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電力

電池BOX、高負荷用途ではうずまきバネ式ではなく板バネ式の検討を 75

ストーリー by nagazou
そんな違いが 部門より

電池ボックスのマイナス端子側に使われる受けの部分には、うずまきバネ式と板バネ式の2種類があるが、チカラの技術さんの検証によれば、うずまきバネ式は、板バネ式の20倍程度抵抗が高いことが分かったという(チカラの技術)。

この記事の結論部分を引用すると

単三乾電池4本の電池BOXにおいてうずまきバネ式の抵抗は0.4Ω程度あり、板バネ式の20倍程度でした。

電池電流が4Aのとき、うずまきバネ式の損失は6.4Wに達し使用する負荷の半分が電池BOXで熱として消費されてしまうため、モーター駆動など2Aを超える高負荷の用途には板バネ式を使用する必要があると判断します。

とのこと。

うずまきバネ式の抵抗値が高い原因を調べた結果、うずまきバネ自体の抵抗値とバネの接触抵抗が抵抗の主要因(全体の92.2%)だったそうだ。

  • なお (スコア:3, 興味深い)

    by Anonymous Coward on 2020年11月27日 19時40分 (#3931949)

    単一のアルカリ電池の内部抵抗は200mΩくらいなので、4Aの電流を流すと外から見た電圧は0.7Vにまで下がっている模様。

    # 充電池なら100mΩくらいなので1V以上取り出せて使い物になるかも

    電池の内部抵抗 - 山口大学
    http://petit.lib.yamaguchi-u.ac.jp/G0000006y2j2/file/26518/20161104162... [yamaguchi-u.ac.jp]

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  • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 16時24分 (#3931833)

    モータ使った工作している人はみんな知っている(常識)かと思っていました
    タミヤ楽しい工作シリーズとかでモータ用に想定して売ってるであろう電池ボックスはみんな板バネですし
    あんなぐるぐるしていたら抵抗高いのは自明ですし
    おすし

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      同じく、電子工作をやっている人のあいだではよく知られていると思います。
      昔は秋月でもKeystone製の電池ボックスを扱っていて、NiMHの急速充電器を作る場合などに使っていました。
      コイルスプリング式の電池ボックスしかない場合は銅線などを付けて抵抗を減らす方法も見かけます。

  • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 15時37分 (#3931800)

    >うずまきバネ式は、板バネ式の20倍程度抵抗が高い

    ここだけ読んで、抵抗が高い(塑性変形しにくい)方がばねの性能にとっては有利という話かと…

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      バネだから弾性変形の方が先に来るんじゃない?
      #つまり電池を入れにくい

      • by Anonymous Coward

        塑性変形するとばねが縮んだままになって接触不良を起こしやすくなるから、どう考えても塑性変形しにくさの方が重要。

      • by Anonymous Coward
        塑性変形しにくいことを抵抗が高いと表現するのはしっくりきませんが、要するに降伏点が高いということでしょ。
        降伏応力の大きさとヤング率の大きさは別物なので、必ずしも電池が入れにくいとはならないのでは?
    • by Anonymous Coward

      >うずまきバネ式は、板バネ式の20倍程度抵抗が高い

      ここだけ読んで、抵抗が高い(塑性変形しにくい)方がばねの性能にとっては有利という話かと…

      伝導性の金属が渦巻いてたら微弱ながらもコイルになるんじゃなかろうか
      書いてないけどそのへんがロス生んでる可能性も微レ存

      • by Anonymous Coward

        インダクタンス自体はロスにはならないでしょ。急激な負荷変動に追いつかない原因になるかもしれないけど。

      • by Anonymous Coward

        ストーリーのリンク先はまだ読んでないけど、うずまきバネ式って、円柱状の金属ワイヤを曲げた奴でしょ?
        安い奴だと点接触になるし、そうじゃなくても、円柱だから板に比べたら接触面積が少なくなるのは目に見えてる。
        そりゃ大電流流すとダメだろうねぇ。

        • Re:ばねの抵抗 (スコア:3, すばらしい洞察)

          by Anonymous Coward on 2020年11月27日 20時37分 (#3931980)

          接触面積以外にも、渦巻きばねは板ばねと比較すれば「細くて長い線」なのだから当然抵抗は大きくなる。
          とはいえ実際に検証してみると20倍もの差があるとわかったわけで、「ちょっと考えればわかること」でも確かめてみるのは大事という好例だと思うな。

          • Re:ばねの抵抗 (スコア:2, 参考になる)

            by Anonymous Coward on 2020年11月27日 20時52分 (#3931987)

            ちゃんと読むと、接触面積よりも素材自体の抵抗値が支配的なのが結構驚きでした。
            ついでに、導線をスプリングの電池側に結んで、
            間に挟むとかしてバネをバイパスさせてたのも思い出しました。
            ちょっと出力アップしたんだろうなぁ。

  • 抵抗測るだけでこういう発見がある(できる)のは意外だし、面白いですね。まあ、既に誰が気付いているが世間では知られなかった可能性もありますが。
    内容的には中学生(抵抗習うのって中学生だっけ?)でも理解できるし、理科の授業で紹介したら、知的好奇心、理科への関心を持ってもらうのに良い例かもしれません。
    さすがに抵抗だけでは理解しきれないので、ジュール熱(これは高校だっけ?)とか、金属の性質(塑性・弾性、イオンまで含めると大学物理、化学まで踏み込むかもしれませんが)の知識も要るから、そこは補助しないといけないかもしれませんが。

    ここに返信
  • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 15時58分 (#3931809)

    電池の発熱も加えると、用途として間違っているような…

    ここに返信
    • もう20年ぐらい前かな。
      電池食いのデジカメを外部バッテリで長時間運用する、っって状況を極めようとしてる人の個人サイトで
      電池ボックスのコイルバネは抵抗が高すぎて論外みたいな結論出してたのを思い出しました。

      単三4本内蔵動作だけど、消費電力が多い上に、アルカリ電池想定で放電終止電圧が高く、普通に使うとあっという間に電池切れ判定される。ニッケル水素4本ではまともに動かない。→ニッケル水素5本の外部バッテリーを使おう、って流れ。

      最初は、コイルバネの電池側に配線付き銅板を貼り付けてコイル部分の通電をショートカットする、とかいろいろ頑張ってたけど、
      最終的に、万力クランプみたいにねじで締め込む方式の電池ボックスを自作してた。

      …って、今検索したらまだあった [bitter.jp]

    • すぐ飽きるものに充電式電池使うとだるいじゃないですか。

    • 小型の模型用モーターなんかでも、1A消費くらいのものは普通に存在する。
      で、それを4つ並列につなげばあっという間に4A。

      小学生とかが、
      『全部の車輪にモーターをつけて四輪駆動だ!』
      とか言い出したらとわりと簡単に到達しそうな感じ。

      このくらいの消費電力になると、
      乾電池を直列にするよりも並列にした方がパワーが出ちゃって、
      小学校理科が通用しなくて小学生が困惑するかもしれない。

    • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 16時18分 (#3931828)

      「モーター駆動など」ということで、ミニ四駆用のモーターが公式用で2A行かないぐらい、非公式用が2~3Aぐらい。
      ロボットなんかで複数モーターを一つの電池ボックスで動かそうとするとそれぐらい行くかも?

    • by Anonymous Coward

      スタンガンさんがアップをはじめました

    • by Anonymous Coward

      もう高負荷の製品はリチウムバッテリになってる感。

  • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 16時03分 (#3931813)

    板バネ好きだから僕の設計では全部板バネ!とか?
    #適材適所感が今ひとつつかめない。。。意外に本気で気分とかありそう

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      電池構成でそんな大電流使わないから誤差に隠れていた、とか。

    • by Anonymous Coward
      強度とか耐久性とか
      あと板バネだとどうしても長さが必要になるし重いから小型軽量を要求されると使いにくい
      複雑なリンク機構がなくても板バネ自体で位置決めできるのでサスペンション全体での重量は設計次第だろうけど
      • by Anonymous Coward

        個人的な経験ではコイル式より、板バネ式の方が耐久性悪い気がする。

        曲がったところが戻らなくなってすぐに電池が落ちたり、接触が悪くなったり。
        そういう経験が板バネ式のほうが目立つ。

        • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 18時05分 (#3931896)

          バネの持ち(=塑性変形の少なさ)は兎も角、多くは熱可塑性樹脂のケースへの負荷は、板バネの方が大きい傾向がある。
          当然接点発熱による熱変形、構造樹脂のストレスクラッキングは、板バネ電池ケースの方が多くなる傾向がある。

          • by Anonymous Coward

            今となってはほぼ絶滅済の「単三乾電池式デジカメ」で、蓋が電池の電極ばねを支える構造のやつはよく爪が割れたな。
            とくに電池持ちが良いエネループを使うと、規格ギリギリに大きめサイズなのか壊れる頻度が増えてたような。

    • たぶん板バネvs渦巻きバネの数千年にわたる秘められた物語が、民明書房の本にあるのではないだろうか。

  • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 16時29分 (#3931837)

    鉄道模型の世界では稼働する台車と車体の接点部分等に電池ボックス同様バネを使っており、板バネを使うメーカー(例:関水金属)とうずまきバネをつかうメーカー(例:タカラトミー、有井製作所)があります。
    直流電源を使う通常時は良かったのですが、デジタルコントロール(DCC)環境では交流電源を流すことになったので後者のメーカーはさあ大変、という…

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      なんで大変かわからん
      接触抵抗、端子の素材による抵抗、経路長のいずれかが問題になるのか
      でもそれは交直関係ないはずでは

      • by Anonymous Coward

        渦巻バネだとコイルになるので、電源断の時に凄いピーク電圧が出たりするのではなかろうか。

        • by Anonymous Coward

          それ(電源断の過渡応答)だと交直関係なくない?

      • by Anonymous Coward

        ヒント:インダクタンス、リアクタンス

    • by Anonymous Coward

      つまり通電バネ自体がオプションだった往年のグリーンマックスは正しかったと

      #違うそうじゃない

  • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 16時55分 (#3931855)

    電池の電極の表面にガリウムをつけると良さそう

    ここに返信
    • 合金化して穴あきますよ

      #わかっててのネタ投稿だったらごめんなさい

      • by Anonymous Coward

        脆くなるのはアルミニウムで、電池の電極は鉄製か銅や真鍮なので大丈夫じゃない?

    • by Anonymous Coward

      そんな時には「コンタクトZ」 !

    • by Anonymous Coward

      コイルばねの頭に電線の接続部が有る電池ボックスも見た覚えがある。

    • by Anonymous Coward

      百均の収まり悪いズレて抵抗可変な電池機器の極にアルミホイル
      板側は少しめくってクシャッたアルミを嵌め、バネ側はテント状
      素材の抵抗は知らんけど経路はかなり短くなってるはず

  • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 17時58分 (#3931890)

    渦巻ばねで接触点増やしても流れるのはそのうちの1点のみかつそれ以降の表面積だから、板バネのほうが抵抗少ない、、、のか?

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      リンク先を読むと、バネ自体の材質(ピアノ線など)の抵抗値がそもそも大きいみたい。
      それに加えてバネなので抵抗値が高い材質の経路長が長くなるのも不利になる原因の模様。

  • by Anonymous Coward on 2020年11月27日 19時05分 (#3931929)

    乗用車はコイルバネ、トラックでは板バネつかってるよね
    同じような理由なの?

    ここに返信
    • by Anonymous Coward
      車の場合はうわだっせぇって思われるのが一番の理由だと思うよ
      JA11ジムニーは板バネだったのがパジェロミニが出るなりJA12にモデルチェンジしてコイルになったり
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