ママチャリハブダイナモの抵抗を測定してみた

ハブダイナモの抵抗

ライトを点灯してなくても、前輪ホイールの回転抵抗を増やしてしまうママチャリのハブダイナモ。

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お持ちの方はホイールを外して、ハブ軸を手で回してみてください。
結構な抵抗があります。
我が家にある２台は、既にホイールからバラされて単体になってます。

どのくらいの抵抗なのか測定したい。

何とか数値化できないかな～？と漠然と考えていました。
そんな時、手持ちのコードレスドライバを見てふと気付いたのがクラッチ機能。
ビス等を締め付け過ぎないように、任意のトルクになるとクラッチで力を逃がしてやる機能です。
今まで何となく使ってましたが、これはそれなりに決まったトルクになるよう設計されてるはず。
実際に仕様を確認してみると
f:id:kapa0:20220120222006p:plain クラッチの切替が１～２１まであるのですが、１の時０．３Ｎ・ｍで１段ごとに０．１３N・ｍ増えていくようです。
他社の仕様を見ても同様なので、そういった規格があるものと考えられます。
０．３Ｎ・ｍで回転しなければ、ある程度のトルク範囲が確認出来る事になります。

測定？

実際にコードレスドライバで回してみます。

・Panasonic NRH001 （６V 0.8W）

　手で軸を持って回転させてみると、グリッグリッと抵抗に山がある感じで回ります。
　（ハブダイナモは抵抗大きいけど、グリグリ感はおもちゃなどに使われてるＤＣモーターを回転させた時のと同じ）
　普通のハブなら極度の整備不良です。
　クラッチの設定を１（０．３Ｎ・ｍ）にして回転させました。
　ブ～～～ン
　回っちゃいましたね。
　測定不能です。
　しかし、もう一つ発電容量の大きなハブダイナモがあります。

・MITUBA MD12（6V 2.4w）

　手で軸を持って回転・・・しません。
　気合いをいれてしっかり掴めば回せます。
　そのくらい抵抗が大きい。
　期待が持てます。（期待？）
　クラッチの設定を１（０．３Ｎ・ｍ）にして回転。
　カ・カ・カ・カ・カ
　ハブ軸は回転せずクラッチが効いています。
　測定？成功
　クラッチの設定を２（０．４３Ｎ・ｍ）に上げて回転。
　カ・カ・カ・ブ～ン
　数回クラッチが効いた後、ハブ軸も回り始めました。
　何回か繰り返すと、クラッチが効いたままハブ軸が回らない事もあります。
　その際は手で回してきっかけを作ってやれば回ります。
　動画を撮りました。

www.youtube.com

検証

ＮＲＨ００１は０．３Ｎ・ｍ以下という事しか分かりません。
ＮＤ１２は０．３Ｎ・ｍ以上、０．４３Ｎ・ｍ未満という事が分かります。
きっかけさえ作ってやれば、０．４３で回る事から始動時のトルクじゃなければもっと低いトルクでも回る事でしょう。
ここでは０．３５Ｎ・ｍと仮定して、実際の走行だとどの程度の抵抗になるのか計算比較してみます。

・仕事率Wに置き換える

　ネットで探すと、某掲示板に投稿されたＫさんの出力が２５ｋｍ／ｈ走行時８０Ｗという情報を得られました。
　この方ロードバイクなので、ママチャリとは異なりますがざっくりとした目安で良いでしょう。
　トルクを仕事量に置き換える場合
　　仕事率Ｗ＝２×π×トルクＮ・ｍ×回転数ｒｐｍ÷６０秒
　なので時速２５ｋｍ／ｈの時の仕事率Ｗは
　　７．３８５ｗ＝２×π×０．３５Ｎ・ｍ×（２５０００ｍ÷６０分÷２．０６８）÷６０秒
　※：25000ｍ÷60分は25km/hをkm/分にしたもの
　　　2.068は26ｲﾝﾁ1 3/8ﾀｲﾔの外周
　　この抵抗は計算式を見て頂けば分かりますが、速度に比例して大きくなります。

・比率をみる

Ｋさんの自転車にはハブダイナモが付いていませんので、加算した上で比率を見ます。（ロードハブの抵抗分が余計ですが、元々ママチャリ基準なので細かいことは気にしない）
　０．０８４５＝７．３８４／（８０＋７．３８４）
２５ｋｍ／ｈ時の抵抗は、全体出力の約８．４５％を消費する。
ちなみに、仮定したトルクが０．４N・ｍの場合約９．５４％

感想

計算してみると、ハブダイナモの抵抗は全体の抵抗と比較する限りは思った程酷くはなかった。
体感的にはもっと抵抗が大きいように感じたが、実際にはこんなものかも知れない。
ハブやボトムブラケットのグリスアップや玉押しに神経使って整備したり、まだ新品に近いタイヤを転がりが悪いからと交換するのに、ハブダイナモに１０％近くロスするのは納得がいかないので今後もママチャリのハブダイナモを使う事は無いと思います。
近距離をのんびり走る分には、抵抗になる仕事率も低く気になりません。
（その場合、軽やかに走るための整備はあまり意味が無くなりますが）

追記：ほとんど自転車に乗ってこなかった成人男性が、自転車に乗って継続して出せる出力が１００Ｗ程度（がんばった状態）だそうです。

出力が１００Ｗあっても、テクニックが未熟で効率よく速度に変換できないらしいのですが、裏を返せばベテランでも１００％を使う事が出来ないという事だと考えます。

８０Ｗで８０%使えたとして６４Ｗ。

ハブダイナモは実際の走行からエネルギーを削っていきますから、その割合は先ほど比較した数値を大きく上回っているのかも知れません。

（８０％なんて書きましたが根拠は全くないので信用しないでくださいね）

これが体感との違いかなと考えています。

更に追記：ペダリング効率でググってみると、ペダリングモニターというもので測定するらしいのですが、プロの選手が７０％～８０％の効率を数分出すだけでパフォーマンスになる程らしいです。

３０％などはそれほど珍しくないとか。

素人で速くも走れない私なら、ハブダイナモに使われるパーセンテージはかなりの物になりそうです。

おまけ

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