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Oct 12, 2023

機構: ソレノイド

人間が初めて電気を使って遊び始めて以来、私たちはその力を利用して動きに変える方法を見つけるのが非常に賢いことを証明してきました。 あらゆる種類の電気モーターが世界を動かし、

人間が初めて電気を使って遊び始めて以来、私たちはその力を利用して動きに変える方法を見つけるのが非常に賢いことを証明してきました。 あらゆる種類の電気モーターが世界を動かしていますが、電気を動かす唯一の方法ではありません。 連続回転が必要な場合はモーターが最適です。 しかし、位置の微調整が重要ではない、より単純なオン/オフのアプリケーションでは、ソレノイドの方が必要なものに似ています。 これらの電磁装置はどこにでもあります。便利なメカニズムに関するシリーズの次の記事です。

物理学者は、ソレノイドとは単に電流を流すことができるワイヤーのコイルであると説明します。 それでおしまい。 ただし、物理実験室以外では、このような単純なデバイスは機械的にあまり使用されないため、私たちがソレノイドとして考えているものはもう少し複雑です。 実際のソレノイドにはコイルが付いていますが、アクチュエーターとして機能させるためにいくつかの機械部品も付いています。

プランジャー ソレノイドは基本の良い例です。 ソレノイドのコイルの空芯は鉄または軟鋼のプランジャーによって部分的に占められており、リターン スプリングによって所定の位置に保持されています。 コイルに電流が流れると磁界が形成され、プランジャーがソレノイドのコアに強制的に引き込まれます。 電流の流れが止まると、磁場が消滅し、リターン スプリングがプランジャーを静止状態に戻します。 これはほとんどのソレノイドの特徴であり、作動するか作動しないかのどちらかです。 そのため、パイプやチューブを通る液体の流れを止めるバルブなど、何かを短距離で特定の位置または別の位置に配置する必要がある作業に最適です。

プランジャー ソレノイドのサイズは、非常に小さいものから馬鹿げたほど大きいものまでさまざまです。 小さな側面では、プランジャー ソレノイドは、科学および医療用途のマイクロ流体バルブのアクチュエーターとして、またドットマトリックス プリンターのインパクト スタイルのドライブ ヘッドとして用途が考えられています (はい、これらのドットのそれぞれがソレノイドのプランジャーです)。

おそらく、中型のソレノイドを日常的に扱うことになるでしょう。 冷蔵庫の製氷機の最初と最後にあるカチッという音で、トレイに水を補充するために水のオンとオフが切り替わります。 ファウンテンソーダマシンでも同様のカチッという音が聞こえます。 そして、私たちの中のピンボールの魔術師たちは、その銀のボールをプレイフィールドの周りに投げる力はソレノイドによって生成されることを証明するでしょう。

さらに規模を拡大すると、道路を走るほぼすべての乗用車やトラック、少なくとも内燃エンジンを搭載した車のスターター モーターの内部には、かなり大きなソレノイドが搭載されています。 ソレノイドはスターター モーターの上部にあり、スターターをシステムに接続したり、システムから切り離したりする役割を果たします。 ソレノイドのプランジャーはレバーを介してモーター駆動軸に取り付けられています。 イグニッションキーを回すとソレノイドコイルが通電され、プランジャーが引き込まれ、回転しているモーターシャフトに沿ってレバーが外に動きます。 これによりピニオンギアが駆動されてエンジンのフライホイールと係合し、エンジンが始動するまでクランキングされます。

ロータリー ソレノイドなど、他の形式のソレノイドも利用できます。 これらはまさにその名の通り、2 つの位置の間で回転できるアクチュエーターです。 設計はさまざまですが、最も一般的なタイプは、ソレノイドのコア内のシャフトに永久磁石ローターを備えています。 コイルが通電されると、永久磁石モーターのローターと同様に、ローターは磁界によってトルクを受けます。 ただし、ローターは物理的に停止するまでしか移動せず、コイルへの通電が遮断されるとスプリングによって静止位置に戻ります。 コイルの極性が逆の場合、ローターとシャフトは逆方向にスイングすることができ、この形式のロータリー ソレノイドは双安定になります。 他のロータリー ソレノイドは、傾斜溝とボール ベアリングを備えた金属ディスクを使用します。 プランジャーがコアに吸い込まれると、ボールベアリングがディスクとシャフトを溝に沿って回転させます。

電気的に単純なデバイスであるソレノイドは、AC または DC で動作します。 DC ソレノイドは、コイルが通電されている間磁場が一定であるため、より静かになる傾向があります。 AC ソレノイドは磁界が変化するとチャタリングする傾向があり、コイル内の電流の方向が変わる瞬間にリターン スプリングの力がそれに打ち勝ちます。 この傾向は、シェーディング リングを使用して AC ソレノイドの磁気回路を変更することで軽減できます。 シェーディング リングは、ソレノイドのコアの内側にある小さな銅のリングで、プランジャーが完全に後退したときにプランジャーと接触します。 通電されたコイルの磁界はリング内に電流を誘導し、その結果、ソレノイドの磁界の位相が 90°遅れる独自の磁界が生成されます。 AC波形がゼロ点を通過してソレノイドの磁界がゼロになると、シェーディングリングからの磁束がソレノイドを収縮させたままにし、煩わしいチャタリングを排除します。