カヤックエルゴでの負荷表示をワット数で表示することは適当か？
という命題についての検討です。
2号機はエンジンの負荷を電力に変換することができます。
僕が漕いだ場合の電力計測値は、中負荷で40W、最大負荷で60W程度になります。
発電の効率（力の仕事率から電力へ変換される際のロスを考慮した効率）を60％として計算すると、
高負荷で継続可能な電力を50Wとして効率を考慮すると 50 ÷ 0.6 = 83(W) になります。
これはザックリとした計算で、正式には効率を正しく測定することとバンジーの張力も考慮する必要があります。
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実際に2019年1月のエルゴ選手権に出場したとき、エルゴメーターの測定値が88Wでした。
1000mレースなのでMAXパワーは出していませんが中〜高負荷で漕いでいます。
マスターズでも現役アスリート並のパワーがある人は400Wを越えていました。（200mの種目）
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いったい人間の能力は何ワットくらいが適当なのか？
車のエンジン出力は何馬力という表現をします。
人が継続的に発揮できる仕事率は0.1 - 0.2馬力程度とされています。
馬力という表現は、蒸気機関の開発で有名なジェームズ・ワットが蒸気機関の能力を示すのに、標準的な荷役馬1頭のする仕事を基準としたことに始まるそうです。
ややこしいのが、車の出力を ps で表す馬力は、なぜかワットの考案した英馬力ではなく仏馬力で表示するようになりました。
1 仏馬力 (PS) = 約 0.986 英馬力 (HP)
これは、車のエンジンの仕様表です。
エンジンパワーは何馬力と言った方がピンとくるのですが、正式にはKWで表すことになっています。
このように馬力とワット表示を併記してややこしいですが、
1PS(仏馬力)=0.7355kwの関係ですから、上の表の最高出力90KWから馬力換算が 90÷0.7355 = 122[PS]になります。
実際にPS表示では122と表示しています。
そのうちPS表示は無くなるのでしょうね。
人の能力は0.1 - 0.2馬力程度と言われていますが、自転車は脚力を使えるので0.2馬力として、カヤックは主に上半身の力なので0.1馬力としましょう。
1仏馬力 ＝735ワットですから、カヤックでは 70ワット程度が継続できるワット数としましょう。
アスリートは短時間ですが400W付近のパワーを出せるので0.5馬力以上です。
人の能力(0.1 - 0.2馬力程度)を遙かに超えていますね。
アスリートは様々な筋力トレーニングをしているので、並の人間とは異次元のパワーを出します。
話が横道にそれて馬力の話になりましたが、カヤックを漕ぐ場合に平均的な人の能力が70ワット付近だということを導き出すことができました。
2号機のエンジンで僕が継続的に運動する場合のワット数は、83Wでした。
ザックリと想定した人の仕事率(70W)に近い結果が得られています。
計算と実験の比較は、仕事の間違いを見つけるうえで大事なことで、整合性が計算の裏付けになります。
2号機の負荷をワット数で表示する場合、かなり近い値で近似できるようです。
これはエルゴメーターとして重要なポイントです。
運動量を数値化できると次のようなことが可能になります。
・どれだけ運動したかを統計的に見ることが可能
・パフォーマンス（運動能力）の推移が分かる
・エルゴを漕ぐ仲間との比較が可能になる
以上は、力学的な仕事率で表示することに焦点を置きました。
次に人体としてのエネルギー量に変換して表示する方法があるようです。
その場合は、生体の効率を考慮します。
人体は力学的な仕事率に対する効率が20~25%と低いそうです。
従って、人体の運動量で表示する場合は4倍するのが通例になっているようですが、エルゴメーターでは生体エネルギーではなく力学的に計算した出力そのもののワット数で表すようです。
生体エネルギーのワット数からは消費されたカロリー数を計算することができます。
追加：現行のカヤック用エルゴメータではどのようにパワーを測定しているか
現行のエルゴは風車を使った空気抵抗式で、負荷の強弱は風車を包んでいるケースの窓を開閉して空気の流れを制限することで調整します。
電力としてワット数を測定する機能がありません。
負荷の力を測定するセンサー類も使っていない。
ではどうやってワット数を標示できているのだろうか？
回転速度を測るロータリーエンコーダーとマイクロコンピューターだけで測定します。
ストロークには必ずオンとオフの時間帯があり、オン（パドルを漕いだとき）では加速し、オフになったとき減速します。
オフの減速スピードと風車の重量（正確には慣性モーメント）から風車が受ける空気抵抗力が分かります。
あらかじめ風車の特性を測定してあり、速度と負荷の関係をパラメーターとしてデータ化してあります。
オフの時のマイナスの加速度を測定することで、現在の負荷強度の設定（調整レバーの位置）が分かる。
漕いでいないオフの時に減速するマイナスの加速度が分かればその風車の特性から、速度−負荷の関係式が導き出されます。
これを元に負荷の力が計算できる仕組みです。
バンジーの張力は計算に入ってこないので、考慮していないか適当な平均値を入れているかです。
このシステムでは最初の1ストロークのパワーは確定していないので、ある程度漕いでから計算することになります。
※豆知識：仕事率の単位[ワット]は、仕事率を馬の能力を基準として表すことを考案したジェームズ・ワットにちなんで名づけられた。
※ワットと電気エネルギー
家庭の電気使用料の検針票には使用電力量が ○○kWh (キロワットアワー)でされています。
使用電力量は電気エネルギーが行った仕事量です。
ここに出てくるワットも今回出てきた力学におけるワットと同じエネルギー量です。
電力量[kWh] = 電力[kW] × 時間[h] の関係式です。
100Wの電球を2時間付けっぱなしにしたら使用電力量は 200Wh = 0.2kWh になります。
エルゴを100Wで2時間漕ぐなんて、とてもできません。
LED照明なら20〜30Wで一部屋を照明できるので、頑張って発電してみます？
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