 究極の全輪駆動エコ・ハイブリット・ビークル！
|
|
|
| 2009年7月23日仕事で使う連絡用の電動アシスト自転車を7月10日に購入。
最上級のリチウム電池モデルの定価は13万円超だが、ネットで検索したら9万円チョイで出ていたのでゲット！このモデルはサンヨー製だが、選んだ理由は何と一回の充電で100ｋｍを走行できると言うフレコミだったからだ。
一口で100ｋｍと言うが、近々発売予定されている軽カーをベースにした電気自動車でも、一回の充電で走れる距離は160ｋｍにすぎない。
重さの関係からバッテリーを大きく出来ない電動アシスト自転車の走行距離が100ｋｍと言うのは、とんでもない技術革新なのだ。
|
|
|
|
自動車用オイル添加剤を扱う弊社が、何ゆえ自転車に興味を持つかと言うと、実は自動車用の技術革新は自転車から始まっている事が多いと言う歴史的事実（空気入りタイヤ、チェーン）があるからだ。
また、電動アシスト自転車はデジカメと並ぶ日本の発明品であり、今後大いに外貨獲得の主力製品になる可能性がある。電動アシスト自転車を最初に発売したのはヤマハであるが、
2008年度の生産台数は31万5千台と、28万台の原付バイクを追い越し、それらを市場から駆逐する程の発展をとげている。技術的にみると、今回購入したサンヨー製はご本家のヤマハを追い抜き、究極にせまるコンセプトを持っている。デジカメのページでもサンヨーの技術力の凄さを紹介したが、電気釜や洗濯機専業メーカーみたいなイメージとは異なり、この会社の持つ技術力を、今後順次検証してみたい。
|
|
|
|
|
| 2009年7月24日サンヨー・エネループ・バイクの特徴は、何とモーターを大胆にも前輪車軸に置いた事である。要はFFなんであるが、
ペダルは従来通りチェーンで後輪を駆動するので、全輪駆動車なんである。どこかの自転車メーカーが、チェーンを前輪にも持っていって全輪駆動にし、
スパイク・タイヤでスケート・リンクを自由自在に走り回っているシーンをUチューブで見た事があるが、サンヨー・エネループ・バイクもスパイク・タイヤを履けば氷上、雪上も楽々こなせるだろうから、
郵便屋さんやその他色々な分野でも活用できるのではなかろうか。
|
|
| それでは、何ゆえモーターを前輪に持って行ったかと言うと、
全輪駆動自転車を作るためではなく、回生ブレーキで走行距離を延長したかったからである。回生ブレーキとは、電車で既に採用されている省エネ技術であるが、減速したい時に車輪のブレーキではなくモーターを発電機にして、
その抵抗で速度を緩める方式である。そこで発電した電力は、電車では他の電車の動力に回すが、この自転車では搭載されているバッテリーの充電に回すのである。回生ブレーキを採用するには、従来のクランク軸にモーターを搭載する方法では、チェーンに逆方向の力が働き、チェーンの遊びがある関係で非常に都合が悪いのである。それで、サンヨーは従来前輪車軸に搭載していた照明用発電機をヒントに、前輪駆動を考え付いたのである。
|
|
| そこで、この搭載されているモーターであるが、そんじょそこらにある直流モーターではなく、IPMモーターと言う、最近脚光を浴びている特殊なモーターを採用している。このモーターは何者かと調べたら、これが物凄い代物で、これからのハイブリット・カーやEVで主力になると期待されているモーターだった。もっとも、従来は洗濯機やエアコンで使われだしたので、家電が得意なサンヨーならではなのかもしれない。
|
|
| 2009年7月25日IPMモーターの事を調べてみたのだが、正式名は「埋込構造永久磁石同期電動機」と呼ばれるらしい。このモーターをバッテリーで回すには、インバーターと言う直流を交流に変換する回路を通さねばならないらしい（正確には、出力調整用に電流をパルス状にしている）。 エネループ・バイクを詳しく説明しているHPを見ると、このインバターの回路が掲載されていた。この回路でバッテリーの直流電流を三相交流に変換しているのだ。強力な永久磁石を上手く回転子に埋め込んでいるので、効率が90％を上回る場合もあるらしい。回生ブレーキを作動させる場合は、このモーターを発電機として使うが、発電される電流は三相交流となり、整流回路を通してバッテリーに充電している。実は、このパルス状の回生される電流に、ハイブリット・カーやEVの未来への大きな可能性があるのだが、このテーマに関しては後述したい。
|
|
| 今回導入したエネループ・バイクは一回の充電で100ｋｍ走しれる最上級モデルで、リチウムイオン・バッテリーが搭載されている。廉価版にはニッケル水素・バッテリー搭載モデルもあるので、いざ購入となると、どちらを選ぶか悩むところである。そこで、リチウムイオン・バッテリーとニッケル水素バッテリーの特徴と長短所を述べてみることにする。
|
|
| リチウムイオン・バッテリーは何と言っても、そのサイズからは従来考えられない大きな容量を持っている。足で漕ぐ自転車は、何よりも軽量である事が大事だが、走行距離を延ばそうとしてバッテリー容量を増すと、その重量は馬鹿にならなくなる。また、従来のバッテリーでは途中充電するとメモリー効果といって、段々と充電できる量が減ってくる性質があるが、リチウムイオン・バッテリーにはそう言う心配は一切なく、好きなときに充電できるイージーさがある。バッテリーは使わなくても自然に少しづつ放電する癖を持っていて、これを自己放電と言うが、このバッテリーは自己放電がとても少ないので、何時の間にかバッテリーが上がっていたなんて心配もない。なにやら良い事だらけみたいなバッテリーだが、やはり落とし穴もあり短所も知っておいた方が良い。
|
|
| そのリチウムイオン・バッテリーの短所だが、長期保存する場合は２〜３割の充電量にしておいて、涼しい所に保管しておかないと急激に性能が劣化してしまう（容量の減少）。いざと言う時のために何時も満充電しておくと、意外と早く寿命が尽きてしまう欠点があるのだ。優等生的にこのバッテリーを使ったとしても400〜500回の充電で寿命がくるそうだから、実際にはかなり寿命が尽きるのは早いと考えて良さそうだ（１年半程度か）。それにリチウムと言うレアメタルを多量に使うので、べらぼうにコストが高い。このバッテリーを搭載したモデルの価格が高いのは、このバッテリーのコスト高に起因している。
|
|
| 次にニッケル水素バッテリーだが、リチウムイオン・バッテリーの半分くらいの容量しかないと思って間違いない。従って、このバッテリーを搭載しているモデルは、車体が構造的には殆ど同じ仕様ながら、走行距離が50ｋｍ程度と半分になっている。まあ50ｋｍと言っても、そんな距離を走破しようなんて方は、競輪選手でもなければいそうもないので問題はないが、日常的には頻繁に充電を行う必要が出てくる。それと、このバッテリーは例のメモリー効果と言う、中途半端な充放電を繰り返すと容量が減少してくる性格を持っている。また改善されているとは言え、自己放電率も高く、充電したまま放っておくといざと言う時、バッテリーが上がっていたなんて事もありうる。 |
|
| ここで両バッテリーの総括になるが、どう見てもリチウムイオン・バッテリーに軍配が上がりそうだが、当方の出した結論は全く逆の結論になった。その理由だが、まず何と言ってもリチウムイオン・バッテリーは価格が高すぎる。同じ車体でありながら、ニッケル水素バッテリー搭載タイプは６万円超で買えるのだ。それに、何時も満充電しておくと寿命が早く尽きそうと言って、残り電力を中途半端な状態にしておくと、いざと言う時にとても困ることになる。これに比べてニッケル水素バッテリーは、値段が安く買い求めやすい。それにメモリー効果があると言っても、充電器にちゃんと完全放電させてから充電する機能が付いていて、メモリー効果をキャンセルする事ができる。満充電しておいても寿命が短くなる心配はないので、毎晩寝る時にたっぷりと充電しておけば自己放電もヘッタクリもなく、次の日は競輪選手並みに走り回れるのだ。 |
|
|
|
|
|
パワーアセレーター108φ用板を巻き付ける！
| 
チェーンにメタルチューニングを塗布
|
|
| 2009年7月26日エネループ・バイクは、モーターで直接車輪を駆動している方式だから、イン・ホイールモーターだ。
ホイール内にモーターが直接付いているので伝達効率が良く、従来のチェーン駆動より２割弱もロスが小さいらしい。IPMモーターに大きな期待が出来る様になったのは、強力な永久磁石が開発できたのと、
インバーターの小型化と効率がアップしたせいらしい。それで、さらに効率アップを目指して前輪のモーター部に板状108φ用パワーアクセレーターを結束バンドで巻きつけ、
クランク軸下部にあるインバーターにもパワーアクセレーター・ステンレチップ、クランク根元両側面にロゴ・タイプを貼り付けた。チェーンにもメタルチューニングを塗布し、伝達効率UPにチャレンジしてみた。
|
|
| 2009年7月29日イン・ホイールモーターの直接駆動で伝達効率が高いと言われるエネループ・バイクだが、ペダルで漕いだパワーはチェーンで後輪を駆動する。それでチェーンの伝達効率を調べたが、実験室内では98％程度の高い効率で動力を伝達できるらしい。しかし、人力飛行機でのプロペラを駆動するチェーンの実測では80％台との報告もあるし、エネループ・バイクと他社の電動アシスト自転車をカタログ値で比較しても、人力飛行機の伝達効率と一致する。恐らく、チェーンの伝達効率は、種々の条件（チェーンに掛かる張力、スプロケットの径、経年変化、汚れ具合、潤滑条件）で大きく変化してしまうのではないだろうか。それで、チェーンにメタルチューニングを塗布した訳だが、真新しいエネループ・バイクはともかくとして、使い込んでいる自転車のチェーンに塗ると、驚くほどにペダルが軽くなり気持ちよく加速するのが体感できる。
この意味する所は、使い込んだ従来のチェーン駆動式の電動アシスト自転車のチェーンにメタルチューニングを塗ると、電動アシストでの走行距離を延ばせる可能性があると言う事だ。
|
|
| 2009年8月2日ハイブリット・カーの大フィーバーとか、EVの発売が近いとか、従来、レシプロ・エンジン一本で来た我々は、メカの知識だけでは対応できない激変する環境に曝されている。そう言う流れの中でIPMモーターは、エンジンに代わりうる主役になる可能性が大である。このモーターを理解するのは、当方の様な電気オンチとしては厳しいものがあるが、たまたま素晴らしい解説をしているHPを見つけた。TOPページの中段にある「交流同期モーターの回転原理」の箇所をクリックすると、動画アニメ入りで回転の原理が解る。この作者は電気の知識だけでなく、教育的なソフトを作る才能も持たれていると感じた。
|
|
ケーブル用パワーアクセレター装着
| 
ロゴ・タイプ４枚でケーブルを囲む
|
|
| 先日、モーターに巻き付けたパワーアクセレター108φ用の板は、殆ど効果は体感できなかったので取り外した。
エネループ・バイクは、電源ケーブルがフロント・フォーク部に露出しているので、今度は、そのケーブルにフェライト・タイプのケーブル用パワーアクセレターを装着してみたが、
これも効果が無いと言うか、少しペダルが重い感じになってしまったので、これも取り外した。次にダメ元で、アルミ製のロゴ・タイプをケーブルを包み込む様に４枚貼り付けてみた。
これは大成功で、走り始めは若干トルク・ダウンした気がするが、速度が乗って来るとペダルがシュン・シュンと軽く回転し、スピードが出すぎるので驚いた。
何故、モーターに巻き付けたパワーアクセレター108φ用の板や、フェライト・タイプのケーブル用パワーアクセレターに効果が出ないか考えてみたが、
この両者の共通点は磁性体である事だ。推測の域を出ないが、IPMモーターは高周波のパルス状の電流で駆動するので、磁性体を接近させるとロスが大きくなるのかもしれない。
|
|
|
|
|
|
| 2009年8月3日バッテリーの話に戻るが、現在実用化されているのは、ニッケル水素バッテリーとリチウム・イオンバッテリーだ。
HVは、おしなべてニッケル水素バッテリーを使っているが、近々に発売されるEVは、リチウム・イオンバッテリーが搭載されるらしい。使い分けられる理由は、前述の性質のせいだろう。エンジンを搭載し何時でも充電できるHVは、
多少の自己放電は目をつぶれるし、価格も手頃である。これは、モーターの他にエンジンを搭載していてコストも掛かっているから大事な要素だ。
EVは、エンジンを搭載していない分、高性能なバッテリーにお金を掛けられるし、何分にも大方の性能はバッテリーで決まるので、高性能な物を使いたくなる。
EVの電気代がガソリンに比較して格安と強調されるが、生活必需品の電力には多額の税金による補助がされている。
そうすると、ガソリンでは税金を払いながら走るが、EVでは補助金を貰いながら走る事になるので安いのは当たり前だ。
EVが普及すると、今度は道路財源をどうするか大きな問題になるのではないだろうか。また、走行経費にバッテリーの消耗経費が入っていない。電動アシスト自転車の例から、バッテリー寿命は充電回数で400〜500回だ。
仮にバッテリー価格が100万円として、10万ｋｍで交換となると、10円/ｋｍの経費が上乗せされる。
これは、13ｋｍ走行で現行の1Lのガソリン代と同等だから、リッターカーや軽カーと比べて割安なのか本当のところを知りたい。
まあ、環境やエネルギー効率からしてEVは必要と言われれば、難しい事を言う筋合いは無いのだが。
|
|
|
|
|
|
| 2009年8月5日ニッケル水素バッテリーとリチウム・イオンバッテリーの他に期待されているのが燃料電池である。
これは電池と言っても水の電気分解の逆で、水素と酸素の結合によって電力を発生させるので、排出されるのは水だけであり、
環境に良いとされる。そして、電力を蓄える物ではないので、本当は電池ではなく発電装置である。
ニッケル水素バッテリーも充電時には電解液を電気分解し、発生した水素を電極に蓄え（電極が水素吸蔵タンクになる）、放電時には水素と酸素を結合せるので、原理からすると立派な燃料電池システムであり、
別途水素ガスを外部から調達する燃料電池にメリットがあるのか、専門家の意見を聞いてみたい。
燃料電池では、運搬や貯蔵で取り扱いづらい水素ガスではなく、分子構造の単純なアルコールや天然ガスの含む水素を利用する方式も実用化されつつあるが、
それらの炭化水素を利用するとすると、排出されるのは水だけではなくなる。また、それらから水素をわざわざ取り出さなくても、
従来のレシプロ・エンジンに一工夫すれば、アルコールや天然ガスを燃料として使えるし、ロータリー・エンジンならば、大した改造なしに、水素を直接燃料として使えるニュースも見た事がある。これらの事から、燃料電池は天然ガスを利用して、家庭用発電装置としては非常に期待できるが、自動車用としては如何なものだろうか。
|
|
| 2009年8月6日昨晩のテレビ報道で、HVカーが事故を起こした場合、救助活動で救助隊員に感電の危険があるとし、
消防隊員に対する対処訓練が紹介された。電動アシスト自転車のバッテリー電圧と異なり、HVやEVは数百ボルトの高電圧を使用する。
危険なまでに電圧を上げるのは、ジュールの法則（発熱量=0.24X電流X電流X抵抗X時間）)から、同じ出力なら高電圧の方が電流が少なくでき、発熱が少なく効率を上げられるからであろう。
万が一感電した場合は、バッテリーからだから直流であり、交流よりも強烈なショックを受ける。最近の水害の多発を見ても、高圧バッテリーを積んだ車が水没した場合の対処方法とか、事故により電気系が破損したままの河川への転落とか、事故によるバッテリー破損で、発火した場合の消火方法等々、新しい技術革新に対する社会の受け入れ態勢の整備も大切なのではないだろうか。
勿論、ガソリンだって危険物であり、引火性を考えると火薬より怖い部分（火薬の傍で火を焚いても発火するとは限らないが、ガソリンの場合は引火してしまう）もある。
人類の文明とは、常に技術革新の連続であり、自動車の電気化も必然の流れである。従ってい、たずらに危険視するのではなく、使う側の心構えや準備が大切なのは言うまでもない。
|
|
|
|
|
|
|
| 2009年8月10日中部大学の某教授の論だと、HVの燃費は良いが、
決しって環境に優しい乗り物ではないとのご意見のブログを拝見した事がある。論拠を読むと「なるほど」と唸ってしまった。充電できる高性能２次電池は極板にレア・メタルを使うので、採掘現場では山を崩し、精錬では多量のエネルギーを消費する。 また、リサイクルでの消費エネルギーも考えると如何なものだろうか。もっとも、購入層は表向き燃費が良いからとか、補助金が出るからとか言って予約するが、実際はHVの新技術に興味があって買うのではないだろうか。これは、ターボが初めて搭載された時、排気エネルギーを回収できて、燃費改善できるからと言うのが大きな建前だったが、今更ターボの燃費が良いと思っている方はいないだろう。ターボには、ドッカンパワーがあり楽しいのと、本来は航空機用のパワーアップ・システム（本当は、高高運度でのパワーダウン防止）を身近な自動車に搭載したと言う、航空機由来の技術に対する満足があったと思う。であるから、某教授はHVは環境に良いと報道するTV局に対して苦言を述べているが、当方の意見では、世界を出し抜いた日本の新技術だから面白いと思っている。勿論、HVが環境に優しい車なんて、少しも思ってはいない。ハリウッドの有名スターが、パーティー会場に来るのに、リムジンからプリウスに乗り換えたのがきっかけで、米国にHVブームが沸き起こったらしいが、これからのカッコ良いライフスタイルは、フェラーリに乗るのではなく、バッテリーに補助される乗り物に乗る事である。勿論、麻布十番界隈には、駐車違反の民間取締りを受けない電動アシスト自転車でマーケットに買い物に行くのが一番似合うのである。 |
|
|
|
|
|
|
| 2009年8月24日HVやEV用電源は、将来キャパシター（コンデンサー）になるであろう。ニッケル水素やリチウムイオン・バッテリーは、大容量コンデンサーが実用になるまでの通過点ではと思う。両者のバッテリーは、電気エネルギーを化学変化の形で蓄えるので、充電時にどうしても極板が少しずつ傷む。新品に較べて６割程度の容量になったら寿命と判断し交換するそうだ。
電動アシスト自転車のバッテリーを参考にすると、４００〜５００回の充放電で寿命が尽きる。それを考えると、１０年後は彼方此方に廃棄バッテリーが山積み状態となるのではないか。現に排気ガス汚染を防ぐ為に、EV化が進んだヨーロッパの某観光地では、山岳地帯の谷間に廃棄バッテリーが山積みにされているのを見た人がいるとの話を聞いた事がある。化学反応ではなく、静電誘導を使って電力を溜め込むキャパシターの寿命は、充放電回数で１０万回とも言われ、事実上半永久的に使えるらしい。また、充電方法を工夫すれば分単位で満充電が完了する。バッテリーでは大量のレア・メタルを必要とし、現在の入手先は殆ど中国に頼っている。キャパシターの電極は炭素の粉だから、これは無尽蔵と言って構わない。
ただし、バッテリーと異なり大容量のキャパシターを開発するのが難しかったが、電気二重層キャパシターの研究開発が進んでいて、将来はバッテリーに取って替わる可能性が大だ。問題は、内部抵抗の小さなキャパシターは充電が難しい。充電しようとすると、殆ど内部抵抗が無いので巨大な電流が流れ、電源や途中の電線で発熱してしまい、蓄えられる電力は入力の５割にも満たない。それで、充電用の直流をダイオードで細切れにし、コイルを通じて流すとコイルのインダクタンスがロスの無い抵抗（一時的に電力を溜め込むダムになる）になり、能率良くキャパシターに充電できる。エネ・ループ自転車にも使われているIPMモーターは、三相交流を発電して回生ブレーキを掛けるので、小型高性能なスイッチング・コンバーターでパルス状の直流が得られる。この理由により、IPMモーターの今後の大きな可能性を前述したのである。
|
|
|
|
|
|
検索サイトから直接こられた方は、こちらからフレーム対応のトップページへ行かれます。
|
|
|
