メカトロニクス情報誌
2020 年 12 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 34 号

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

＜ 通電率のはなし＞
当社の標準ソレノイドは多くのコイル仕様が用意されてに機能しなかったり、壊れたりするでしょう。ところが当います。カタログをご覧いただくと大きなコイルの定格表社の標準ソレノイドにはこれを定めていません。電圧の表が目にはいります。

記はありますが、同一のコイルでも他の電圧と併記されて一般的な電機部品では、定格電圧を定めて使用する際にはその電圧で通電するのが一般的でいます。

このため選定は少々面倒ですが、その理由と、す。た と え ば リ レ ー や ラン プ な ど、12V 用、24V得られるメリットもありますので、この辺について説明し用などと定められ、その電圧以外で使用すると十分てみたいと思います。

■1. コイルの選択
ソレノイドはそのコイルに通電すると吸引力を発生します。と同時に電力を消費し、その分のジュール熱を生じま

通電可能電圧＝連続電圧 X

実通電率[V]す。発生した熱は大気中に放散されますが、コイルからケース、取付板などを経由する大気までの熱流ルートは使用する取付環境によって様々です。このため、標準放熱板 (※)
を定め、このときに印加可能な最大電力を決めています。

式2連続電圧：カタログ記載の連続欄の電圧 (V)
実通電率：実際の使用時における通電率 (%)

これが連続定格です。そしてこれを作動周期 100% とし、カタログには、間欠時の通電率として、50%、25%、10%通電時間を制限した、間欠通電における印加可能電圧を併を代表値として掲載しています。実際には、この中に納ま記しています。間欠通電の際の作動周期は記載されているらない通電率のことも多いと思います。その際には式 2 で式 1 で算出されます。この式は一周期における ON 時間の通電可能電圧を算出してください。

比を求めます。一周期中の通電率と考えてください。この

例えば、4EC 型ソレノイドの AWG28 は、100%（連続）で 13V と記載があります。これを 33% の通電率で使用し説明中では以後「通電率」で統一します。

た場合の電圧を式 2 から求めると次のようになります。

作動周期＝ON 時間
ON 時間 + OFF 時間

X 100 [％］
式113[V] X(※) 型式によって異なり、カタログに記載されています。

33[%]＝ 22.6[V]100

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新電元メカトロニクス

式31
https://smt.shindengen.co.jp

＜ 通電率のはなし＞■2. 通電率と得られる出力
Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

4EC プッシュ／プルソレノイド
コイルデータ

標準放熱板 ： 160×160×3 mm アルミニウム

作動周期 （％）
作動周期 ＝ ON時間／(ON時間＋OFF時間)×100

最大ON時間 （秒）20℃における電力 （W）
20℃におけるアンペア・ターン
AWG.No.

20℃における抵抗（Ω）±10％

コイル巻数25262728
2930
3132
33
3435
36
37

3.5
5.67
8.76
13.8
22.6
34.8
56.7
88.3
138
216
351
480
720

384
486
600
748
975
1190
1520
1908
2360
2904
3725
4000
4950

100%
連続
∞
12.5
714

50%
100
25
1000

6.6
8.4
11
13
17
21
2735
43
53
67
85
105

9.5
1216
18
2330
38
4960
75
95
119
147

25%
間欠
36
50
1425

10%
9125
2250

電圧［VDC］
131722
26
33
4254
70
86
106
132
169
210

212735
4252
67
85
110
138
168
213
268332

図表 1 4EC コイルデータ ( 部分 )このコイルには 33% の通電率であれば、22.6V で通電できま

このように手順を踏む必要がありますが、実環境の通電条件す。こうして通電可能な電圧が求められますが、その時に得から発生する吸引力を求めることが出来ます。コイルの種類られる吸引力はどのくらいになるのでしょうか。ソレノイドの多さから、広範囲の条件に最適値を合致させることが出来の吸引力はストロークに大きく依存します。カタログには代ます。もし、求める推力が得られない、電圧が用意した電源

表通電率の際に得られる吸引力を記載しています。図表 4「スと合わないといった場合にはコイルの AWG 番号を変更してト ロ ーク−吸引力」グラフがそれで、図中の 10%、25%、式 2 から再計算してください。

50%、100% が通電率になります。先ほどの例とした 33% は

なお、前記のように、ここで使用した連続通電可能な電力記載がありませんが、次の手順で求めることが出来ます。例は標準放熱板に取付けた際のもので、これと放熱条件が異なとしてストローク 3mm で得られる吸引力を求めるには、図る場合には見直しが必要となりますのでご注意ください。ま

表２「アンペア・ターン - 吸引力」グラフから以下の手順でた型式によっては「放熱板なし」を標準状態としているもの読み取ります。もあります。

① 電流を求める電圧
コイル抵抗＝22.6V
13.8Ω

4EC アンペア・ターン−吸引力＝1.64[A]2001225[AT]

コイル抵抗：カタログのコイル定格表からAWG28 の欄の値を使用

S=0S=1
S=2
S=3
S=4
S=5
S=6100式47050② アンペア・ターンを求める

30
吸引力 [N]

アンペア・ターン＝電流 X コイル巻数＝ 1.64A X 748 ターン＝1225[AT]コイル巻数：カタログのコイル定格表からAWG28 の欄の値を使用

式52010※ストロークごとに流す電流7と吸引力の関係が分かる

5が求まります。同時に吸着後は S=0 のラインから、約 85[N]2150010001425

ロークである S=3 のラインと 1225[AT] の交点から約 28[N]31000「アンペア・ターン − 吸引力」グラフから、求めたいスト

714③ 吸引力を求めるが得られることが分かります。

ストローク [mm]

新電元メカトロニクス株式会社

1500
アンペア・ターン2250

電流＝2000

2500
pp_4ec_af

図表 2 4EC アンペア・ターン－吸引力

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新電元メカトロニクス2

＜ 通電率のはなし＞■3. 最大ＯＮ時間
カタログに記載された通電率の算出式は一周期の絶対時間異なります。通電率を算出する際に、目的のソレノイドの定を決めていません。一周期が 10 秒で通電時間が１秒のとき

格表で通電時間がこの値以下に収まっていることを確認してには通電率 10% です。また 100 秒の周期中で通電時間が 10ください。この例では 10 秒の通電時間が可能なのは 25% に秒でも同様に 10％となります。このとき例に挙げているなるので、ここに定義されている 26V までになります。当然、4EC 型で、コイル定格表の 10% の電圧を適用すると、コイ吸引力が 25% に記載されている値になりますから、これでルは焼損する可能性があります。なぜでしょうか。コイルの不足する場合にはサイズの変更が必要となります。

定格表には最大ＯＮ時間という欄があります。4EC 型 10%通電率の計算の際には、通電の時間制限にご注意ください。

では 9 秒と規定されています。この条件から逸脱してしまう

また、繰り返しの時間が不定の場合には通電率の計算が難ことになるのです。一周期が 10 秒の場合には、ＯＮ時間は 1しい場合もあります。この際にもこの時間制限を守ってくだ秒ですから問題ありません。この時間は各ソレノイドの持つさい。

熱時定数から求めたもので、型式、サイズによってそれぞれ最大 ON 時間 9S ( カタログ記載値 )どちらも同じ！？
条件１

ON:10S OFF:90S
通電率 =10%

条件２ON:1S OFF:9S
通電率 =10%図表 3周期の絶対時間■4. 通電電力の最適化
アプリケーションによっては、かなり長時間の保持が必要すことが可能です。逆に、駆動時のみに高電圧を加えるオーな場合があります。この場合には、保持に必要な電力を通電バドライブを行う場合もあります。ギャップの大きな領域でし続ける必要があります。ソレノイドの発生する吸引力は磁吸引力の得にくいときのみ大きな電圧で動作を補助します。

極の形状と磁気ギャップに大きく依存します。磁気ギャップ

これらの駆動方法においては、一駆動周期中に電圧が変化しの大きな作動初期よりも作動終了後のギャップの小さくなっますので、カタログに記載の算出式ですと通電率に誤差を生たときに大きな値を示します。この傾向は円錐型の磁極形状じます。この際には下式のような考え方で判断してください。のコニカル型よりも、平坦な磁極を持つフラット型の方が大きく変化します。この辺の様子は「めかとろ通信」27 号に● on 電圧が変化する場合詳しく記載されています。このように長時間の保持を行う際

平均電力 = P 1には保持の際に電圧を下げることで、駆動電力を大幅に減ら

Pcont :
t0 :
t1 :
t2 :
P1 :
P2 :

4EC ストローク−吸引力
20020℃における値

新電元メカトロニクス株式会社

100t0+ P2t2t0

≦

Pcont
式6連続通電可能電力 ( カタログ記載値 100%)
一周期時間 (on+off 時間 )on 時間
off 時間オーバドライブ時の電力 ( または通電初期の電力）保持時の電力t050

t110%
吸引力 [N]

t1

t2

2025%
1050%

P1P25

図表 5 可変電圧時平均電力

100%

20

123

4

ストローク[mm]56pp_4ec_sf※ストロークと吸引力の関係を示すソレノイドの基本特性を表すグラフ。ストローク０が作動終了点となる。

なおこれは電力ですから、電圧への変換は下式で算出します。
電圧 ＝

電力 X コイル抵抗式7コイル抵抗：カタログ記載の「20℃における抵抗（Ω）」

図表 4 4EC ストローク－吸引力

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3＜ 通電率のはなし＞

ソレノイドの発生する吸引力は、コイルに通電する電流くなり、磁極が磁気飽和を生じるためです。これは、駆動による起磁力に比例します。ただし、これは磁路中を通過時に大きな電力を加えても得られる吸引力が印加する電力する磁束の量がある量を越えると次第に飽和を生じます。に比例して得られなくなることを示しています。作動開始

従って比例関係が無くなります。この様子を次のグラフに時のオーバドライブによる補助も効果が得にくいことにも示します。磁気ギャップが大きい、ストロークの長い領域なります。カタログに記載されている最大電力は通電率は直線的ですが、ギャップの小さい領域は飽和傾向を示し10% 時ですが、これを上回ると飽和が顕著となり、効率ていることが分かります。ギャップが小さいと、磁気抵抗が著しく低下します。通電率 5% 程度で算出される電力がが減少するために同じ電流による起磁力でも磁束の量が多実用的な上限と考えてください。

4EC 電力−吸引力1206010%1005025%

50%

100%

30600mm
1mm
2mm

20

左目盛り

40

吸引力 /N（4～7mm）4080
吸引力 /N （0～3mm）

3mm
4mm

205mm
6mm
7mm

10右目盛り ( 破線 )Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

■5.磁気飽和

4 〜 7mm は直線的だが、0 〜 3mm は飽和傾向がある

00050

100
電力150/W

図表 6■6. 終わりに

4EC 電力−吸引力

特性「通電率」は普通に使用される用語だと思います。それるお客様の使用条件は様々で、すべては無理としてもできほど深く考えることもないかと思いますが、ソレノイドのるだけ多くの条件に合致させたいと考えると、幅を持たせ定格を考える上では欠かせない概念です。ただ、当社のカた種類の管理は必要なのだろうと思います。読みやすく、タログを読みにくくしているのも確かで、見直しを求める

必要な条件に確実に合致した選択が可能な資料を目指しま声も上がっています。ソレノイドを使用していただいていす。
■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2020 年 11 月現在

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