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様式２

研究結 果 報 告書

平成２２年１月２０日

財団法人長野県学校科学教育奨励基金

理事長田幸淳男様

学校名長野県飯田工業

学 校 長 名 篠 田 宏

１研究テーマ 環境に配慮した電気自動車（省電力競技車両）

２研究グ ループ名定時制電気部

高等学校

印

の開発

３指導者 教諭北淫勉

４ 研究の動機及び目標

近年、地球環境・エネルギー環境の問題等により、無公害・低燃費な車が地球規模で

求められている。そして、各自動車メーカーや研究機関はこれらの諸問題を解決すべく

研究開発を続けている。

この様な状況の中、本校定時制電気部でも一昨年より「ものづくり教育を通しての環

境教育」として、省エネルギー（省電力）で走行する一人乗りの電気自動車の開発を行

ってきた。しかし働きながら学ぶ生徒たちは、授業終了後や土日を利用するなど時間を

生み出す工夫をして意欲的に活動しているが、予算的に厳しく目標とする性能の車両の

完成には至っていない。

そこで、本奨励金に応募し支援を受ける中で研究開発を続け、省エネルギーに配慮した

設計・製作ができる生徒を育て車両を完成させたい。その上で、大会に参加し車体'性能

を検証することにより次年度への課題を見つけたい。

５研究内容の概要

（１）車体の設計

①車両規則

車両を設計する上で最重要課題は安全性の確保である。また、車体性能の検証も重要

な要素であるため、各大会で決められた車両規則に沿った設計でなければならない。

目標とする大会は１１月に岐阜県で行われる「エコノパワーｉｎ岐阜」であり、その

大会の車両規則に沿った設計とする必要がある。

全長 ３０００ｍｍ以下 視界 １８０度確保自由

全１幅 １２００ｍｍ以下 ブレーキ 8％勾配で停車可

全高 １６００ｍｍ以下 安全装置 クラクション

視界 １８０度確保 カウル フルカウル可

図１－１車両規則

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図１－３設計図

（２）車体の製作

①フレーム

１．発泡剤を用いて大まかな形を作り、その上に自動車修理用のパテを塗り、表面

を滑らかにコーティングし雄型を作る。（図２－１，図2-2）

２．オス型の表面全体にガラス繊維に樹脂を含ませた布を均一に張り、樹脂が硬化

したら離型しメス型を作る（図2-3、図2-4）

３．メス型の表面に炭素繊維（プリプレグ）を張り、真空成型作業をしてボディー

を作る（図2-5、図2-6）

４．真空成型が終了したら雌型より離型し、ベースとなるボディーの完成である。

（図２－７，図2-8、図2-9）

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図１－２走行抵抗軽減のための具体的対･策

また、設計図はフリーのＣＡＤソフトである「ＪＷ－ＣＡＤ」を使用し、場合によって

はて手作業で線を引き、細部まで検討･した上で製作を始めた。図１－３は設計図である。

②設計

走行中の車に働く走行抵抗は「転がり抵抗」「空気抵抗」「加速抵抗」「勾配抵抗」の

４つに分けられ、それぞれの抵抗を少なくする工夫をして設計する必要がある。

転がり抵抗はタイヤが回転しているかぎり働く抵抗でありタイヤやベアリング及び

車体重量が大きく影響する。空気抵抗は車両を前面から見た面積（前面投影面積）と空

位抵抗係数が大きく左右し、面積は部品配置などを考慮しながら極力小さく、空気抵抗

係数は車両を上下左右から見て滑らかな型とする必要がある。また、加速抵抗と勾配抵

抗は主に車体重量に影響される。

本研究ではこれらをもとに図１－２に示す具体的対策をとった。

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－２－

タイヤ

ベアリング

ホイール及びハブ

車体形状

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流線型

複合材料を利用することによる軽量化

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図２－１１フライス加工

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図２－１雄型の原型 図２－２雄型完成 図２－３雌型製作

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図２－１０旋盤加工

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図２－４雛型後の雌型 図２－５炭素繊維の張付 図２－６真空成型

図２－７ボディーの離型

図２－１２穴あけ加工

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②部品製作

生徒が実験実習の授業で習得した技術を用いて、設計図通りに部品を製作する。

図２－９ボディー図２－８ボディー

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図１－１３放電加工 図２－１４作業風景 図２－１５炭素繊維の加工

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図2-16旋盤加工による

部品

図２－１７フライス加工

による部品

図２－１８溶接加工による

部品

(３） モーターの製作

目標とする大会において、バッテリーより常時取り出せる電気エネルギーは４０

ｗ弱であり、平坦な路面をで走行している限りはモーター効率の最高点を一点に決

めることができる。しかし、大会においては高低差がある上に加速時や追い越しな

ど高い出力を必要とする場面が多々ある。そこで、低出力域から高出力域まで変換

効率が高いモーターが求められる。本研究では先端企業と連携し製作することによ

り研究を進めた。

①モーターの選定

モーターには直流モータや交流モーターなど数多くあるが、本研究では検討の結

果ＤＣブラシレスモーターの採用を決めた。

また、モーター内部での損失を少なくするため、コア（コイルが巻かれる部分）

は鉄系アモルファス（図3-1）を採用した。これは一般的に使われているケイ素鋼板

で作られたモーターより数％程度変換効率を高めることができる。

②モーターの製作

１．モーターを構成する備品を工作機械を使用して製作する。（図3-2）

２．モーターコアに導線を巻く。（図3-3）

３．構成部品を組み立てる。（図3-4）

４．モーターコントローラを取り付け回転を確かめる。（図3-5）

５．モーターの特’性を測り特性図を作成し、狙い特‘性か確認する。（図3-6）

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図３－７特性図

（４）組立て

それぞれ加工した部品をボディーに取り付ける。特に炭素繊維への部品の取り付

けは接着による場合が多いが、接着剤の使用法を間違えると強度が既定に達しない

ばかりか安全走行に支障を来たすおそれもある。細心の注意を払う必要がある。

①ボディーへ炭素繊維で製作した部品を取り付ける。（図4-1）

・マスキングテープで位置決めをし、それに沿って部品を配置する。

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・接着剤はエポキシ系樹脂を用い、確実に接着する。（図4-2）

。仕上げはバリなどが無いように丁寧に淵部分を接着剤で補修する。（図4-3）

②アルミニウムで製作した部品を取り付ける。

・接着面はサンドペーパー等で確実に脱脂し、エポキシ系樹脂（アラルダイト）

で接着する。この時に炭素繊維とアルミニウムの０．３ｍｍ程度隙間ができ、そ

の隙間に接着剤の層だできるように工夫する。（図4-4,図４－５，図4-6）

③足回りの部分を取り付ける。

・前後輪のタイヤの部分は、後に調整が必要な場面が多く発生するため、整備し

やすい構造にする。（図４－７，図４－８、図4-9）

④モーターおよび電気系統を取り付ける。

・走行途中で外れることの無いよう、確実に取り付ける。

⑤キャノピー（フロントスクリーン）等の取付。

・キヤノピーはブロー成型で製作し、丁寧にカウルに取り付ける。この時、手

の汚れなどが付着すると視界に影響するので注意を払う。（図4-13、図4-14）

⑥カッティングシートによる仕上げ。

．最後にカッティングシートを全体に貼りデザインを仕上げる。風の影響を受

けるため後ろから前に貼っていくのが大切である。（図4-15）

図4-1ﾏｽｷﾝｸﾞﾃｰﾌﾟによる図４－２ボディーへの接着

位置決め

図４－４炭素繊維の

表面削り

図４－５金属部品図の

表面削り

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図４－３仕上げ

図４－６炭素繊維と

アルミニウムの接着

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図４－７前輪取付部 図４－８前輪足回り 図４－９後輪足回り

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図４１０スイッチ

図４－１６完成車両

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図４－１１モーター 図４－１２運転席

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（５）大会の様子

平成２１年度の大会は、１１月１日（日）に岐阜県賀茂郡の日本ライン自動車学校

特設コースで行われた。飯田工業高校定時制電気部では電気自動車部門高校生クラス

（参加台数５６台）に参加した。

競技は、既定の１２ｖ３Ａｈのバッテリー１個を使い、４５分間で走行した距離を

競うものである。

始めに車両規則に沿った作りであるか確認するため車検（図5-4）が行われ、その後

２周のみのテスト走行があった。ここで必要なデーター取りが求められるが、ドライ

バーと記録員が不慣れであり、良いデーターは得られなかった。

スタート（図5-4）の合図とともに競技が開始され、飯田工業の車両は中盤まで

トップを快走した。しかし、周回遅れの車両を追い越すために想定していた以上の

電力を消費してしまい残り１ｏ分位で失速し、高校生部門で４位の結果となった。

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図５－１車検の様子 図５－２スタート前 図５－３スタート前

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図５－７大会結果（上位２０チーーム）

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図５－６競技中

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研究のまとめと今後の問題

車体を完成させ競技に参加でき当初の目標は達成できたように思う。しかし、地元の教

習所をお借りしてのテスト走行により単独走行でのデーターは取れたが、数十台の車両

と競いながらの走行では経験が少なく手探りの状態であり車体の性能はわかっていない。

次年度はデーター取得の方法を工夫したり、より多くの大会へ参加し車両の完成度を高

めたい。

また、本研究の機会を与えていただいたことにより、最初は定時制で車両を製作し全

日制と同じ全国大会で活躍できるか半信半疑であった生徒たちが、大会を終えてみると

自信を持ち来年度への希望を語るようになった。これは活動を通しての最大の成果だっ

たと感じる。

その他

本研究を進めている最中の１０月頃より、信越放送様のニュース番組で放映するた

めの取材が始まり、１１月に行われた岐阜の大会終了まで撮影していただいた６昼間

働き夜学習している生徒たちの、時間的制約がある中での活動を多くの人に知ってい

ただけたことはとても良いことであったと思っている。

－９‐