ドライブトレイン技術におけるトルク計測方法

トルクは、多くの用途における重要な力学量です。トルクを正確に計測するため、特に回転部品について計測する場合には、テストベンチ製造者とユーザは高い要求をクリアする必要があります。

トルクの定量には、2種類の方法があります。直接手法と間接手法です。

直接手法

トルク信号は、ドライブトレインにおける直接的なトルク計測によって定量されます。通常は、例えばHBMのデジタルトルクセンサ T12あるいはT40B などのようなトルクフランジを使用して、非接触計測を実施します。

.直接手法によるトルク計測には、技術的に多くの利点があります。HBMが開発したフランジ技術では、設計寸法がきわめて短くなり、高品質のトルク変換器をテストベンチへ簡単に組み込むことができます。さらには、計測精度が向上し、より速い回転速度における計測も可能になります。

間接手法

トルクは、ドライブトレイン内のコンバータにおいて電動モータの出力を計測することにより、間接的に定量されます。

トルクは、回転速度の計測時に計算することができます。最新の検査・計測用機器を使えば、電気機械の電力と回転速度を簡単に定量できます。しかし、トルクの計算時には、比較的大きな誤差とこれによる計測の不確実性が伴います。これは、計算時に電力損と機械の動作状態が反映されることによります。また、校正も非常に難しくなります。トルクの間接的定量には、反力計測による方法が使用されます。この方法では、レバーアームの端部にかかる力が、力変換器を使用して計測されます。トルクは、ドライブトレイン内の特定の補助量の計測によって間接的に測定されます。これには、シャフトのねじれにより生じる表面の歪みや、シャフトのねじれ角の計測を伴うすべての手法が含まれます。これら両方の場合において、トルクは測定された補助量を使用して計算されます。

間接手法の欠点

図1:力センサを使用した反力トルクの計測
図2:反力トルク計測/クレードル動力計

力センサ(力変換器)を使用したトルクの計測

力センサ(力変換器)を使用した反力トルクの計測によるトルクの定量(例えば自動調芯ブレーキを使用する方法。図1を参照)には、複雑な力学的応用が必要になります。そこでは、自動調芯ブレーキの経時変化や、温度変化によるレバーアームの膨張といった干渉作用を考慮し、計測誤差を取り除く必要があります。さらに、この手法は動的試験には適していません。これは、大きな質量が伴うことによって、事実上、「機械的な低域通過フィルタ」として機能するためです(図2を参照)。

補助量による定量

例えば、ひずみやねじれ角などの補助量を使用して測定トルクを求める場合、直径と入力シャフト長の公差、あるいはねじれ角の計測誤差により生じる個別誤差を考慮しなければなりません。また、これらの計測手法を適用する際には、温度補正が行われないか、あるいは制限されていることよって生じる誤差も考慮する必要があります。

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