[공학 설계 기초] (창의적 기법을 활용한) 태양광 자동차(솔라카) 설계 - Team Project

소개글

[공학 설계 기초] (창의적 기법을 활용한) 태양광 자동차(솔라카) 설계 - Team Project에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 태양광 자동차 만들기를 시작하며

2. 태양광 자동차 제작 계획 & 실행

3. 태양광 자동차 결과분석

4. 활동을 마치며

본문내용

한쪽으로 무게가 쏠린다면 차가 똑바로 가지 못하고 무게가 쏠리는 쪽으로 방향을 틀게 된다. 간단하게 생각해보면 좌ㆍ우 바퀴가 같이 움직이다가 왼쪽이 힘을 받아 눌리게 되면 왼쪽바퀴가 한번 돌 때 오른쪽 바퀴는 두 번 도는 셈이어서 방향이 틀어지게 되는 것이다.
솔라셀이 태양 빛을 잘 받기위해 왼쪽이 낮고 오른쪽이 높게 설치가 되면 위와 같은 상황이 벌어지기 때문에 우리 조는 받침대를 차의 가로축 중앙에 설치하고 그 위에 솔라셀을 부착해서 좌우 무게가 쏠리는 현상을 방지하고 부가적으로 각도 조절하는 효과도 얻을 수 있었다.
◈ 구상도
전면부측면부
◈ 태양광 자동차 재료
- 폼보드
- DC모터 X 2(12V, 100mA, 10000rpm)
- 55mm휠 X 4, 베어링 X 2
- 13.5mm 육각 샤프트 X 2
- solar cell(6V, 220mA) X 2
- 받침대 X 2, 리드선, 기어(3.8 : 1), 스위치, 호일, 공구들
5. 작품 제작 및 수정하기
이에 맞게 우리조는 태양광 자동차를 제작했다. 여기서 여러 가지 구상도와 다르게 수정된 부분 있지만 시행착오를 거쳐 완성에 이르게 되었다.
1. 크고 두께가 얇은 바퀴 → 마찰력 감소, 토크의 증가
첫 번째로 바퀴를 가늘고 큰 것으로 사용하여 더욱 자동차의 효율성을 높였다. 바퀴가 크고얇으면 토크가 커지고 접촉면이 적어 마찰을 필요이상으로 받지 않아도 된다.
2. 모터 2개 → 차의 힘이 증가
두 번째로 앞에 모터를 2개를 사용하여 차에 힘을 높였다. 모터 한 개를 사용하면 힘이 약해질 수 있으므로 전력이 남는 한 힘을 최대한 받게 했다.
3. 은박지 날개 → 집광력을 높임
세 번째로, 은박지 날개를 각각 솔라패널에 붙여서 집광력을 높여 에너지 효율을 높였다. 은박지는 세는 햇빛을 조금이라도 모아서, 집광판의 효율을 조금 더 높있수 있다.
4. 베어링 → 축과 차체의 마찰 감소
네 번째로, 베어링을 사용하여 축과 차체를 마찰을 줄였다. 사실 차체를 축에 맞추면 너무 자동차가 넓어지기 때문에, 저항을 더 받게 된다. 그러므로 축에 맞게 쇠베어링과 전기줄을 이용하여 축과 바퀴에 틈을 최대한 줄이도록 노력했다.
5. 모터와 태양광판의 효율성
→Solar cell: 6V 220mA, 모터: 12V 100mA
다섯 번째로, 태양광판과 모터의 전압과 전류를 찾아서, 가장 효율적인 전력이 나오도록 했다. 우리조가 구입한 6V 220mA cell 두 개를 직렬로 연결해서 12V 220mA를 만들고 cell과 12V 100mA 모터 2개를 병렬로 연결해서 모터가 cell의 출력을 최대한 뽑아낼 수 있도록 했다.
6. cell 받침대 → 효율적인 입사각 조절
마지막으로, 태양광받침을 사용해서 어느 장소나 시간에 구애받지 않고 가장 태양빛을 많이 받을 수 각을 조절할 수 있게 했다. 대회를 하는 곳은 학교 조회대이고, 시간대는 12시 정도인데 단순히 태양광판을 붙이면 빛의 효율을 최대한 받을 수 없다. 그렇기 때문에 그 때 사정에 맞게 최대한 빛을 받을 수 있게 태양광판받침을 사용해서 각도를 조절할 수 있게 했다.
■ 태양광 자동차 결과분석
우리 조가 태양광 자동차를 경주대회에서 직접 굴려본 결과 성적이 좋지 않았다. 여기서 우리조의 저조했던 성적의 원인을 찾아보려고 한다.
1. 차체에 힘이 부족했던것 같다. 자동차를 굴리지 않고 그냥 바퀴를 돌려봤을 때 그 속도는 어느 조보다 빨랐었다. 하지만 땅에만 두면 자동차가 거의 속도를 내지 못했다. 가장 큰 원인은 차체는 큰데 모터의 힘이 부족했던 것 같다. 아무래도 태양광판의과 모터의 효율이 차의 무게와 크기를 이겨내지 못했던 것 같다. 그리고 생각보다 기어도 모터에 잘 맞지 않은 것도 원인이 될 거라고 생각했다.
2. 차체가 똑바로 가지 않았다. 우리 조의 자동차는 반원을 돌면서 앞으로 나갔는데, 원인을 분석해보면 베어링이 차체에 잘 고정 되지 않아 축을 잘 고정시키지 않았던 것 같고 주행 시 태양빛을 잘 받게 하기 위해 셀을 한 쪽으로 많이 기울이면서 그에 따라 무게균형도 맞지 않았던 것 같다.
3. 차체 사이즈에 맞는 샤프트를 구하다보니 육각 샤프트를 사용하게 되었는데 아무리 베어링이 있다고
하더라고 원형 샤프트에 비해 베어링과 마찰이 있어서 힘이 제대로 전달되지 못했던 것 같다.
4. 상대적으로 차체가 무거웠다. 지금 생각해보면 우리 차체의 정도면 태양광판을 2개가 아닌 4개를 사용하여 많은 출력으로 힘을 내주었어야 했던 것이 아닐까 싶다.
■ 활동을 마치며
이번 ‘태양광자동차’만들기는 여태까지 배웠던 공학설계 과정의 최종판이라고 할 수 있을 만큼 우리조의 역량을 시험했던 것 같다. 처음 과제주제를 정하고 준비하고, 시행착오를 겪고 제품을 완성하고 평가를 받기까지 모든 것이 쉽지 않았다. 결과적으로는 좋은 주행 성적을 내진 못했지만 과정에 있어서는 어느 조보다 열정적이고 활동적이었다. 결정적으로 평가 직전 시험주행을 해보지 않은 것이 큰 원인 이었다. 만약 문제점을 미리 파악하였다면 훨씬 더 좋은 성적을 냈을지도 모르겠다. 그 전에 과제들은 머리로 생각을 하고 의견을 모으고 그에 따라 좋은 아이디어가 나왔을 때는 그것이 전부라고 생각했는데, 생각한 것을 현실과 하는 과정에서 큰 차이가 있었다. 현실에 맞게 아이디어를 구상하는 것도 중요하고, 만일 좋은 아이디어를 생각했을 때도 이것을 실행할 수 있는 실행력도 굉장히 필요하다는 것을 정말 크게 깨닫게 된 것 같다. 솔직히 창의성이라고 하는 단어가 매우 어렵고 높은 수준의 사고가 필요하다는 인식이 자리잡고 있었지만 여러 활동을 통해 직접 해보면서 그렇지 않다는 것을 느낄 수 있었다. 이번 수업을 통해 다양한 사고기법을 통해 우리가 앞으로 공학을 다루는 입장에서 현상이나 사물을 바라보는 시각이 확장하고 여러 각도에서 볼 수 있게 되었으며, 어떠한 문제를 해결해 나갈 때 팀원들과 소통하고 배려하고 맡은 역할을 다하여 하나로 뭉쳐졌을 때 그만큼 완성도가 있어지고, 한 학기 수업을 통해서 그러한 팀워크를 배운 소중한 시간이 되었다. 이제 시작인만큼 이것을 기반으로 앞으로 그 역량을 더 키우고 싶다는 욕심이 생기게 되었다.

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