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

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K04510
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 力学量計測 / 超精密計測 / トルク / 回転数 / 電磁力

研究実績の概要

持続可能な社会を実現するためには、エネルギー効率の向上が不可欠である。特に、様々な産業分野で活用されるモータの効率化は大きな意義を持つ。高効率モータを開発するためには、モータの性能を精密に評価することが重要であり、そのためには信頼性の高い回転トルク計測技術が必要である。本研究では、先行研究（JSPS科研費15K18081、17K06482）で開発した電磁力式トルク発生技術を応用し、回転トルク計測技術を確立することが目的である。昨年度までに、装置およびPXI規格に基づいた電圧-カウンタ同時計測システムを構築した。そして、矩形コイルを貫く全磁束の評価を行った。さらに、電磁力により発生したトルクと、モーメントアームの先端に分銅を載荷する（重力を負荷する）ことにより精密なトルクを発生することができるトルク標準機で発生したトルクについて、トルク変換器を介して両者の評価を行った。本年度は、回転する矩形コイルに供給する電流を正弦波で変化させるための計測制御ソフトウェアを開発した。これにより、回転しながら時間的に変化するトルクを発生させることができるようになった。さらに、トルク変換器内部に導線を通すことができるようにするために、中空のシャフトを使用した新しい回転式トルク変換器を開発した。その結果、スリップリングの取り付け位置を、矩形コイルとトルク変換器の間から、トルク変換器とモータの間に変更することができるようになった。これにより、スリップリング部分における摩擦の影響による力学的エネルギーの損失を改善でき、矩形コイルで発生したトルクについて、より精密にトルク変換器に負荷することができる可能性が示された。今後、回転数の変化がトルク変換器に与える影響について実験的に評価を行い、信頼性の高い回転トルク計測技術の確立に向けた研究開発を進める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Development of a nano-torque generating machine using electromagnetic force based on the principle of the Kibble balance (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishino Atsuhiro、Kinoshita Moto
  • 雑誌名: Measurement 巻: 194 ページ: 111081～111081
  • DOI: 10.1016/j.measurement.2022.111081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a novel dynamic torque generation machine based on the principle of a Kibble balance (2022)
  • 著者名/発表者名: Hamaji Misaki、Nishino Atsuhiro、Ogushi Koji
  • 雑誌名: Measurement Science and Technology 巻: 33 ページ: 115901～115901
  • DOI: 10.1088/1361-6501/ac8441
  • 査読あり
• [学会発表] UNCERTAINTY EVALUATION METHOD OF A DYNAMIC TORQUE GENARATION MACHINE USING ELECTROMAGNETIC FORCE (2022)
  • 著者名/発表者名: 濱地 望早来, 西野 敦洋, 大串 浩司
  • 学会等名: IMEKO 24th TC3, 14th TC5, 6th TC16 and 5th TC22 International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 電磁力を用いた動的トルク発生装置の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 濱地 望早来, 西野 敦洋, 大串 浩司
  • 学会等名: 日本機械学会 関東支部 第29期総会・講演会
• [学会発表] Torque generating machine based on the principle of the Kibble balance at NMIJ (2022)
  • 著者名/発表者名: 倉本 直樹, 西野 敦洋, 濱地 望早来, 大串 浩司
  • 学会等名: CPEM2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] セシウム蒸気セルを用いたゼーマン効果による磁気測定システムの構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西野 敦洋, 木下 基
  • 学会等名: 第38回センシングフォーラム 計測部門大会講演集
• [図書] Handbook of Metrology and Applications (2023)
  • 著者名/発表者名: Koji OGUSHI, Atsuhiro NISHINO, Marc-Antoine Drouin, Antoine Tahan, Battal Singh, Mansi, Harish Kumar, A. K. S. Singholi, Mansi, Harish Kumar, A. K. S. Singholi, Girija Moona, N. Garg, V. Ramnath, S. Yadav, Sushil Chandra, Abhinav Choudhury, Shadab Ahmad, Shanay Rab, Hargovind Soni, 他
  • 総ページ数: 2212
  • 出版者: Springer Verlag, Singapore
• [備考] 産総研-工学計測標準研究部門-力トルク標準研究グループ
  • URL: https://unit.aist.go.jp/riem/ja/teams/ft-std/index.html