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QUESTION 質問No.430

自動車の効率をダイナモシャーシで測ることについて

設計・開発  | 投稿日時:
恐れ入ります、小型のダイナモシャーシを購入検討しているものです。初学者ゆえ自動車工学の点まったくわからなく、おぼつかない点が多々ありますが、ひとつづつ教えていただけないでしょうか。

1・ダイナモシャーシというものでrpmが出力されますが、このrpmというものは一般的に言ってどの部分のrpmなんでしょうか。回転数を表示できるのですが、これが(電気自動車で言えば)モータの部分なのか、それともホイール(タイヤ)の部分なのか、この点でかなりわからなくなってしまっております。ギアを噛ませた上でのホイールに関して出力するのであれば、より混同してしまうのですが、どのrpmをどうやってとっているかすら小生には理解できていません。

2・ダイナモシャーシで計測する車体の駆動効率を測るにはどういった情報が必要でしょうか?時系列で算出されるrpm(回転数)とamps(電力)だけで測れますでしょうか?おそらく電気自動車であれば、電力は電圧*電力で算出できるとは思うのですが、海外サイトでは馬力(電力と同じく仕事率の別単位)を次のように算出しています。

馬力(Horsepower)=(トルク(lb-ft) * rpm) / 5252

さらにwikipediaには「1英馬力= 45.699 871 582 270 22 ワット」と書かれています。「1仏馬力=735.5 ワット」とも書かれています。この時、トルクもしくはrpmの主体自体がまったくもってわかりません。なんのトルクなんでしょうか?また1で質問させていただきましたとおり、なんのrpmなんでしょうか?そして、これらは両方ともにダイナモシャーシで測れるものなんでしょうか?そもそも、モータのトルクとrpmは決まっていますよね(同じようにVもAもわかりきっているはずです)、でしたらなんのためにそもそもダイナモシャーシにかけるのかすらわかりません。

3・このように、ダイナモシャーシで測る自動車やバイクといった計測系において、当該計測系において参考表記可能な駆動効率を、有効な馬力もしくは電力で示したいのですが、考えれば考える程混乱してしまっています。2で算出する馬力と、電力効率(単に電力でもいいと思いますが...)との関係性はどういうものでしょうか?同じように計測系においての駆動効率を測る指標になりえますか?

スマートな質問でなく恐れ多いのですが、主に自動車工学の観点からのご指摘をぜひお願いいたしたいです。私が勘違いしている点をひとつひとつ教えていただきたいです。

補足1 投稿日時:2019/03/09 17:48

ampsは電力ではなく電流のことでした。また、W(電力)=V(電圧)*I(電流)で示されることも理解はしています。訂正させていただきます。


ANSWER
回答No1 | 投稿日時:

大滝さま、私の専門は自動車ではなく、また自動車工学も知りませんが、現在モーター制御の仕事に携わっており、かつ電気自動車のプロジェクトにも携わった経験がありますので、私に分かる範囲で答えさせて頂きます。また文面から、もしかしたら電気自動車に関しての質問ではないかと想像しましたので、その前提でお答えしたいと思います。


1. ダイナモシャーシについて、

ダイナモシャーシを個人的に使った経験がないので想像で答える部分が多いのですが、ダイナモシャーシを使った試験において回転する部分は、

1. 電気自動車側のモーター軸
2. 電気自動車側のタイヤ軸
3. ダイナモシャーシ一次側(ドラム軸)
4. ダイナモシャーシ二次側(ダイナモ軸)

があり、恐らく電気自動車側で使われるギヤ比やタイヤ径をダイナモシャーシの設定画面に入力することで、上記すべての回転数(RPM)がモニター上で表示できるのではないかと思います(ダイナモシャーシのタイプやソフトウェアにも依りますが)。

ダイナモシャーシのカタログには恐らくダイナモシャーシの一次側(ドラム軸)のRPMが書かれていると思いますので、電気自動車側のモーター最高回転数(およびモーター制御装置の最高出力周波数、交流モーターの場合)とギヤ比から電気自動車側のタイヤ軸の最高回転数を計算して、それを満たすダイナモシャーシを購入されることになると思います。


2. 駆動効率の測定

電気自動車側は、

1. バッテリー出力電圧(モーター制御装置入力電圧)
2. バッテリー出力電流(モーター制御装置入力電流)
3. モーター制御装置出力電流
4. モーター制御装置出力電圧
5. モーター制御装置出力力率
6. モーター制御装置出力周波数
7. モーターカタログ値(データーシート値)

が測定できれば、バッテリーの出力電力(ワット)、モーター制御装置の効率、電気自動車側のモーターの出力電力(ワット)やトルク、回転数(RPM)が計算できます。また計算しなくてもモーター制御装置が計算した値を表示するはずです。

もし電気自動車側のモーター軸のトルクや回転数(RPM)を機械的に測定することができればそれに越したことはありませんが、上記3から7が分かれば、高い精度で出力電力(ワット)やトルク、回転数(RPM)を計算で求められます。

この電気自動車側のモーターの出力電力(ワット)は、電気自動車のグロス出力(ワット)に相当するものだと思います。

ダイナモシャーシ側は、

1. ダイナモ軸(RPM)
2. ダイナモ出力電圧
3. ダイナモ出力電流
4. ダイナモカタログ値(データシート値)

を測定することで、ダイナモの出力電力(ワット)やトルクが計算できます。また計算しなくてもダイナモシャーシのソフトウェアが表示してくれると思います。ダイナモの出力電力(ワット)は電気自動車のネット出力(ワット)に相当するものだと思います。

バッテリーの出力効率、モーター(モーター制御装置)の出力効率(駆動効率)は、ダイナモの出力(ワット)を基準にして計算すればよいと思います。

(補足: 回生抵抗が付いていると思うので、回生抵抗が消費する電力を測定し、それをダイナモの出力として置き換えることも可)

またトルクと回転数(RPM)が分かればワットが計算でき、ワットが分かれば馬力へ変換できます。ご指摘の通り、馬力への変換は規格によって違いがあるので、常にワットで計算し、必要があれば最後にワットから馬力へ変換することをお勧めします。


3. 馬力と電力効率の関係性、駆動効率の指標

出力(ワット)と馬力の関係は数式で定義されるので、変換は容易です。またモーターからのグロス出力(ワット)とダイナモからのネット出力(ワット)を測定することで駆動効率の指標に十分なると思います。

しかし私は自動車業界の人間ではないので、業界で用いられる規格や規則、政令については全く知りません。正式な報告書などを作成するのであれば、業界で用いられている規格や規則、政令などを順守されることを強くお勧めします。

色々と細かいことを書き、もし混乱を招いてしまいましたらご容赦下さい。