中学生のための電動カートの構造・原理の可視化教材の開発

中学生の体験学習等において、本校の実技科目の中で設計・製作している電動カートを紹介および試乗しているが、中学生でも電動カートの原理や機構を容易に理解および学習できるよう工夫した可視化教材の開発および製作を目的として研究を進めた。製作している電動カートは直流モーターをコントロールするPWM制御回路、モーターの回転数を減速する減速機構と変速およびクラッチ機構などのギアボックス、四輪走行には欠かせない差動装置ギアボックス、ハンドル周りのステアリング機構、車体全体を支えるフレームなどから構成されている。本研究の目的を達成するために、製作している電動カートの中で、特にブラックボックス化されている直流モーターのコントロール回路について、パワーMOS-FET等の各種電子部品を使用して、コントロール方式としているPWM制御回路を設計し、可変抵抗器で回転速度を可変できるような回路を組み立て、各主要部の信号波形をワンボードマイコンで計測するとともにノートパソコンで表示し可視化した。次に、減速・変速のギアボックスおよび差動機構のギアボックスの機能・構造・動作をより理解できるように、内部構造および動作の状態を可視化したモデルを製作した。減速変速ギアボックスや差動機構のギアボックスはアルミ鋳物で製作しているが、ギアボックス内部の動きが確認できるように一部を透明なアクリル樹脂製にするなどで可視化するとともに、車輪に模した円盤を手で触れることにより円盤にかかる負荷を変化させると差動装置の動作として回転の差が見えるとともに体感できる装置を製作した。製作した可視化教材を利用することにより、電動カート各部の動作および原理や構造が見えるとともに説明も容易となり、中学生にとっては、これからより普及していくと思われる電動カートまたは電気自動車の構造や原理を理解できるとともに興味が増していくものと思われる。

中学生の体験学習等において、本校の実技科目の中で設計・製作している電動カートを紹介および試乗しているが、中学生でも電動カートの原理や機構を容易に理解および学習できるよう工夫した可視化教材の開発および製作を目的として研究を進めた。製作している電動カートは直流モーターをコントロールするPWM制御回路、モーターの回転数を減速する減速機構と変速およびクラッチ機構などのギアボックス、四輪走行には欠かせない差動装置ギアボックス、ハンドル周りのステアリング機構、車体全体を支えるフレームなどから構成されている。本研究の目的を達成するために、製作している電動カートの中で、特にブラックボックス化されている直流モーターのコントロール回路について、パワーMOS-FET等の各種電子部品を使用して、コントロール方式としているPWM制御回路を設計し、可変抵抗器で回転速度を可変できるような回路を組み立て、各主要部の信号波形をワンボードマイコンで計測するとともにノートパソコンで表示し可視化した。次に、減速・変速のギアボックスおよび差動機構のギアボックスの機能・構造・動作をより理解できるように、内部構造および動作の状態を可視化したモデルを製作した。減速変速ギアボックスや差動機構のギアボックスはアルミ鋳物で製作しているが、ギアボックス内部の動きが確認できるように一部を透明なアクリル樹脂製にするなどで可視化するとともに、車輪に模した円盤を手で触れることにより円盤にかかる負荷を変化させると差動装置の動作として回転の差が見えるとともに体感できる装置を製作した。製作した可視化教材を利用することにより、電動カート各部の動作および原理や構造が見えるとともに説明も容易となり、中学生にとっては、これからより普及していくと思われる電動カートまたは電気自動車の構造や原理を理解できるとともに興味が増していくものと思われる。