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

(1)

1

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

(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）構造 15% 走行 25% 走行（完走） 10% パフォーマンス 50%

⇒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

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

？

（実はこれが重要）

牽引力

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

これは、歩く速度（

4km/h）の1/4程度

4

(5)

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

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-260 http://www.yamazaki-kk.com/ 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） https://www.mabuchi-motor.co.jp/motorize/branch/motor/

FA-130RA

• 使用電圧範囲 1.5〜3.0V • 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 25.0×20.1mm

RE-260RA

• 使用電圧範囲 1.5〜3.0V • 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 26.9×23.8mm 6

(7)

１：１６０（牽引力重視）

１：３０

（速度重視）

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

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倍過電圧をかけて速度を確保大径タイヤに交換電圧を選んで速度を調整 RE-260

5.33倍

7

(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回東京都代表作品第９回東京都代表作品第９回富山県代表作品町田町田砺波第９回愛知県代表作品豊橋第9回大阪府代表作品森之宮第９回宮崎県代表作品都城第9回全国大会観戦レポート⇒http://blog.livedoor.jp/machida_club/archives/1073319850.html 特許庁長官賞特許庁長官賞 NHK会長賞読売新聞社賞文部科学大臣賞 Top20作品 8

(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

町田第５回東京都代表作品特許庁長官賞１０輪車８輪駆動／８輪操舵駆動：10x8 操舵：８WS http://kids.jiii.or.jp/modules/d3blog3/details.php?bid=35 (3:50-4:31) 9

(10)

モーター（ＲＥ－２６０）

◦ 使用電圧範囲 1.5〜3.0V ◦ 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?

動力車の電源を単3電池で済ませていませんか？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

(11)

https://jpn.faq.panasonic.com/app/answers/detail/a_id/29060/p/1844,1845/session/L3RpbWUvMTU0NTAzMDkwNy9zaWQvZlVnQTZwVGRFOTROYWtEMWgwem9RREpqeGI zanFOT2hyZFpJY3BKeFRPQnI1NTFPWmx1ZFRlcWdtaXNaT1FLNThIRDc4NCU3RXdTQk52aGVDJTdFZ3I3MDdsU0ZpbUk4Mm5WSXpsa0NPOG5Ub19zMmNEVkNENVc5VVFDZyUyM SUyMQ==

【考察】

パナソニック「乾電池の電池容量はどれ位？」

◦ 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時間容量：単１は単３の約６倍単１は単３の約６倍の容量前進・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

◦

（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

◦

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） 11

(12)

電圧だけでなく、

電流にも配慮

電圧：直列接続

電流：並列接続

エボルタ単１電池定電流連続放電性能

強力なパワーのためには、強力な電源が必要

３．０Ｖ：１Ａ：３Ｗ１．５Ｖ：２Ａ：３Ｗ電流を多く使うと、急激に持続時間が短くなる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 http://jpn.faq.panasonic.com/euf/assets/images/panasonic/answer_images/energy/battery/drycell/29060_e_1.pdf 12

(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

https://youtu.be/0rBtr2_D5ds

(1:09-1:17)

◦

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

https://youtu.be/IrTblj6uTLA

第9回東京都代表作品町田第9回愛知県代表作品豊橋 Top20作品 NHK会長賞 13

(14)

第9回熊本県代表作品荒尾 Top20作品

「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 N 摩擦係数 μ 協会支給タイヤに滑り止めマットの加工品 14

(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

◦

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。

極性を工夫した場合連結器連結器ＳＮＳＮＳＮＳＮ極性を揃えた場合連結器連結器ＳＮＳＮＮＳＳＮカンヌキ型連結器 15

(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）

◦

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。

極性を揃えた場合極性を工夫した場合連結器連結器連結器連結器ＳＮＳＮＳＮＳＮＳＮＳＮＮＳＳＮカンヌキ型連結器磁力線放射磁力線ループ極性を工夫すると、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 16

(17)

第9回熊本県代表作品荒尾第9回東京都代表作品町田カンヌキ型磁石式

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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

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）

スコア構成（第

9回：2018年)

⇒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

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

？

（実はこれが重要）

牽引力

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

⇒山車を牽引しながら40秒で１１ｍの蛇行コースを走り切る

これは、歩く速度（

4km/h）の1/4程度

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

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

FA-130RA

RE-260RA

１：１６０（牽引力重視）

１：３０

（速度重視）

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

571.4(gf)

0.137m/秒

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

107.1(gf)

0.733m/秒

5.33倍

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

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

モーター（ＲＥ－２６０）

◦

適正電圧・負荷時の消費電流

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指導員中島良浩

速度重視：

_{7,500rpm ⇒ 125回転/秒}

_{7,500rpm ⇒ 125回転/秒}