솔레노이드(엔지니어링)

Solenoid (engineering)

공학에서 솔레노이드는 와이어 코일로 형성된 전자석을 사용하여 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치입니다.이 장치는 전류로부터 자기장을 생성하고, 이 자기장을 이용하여 직선 [1][2]운동을 만듭니다.전자 기술에서 솔레노이드는 코일 내부에 슬라이딩 강자성 플런저가 있는 액추에이터 어셈블리입니다.전원이 공급되지 않으면 플런저는 코일 바깥쪽으로 일정 길이만큼 연장됩니다. 전원을 공급하면 플런저가 코일 안으로 당겨집니다.코어가 고정된 전자석은 솔레노이드로 간주되지 않습니다.간단히 말해서 솔레노이드는 전기 에너지를 기계적 작업으로 변환합니다.일반적으로 프레임으로 둘러싸인 자석 와이어의 멀티턴 코일이 있으며, 자속 캐리어로서 효율을 높입니다.공학에서 이 용어는 에너지를 단순한 [3]2위치 액추에이터보다 더 정교한 선형 운동으로 변환하는 다양한 변환기 장치를 나타낼 수도 있다."솔레노이드"라는 용어는 종종 솔레노이드 밸브, 공압 또는 유압 밸브를 작동시키는 전기 기계식 솔레노이드를 포함하는 통합 장치 또는 전기 스위치를 작동시키기 위해 내부적으로 전기 기계식 솔레노이드를 사용하는 특정 유형의 릴레이인 솔레노이드 스위치를 가리킵니다. 예를 들어 자동차 시동 장치 솔레노이드 또는 선형 솔레노이드.전자 기계식 잠금 메커니즘의 일종인 솔레노이드 볼트도 존재합니다.

적용들

전기 기계 솔레노이드

1920년 전기기계식 액추에이터로 사용되는 상용 솔레노이드에 대한 설명

전기 기계식 솔레노이드는 가동강 또는 철제 슬러그(전기자)에 감기는 전자기 유도 코일로 구성됩니다.코일은 전기자가 코일 중앙의 공간을 드나들 수 있도록 형성되어 코일의 인덕턴스를 변화시켜 전자석이 됩니다.전기자의 이동은 솔레노이드 밸브 제어와 같은 일부 메커니즘에 기계적 힘을 제공하기 위해 사용됩니다.솔레노이드는 일반적으로 매우 짧은 거리를 제외한 모든 것에 약하지만 컨트롤러 회로에 의해 직접 제어될 수 있으므로 반응 시간이 매우 빠릅니다.

전기자에 가해지는 힘은 전기자의 위치 변화와 코일을 통과하는 전류에 대한 코일의 인덕턴스 변화에 비례합니다(패러데이의 유도 법칙 참조).전기자에 가해지는 힘은 항상 코일의 인덕턴스를 증가시키는 방향으로 전기자를 이동합니다.

전기 기계식 솔레노이드는 일반적으로 전자식 페인트볼 마커, 핀볼 기계, 도트 매트릭스 프린터 및 연료 인젝터에서 볼 수 있습니다.일부 가정용 초인종은 전기 기계식 솔레노이드를 사용하므로 코일에 전기가 들어오면 전기자가 금속 차임벨을 [4]칩니다.

솔레노이드를 밀고 당깁니다.

푸시 및 풀 솔레노이드는 일반적으로 튜브형 구조에서 일반적인 카탈로그 항목입니다.보빈 와인딩 코일, 스틸 플런저, 원통형 케이스 및 엔드 피스로 구성되며, 그 중 하나가 스테이터 폴입니다.풀 타입에는 플런저에 부착하기 위한 수단이 있으며 연결된 하중을 솔레노이드 쪽으로 당긴다는 점을 제외하면 각 타입은 다른 타입과 구조가 유사합니다.푸시 타입에는 솔레노이드에서 하중을 밀어내기 위해 솔레노이드 밖으로 돌출된 푸시 핀이 있습니다.자기적으로도 마찬가지입니다. 즉, 내부 자기장이 플런저를 스테이터 극 조각 쪽으로 끌어당깁니다.대부분의 솔레노이드는 드문 경우를 제외하고는 자기 극과 플런저 사이의 자기 반발력을 사용하지 않습니다.일부 영구 자석 유형은 작동하기 위해 플런저를 동일한 방향으로 동시에 끌어당기고 밀어냄으로써 작동합니다(코일의 전기 극성을 반대로 하여 양방향).일반적인 푸시 또는 풀 솔레노이드는 통전될 때만 한 방향으로 움직입니다.플런저를 전원이 공급되지 않은 위치로 이동하려면 스프링 또는 다른 수단이 필요합니다.다른 구조물에서는 구부러진 평강의 C 또는 D자형 프레임을 사용하며 코일이 보일 수 있습니다.이러한 유형의 효율성은 플런저와 스테이터 극 사이의 공극에 플럭스를 집중시키기 위해 코일 주변의 자속을 감싸는 강철 외측 프레임 때문입니다.

비례 솔레노이드

이 솔레노이드 범주에는 코일 전류의 함수로서 솔레노이드 플런저 또는 전기자의 아날로그 위치에 영향을 미치는 고유하게 설계된 자기 회로가 포함됩니다.이러한 솔레노이드는 축방향이든 회전방향이든 관계없이 플럭스 반송 형상을 채택하여 높은 시작력(토크)을 생성하며, 단면이 빠르게 자기적으로 포화되기 시작합니다.솔레노이드가 작동 스트로크를 진행할 때 발생하는 힘(토크) 프로파일은 거의 평평하거나 높은 값에서 낮은 값으로 내려갑니다.솔레노이드는 특히 폐쇄 루프 제어 시스템에서 위치 설정, 중간 스트로크 정지 또는 저속 작동에 유용할 수 있습니다.단방향 솔레노이드는 반대 방향의 힘에 의해 작동하거나 이중 솔레노이드 시스템이 자동으로 순환됩니다.비례 개념은 SAE 간행물 860759(1986)에 더 자세히 설명되어 있다.

SAE 페이퍼에 설명된 바와 같이 자기장과 그에 수반되는 플럭스 측정의 초점은 솔레노이드 스트로크 시작 시 높은 시작력을 발생시키고 솔레노이드가 변위 범위를 통과할 때 수평 또는 하강력을 유지하기 위해 필요합니다.이는 솔레노이드의 정상적인 공극 유형 감소에서 경험하는 것과 상당히 상반됩니다.작동 공극에 대한 자기장의 초점은 초기에 높은 mmf(암페어 회전)와 상대적으로 낮은 플럭스 레벨을 생성합니다.이 mmf x 플럭스(읽기 에너지)의 높은 곱은 높은 시작력을 생성합니다.플런저가 증가하면(ds), 공극 에너지로부터 운동 에너지인 Fdsds가 추출됩니다.플런저 운동 증가에 따라 공극 투과율이 약간 증가하고, 자속이 증가하며, 공극 전체의 mmf가 약간 감소하며, 이 모든 것이 mmf x 플럭스의 높은 생성물을 유지합니다.플럭스 레벨이 증가하기 때문에 철 회로의 다른 부분(주로 극 형상)에서 암페어 턴이 감소하면 공극 암페어 턴이 감소하므로 공극에서 필드의 위치 에너지가 감소합니다.플런저가 더욱 증가하면 솔레노이드 힘이 지속적으로 감소하므로 솔레노이드 코일에 대한 전류에 의해 제어되는 모션 제어에 이상적인 조건이 형성됩니다.앞서 언급한 극 형상은 직선적으로 변화하는 경로 영역을 가지며 힘의 거의 선형적인 변화를 일으킨다.반대되는 스프링력 또는 듀얼 엔드 솔레노이드(2개의 코일)를 통해 오버 및 백 모션 제어가 가능합니다.폐쇄 루프 제어는 시스템의 선형성과 강성을 개선합니다.

회전 솔레노이드

회전 솔레노이드는 전원이 공급될 때 래칫 메커니즘을 회전시키는 데 사용되는 전기 기계 장치입니다.이것들은 1950년대에 전기 기계식 제어기의 회전 스냅 스위치 자동화에 사용되었다.회전 솔레노이드를 반복적으로 작동하면 스냅 스위치가 한 위치 앞으로 이동합니다.로터리 스냅 스위치 샤프트의 반대쪽 끝에 있는 로터리 액추에이터 2개가 스위치 위치를 전진 또는 후진할 수 있습니다.

로터리 솔레노이드는 전기자 코어가 대형 플랫 디스크의 중앙에 장착되고 디스크 하부에 세 개의 경사 선로가 형성된다는 점을 제외하고는 선형 솔레노이드와 유사한 외관을 가지고 있습니다.이러한 홈은 솔레노이드 본체의 레이스와 정렬되며, 레이스에서 볼 베어링에 의해 분리됩니다.

솔레노이드가 작동하면 전기자 코어가 자기적으로 스테이터 극을 향해 끌어당겨지고 디스크가 코일 본체를 향해 이동하면서 레이스의 볼 베어링 위에서 회전합니다.전원이 차단되면 디스크의 스프링이 회전 및 축 방향으로 원위치로 회전합니다.

회전식 솔레노이드는 1944년 오하이오주 데이턴에 사는 조지 H. 릴랜드에 의해 공중 투하 폭탄에 보다 신뢰할 수 있고 충격/진동에 강한 방출 메커니즘을 제공하기 위해 발명되었습니다.이전에 사용된 선형(축) 솔레노이드는 의도치 않게 분리되는 경향이 있었습니다.미국 특허번호 2,496,880은 발명의 기초가 되는 전자석과 경사궤도를 기술하고 있다.릴랜드의 엔지니어 얼 W. 커먼은 회전 솔레노이드를 내장한 호환 가능한 폭탄 방출 걸쇠를 개발하는 데 중요한 역할을 했습니다.오하이오 주 데이튼에 있는 USAF 국립박물관에 전시된 B-29 항공기 동체에서 이런 종류의 폭탄 족쇄가 발견됩니다.1965년 7월 마리너 4호가 화성에서 비행할 때 카메라 셔터 역할을 했던 리랜드 솔레노이드의 직경 1인치 버전이었다.이 다양한 종류의 솔레노이드는 수많은 현대적 용도에 계속 사용되고 있으며, 현재 존슨 전기가 소유하고 있는 릴랜드의 원래 브랜드 "Ledex"로 제조되고 있습니다.

1980년대에 시장에 등장한 로터리 솔레노이드와 균형 잡힌 3로브 철제 베인 로터는 로터의 축방향 운동을 제거하여 방진 성능을 향상시켰습니다.이 장치는 비례적이고 조용한 위치 설정뿐만 아니라 메일 선별기 및 컨베이어 게이트와 같은 사용을 위한 빠른 회전을 가능하게 했습니다.그 후 영구 자석 로터 버전(미국 특허 5,337,030; 1994)에 따라 전기적으로 양방향으로 빠르게 회전합니다.

로터리 보이스 코일

로터리 보이스 코일은 솔레노이드의 회전 버전입니다.일반적으로 고정 자석은 외부에 있으며 코일 부분은 코일을 통과하는 전류에 의해 제어되는 호 모양으로 움직입니다.회전식 음성 코일은 디스크 드라이브와 [citation needed]같은 장치에 널리 사용됩니다.이동 코일 미터의 작동 부품은 포인터 축을 중심으로 회전하는 회전 음성 코일의 한 종류이기도 합니다. 일반적으로 헤어 스프링은 약하고 거의 선형적인 복원력을 제공하기 위해 사용됩니다.

공압 솔레노이드 밸브

공압 밸브의 솔레노이드

공압 솔레노이드 밸브는 공기를 공압 장치(일반적으로 액추에이터)로 라우팅하기 위한 스위치로, 비교적 작은 신호로 큰 장치를 제어할 수 있습니다.또한 전자 컨트롤러와 공압 시스템 [citation needed]간의 인터페이스이기도 합니다.

유압 솔레노이드 밸브

유압 솔레노이드 밸브는 유압 오일(오일)의 흐름을 제어한다는 점을 제외하면 일반적으로 공압 솔레노이드 밸브와 유사하며, 종종 약 3000psi(210bar, 21MPa, 21MN/m2)의 속도로 작동합니다.유압 기계는 솔레노이드를 사용하여 램프 또는 액추에이터로 가는 오일 흐름을 제어합니다.솔레노이드 제어 밸브는 비교적 약한 솔레노이드가 작은 파일럿 밸브를 개폐하는 관개 시스템에서 자주 사용됩니다. 이 밸브는 메인 밸브에 기계적으로 연결된 피스톤 또는 다이어프램에 유체 압력을 가하여 메인 밸브를 작동합니다.솔레노이드는 드럼으로 들어가는 물의 흐름과 양을 조절하기 위해 세탁기와 같은 일상 생활용품에도 있습니다.

변속기 솔레노이드는 자동 변속기를 통과하는 오일 흐름을 제어하며, 일반적으로 변속기 밸브 본체에 장착됩니다.

자동차 시동 솔레노이드

주요 기사:스타터 솔레노이드

자동차 또는 트럭에서 스타터 솔레노이드는 자동차 엔진의 점화 시스템의 일부입니다.스타터 솔레노이드는 차량 배터리로부터 대량의 전류를 공급받고 점화 스위치로부터 소량의 전류를 공급받습니다.점화 스위치가 켜지면(즉, 키를 돌려 시동을 걸 때) 작은 전류로 인해 스타터 솔레노이드가 한 쌍의 무거운 접점을 닫게 되어 큰 전류가 스타터 모터로 전달됩니다.이것은 릴레이의 일종입니다.

스타터 솔레노이드는 스타터 자체에 내장될 수도 있으며, 종종 스타터 외부에서 볼 수 있습니다.스타터 솔레노이드가 배터리로부터 충분한 전력을 공급받지 못하면 모터를 시동하지 못하고 빠르고 독특한 "딸깍" 또는 "딸깍" 소리가 날 수 있습니다.배터리 부족 또는 방전, 배터리 부식 또는 느슨한 연결 또는 배터리 양극 케이블의 파손 또는 손상으로 인해 발생할 수 있습니다.이 중 어느 것이든 솔레노이드에 전원이 공급되지만 무거운 접점을 닫을 수 있을 만큼 충분한 전력이 공급되지 않으므로 스타터 모터 자체가 회전하지 않고 엔진 시동이 걸리지 않습니다.

참고 항목

레퍼런스

  1. ^ "How Does a Solenoid Work?".
  2. ^ "Solenoid 101: What is a Solenoid?".
  3. ^ "Solenoid 101: What is a Solenoid?".
  4. ^ "How to keep your doorbell ringing". Popular Science. No. March 1975. March 1975. p. 117. Archived from the original on 14 May 2018. Retrieved 29 November 2017.

외부 링크

Wikimedia Commons에는 솔레노이드에 관련된 미디어가 있습니다.

솔레노이드 힘 계산: https://www.keepandshare.com/doc18/25385/solenoidmagnetics-pdf-713k?da=y (영어)