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2013/03/14 / masahif

パワーメーターの仕組み その1

自転車用のパワーメーターは、文字通りサイクリング中のパワー(出力)を計測する機器で、ここ数年で急速に利用する人も増えて来ましたね。

自分は、Eliteの固定ローラーについていたパワーメータ(実際は、ただのスピードメーターであった…)をはじめとして、iBike→PowerTap(有線)→SRM,PowerTap(無線),Quarqとひと通り買い漁ってきました。

ここ数年はSRMを中心に使っていますが、圧倒的によいかと言えば、よい面も悪い面もありなんとも言えません。

はたしてパワーメーターの良し悪しって何なんでしょうか?

先日、SRMのブログでドイツの雑誌が紹介されていました。

PM testArticleCover

原文をGoogle翻訳で英語にしても読めますが、SRMのブログを読むだけでも十分かな。

http://www.srm.de/index.php/us/srm-blog/triathlon-blog/775

この中では、SRMの正確性が他のパワーメーターに比べて高いとなっています。

そもそもパワーの計算ってどうやってるんでしょうか?

よくパワーメーターのスペックなどを見ていると、ストレインゲージ(歪計)が◯個などと書いてあります。

Dms s
[SRMのストレインゲージ]

このストレインゲージは一定の力(応力)が加わり、ストレインゲージが貼り付けられている金属が伸びた場合に、一定の電気信号を出力します。

この信号の強さは応力と比例する(比例するようなセンサを使い、比例するように設計する)ので、例えば10kgの重量をぶら下げたときに500Hzという信号が出ていれば、20kgの場合は1000Hzになります。
(※この時、500Hzを10kgに変換するために使う係数がスロープ値です)

 

ここで取れるのはトルク値であり、まだパワーになっていません。

パワーの計算方法は物理の時に習ったかと思いますが、SRMのサイトにも書いてありますね。 

Power (W) = Torque (Nm) x Angular Velocity (rad/s)

Torqueは先ほどの計算で出てきたものです。

Angular Velocityは日本語で言えば角速度、SRMで言えばクランクがどれぐらいの速度で動くか?、PowerTapで言えばホイールの回転数になります。

SRMが開発されてから26年。

多くのパワーメーターでは、 かなりシンプルな方法でこの速度を計算していました。

SRMで言えば、ケイデンスです。

つまりSRMはクランクが1周するまで角速度が分からないので90rpm程度で回していたとして原理的に考えられる最小の記録単位は0.66..秒です。

ちなみにSRMのトラックバージョンでは1/2周毎に角速度が分かるように設計されています。

ロードよりもケイデンスの高いトラックなので普通に考えれば、そんな性能は必要とされないと思うのですが、瞬間的な出力の計測が需要なためでしょうか。

 

この角速度の計算に革命を起こしたのがパイオニアやStageOneですね。

これらの製品では角速度の計算にケイデンスではなく加速度センサを使っているようです。

このため、今までのSRM等では考えられなかった高い分解能を実現することが原理的に可能になっています。

しかし、そこまでいるのか?って話を言いたいがために書き始めたこの記事。

長くなりすぎたので、いくつかに分けていこうかなと思います。

– 計測インターバル(SRM 200Hz, Quarq,PT 60Hz, Rotor Power 500Hz…)
– 記録インターバル(ANT+ 1/4Hz, SRM 2Hz)
– 左右のパワーの差

とかかな?

 あと、説明の簡素化のために意図的に説明を省いてる部分や単に勘違いしている点などもあるかと思いますので、気になる点があれば Twitterで @masahif までメンションください。

また、先が気になる人はこのあたりを見ていただいてもよいかと

http://togetter.com/li/379628

なお、これらの記事の製作にあたっては@goloveski 大帝の主宰するUnQoプロジェクト(パワーメーター自作プロジェクト)ないし、そのメンバーによる実験結果などを参考におおいに参考にさせていただいてます。

※和田教授からの指摘により、重量→応力としました。
※@jmzからストレインゲージが出すのは抵抗値では?との指摘をもらってますが、とりあえず現時点では簡素化

 

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