2020 Fiscal Year Research-status Report
電磁力によるトルク計測技術を用いた回転トルクの精密測定に関する研究
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20K04510
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
西野 敦洋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (40415724)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 力学量計測 / 超精密計測 / トルク / 回転数 / 電磁力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一般的に、モータの特性評価をするための試験装置では、トルク－回転速度曲線（Ｔ－Ｓカーブ）や効率（＝機械出力÷入力電力×１００）等を評価するために、回転トルク計測機器および回転計が用いられている。現在、この回転トルク計測機器は、すべてモーメントアームとおもり（または分銅）を用いて、回転しない静的な状態で発生したトルクとの比較により評価されている。そのため、回転がトルク計測に及ぼす影響について検証したという報告はない。
本研究では、先行研究（JSPS科研費15K18081、17K06482）で開発した、一様な静磁場中に置かれた矩形コイルに電流を流すことでトルクが発生するという原理に基づいた、電磁力によるトルク発生技術を応用し、磁気回路と矩形コイルを同期回転させながら精密なトルクを発生させ、さらに回転速度の評価も同時に行うことで、信頼性の高い回転トルクの計測技術を確立することを目標としている。
初年度は、新たに実験装置を開発するために、主に機械要素の設計および制御システムの構築を行った。特に機械要素では、軸受の摩擦の影響を低減するために、新たにラジアル－スラスト・エアベアリングを開発した。制御システムの構築では、実験装置の両端に対向して設置された２台のモータ（第１、２軸）に対して、第３軸となる仮想軸を設定し、その仮想軸に対して２台のモータが同期して回転できるよう、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）を用いたシステムを開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度は、実験装置の設計および製作と、その実験装置の両端に設置された2台のモータ（磁気回路側およびコイル側）を同期して回転させることができる制御系の構築を行うことが目標である。特に、同期回転について、時間遅れを低減するために、磁気回路側（第1軸）、コイル側（第2軸）に次いでリファレンスとなる第3の仮想軸を設定し、第1軸および第2軸が第3軸の回転速度を目標に追従するといった制御システムを構築した。さらに、第1軸、第2軸の回転速度や軸のぶれなどを精密に評価するために、自己校正型ロータリーエンコーダの原理に基づいて、それぞれの軸に設置した1つのロータリスケール（ステンレススチール製リング）に対して、複数の光学式リードヘッドを等間隔に配置できるよう設計を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁場中でコイルが回転する際に生じる誘導起電力とコイルの角度位置及び角速度を精密に評価するために、先行研究（JSPS科研費15K18081、17K06482）で開発した、PCI eXtensions for Instrumentation（PXI）の規格に基づいた電圧-カウンタ同時計測システムを、本研究で開発を進めている新しい回転式トルク発生装置用に改良をする。また、複数の光学式リードヘッドを配置したロータリーエンコーダを用いて、回転軸の回転速度の遅れや軸のぶれ等を評価する。さらに、新たに導入する回転トルク計測機器を、既存の実荷重式トルク発生装置によって精密な評価を行う。これらによって、トルクと回転数の同時評価が可能な計測システムの構築を目標とする。
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| Causes of Carryover |
物品費については、所属機関における研究費の追加配分を受けたこと、また旅費については、新型コロナウイルス感染症拡大の影響等により、執行計画とに差が生じた。
使用計画については、光学式リードヘッドを追加するなどして、さらなる精密計測を目指す計画である。
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Research Products
(1 results)
