回転センサーとは
回転センサーとは、機械の回転運動に関する情報を得るためのセンサーです。
具体的には、機械の回転に伴う物理量の変化から回転角度、回転速度、回転量などを検知します。また回転センサーは単体で使われるのではなく、PCやメータと接続して使用する機器です。
回転センサーには大きく4種類あります。回転角を認識する機械式、光の通り抜けを感知する光学式、磁界変化に関連する磁気式や電磁誘導式です。それぞれ検知する物理量によって使い分けられます。
回転センサーの使用用途
回転センサーは、機械の回転運動の状態を検知するためのセンサーとして、さまざまな機械で使用されています。例えば、自動車やオートバイ、農耕機械、船舶など、エンジンやモーターで駆動する乗り物です。自動車であればエンジンのクランク角やカム角の検知、エンジンのクランク軸やトランスミッションの出力軸の回転数の検知、またABS (アンチロックブレーキシステム) も、回転センサーが使われています。
連続して回転運動し続ける機械以外に、回転位置の検知にも、回転センサーは用いられます。ポテンションメーターとして、機械の回転角度を検知するためのセンサーとしても有用です。
回転センサーの原理
回転センサーは目的に応じて、複数の原理を利用した製品があります。ここでは代表的な4つについて説明します。
1. 機械式 (接触式）
機械式の回転センサーは可変抵抗を使って、回転角に応じた電気抵抗を検知することで回転位置を検出します。機械式の回転センサーは連続する回転運動だけでなく、円周運動する際の位置を検知するポテンションメーター、ギアポジションメーターなどとしても使われます。
2. 光学式
光学式の回転センサーは、回転軸上に取り付けた円盤に、スリットという小さな穴を連続的に多数配置して、スリットを通過する光の点滅速度をパルスとして光センサーで検出します。光センサーは光パルスを電気信号に変換します。光学式ではスリットの形状によって、高い検出精度や分解能が得られるのが特徴です。
3. 磁気式
磁気式の回転センサーは、回転軸に永久磁石を取り付けて、磁気センサーによって磁界分布の変化を検出します。磁気センサーにはホール素子という半導体材料を用いたものがあります。モーター軸の回転位置や回転速度を検出することが可能です。
4. 磁気誘導式
磁気誘導式の回転センサーは、回転軸に誘導コイル (励磁コイル) と固定コイル (検出コイル) を交互に取り付けて、回転運動による磁界の変化を読み取るセンサーです。磁気誘導式の回転センサーはレゾルバとも呼ばれる方式です。他のセンサーよりも広い温度範囲で使え、耐環境性に優れています。
5. MR (磁気抵抗素子) センサー
MRセンサーは回転軸に取付けられた歯車の歯先近くに永久磁石を設置して、歯車が通過する際に生じる磁界の強さから回転速度を検出します。磁界はギアの歯先とセンサーの距離が短くなる方向に働きます。
つまり、歯先がセンサーに近づくときと、歯先がセンサーから遠ざかるときで逆向きの磁界が生じ、これを電圧として検出するためのセンサーです。MRセンサーは、自動車のさまざまな部位で使用されています。
回転センサーのその他情報
ABSでの活用例
私たちが日常使う製品の中でも自動車には多くの回転センサーが用いられており、その1つにABS装置があります。ABSとは「Anti-lock Brake System (アンチロックブレーキシステム) 」の略称で、急ブレーキをかけた時にタイヤがロックしてしまうのを防ぐシステムです。
車はタイヤがロックしてしまうと、ハンドル操作をしても進行方向を変えることができません。そこで、ABSによってタイヤのロックを防ぎ、ハンドル操作によって障害物への衝突を回避できるようになります。回転センサーで急激なタイヤ回転数低下が検知されると、ABS装置が作動します。
参考文献
https://www.akm.com/jp/ja/technology/technical-tutorial/basic-knowledge-encoder/type-mechanism-1/
https://atsense.jp/product/kaiten/
https://www.fa.omron.co.jp/guide/faq/detail/faq05674.html
https://www.jp.tdk.com/tech-mag/ninja/016
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https://www.fa.omron.co.jp/guide/technicalguide/43/2/index.html
https://tohokuseigyo.net/tcs_column_all/tcs_column_motor/モーター2/