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ダイナモメーターまたは「ダイノ」とは、エンジン、モーター、その他の回転する原動機のトルクと回転速度（RPM ）を同時に測定し、その瞬間出力を計算するための装置であり、通常はダイナモメーター自体によってkWまたはbhpとして表示されます。
ダイナモメーターは、試験対象機械のトルクや出力特性を測定するだけでなく、他にも様々な用途で利用されています。米国環境保護庁（EPA）が定めるような標準的な排出ガス試験サイクルでは、エンジン（エンジンダイナモメーターを使用）またはパワートレイン全体（シャーシダイナモメーターを使用）に、走行時の負荷をシミュレートするために使用されます。単純な出力やトルクの測定にとどまらず、ダイナモメーターは、エンジンマネジメントコントローラーのキャリブレーション、燃焼挙動の詳細な調査、摩擦学など、様々なエンジン開発活動のテストベッドの一部としても活用できます。
医学用語では、携帯型ダイナモメーターは、握力や手の筋力の日常的なスクリーニング、および手の外傷や機能障害のある患者の初期評価や継続的な評価に使用されます。また、頸神経根や末梢神経の障害が疑われる患者の握力測定にも使用されます。
リハビリテーション、運動学、人間工学の分野では、力測定器は、アスリート、患者、労働者の背中、握力、腕、脚の筋力を測定し、身体の状態、パフォーマンス、作業要求を評価するために使用されます。通常、レバーまたはケーブルを介して加えられた力が測定され、その後、力から水準器の軸までの垂直距離を乗じることによって力のモーメントに変換されます。[ 1 ]
吸収式動力計は、試験対象の原動機（例えばペルトン水車）によって駆動される負荷として機能します。動力計は、試験に必要なあらゆる速度と負荷、そしてあらゆるトルクレベルで動作できる必要があります。
吸収式動力計は、「慣性式」動力計と混同してはならない。慣性式動力計は、既知の質量を持つ駆動ローラーを加速させるのに必要な動力を測定することによってのみ動力を計算し、原動機に可変負荷を与えない。
吸収式動力計には通常、作動トルクと速度を測定する手段が備わっている。
動力計の電力吸収ユニット（PAU）は、原動機によって発生した動力を吸収します。動力計によって吸収されたこの動力は熱に変換され、通常は周囲の空気中に放散されるか、冷却水に伝わり、冷却水も空気中に放散されます。回生式動力計では、原動機が発電機として直流モーターを駆動して負荷を発生させ、余剰の直流電力を生成します。そして、直流／交流インバーターを使用することで、交流電力を商用電力網に供給することも可能です。
吸収式動力計には、異なる主要な試験タイプを提供するために、2種類の制御システムを装備することができる。
動力計には「制動」トルクレギュレータが備わっており、動力吸収ユニットは設定された制動トルク負荷を提供するように構成され、一方、原動機は、テストしたい任意のスロットル開度、燃料供給速度、またはその他の変数で動作するように構成されます。その後、原動機は、エンジンを所望の速度または回転数範囲まで加速させることができます。定力試験ルーチンでは、原動機の出力に対して動力吸収ユニットのトルクをわずかに不足するように設定して、ある程度の加速率を確保する必要があります。出力は、回転速度×トルク×定数に基づいて計算されます。定数は、使用する単位によって異なります。
動力計に速度調整器（人またはコンピュータ）が備わっている場合、PAUは、原動機を所望の単一試験速度または回転数で動作させるために必要な可変量の制動力（トルク）を提供します。原動機に加わるPAUの制動負荷は、手動で制御することも、コンピュータで決定することもできます。ほとんどのシステムでは、線形かつ迅速な負荷変化が可能なため、渦電流式、油圧式、または直流モータ式の負荷が採用されています。
モーター駆動式動力計は、試験対象機器を駆動するモーターとして機能します。試験に必要なあらゆる速度で機器を駆動し、あらゆるレベルのトルクを発生させることができなければなりません。一般的には、交流モーターまたは直流モーターが機器、すなわち「負荷」装置の駆動に使用されます。
ほとんどの動力計では、動力（P）は直接測定されず、トルク（τ）と角速度（ω）の値、または力（F）と線速度（v）の値から計算する必要があります。
使用する測定単位によっては、換算定数による除算が必要になる場合があります。
帝国単位または米国慣用単位の場合、
メートル法単位の場合、
動力計は、吸収（または吸収/駆動）ユニットと、通常はトルクと回転速度を測定する手段から構成されます。吸収ユニットは、ハウジング内に収められた何らかのローターからなります。ローターは、試験対象のエンジンまたはその他の機器に接続され、試験に必要な速度で自由に回転できます。ローターと動力計のハウジングとの間に制動トルクを発生させるための手段が設けられています。トルク発生手段は、吸収/駆動ユニットの種類に応じて、摩擦式、油圧式、電磁式、またはその他の方式が用いられます。
トルクを測定する一つの方法は、トルクアームによる拘束を除いて、ダイナモメータハウジングが自由に回転できるように取り付けることです。ハウジングの両端にトラニオンを取り付け、台座に取り付けられたトラニオンベアリングで支持することで、ハウジングを自由に回転させることができます。トルクアームはダイナモハウジングに接続され、ダイナモハウジングが回転しようとする際に生じる力を測定するように計量器が配置されます。トルクは、計量器が示す力に、ダイナモメータの中心から測定したトルクアームの長さを乗じた値です。トルクに比例する電気信号を得るために、計量器の代わりにロードセル変換器を使用することもできます。
トルクを測定するもう一つの方法は、トルクセンシングカップリングまたはトルク変換器を介してエンジンとダイナモを接続することです。トルク変換器は、トルクに比例した電気信号を生成します。
電気式吸収装置の場合、吸収装置／駆動装置が消費する（または発生させる）電流を測定することでトルクを求めることができます。これは一般的に精度が低く、現代ではあまり用いられていませんが、用途によっては十分な場合もあります。
トルク信号と速度信号が利用可能な場合、試験データは手動で記録するのではなく、データ収集システムに送信できます。速度信号とトルク信号は、チャートレコーダーやプロッターで記録することもできます。
上述のように、吸収式、モーター式、汎用式に分類される以外にも、ダイナモメーターは他の方法で分類することもできます。
エンジンに直接接続されたダイナモは、エンジンダイナモと呼ばれます。
車両のエンジンを車両のフレームから取り外すことなく、駆動輪から直接車両のパワートレインによって伝達されるトルクとパワーを測定できるダイナモは、シャーシダイナモとして知られています。
動力計は、使用する吸収ユニットの種類、または吸収・駆動方式の種類によって分類することもできます。吸収のみが可能なユニットの中には、モーターと組み合わせることで、吸収・駆動方式を備えた「汎用」動力計として使用できるものもあります。
渦電流式（EC）ダイナモメーターは、現代のシャシーダイナモで最も一般的に使用されている吸収装置です。EC吸収装置は、負荷の急速な変化に対応し、負荷の安定化を迅速に行うことができます。ほとんどは空冷式ですが、外部水冷システムを必要とする設計のものもあります。
渦電流式動力計は、磁場を横切って移動する導電性のコア、シャフト、またはディスクを必要とし、それによって運動に対する抵抗が生じる。鉄が一般的な材料であるが、銅、アルミニウム、その他の導電性材料も使用可能である。
現在の（2009年時点の）用途では、ほとんどのECブレーキは自動車のディスクブレーキローターと同様の鋳鉄製ディスクを使用し、可変電磁石を用いて磁場強度を変化させることで制動力を制御している。
電磁石の電圧は通常、コンピュータによって制御され、印加される電力出力に合わせて磁場の変化が調整される。
高度なECシステムにより、定常状態および制御された加速率での運転が可能となる。
粉末式動力計は渦電流式動力計に似ていますが、回転子とコイルの間のエアギャップに微細な磁性粉末が配置されています。その結果生じる磁束線は、回転中に絶えず生成と破壊を繰り返す金属粒子の「鎖」を形成し、大きなトルクを生み出します。粉末式動力計は、放熱の問題から、一般的に低回転数に制限されます。
ヒステリシス式動力計は、磁気ローター（場合によってはAlNiCo合金製）を使用し、磁極片間に発生する磁束線に沿ってローターを移動させます。これにより、ローターの磁化はBH特性を中心に周期的に変化し、その際にグラフの線間の面積に比例したエネルギーを消費します。
渦電流ブレーキは停止時にトルクを発生しないのに対し、ヒステリシスブレーキは全速度範囲にわたって磁化電流（または永久磁石ユニットの場合は磁石の強度）に比例したほぼ一定のトルクを発生します。[ 2 ]ユニットには通気スロットが組み込まれていることが多いですが、外部供給による強制空冷のための機構を備えているものもあります。
ヒステリシス式および渦電流式ダイナモメーターは、小型（ 200馬力（150kW ）以下）ダイナモメーターにおいて最も有用な技術の2つです。
電動機／発電機ダイナモメータは、可変速駆動装置の一種です。吸収／駆動ユニットは、交流（AC）モーターまたは直流（DC）モーターのいずれかです。ACモーターまたはDCモーターは、被試験ユニットによって駆動される発電機として、あるいは被試験ユニットを駆動するモーターとして動作させることができます。適切な制御ユニットを装備することで、電動機／発電機ダイナモメータは汎用ダイナモメータとして構成できます。ACモーターの制御ユニットは可変周波数駆動装置であり、DCモーターの制御ユニットはDC駆動装置です。どちらの場合も、回生制御ユニットによって被試験ユニットから電力会社へ電力を送電できます。許可されている場合、ダイナモメータのオペレーターは、ネットメータリングを通じて、送電した電力に対して電力会社から支払い（またはクレジット）を受けることができます。
エンジン試験において、汎用ダイナモメーターはエンジンの出力を吸収するだけでなく、摩擦、ポンピング損失、その他の要因を測定するためにエンジンを駆動することもできる。
電動機／発電機用動力計は、一般的に他のタイプの動力計よりも高価で複雑である。
ファンは、エンジンに負荷をかけるために空気を送り込むために使用されます。ファンブレーキが吸収するトルクは、ギア比やファン自体を変更したり、ファンを通る空気の流れを制限したりすることで調整できます。空気の粘度が低いため、このタイプの動力計は、吸収できるトルクの量に本質的に制限があります。
オイルせん断ブレーキは、自動車の自動変速機のクラッチに似た一連の摩擦ディスクと鋼板で構成されています。摩擦ディスクを載せたシャフトは、カップリングを介して負荷に接続されています。ピストンが摩擦ディスクと鋼板のスタックを押し付け、ディスクとプレート間のオイルにせん断力を発生させてトルクを加えます。トルクは空気圧または油圧で制御できます。強制潤滑により、表面間に油膜が維持され、摩耗が防止されます。スティックスリップなしで、0 RPMまでスムーズに反応します。必要な強制潤滑および冷却ユニットにより、数百馬力までの負荷を吸収できます。多くの場合、ブレーキは、負荷がかかったときに電流を生成し、ダイナモメータ制御に供給されるひずみゲージで固定されたトルクアームを介して運動的に接地されます。比例制御弁またはサーボ制御弁が一般的に使用され、ダイナモメータ制御が圧力を加えてプログラムされたトルク負荷を提供し、ひずみゲージからのフィードバックによってループを閉じます。トルク要件が高くなると、速度制限が生じます。[ 3 ]
油圧ブレーキシステムは、油圧ポンプ（通常はギア式ポンプ）、流体リザーバー、および両者間の配管で構成されています。配管には調整可能なバルブが挿入され、ポンプとバルブの間には油圧を測定するためのゲージまたはその他の手段があります。最も簡単に言うと、エンジンを目的の回転数まで上げ、バルブを段階的に閉じます。ポンプの出口が制限されるにつれて負荷が増加し、スロットルを目的の開度まで単純に開きます。他のほとんどのシステムとは異なり、出力は流量（ポンプの設計仕様から計算）、油圧、および回転数を考慮して計算されます。ブレーキ馬力は、圧力、流量、および回転数で計算した場合でも、異なるロードセルタイプのブレーキダイナモを使用した場合でも、基本的に同じ出力値が得られるはずです。油圧ダイナモは、渦電流吸収器をわずかに上回る、最も迅速な負荷変更能力で知られています。欠点は、高圧の高温オイルとオイルリザーバーを大量に必要とすることです。
油圧式動力計（ウォーターブレーキ吸収器とも呼ばれる）[ 4 ]は、1877年にイギリスの技術者ウィリアム・フルードによって、海軍本部からの大型海軍エンジンの動力を吸収および測定できる機械の製造依頼に応えて発明された。 [ 5 ]ウォーターブレーキ吸収器は今日では比較的普及している。他のより反応の速い「動力吸収器」タイプと比較して、高出力能力、小型、軽量、比較的低い製造コストが特徴である。
欠点としては、負荷量が安定するまでに比較的長い時間がかかること、冷却のために「水ブレーキハウジング」に常に水を供給する必要があることが挙げられる。環境規制によっては、水を「流し込む」ことが禁止されている場合があり、その場合は汚染水が環境に流出するのを防ぐために大型の貯水槽が設置される。
図は、最も一般的なタイプの水ブレーキ、いわゆる「可変レベル」タイプを示しています。エンジンが負荷に対して一定の回転数を維持するまで水が加えられ、その後、その水位が維持され、絶えず排水と補充が繰り返されます（これは、馬力を吸収することによって発生する熱を逃がすために必要です）。ハウジングは発生したトルクに応じて回転しようとしますが、トルクを測定するスケールまたはトルク計測セルによって拘束されます。
ほとんどの場合、モータリングダイナモメータは対称です。300 kW AC ダイナモメータは、300 kW の吸収 と 300 kW のモータリングの両方が可能です。これは、エンジンのテストと開発ではまれな要件です。より費用対効果の高い解決策は、より大型の吸収ダイナモメータを小型のモータリングダイナモメータに接続することです。あるいは、大型の吸収ダイナモメータと単純な AC または DC モータを同様の方法で使用することもできます。この場合、電気モータは必要なときにのみモータリング電力を供給し、吸収は行いません。(より安価な) 吸収ダイナモメータは必要な最大吸収に合わせてサイズが決められ、モータリングダイナモメータはモータリングに合わせてサイズが決められます。一般的な排出ガス試験サイクルとほとんどのエンジン開発における典型的なサイズ比は約 3:1 です。2 つの機械が直列に接続されているため、トルク測定はやや複雑になります。この場合、インライン トルク トランスデューサがトルク測定の好ましい方法です。渦電流式または水ブレーキ式動力計は、電子制御と可変周波数駆動装置、交流誘導電動機を組み合わせたもので、この種の動力計として一般的に用いられています。欠点としては、試験セルに別途電源と冷却装置が必要となること、制御システムがやや複雑になることが挙げられます。また、制御安定性の観点から、電動機駆動と制動の切り替え時に特に注意を払う必要があります。
ダイナモメーターは、現代のエンジン技術の開発と改良に役立ちます。その原理は、ダイナモメーターを使用して車両のさまざまなポイントでの動力伝達を測定および比較し、エンジンや駆動系を改良してより効率的な動力伝達を実現することです。例えば、エンジンダイナモで特定のエンジンが400 N⋅m (295 lbf⋅ft)のトルクを達成し、シャーシダイナモで350 N⋅m (258 lbf⋅ft)しか示さなかった場合、駆動系の損失はごくわずかであることがわかります。ダイナモメーターは通常非常に高価な機器であるため、特定の目的でダイナモメーターを必要とする特定の分野でのみ使用されます。
ブレーキダイナモメーターは、原動機（PM）に可変負荷をかけ、加えられた「制動力」に応じて原動機の回転数（RPM）を移動または維持する能力を測定します。通常、これはコンピューターに接続されており、コンピューターは加えられた制動トルクを記録し、「ロードセル」または「ひずみゲージ」と速度センサーからの情報に基づいてエンジン出力を計算します。
慣性式動力計は、一定の慣性質量負荷を与え、その既知の質量を加速させるのに必要な動力を計算し、コンピュータを使用して回転数（RPM）と加速率を記録してトルクを算出します。エンジンは通常、アイドリング回転数よりやや高い回転数から最大回転数までテストされ、出力が測定されてグラフにプロットされます。
「モータリング」ダイナモメーターは、ブレーキダイナモシステムの機能を備えているだけでなく、PMに（通常はACまたはDCモーターで）電力を供給し、非常に小さな出力のテスト（例えば、下り坂を走行する車両やスロットルのオン/オフ操作中に発生する速度や負荷を再現するなど）を行うことができます。
ダイナモメーター試験手順には、基本的に3つの種類があります。
「スイープテスト」は、ほとんどの場合、疑わしいものとなる。なぜなら、「スイープ」を使用する多くのユーザーは回転質量係数を無視し、すべてのエンジンや車両のすべてのテストで一律の「係数」を使用することを好むからである。単純な慣性ダイナモシステムでは「慣性質量」を導出できないため、テスト対象のすべての車両で同じ（仮定の）慣性質量を使用せざるを得ない。
定常状態試験を用いることで、掃引試験における回転慣性質量誤差を排除できる。なぜなら、この種の試験では加速度が生じないからである。
過渡エンジン試験の多くは、スロットル操作の急激な変化、エンジン回転数の変化、およびエンジンのモータリングを特徴としています。これらの試験の一般的な目的は、車両の排出ガス開発と型式認証です。場合によっては、低コストの渦電流式ダイナモメーターを使用して、初期開発と校正のために過渡試験サイクルの1つをテストします。渦電流式ダイナモシステムは負荷応答が速いため、速度と負荷を迅速に追跡できますが、モータリングはできません。必要な過渡試験のほとんどにはモータリング動作がかなり含まれているため、渦電流式ダイナモを使用した過渡試験サイクルでは、排出ガス試験結果が異なります。最終的な調整は、モータリング機能付きのダイナモで行う必要があります。
エンジンダイナモメーターは、エンジンを車両から取り外した状態で、エンジンのクランクシャフト（またはフライホイール）から直接出力とトルクを測定します。これらのダイナモメーターは、ギアボックス、トランスミッション、ディファレンシャルなどの駆動系における動力損失を考慮していません。
シャーシダイナモメーター（ローリングロードとも呼ばれる）[ 7 ]は、駆動輪によって「駆動ローラー」の表面に伝達される動力を測定します。車両はローラーに固定され、車両が回転して出力が測定されます。
現代のローラー式シャーシダイナモシステムでは、「サルビスバーグローラー」[ 8 ]を使用しており、滑らかなローラーやローレット加工されたローラーを使用する場合と比べて、トラクションと再現性が向上しています。シャーシダイナモメーターは固定式または可搬式があり、回転数、出力、トルクを表示するだけでなく、さらに多くのことができます。最新の電子機器と応答速度が速く慣性の低いダイナモシステムにより、リアルタイムで最高の出力と最もスムーズな走行に調整することが可能になりました。
旧式の駆動ローラーにおけるホイールスリップの可能性を排除し、車両のハブに直接取り付けて車軸からのトルクを直接測定できる、他のタイプのシャーシダイナモメーターも利用可能である。
自動車排出ガス開発および型式認証ダイナモメーター試験システムでは、排出ガスサンプリング、測定、エンジン回転数および負荷制御、データ取得、安全監視を統合した完全な試験セルシステムがよく用いられます。これらの試験システムには通常、複雑な排出ガスサンプリング装置（定容量サンプラーや排気ガスサンプル前処理システムなど）と分析装置が含まれます。これらの分析装置は、一般的なポータブル排気ガス分析装置よりもはるかに高感度で高速です。応答時間は1秒未満が一般的で、多くの過渡試験サイクルで要求されます。小売環境では、広帯域酸素センサーを使用して空燃比を調整し、回転数とともにグラフ化することも一般的です。
エンジンシステムのキャリブレーションを行うための自動キャリブレーションツールとダイナモメータ制御システムを統合したシステムは、開発試験セルシステムでよく見られます。これらのシステムでは、ダイナモメータの負荷とエンジン回転数を様々なエンジン動作点まで変化させながら、選択されたエンジン管理パラメータを変化させ、その結果を自動的に記録します。このデータは後で分析され、エンジン管理ソフトウェアで使用されるエンジンキャリブレーションデータの生成に利用されます。
様々な駆動系部品における摩擦損失や機械的損失のため、測定されたホイールブレーキ馬力は、一般的にエンジンダイナモメーターでクランクシャフトまたはフライホイールで測定されたブレーキ馬力よりも15～20パーセント低くなります。[ 9 ]
グラハム・デサグリエ式動力計はジョージ・グラハムによって発明され、 1719年にジョン・デサグリエの著作で言及された。[ 10 ]デサグリエは最初の動力計を改良し、そのためこの装置はグラハム・デサグリエ式動力計として知られるようになった。
レニエ式動力計は、フランスの銃器製造業者であり技術者であったエドメ・レニエによって1798年に発明され、公表された。[ 11 ]
改良型計量機の特許がロンドンのフリートストリートのシーベとマリオットに発行された（1817年6月付）[ 12 ] [ 13 ] 。
ガスパール・ド・プロニーは1821年にド・プロニー式ブレーキを発明した。
マクニールの道路表示器は、1820年代後半にジョン・マクニールによって発明され、マリオットの特許取得済み計量機をさらに発展させたものである。
英国ウスターシャーのFroude Ltdは、エンジンおよび車両用ダイナモメーターを製造している。同社は、1877年にウィリアム・フロウドが油圧式ダイナモメーターを発明したとしており、最初の商用ダイナモメーターは、同社の前身であるHeenan & Froude社によって1881年に製造されたと述べている。
1928年、ドイツの企業「カール・シェンク・アイゼンギーセライ・ウント・ワーゲンファブリーク」は、現代の車両試験台の基本設計を持つ、ブレーキ試験用の最初の車両ダイナモメーターを製造した。
渦電流式動力計は、1931 年頃にマーティンとアンソニー・ウィンターによって発明されましたが、その時点では、直流モーター/発電機式動力計が長年使用されていました。ウィンター兄弟が設立した Dynamatic Corporation 社は、 2002 年までウィスコンシン州ケノーシャで動力計を製造していました。Dynamatic 社は1946 年～1995 年までEaton Corporationの一部でした。2002年に、ウィスコンシン州ジャクソンの Dyne Systems 社が Dynamatic 社の動力計製品ラインを買収しました。1938 年以降、Heenan & Froude 社は Dynamatic 社と Eaton 社からライセンスを受けて長年にわたり渦電流式動力計を製造していました。[ 14 ]
