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技術情報|回転センサの仕組みと動作原理

回転センサ(回転検出器・回転数センサ)は、モータ、エンジン、車輪、各種産業機械などの「回転速度」や「回転角度」を正確に測定するための不可欠なコンポーネントです。
本ページでは、回転センサの基本的な仕組みや代表的な検出方式(ホール素子を用いた磁気式・光学式)の原理、現場で役立つ選定のポイントをわかりやすく解説します。

1. 回転センサ(回転検出器)の基本的な仕組み

回転センサの基本は、「回転体の動きを検出素子などで感知し、電気信号(パルス)に変換する」という仕組みです。

例えば、回転軸に取り付けられた強磁性体の歯車(ギア)やエンコーダディスクが回転すると、センサヘッド部で磁力や光の強弱の変化が発生します。
回転センサはこの変化を捉え、「1回転あたり〇個のパルス(波形)」として周波数カウンタや速度計F/Vコンバータなどに出力します。

回転センサの例:歯車(ギア)センサ

鉄など磁性体の歯車


周波数
パルス



計測器・
信号変換器


ホール素子式(磁気式ギア速度センサ)の仕組み

半導体素子であるホール素子磁石から構成されます。
鉄など磁性体歯車の歯がセンサ前を通過する際、磁界の変化でホール効果による電圧変化が発生します。
これを内部回路で波形整形し、パルス信号で出力します。

電源は必要

出力は方形波(矩形波)
出力電圧はほぼ一定。ノイズに強いパルス信号出力です

発電型より大きい実用ギャップ
ギャップ(歯先とセンサの距離)による出力電圧の増減がなく、発電型より実用ギャップを大きくできます

歯車のモジュールとギャップによる、センサの動作限界の目安
*当社RFPタイプを除く
ギャップ
mm
graph1
  モジュール = 直径/歯数

超低回転から検出
停止状態や超低回転から安定して検出します

高い耐環境性
水・油・粉じんや振動・衝撃のある過酷な環境(モータ、建機、試験設備など)でも安定動作です

歯車(ギア)センサ歯車(ギア)センサ 歯車(ギア)センサ
ココリサーチ製 歯車検出用磁気式ギア速度センサ

磁石・コイル式(発電型電磁ピックアップ)の仕組み

磁石コイルから構成され、電源を必要としません。
磁性体歯車の歯などが通過して生じる磁界の変化を、交流電気信号として出力します。

電源が不要 自己発電型のため、センサ電源不要です

出力は交流電気信号
出力電圧は原理上、速度に比例します
ココリサーチ製GPタイプは、信頼性向上のため、出力の不要な上昇を防いでいます。

周波数 - 出力電圧特性
出力電圧 graph1
  周波数

高速領域まで測定
出力電圧は、ギャップ(歯先とセンサの距離)の2乗にほぼ反比例で大きくなり、使用できる検出周波数は、50kHz以上

出力電圧
Vp-p
graph1
  ギャップ:mm (mはモジュール = 直径/歯数)

高い耐環境性
水・油・粉じんや振動・衝撃のある過酷な環境(モータ、建機、試験設備など)でも安定動作します

歯車(ギア)センサ
ココリサーチ製 発電型電磁ピックアップ

光学式回転センサ(ロータリエンコーダ等)の仕組み

スリット(格子)が刻まれたスリットディスクに発光LEDからの光を照射し、対向配置された受光素子で光の透過・遮断を検出します。

メリット
非常に高い分解能(細かい角度検出・高精度位置決め)が得られます

注意点
油分やホコリがスリットに付着すると誤動作の原因になるため、密閉構造などの防塵・防水対策が必要です

歯車(ギア)センサ
ロータリエンコーダ(イメージ)

2. 回転センサ出力信号の伝送とノイズ対策

回転センサから出力されたパルス信号は、長距離伝送や周囲の電磁ノイズ(インバータノイズ等)の影響を受けることがあります。
正確な回転数を測定するためには、以下のような信号処理機器との組み合わせが推奨されます。

トリガレベル調整・ヒステリシス対応
入力閾値(トリガレベル)にヒステリシス幅を持たせることで、チャタリングやノイズによる誤カウントを防ぎます。

ヒステリシス

トリガレベル/ヒステリシスとは >

F/Vコンバータ・周波数カウンタ・速度計
パルス信号をアナログ電圧に変換し、PLCやデータロガーへ入力します。

パルス信号
arrow

F/V Converter

SPD SeriesEX24

F/Vコンバータをみる >
速度計をみる >
arrow
PLClogger
PLC、ロガーなど

ラインドライバ信号対応
伝送ノイズの影響を受けにくいラインドライバ対応のセンサと、計測器を組み合わせます。

ラインドライバ

ラインドライバによる伝送ノイズ対策 >

3. 目的・環境に応じた回転センサの選定ポイント

設置環境(耐環境性): 水・油・粉じんが舞う現場や振動の激しい場所では「ホール素子式磁気センサ(ギアセンサ)」、クリーンルームでの超精密位置決めなら「光学式」が主。

測定速度範囲: 超低速から高速まで途切れず測定したい場合は、停止状態(0 Hz)から検出可能な「ホール素子式」が最適。

測定対象(ターゲット): 既存のモータギアや鉄製歯車を直接利用できるか、専用のエンコーダ板が必要か。

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