A 減速比』

タイヤ

(実験値）

(仮定）

モータ定格出力（直流)L 動力伝達効率 恥

450[Watt]

40[km/h]

29[km/h]

100[kg]

0.005 0．35

1 [m2]

9.5

20 [inch]

300[Watt]

95 ［％］

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ソーラーカーの設計製作

軸中心の延長線と交わる点を回転中心としてカーブ 走行すると，各タイヤに横滑りが生ぜず円滑回転が 可能になるというものである。

次に，外輪の舵取り角αを求める。

R=a/sinc,,+d

最小回転半径R=4000mm 車軸間距離a=1650mm

車軸中心面とキングピン軸の距離d=68mm 外輪の舵取り角α

上式を変形して各値を代入して舵取り角を次める と， α＝25.となる。

200

００００６２８４

１１

0

25 30

10 15 20

速度q[km/h]

速度と駆動動力の関係

0 5

図3

5． まとめ

今年度のソーラーカー設計製作の経過について述 べた。現段階では駆動部設計を手掛けており，プラ スチック平歯車,小ピッチチェーン(pitch=6.35), スプロケットを用いる事で静粛，円滑駆動に留意し ている。上記歯車には斜歯歯車使用も検討したが，

スラスト （軸力）ベアリングも必要となり，結果的 に組立て精度低下が危'具される事から， その使用を 見送ることにした。

車体強度を維持するフレームはアルミ合金製の簡 単なトラス構造を予定しており，節点は全てネジ締 結とし，分解可能を前提としている。尚，製作され るソーラーカーには種々の物品(電気機器，蓄電池，

調整おもり，ブレーキ等）が取り付けられるが，最 初からその位置を決定するのは困難であり，製作を 進めながら慎重にと考えている。

図4 舵取り装置

空気抵抗D=Cd×A×q2×γ/2

=0.35×1×q2×1.23/2

=0.215q2 [N]

q:走行速度[m/s]

ここで，両抵抗の和である全抵抗R[N] と速度q 参考文献 [m/s]の積により，駆動動力L[Watt]を求める。

L=(8.82+0.215q2)×q

=8.82q+0.215q3 [Watt]

上式より，縦軸を駆動動力L[Watt],横軸を速度q [m/s]とした線図（図3)を作成し，平均駆動動力 (184Watt)に対応する平均速度を求めた結果，

29 [km/h]程度となった。

米田裕彦他ソーラーカー製作ガイドブックパ ワー社1994

後藤公司ソーラーカー日刊工業新聞社

1992

桑野幸徳他太陽電池活用ガイドブックパワー 'tt l990

尾崎紀男自動車工学森北出版199O 原田幸夫流体の力学1965

遠藤拓也他新エネルギー自動車山海堂 1995

山崎秋田高専研究紀要第31号(1996‑2),39 山崎秋田高専研究紀要第32号(1997‑2),9 1）

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4．舵取り装置（図4）

最小回転半径を約4mと設定し，円滑回転走行の ためのアッカーマン・ジャントーの舵取り機構を用 いた。ここで， アッカーマン・ジャントーの機構と は，車が旋回する場合，前輪軸中心線の延長が後輪

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