솔레노이드의 용도와 종류, 원리를 해설

솔레노이드의 용도와 종류, 원리를 해설

"솔레노이드"는 전자력을 이용하고 전기 에너지를 

기계적 운동으로 변환하는 전기 부품을 가리킵니다.

 

너무 낯선 용어이긴 하지만 우리의 가까운 곳에서 

전자 제품이나 자동차 자동 판매기 등 다양한 용도로 널리 이용되고 있으며 

우리의 생활에 필수적인 전기 부품의 하나입니다.

이번에는 이 "솔레노이드"을 주제로 솔레노이드의 용도 및 사용 사례를 소개한 뒤

솔레노이드의 원리와 구조, 그 밖에도 솔레노이드의 종류와,

솔레노이드를 선택할 때 주의 사항 등 폭넓은 내용을 상세히 해설합니다.

 

 

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솔레노이드의 용도&사용 사례

우선 솔레노이드의 용도에 대해서 살펴봅시다.

첫머리에서도 말했지만, 솔레노이드는 우리 생활에서 폭넓은 용도로 이용되고 있습니다.

예를 들어 가전 제품, OA기기, FA기기, 금융 단말기, 전자 자물쇠, 자동차, 자동문 등에 이용되고 있습니다.

근래에는, 복지·의료 분야 등의 기기에서도 사용되어 그 용도가 점점 확대되고 있습니다.

이하, 구체적인 사용 사례에 대해서 소개하겠습니다.



사용 사례 ① 자동 판매기 내 코인메크コインメック

코인메크コインメック는 자동 판매기 등의 내부에 탑재되고 있는

"잔돈 기능 내장(동전 순환식)조절기"를 말합니다.

 

자판기에서 거스름 돈의 동전을 내면서 이 코인멧크コインメック 내에서 쌓인 동전을

전기 신호에 의해서 한장씩 튕겨내는 기구에 솔레노이드가 이용되고 있습니다.


사용 사례 ② 역 개찰구
자동 개찰기 표 급송이나, 표 등 종이에 구멍을 뚫는 목적에서 솔레노이드가 사용되고 있습니다.



사용 사례 ③ 슬롯기
슬롯기는 동전 작동식의 게임기입니다.

이 슬롯기 내에서 메달의 반송 각 슬롯기에 메달의 배당 규정량을 초과의 메달 투입의 방지의 기능을 가집니다.

그 밖에도 다이 간기 동전 투입구에는 정전시 등에 동전이 

투입 방지 셔터의 역할 등 슬롯기에서는 다양한 역할을 가진 솔레노이드가 사용되고 있습니다.

 

솔레노이드의 원리와 구조

 

솔레노이드는 일반적으로 위 그림에 나타낸 것처럼 고정 철심에 동선이 

코일 모양으로 감겨지고 그 중을 가동 철심이 오르내리는 같은 구조를 가지고 있습니다.

 

구조에 대해서는 후술하지만, 솔레노이드는 전자력을 응용하고,

가동 철심을 한쪽 방향으로 운동시킬 수 있는 전기 부품입니다.

 

모터와 같은 기능을 하지만 모터와 비교하여 솔레노이드는 더 단순한 구조를 가져

코일에 연결하는 것만으로 동작함에서 구동이 매우 간단합니다.


그럼 다음에 솔레노이드의 구조에 대해서 살펴봅시다.

우선 솔레노이드에는 전술한 대로 고정 철심과 가동 철심이 있습니다.

코일에 전류를 흘리면 자계가 발생하고 전자기 유도 법칙으로

가동 철심이 고정 철심에 빨려 들어갑니다(흡입).

 

연결되어 있는 동안은 평소에 빨려 들어가지만 전류를 차단하면

이 흡인력은 소멸하고 되돌리는 스프링 등의 부하로 원위치로 돌아갑니다.

이런 구조로, 솔레노이드는 전기 에너지를 기계적 운동으로 변환합니다.

 

 

 

솔레노이드의 종류

다음에 솔레노이드의 종류에 대해서 살펴봅시다.

솔레노이드의 종류는 크게 다음의 3개가 들 수 있습니다.

이하, 각 구조의 차이에 대해서 해설합니다.


① 풀 솔레노이드
풀 솔레노이드는 당기는 힘을 작동력으로 이용한 솔레노이드입니다.

가장 표준적인 타입의 솔레노이드에 잘 이용되고 있습니다.

 

솔레노이드의 동작 구조에 대해서 전술한 대로 이 풀 솔레노이드에서는 전류를 보내면서

가동 철심이 고정 철심의 방향으로 빨려 들 수 있습니다.


② 푸쉬 솔레노이드
푸쉬 솔레노이드는 튀어 나온 가동 철심으로 미는 힘을 작동력으로 이용한 솔레노이드입니다.

그 동작의 구조는 풀 솔레노이드와 마찬가지로 전류를 흘리자 

가동 철심(플런저)이 고정 철심의 방향으로 끌다 받을 수 있다는 것입니다.

그러나, 푸쉬 솔레노이드에서는 윗 그림과 같이, 가동 철심이 관통하고 있어 

가동 철심이 흡입되자 반대 방향에 돌출형 솔레노이드와 됩니다.


③ 자기 유지 솔레노이드
전술한 푸르 솔레노이드, 푸쉬 솔레노이드에서는 가동 철심을 흡인된 상태로 유지하기 위해서는 

전류를 흘려야 했습니다.

 

그러나 자기 유지 솔레노이드에서는 솔레노이드 본체에 영구 자석을 내장함으로써 

전류가 흐르고 있지 않을 때에도 이 영구 자석으로 가동 철심의 흡인 상태를 유지할 수 있습니다.

 

전류를 흘린 채로 할 필요가 없어 코일의 발열을 막거나 전력 소비량을 억제할 수 있게 됩니다.



또, 솔레노이드에는 AC전원에서 구동하는 AC솔레노이드와 

DC전원에서 동작하는 DC솔레노이드가 존재합니다.

 

모두 기본적인 특성은 같지만 일반적으로 다음과 같은 특징의 차이가 보입니다.

● AC솔레노이드

진동 소음이 큰 전류치가 안정되기 어렵다.

또 돌입 전류(통전할 때 순식간에 정상 전류의 10~20배의 전류가 흐르기)가 발생하기 쉽고

이 순간에 가동 철심을 강력히 흡인하기 때문에 안정성이 낮다.

● DC솔레노이드

전류치가 일정하며 소음이 작은 안정된 동작이 가능.

교류 전원과 달리 온 오프 시에 돌입 전류가 발생하지 않는다는 이점이 있다.

이런 이유로 시장에는 DC솔레노이드 쪽이 AC솔레노이드와 비교하고 더 많이 판매되고 있습니다.


상술한 것처럼, 솔레노이드에 몇 종류의 타입이 있으며 

사용하는 전원과 형태, 크기, 또 가동 철심의 첨단 형상이 다른 것 등 그 종류는 다양하며 

시장에는 약 250종류 이상의 제품이 있다고 합니다.

솔레노이드 선정시 주의점

마지막으로, 솔레노이드를 선정할 때 주의 사항에 대해서 살펴봅시다.

주로 이하 4점을 들 수 있습니다.


1. 사용하는 전원·전압
전술한 대로 솔레노이드에는 AC전원 및 DC전원에 의해서 구동하는 타입이 있으니 

용도로 적절한 전원을 선정해야 합니다.

또, 솔레노이드를 사용하는 전압도 선택할 필요가 있으므로 미리 확인하는 것을 권장합니다.



2. 필요한 흡입력과 스트로크
우선 전술한 솔레노이드의 구조부터 흡인력, 스트로크이라는 용어에 대해서 확인합시다.

● 흡인력:전류를 흘렸을 때 가동 철심(플런저)을 끌어들이는 힘

● 스트로크:가동 철심(플런저)가 흡인된 때에 움직일 거리

각각의 솔레노이드에는 흡인력과 타의 특성이 결정됐으며 

솔레노이드를 선택할 때에는, 용도에 맞추어 이들을 선정할 필요가 있습니다.


3. 연결률
연결률은 전류를 흘리는 시간 비율을 말합니다.

연결률은 다음 식에서 요구할 수 있습니다.

통전률=통전 시간/(통전 시간+연결되어 없는 시간)

예를 들어 연결률이 50%의 솔레노이드에 대해서는 통전 시간이 1분이면 

연결되지 않은 휴식 시간을 1분 마련할 필요가 있다는 것입니다.

 

연결률을 지키지 않은 전류를 규정 이상으로 가득 차면 과도한 열이 발생하여

솔레노이드가 깨질 수 있으므로 주의합시다.

또한 통전 시간 등이 불분명한 경우 연속 연결 유형의 솔레노이드를 선정하면 될 것입니다.



4. 사이즈
솔레노이드에는 크고 작은 사이즈가 있어 필요한 제품 크기에 따라서 

솔레노이드의 크기를 선택합니다.

 

또한 솔레노이드는 물방울 부착과 기온의 저하에 의한 동결 등으로 그 기능이 저하될 수 있기 때문에 

솔레노이드의 설치 때는 설치 장소에도 주의할 것을 추천 드립니다.

 

 

 

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