【7月22日】ELITEローラ台 hackー自作PushPullゲージで静トルク測定と次の一手ー

慣性モーメントベンチでエネルギー基準で測定計算したブレーキトルクが小さすぎるので、本当かということで、実際にフォースゲージでホイールを引っ張って接線力を測定してみました。
●結果:ダイアル5でも100g以下しかブレーキ力はでてませんでした。(トルク換算で、接線力100gf=>0.061Nm)
手の感覚と数値は一致していると思います。

※慣性モーメントで得たトルク値は、ダイアル5で、0.0054nmで10倍ほど差がありますが、慣性モーメントの影響が大きく占めた状態が100gf0.061Nmですので、その影響ではないかと考えております。
エンコーダ速度から慣性モーメント分の加速トルクを計算してみます。

●自作 PushPullゲージ
パワーメーター作りには、各種フォースゲージが必須のツールですので、自作でPushPullゲージを作って、トルク測定に使ってみました。
DSCN1199
中華ロードセル 2Kgは、アマゾン国内在庫で2日で到着しました。
3Dプリンタで1時間半で固定台2個出来ました。取手は壊れた半田ごてから移植しました。<3Dで取手作ると2-3時間かかりそうなので>
DSCN1198
フックを交換することでPushPull両方使えます。
中華ロードセルの精度をみたのですが、±10gf程度で使えます。
chine_loadcell_cal
1gfあたり9.6gfで換算できます。
特筆すべきは、中華ロードセルの形状です。
DSCN1161梁の中央部に大きな抜き穴があって薄いブリッジを作ってあります。そのブリッジにひずみゲージが表裏に貼ってあります。通常、この組み合わせだと曲げモーメントをキャンセルして軸方向の引っ張り圧縮力しか感度がでません。この中華ロードセルを校正すると、確かにモーメントは感度がありませんでした。荷重位置を遠くにしても近くにしても値は変化しませんでした。そこまではいいのですが、軸力ですので軸方向の引っ張り圧縮は、この片持ち梁では垂直に力がかかるので剪断力としてしか応力がかからないはずです。しかし、感度よく剪断力をひずみに変換してます。これは、薄いブリッジに技があると思います。剪断力を軸力成分に変換できる形状だと思います。その代わり、相当弱いので2kg以上いれるとすぐ曲がってしまうと思います。
このようなロードセル自作しようとすると1万円では出来ないと思います。これが700円でアマゾンで買えてしまうのですから、中華パワーのに感謝です。3Dプリンタもオシロも全部中華製品で私はMAKERSをやらせていただいているので、中華製品様々です。

●ブレーキトルク測定
上記PushPullゲージを使って、Elite force magのフライホイールを引っ張って、回転し出す瞬間の静トルクを測定してみました。
DSCN1203
オシロで引っ張る瞬間を測定します。1CHにロードセル、2CHにエンコーダ信号をいれます。
NewFile2ダイアル1で、ゆっくりと引いてエンコーダが回り出す瞬間まで力を差のプルリングした結果です。1DIV20mvで、p-pで5mV程度しか動いてませんので、50gf以下の力しかかってないことが分りました。
NewFile4
ダイアル5にして、同様に測定した結果、p-pで10mV程度でした
これは、接線力で100gfですので、その程度しか出てないということになります。

●ローラー台として成り立つブレーキトルクは、
単純机上計算で
ペダリング60rpmで100Wを出力するには、
後輪接線力10Nなら10m/secです。<W=力(N)x速度(m/sec)>
後輪からローラ台に入るパワー(タイヤ転がり抵抗をゼロにして場合)
接線力10N xゴムローラ半径0.015m=>0.15Nm駆動トルク
回転数 10m/sec ゴムローラ周長0.091m=>110rps
フライホイールの基礎データでは
ダイアル1でブレーキトルク0,0007Nmで与えられらパワーに対して
は、200倍の差があります。
ダイアル5でフォースゲージで測定した値0,061Nmでも2.5倍の差があります。
これは、異常な差なので、推論で何か重要なパラメータが抜けていると考えたほうがいいでしょう。
①転がり抵抗
確かにころがり抵抗のほうがブレーキトルクよりははるかに大きな値が出ると思います。しかし、ダイアル1からダイアル5にするとうんと重くなってペダリングがしんどくなる事実があるので、転がり抵抗が重いから、フライホイールのブレーキ力が微少でも関係ないとは言えません、
1-1 フライホイール無しで、ローラ台踏んでみてみます。
1-2 転がりトルクを測定してみます。タイヤをPushPullで引っ張ってみます。
②磁気ブレーキの特性
万一、磁気が速度があがることで、吸引力が上がるとすれば説明がつきます。釣りの世界では、リー-ルのマグネットブレーキについて、マニア層がマグネットブレーキの科学談義をさんざんなされてます。
その中で、人によって、磁気吸引力が円盤の回転速度の2乗で増加すると言っているひとがいます。もし、そうだとしたら、Eliteの静ブレーキトルクが小さくても高速回転すれば何百倍にもなるということが説明つけばそれでローラ台として成り立っている説明可能になります。

しかし、世間一般には、ある回転速度以上では、電磁ブレーキの吸引力が落ちるのが定説ですので、この磁気吸引ブレーキについては慎重に調査しないといけないと思います。

しかし、困ってしまったので、ローラ台を組み直して、漕ぎながらかんがえます。後輪にもエンコーダつけて、後輪とゴムローラの転がり、スリップなどもみてみます。

最悪、動ブレーキトルクを測定しないといけなくなった場合は、モーターでホイールを回しながら、モーターの発生するトルクを測定する以外にありませんが、このほうが最終的には、最良の手段かもしれません。
=>これだと時間と手間とコストがかかるので、なんとか今すぐ、今あるもので出来ないかと考えたら、次の1手として1つありました。

●磁気ブレーキ機構をの反力を測定する
結局、ブレーキ力を発生するのは、コインマグネットです。
つまりコインマグネットには、ブレーキ反力がかかっています。
現状は、ワイヤとばねで保持してますが、この保持機構を
ロードセルを間にいれて、保持テンションの変化を測定すれば
磁気吸引力の速度特性、トルクがでるはずです。
これうまくいけば、Eliteローラ台HACKが完成できるかもしれないのであと2日でなんとか測定してみます。(出来れば)

 


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