メカトロニクス情報誌
2016 年 1 月 1 日 発行

めかとろ通信

新電元メカトロニクス株式会社

第 21 号

利用例
紹介

レーザ光源の安全装置の駆動に使用。光源を機械的に遮断するシャッター機構を簡単な構成で実現できます。
シャッターの他、ストッパや、通路切換等への応用も有効です。

＜ ソレノイドを使う＞
ソレノイドを使用するときに、コイル電流の遮断のタイミいてご紹介しました。今号ではこの中で説明しきれなかった

ングで逆起電力が生じ、駆動接点の焼損、駆動素子の破壊なバリスタの選定と、一般の直流ソレノイドと異なる通電方法どが起こることがあります。このため、適切な対策を行う必が必要な、RM 型ロータリソレノイドと自己保持型ソレノイ要があります。「めかとろ通信」第 20 号ではこの対策につドについて具体的な使用方法をご紹介します。

■1. 逆起電力対策
エネルギー

1.1. バリスタの選定

E = 1/2 * L * Ip2 [J]

バリスタの選定にあたっては、次に記載した値を計算した上でバリスタメーカの用意する資料から選定します。
バリスタの定格電圧は高いほど、ソレノイドの復帰時間は早くなりますが、表から読み取った Vp（制限時電圧）に電源電圧を加えた電圧がソレノイドの駆動用のトランジスの耐圧を超えてはいけません。

これらの値を元にバリスタメーカの定格表から選定してください。

L: ソレノイドコイルのインダクタンス
Ip: ソレノイド電流（遮断時にソレノサージ電流波尾長イドに流れている電流）

T = E / (Ip * Vp) [mS] Vp: 定格表から電流 Ip が流れたときの電圧を読み取る。( 図表 1.1. 参照）

平均パルス電力Ps=

E * Fs [W]タ、FET 等の駆動素子に加わります。従ってこの値が素子最大許容回路電圧

Fs: ソレノイド通電周波数 [ 回 / 秒 ]ソレノイドの駆動電圧はこの値以下に収まっていること。
電圧変動を十分考慮してください。

図表1.1.バリスタの電圧電流特性曲線(バリスタメーカ資料)

図表1.2.回路と波形バリスタの制限時電圧を読み取る
最大もれ電流バリスタ

最大制限電圧

Ip

200Vp

制限時電圧

1009080706050

電圧 (V)

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ロータリソレノイド

Vp

電源
Vps
これは定格電圧47VのバリスタのA

Vp+Vps
駆動素子

例です。

40

仮にソレノイド電流が0.１Aとし30て、発生電圧をもとめると・・・

20と、約85Vと読み取れます。電源が電流

電流0.１Aとの交点の電圧をみる

109876Ip: ソレノイド電流

2 4 V で あ れ ば 、駆 動 素 子 に はソレノイドの駆動電圧はこの範囲で使用

5ソレノイドIp

85V+24V=109Vが加わります。素子の耐圧はこの値以上が必要でソレノイド電流（0.１Aとしたとき）す。

電圧(A 点 )

Vp: 制限時電圧駆動素子に加わる電圧

Vps: 電源電圧

10–610–510–410–310–210–1100
電流 (A)

101102103
遮断時の電流・電圧波形

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＜ ソレノイドを使う＞■2. RM ロータリソレノイド
2.1.

使用することが出来ません。コイルの通電極性が変わるためRM 型ソレノイドの駆動回路です。ですから RM シリーズの使用に当たってはバリスタの当社の標準型ロータリソレノイドは、ソレノイドの吸着動挿入を推薦いたします。

ソレノイドは、基本的にコイルに極性はなく、どちら向きに図表 2.1. RM ソレノイド駆動回路１+通電しても同じように吸着力を発生します。従って、標準ロータリソレノイドには極性は存在しません。RM 型ロータリソレノイドは、永久磁石で構成されたロータと、その外周に置RevSW1PSいたコイルから磁界を加えることで、その相互作用により直赤接回転力を発生します。永久磁石ですから極性があり、回転させるためには指定された極性で通電する必要があります。

バリスタ
黒逆方向に通電するとトルクの発生方向も反転します。このため、標準ロータリで必要だった復帰ばねの代わりにコイルへ
Fow
SW2の通電極性の反転で復帰動作を行うことが出来ます。
スイッチ、またはリレーを用いて極性の反転を行う回路は

図表 2.2. RM ソレノイド駆動回路 2

図表 2.1. に示したものが簡単です。SW1 を操作すると右回転方向に、SW2 を操作すると左回転方向に電流が流れます。
（同時に操作すると動きません。）+ SW2

右PS左また、極性の反転と通電操作を分離したい場合には図表2.2. の回路が使用できます。SW2 を操作するとコイルに通電

SW1: 極性切換
SW2: 通電

SW1-1
赤されますが、SW1 で指定した方向に電流が流れます。なお、
SW2 を ON のまま SW1 を操作すると接点に発生した火花で右電源が短絡される可能性がありますのでやめてください。
ソレノイドコイルは通電した電流を遮断する際に逆起電力を生じ、接点に損傷を与えることが知られています。この対左策については前号で説明しましたが、RM 型ロータリソレノ

バリスタ

黒SW1-2※逆起電圧保護には、コイルの通電極性が変わるので、バリスタを使用する。

イドではその対策として挿入するフライホイルダイオードを

2.2.

モータドライバによる RM 型ソレノイドの駆動回路

すると RM シリーズの極性反転駆動も簡単に実現でき、マイコン等での信号から直接制御できますので便利です。これら

通電極性で回転方向を切り替えることが出来るのは DCのドライバにフライホイルダイオードが組み込まれている場モータも同様です。DC モータ ( ブラシ付き ) の駆動用のドラ合には外付けが不要になります。

イバが半導体メーカ各社から供給されています。これを使用

図表 2.3. RM ソレノイド駆動回路 3電源
VS

左6

COM右8IN2左VS

4Vref

IN1

OUT1

IN2OUT2

1IN25GND

IN17右(H ブリッジの応用）

IN1

RFCVccShindengen Mechatronics Co.,Ltd.

作を機械的手段によって回転運動に変換したものです。直流

2赤10

コイル電圧

右回転

黒コイル

シャフト位置

左回転

UTA7291P※通電率を計算する際のON時間はIN1とIN2の和とするShindengen Mechatronics Co.,Ltd.

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＜ ソレノイドを使う＞■3. 自己保持型ソレノイドの駆動
自己保持型ソレノイドは、吸着後、内部に組み込まれた永図表 3.1.

久磁石の作用でコイル電流を流さなくても吸着位置を保つこSW
プルとが出来ます。自己保持型には１方向保持型と、2 方向保持２コイル型駆動回路
ダイオード

赤プルコイル型があります。2 方向保持型は、吸着と復帰にそれぞれ専用のコイルを持つ２コイル型で、１方向保持型は１つのコイル

SW
プッシュ

電源への通電極性で吸着と開放 ( 復帰 ) を使い分ける１コイル型

ダイオード

白

黒

プッシュコイルです。

3.1.

黒

逆起電圧保護はダイオードを使用する

２コイル型の駆動

コイルの極性に注意

２コイル型は、吸着と復帰にそれぞれ専用コイルを持っていSW プルますので、選択通電によって吸着と復帰動作を行うことが出
SW プッシュ来ます。注意することは、コイルには極性があることと、それぞれの位置を永久磁石で保つよう設計されており、コイルプルコイル電流への通電は短時間のパルス駆動とする必要があることです。
最大通電可能な時間はカタログに記載がありますのでこれをプッシュコイル電流守ってください。

プル
プランジャ位置プッシュ※通電率を計算する際のON時間はSWプルとSWプッシュの和とする

3.2.

る場合には電流を合わせるために制限抵抗を挿入します。抵

１コイル型の駆動

抗値は図表 3.2 に記載した方法で算出してください。
１コイル型は、吸着位置の保持を永久磁石で行います。コ

機械接点（リレー接点）を用いた回路と、DC モータ駆動イルに通電する極性を切り替えることで吸着と復帰動作を行用の IC を用いた回路例を示します。

います。カタログに記載された値の復帰電流を流したときになお、高頻度で動作させる場合には通電率に注意が必要で保持力が消滅して復帰します。従って、カタログ記載の復帰す。正逆両方向に通電する時間の和を通電時間として通電率電流値を守る必要があります。吸着と同じ電源電圧で駆動すを算出します。

図表 3.2．１コイル型駆動回路
接点による駆動回路

SW
吸引電源コイル

白黒SW
復帰

SW

吸引

SW

復帰

R

コイル電流

バリスタ

※R

吸引

復帰電流調整抵抗

逆起電圧保護には、コイルの通電極性が変わるので、バリスタを使用する。

プランジャ位置復帰※通電率を計算する際のON時間はSW吸引とSW復帰の和とする

復帰電流調整抵抗の計算
抵抗値

復帰電流、コイル抵抗はカタログをご参照ください。

R =（電源電圧 / 復帰電流）- コイル抵抗 [Ω]計算で求められた抵抗値に市販の抵抗器の中から最も近い消費電力ものをご使用ください。電力定格は Pr で求められた値以上

Pr = R *（ 復帰電流 )2 [W]のものを使うようにしてください。

復帰電流・コイル抵抗

はカタログ記載値

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＜ ソレノイドを使う＞■3. 自己保持型ソレノイドの駆動
3.3.

モータドライバは多くがフライホイルダイオードを内蔵してモータドライバによる１コイル型の駆動

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いますので用意する必要がありません。
DC モータ制御用ドライバ IC を使用した回路です。マイコ

なお、ここでは東芝セミコンダクター＆ストレージ社製のンなどのロジック信号で制御を行うことが可能になります。

ものを例として取り上げましたが、類似の機能を有するもの

復帰電流は抵抗を挿入して調整する方法としてあります。抵は各社で用意されていますので、一例としてご覧ください。

抗値の計算は接点による場合と同じです。PWM により電流

DC ブラシ付きモータ用の中から、出力電流がソレノイドコ制御が可能なものを選択すれば、復帰時に平均電流を調整し、イル電流を上回るもので、定格電圧がコイルの電圧以上のも抵抗とダイオードを省略することも可能です。詳細はメーカのであれば使用出来るでしょう。単純に H ブリッジと呼んでのデータシートをご参照ください。

いるものもありますので、機能表をよく読んでください。

図表 3.3.

DC モータドライバによる１コイル型駆動回路
電源
VSRFIN1

吸引847CCC

IN26IN2VS

Vref

IN1

OUT1

OUT2

D10吸着
コイル電流

0復帰

黒R

吸着TA7291P

※RCOM

復帰

白2

コイル

復帰

5GND

IN1

Vcc

吸引1

ロジック入力IN2

プランジャ位置

復帰電流調整抵抗

復帰※通電率を計算する際のON時間はIN1とIN2の和とする

あとがき
今回は前号に続いて、ソレノイドを使用する上での具体的なテクニックをいくつかご紹介してまいりました。お役に立ちましたでしょうか。至らぬ点がございましたら、何なりとご指摘いただけたら幸いです。こんな情報がほしい、分からないというようなことがおありでしたら是非ご連絡ください。
■この資料の内容は改良の為、お断り無く変更することがありますのでご了承ください「めかとろ通信」に関するお問い合わせは2015 年 12 月現在

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