電気タコメータ
タコメータの定義と種類
定義
タコメータは、結合された機械の回転速度または角速度を測定する装置です。その動作原理は、磁場と接続された装置の軸との間の相対的な動きに基づいています。軸が回転すると、この相対的な動きにより、永久磁石の一定の磁場内にあるコイルに起電力（EMF）が誘導されます。誘導されたEMFの大きさは軸の回転速度に比例するため、機械の速度を測定することができます。
タコメータの種類
タコメータは大きく分けて2つのカテゴリに分けることができます：機械式と電気式。
機械式タコメータ：このタイプのタコメータは、毎分回転数（RPM）で軸の速度を測定します。これは、機械的なリンクと校正されたダイヤル上のポインタを通じて直接機械的に回転速度を示します。
電気式タコメータ：電気式タコメータは、角速度を電圧に変換します。機械式タコメータと比較して、電気式タコメータは精度が高い、電子制御システムとの統合が容易、そして長距離での速度情報の伝送が可能などの利点があります。そのため、軸の回転速度を測定するために広く使用されています。誘導される電圧の性質によって、電気式タコメータはさらに以下の2つのサブタイプに分けられます：
ACタコメータジェネレータ
DCタコメータジェネレータ
DCタコメータジェネレータ
DCタコメータジェネレータは、永磁石、アーマチュア、整流子、ブラシ、可変抵抗、および動巻きボルトメータを含むいくつかの主要な部品から構成されています。機械の速度を測定するには、その軸をDCタコメータジェネレータの軸と結合します。
DCタコメータジェネレータの動作原理は、電磁誘導に基づいています。閉ループ導体が磁場内で動くと、導体内に起電力（EMF）が誘導されます。誘導されたEMFの大きさは、導体と連結された磁束量と軸の回転速度によって決定されます。軸が回転すると、DCタコメータジェネレータ内のアーマチュアが永磁石の磁場内を動きます。これにより、軸の速度に比例するEMFが生成されます。この誘導されたEMFは、整流子とブラシによって直流電圧に変換され、動巻きボルトメータで測定されたり、さまざまなアプリケーションのために電子回路でさらに処理されたりします。
DCタコメータジェネレータの動作と機能
DCタコメータジェネレータでは、アーマチュアは永磁石の不変の磁場内で回転します。アーマチュアが回転すると、電磁誘導が発生し、巻線に起電力（emf）が誘導されます。この誘導されたemfの大きさは、アーマチュアと連結された軸の回転速度に直接比例します。軸の回転が速いほど、誘導されるemfも大きくなります。
整流子とブラシは、ジェネレータの動作において重要な役割を果たします。これらは、アーマチュアコイルで生成された交流（AC）を直流（DC）に変換します。この変換は、電気信号のより単純かつ一貫した測定を可能にするために不可欠です。動巻きボルトメータは、誘導されたemfを測定し、軸の回転速度に対応する定量的な出力を提供します。
特に、誘導された電圧の極性は重要な情報を伝えます。それは軸の運動方向を決定します。例えば、正の極性は時計回りの回転を、負の極性は反時計回りの回転を示すことがあります。ボルトメータを保護し、正確な測定を確保するために、抵抗がそれに直列に接続されます。この抵抗は、アーマチュアによって生成される潜在的に高電流の流れを制限し、測定装置の損傷を防ぎ、測定プロセスの整合性を維持します。
DCタコメータジェネレータで誘導されるemfは、以下の式で表すことができます：
ここで、E - 生成された電圧
Φ - ポールあたりの磁束（ウェーバー）
P - ポール数
N - 分単位での回転数
Z - アーマチュア巻線の導体数
a - アーマチュア巻線の並列パス数
DCタコメータジェネレータの利点と欠点、およびACタコメータジェネレータの紹介
DCタコメータジェネレータの利点
DCタコメータジェネレータは、以下に示すいくつかの顕著な利点を提供します：
DCタコメータジェネレータの欠点
利点にもかかわらず、DCタコメータジェネレータには考慮すべきいくつかの欠点があります：
ACタコメータジェネレータ
DCタコメータジェネレータは整流子とブラシに依存しており、これがいくつかの制限を生じさせます。これらの問題を解決するために、ACタコメータジェネレータが開発されました。ACタコメータジェネレータは、静止したアーマチュアと回転する磁界を特徴としており、この設計により整流子とブラシの必要性がなくなり、DCタコメータに関連する多くのメンテナンスとパフォーマンスの問題を克服します。
回転する磁界がスターターの静止したコイルと相互作用すると、起電力（EMF）が誘導されます。誘導されたEMFの振幅と周波数は、両方とも軸の速度に直接関係しています。この関係により、誘導された電気信号の振幅または周波数を分析することで角速度を測定することができます。
以下の回路は、誘導された電圧の振幅に焦点を当ててロータの速度を測定するために使用されます。まず、誘導された電圧は整流されて交流から直流に変換されます。その後、整流された電圧はコンデンサフィルターを通じて平滑化され、整流された電圧波形のリップルが効果的に除去され、軸の回転速度に関連する誘導された電圧振幅のより安定的かつ正確な測定が可能になります。
ドラッグカップロータACジェネレータ
下図に示すドラッグカップ型A.Cタコメータがあります。
ACタコメータジェネレータの構造と特性
ACタコメータジェネレータのスターターには、基準巻線と直行巻線という2つの異なる巻線が装備されています。これらの巻線は互いに90度の角度で配置されており、ジェネレータの正確な動作のための重要な設計要素です。タコメータのロータは薄いアルミニウムカップで作られており、磁界構造内に配置されています。
ロータは非常に感磁性の材料で構築されており、低慣性を持ち、回転速度の変化に迅速に反応することができます。基準巻線には電気入力が供給され、出力信号は直行巻線から取得されます。ロータが磁界内で回転すると、検出巻線（直行巻線）に電圧が誘導されます。この誘導された電圧の大きさは、ロータの回転速度に直接比例するため、角速度を測定する信頼性のある機構を確立します。
利点
リップルのない出力：ドラッグカップタコメータジェネレータは、リップルのない出力電圧を生成することから知られています。この滑らかな出力により、より正確で一貫した速度測定が可能になり、精密な速度監視が必要なアプリケーションに適しています。
コスト効率：別の重要な利点は、比較的低いコストです。この経済性により、ドラッグカップタコメータジェネレータは、コスト効率が重要である多くの用途に魅力的な選択肢となります。
欠点
ただし、ドラッグカップタコメータジェネレータには顕著な制限があります。ロータが高速で回転すると、出力電圧と入力速度の間に非線形の関係が生じます。この非線形性は、適切に考慮されない場合、速度測定の正確性を損なう可能性があり、高速かつ高精度の回転速度測定が必要な状況でのジェネレータの使用を制限する可能性があります。
