Соленоид

редактировать
Иллюстрация соленоида Магнитное поле, создаваемое семиконтурным соленоидом (вид в разрезе), описанным с использованием силовые линии

A соленоид (, от греческого σωληνοειδής sōlēnoeidḗs, «трубчатый») представляет собой тип электромагнита, целью которого является создание управляемого магнитного поля через катушку, намотанную в плотно упакованную спираль. Катушка может быть расположена для создания однородного магнитного поля в объеме пространства, когда через нее пропускается электрический ток . Термин соленоид был придуман в 1823 году Андре-Мари Ампером для обозначения спиральной катушки.

При изучении электромагнетизма соленоид представляет собой катушку, длина которой равна существенно больше его диаметра. Спиральная катушка соленоида не обязательно должна вращаться вокруг прямой оси; Например, электромагнит Уильяма Стерджена 1824 года состоял из соленоида, согнутого в форме подковы.

В инженерии этот термин может также относиться к множеству преобразователей устройств, которые преобразуют энергию в линейное движение. Этот термин также часто используется для обозначения соленоидного клапана, интегрированного устройства, содержащего электромеханический соленоид, который приводит в действие либо пневматический, или гидравлический клапан, либо соленоид. переключатель, представляющий собой особый тип реле, в котором для управления электрическим переключателем используется электромеханический соленоид; например, соленоид автомобильного стартера или линейный соленоид. Соленоидные болты, тип электромеханического запирающего механизма, также существуют. В электромагнитной технологии соленоид представляет собой узел исполнительного механизма со скользящим ферромагнитным плунжером внутри катушки. Без питания плунжер выходит на часть своей длины за пределы катушки; подача энергии втягивает поршень в катушку. Электромагниты с неподвижными сердечниками не считаются соленоидами.

Содержание

  • 1 Непрерывный соленоид
    • 1.1 Внутри
    • 1.2 Снаружи
    • 1.3 Количественное описание
  • 2 Конечный сплошной соленоид
  • 3 Конечная прерывистая оценка соленоида
  • 4 Неправильные соленоиды
  • 5 Индуктивность
  • 6 Применение
    • 6.1 Электромеханический соленоид
      • 6.1.1 Пропорциональный соленоид
    • 6.2 Поворотный соленоид
    • 6.3 Поворотная звуковая катушка
    • 6.4 Пневматический соленоидный клапан
    • 6.5 Гидравлический соленоид клапан
    • 6.6 Соленоид автомобильного стартера
  • 7 См. также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Бесконечный непрерывный соленоид

Бесконечный соленоид имеет бесконечную длину, но конечный диаметр. «Непрерывный» означает, что соленоид образован не дискретными катушками конечной ширины, а множеством бесконечно тонких катушек без промежутков между ними; в этой абстракции соленоид часто рассматривается как цилиндрический лист проводящего материала.

Внутри

Рис. 1: Бесконечный соленоид с тремя произвольными петлями Ампера, обозначенными a, b и c. Интегрирование по пути c демонстрирует, что магнитное поле внутри соленоида должно быть радиально однородным.

Магнитное поле внутри бесконечно длинного соленоида однородно, и его сила не зависит ни от расстояния от оси, ни от площадь поперечного сечения соленоида.

Это результат плотности магнитного потока вокруг соленоида, который имеет длину, достаточную для того, чтобы можно было игнорировать краевые эффекты. На рисунке 1 мы сразу знаем, что вектор плотности потока указывает в положительном направлении z внутри соленоида и в отрицательном направлении z вне соленоида. Мы подтверждаем это, применяя правило захвата правой рукой для поля вокруг провода. Если мы обхватим правой рукой провод, указав большим пальцем в направлении тока, изгиб пальцев покажет, как ведет себя поле. Поскольку мы имеем дело с длинным соленоидом, все компоненты магнитного поля, не направленные вверх, компенсируются симметрией. Снаружи происходит аналогичная отмена, а поле только направлено вниз.

Теперь рассмотрим воображаемую петлю c, которая находится внутри соленоида. Согласно закону Ампера, мы знаем, что линейный интеграл для B (вектор плотности магнитного потока) вокруг этого контура равен нулю, поскольку он не содержит электрических токов ( можно также предположить, что контурное электрическое поле, проходящее через контур, является постоянным при таких условиях: постоянный или постоянно меняющийся ток через соленоид). Выше мы показали, что поле направлено вверх внутри соленоида, поэтому горизонтальные участки петли c не вносят никакого вклада в интеграл. Таким образом, интеграл от верхней части 1 равен интегралу нижней стороны 2. Поскольку мы можем произвольно изменять размеры цикла и получить тот же результат, единственное физическое объяснение состоит в том, что подынтегральные выражения фактически равны, то есть магнитное поле внутри соленоида радиально однородно. Однако обратите внимание, что ничто не запрещает ему изменяться в продольном направлении, что на самом деле так и есть.

За пределами

Аналогичный аргумент можно применить к контуру а, чтобы сделать вывод, что поле вне соленоида радиально однородно или постоянно. Этот последний результат, который строго выполняется только около центра соленоида, где силовые линии параллельны его длине, важен, поскольку он показывает, что плотность потока снаружи практически равна нулю, поскольку радиусы поля вне соленоида будут стремиться к бесконечность.

Можно также использовать интуитивный аргумент, чтобы показать, что плотность потока вне соленоида фактически равна нулю. Силовые линии магнитного поля существуют только в виде петель, они не могут расходиться или сходиться к точке, как силовые линии электрического поля (см. закон Гаусса для магнетизма ). Линии магнитного поля следуют продольной траектории соленоида внутри, поэтому они должны идти в противоположном направлении за пределами соленоида, чтобы линии могли образовывать петлю. Однако объем снаружи соленоида намного больше, чем объем внутри, поэтому плотность силовых линий снаружи значительно снижается. Напомним, что внешнее поле постоянно. Чтобы общее количество силовых линий было сохранено, внешнее поле должно стремиться к нулю по мере увеличения длины соленоида.

Конечно, если соленоид сконструирован в виде проволочной спирали (как это часто делается на практике), то он излучает внешнее поле так же, как одиночный провод, из-за тока, протекающего по всей длине соленоид.

Количественное описание

На рисунке показано, как закон Ампера может быть применен к соленоиду

Применяя закон Ампера к соленоиду (см. Рисунок на справа) дает нам

B l = μ 0 NI, {\ displaystyle Bl = \ mu _ {0} NI,}B l = \ mu_0 NI,

где B {\ displaystyle B}B - плотность магнитного потока, l {\ displaystyle l}l- длина соленоида, μ 0 {\ displaystyle \ mu _ {0}}\ mu _ {0} - магнитная постоянная, N {\ displaystyle N}N количество витков и I {\ displaystyle I}I текущий. Отсюда получаем

B = μ 0 N I l. {\ displaystyle B = \ mu _ {0} {\ frac {NI} {l}}.}B = \ mu_0 \ frac {NI} {l}.

Это уравнение справедливо для соленоида в свободном пространстве, а это означает, что магнитная проницаемость пути такая же, как и проницаемость свободного пространства, μ 0.

Если соленоид погружен в материал с относительной проницаемостью μ r, то поле увеличивается на эту величину:

B = μ 0 μ r NI l. {\ displaystyle B = \ mu _ {0} \ mu _ {\ mathrm {r}} {\ frac {NI} {l}}.}B = \ mu_0 \ mu _ {\ mathrm { r}} \ frac {NI} {l}.

В большинстве соленоидов соленоид не погружен в материал с более высокой проницаемостью., но скорее некоторая часть пространства вокруг соленоида имеет материал с более высокой проницаемостью, а некоторая часть представляет собой просто воздух (который ведет себя как свободное пространство). В этом сценарии полный эффект материала с высокой проницаемостью не виден, но будет эффективная (или кажущаяся) проницаемость μ eff такая, что 1 ≤ μ eff ≤ μ r.

Включение ферромагнитного сердечника , такого как железо, увеличивает величину плотности магнитного потока в соленоиде и повышает эффективную проницаемость магнитного пути. Это выражается формулой

B = μ 0 μ eff NI l = μ NI l, {\ displaystyle B = \ mu _ {0} \ mu _ {\ mathrm {eff}} {\ frac {NI} { l}} = \ mu {\ frac {NI} {l}},}B = \ mu_0 \ mu _ {\ mathrm {eff}} \ frac {NI} {l} = \ mu \ frac {NI} {l},

где μ eff - эффективная или кажущаяся проницаемость керна. Эффективная проницаемость является функцией геометрических свойств керна и его относительной проницаемости. Термины относительная проницаемость (свойство только материала) и эффективная проницаемость (свойство всей конструкции) часто путают; они могут различаться на много порядков.

Для открытой магнитной структуры соотношение между эффективной проницаемостью и относительной проницаемостью задается следующим образом:

μ eff = μ r 1 + k (μ r - 1), {\ displaystyle \ mu _ {\ mathrm {eff}} = {\ frac {\ mu _ {r}} {1 + k (\ mu _ {r} -1)}},}\ mu_ \ mathrm {eff} = \ frac {\ mu_r} {1 + k (\ mu_r -1)},

где k - коэффициент размагничивания сердечника.

Конечный сплошной соленоид

Линия магнитного поля и плотность, создаваемая соленоидом с поверхностной плотностью тока

Конечный соленоид - это соленоид конечной длины. Непрерывный означает, что соленоид образован не отдельными катушками, а листом проводящего материала. Мы предполагаем, что ток равномерно распределен по поверхности соленоида с поверхностной плотностью тока К; в цилиндрических координатах :

K → = I l ϕ ^. {\ displaystyle {\ vec {K}} = {\ frac {I} {l}} {\ hat {\ phi}}.}{\ displaystyle {\ vec {K}} = {\ frac {I} {l}} {\ hat {\ phi}}.}

Магнитное поле можно найти с помощью векторного потенциала, что для конечного соленоида с радиусом R и длиной l в цилиндрических координатах (ρ, ϕ, z) {\ displaystyle (\ rho, \ phi, z)}(\ rho, \ phi, z) is

A ϕ = μ 0 I 4 π 1 l R ρ [ζ k (k 2 + h 2 - h 2 k 2 h 2 k 2 K (k 2) - 1 k 2 E (k 2) + h 2 - 1 h 2 Π (h 2, k 2)))] ζ - ζ +, {\ displaystyle A _ {\ phi} = {\ frac {\ mu _ {0} I} {4 \ pi}} {\ frac {1} {l}} {\ sqrt {\ frac {R} {\ rho}}} \ left [\ zeta k \ left ({\ frac {k ^ {2} + h ^ {2} -h ^ {2} k ^ {2}} {h ^ {2) } k ^ {2}}} K (k ^ {2}) - {\ frac {1} {k ^ {2}}} E (k ^ {2}) + {\ frac {h ^ {2} - 1} {h ^ {2}}} \ Pi (h ^ {2}, k ^ {2}) \ right) \ right] _ {\ zeta _ {-}} ^ {\ zeta _ {+}}, }{\ displaystyle A _ {\ phi} = {\ frac {\ mu _ {0} I} {4 \ pi}} {\ frac {1} {l}} {\ sqrt {\ frac {R} {\ rho}}} \ left [\ zeta k \ left ({\ frac {k ^ {2} + h ^ {2} -h ^ {2} k ^ {2}) } {h ^ {2} k ^ {2}}} K (k ^ {2}) - {\ frac {1} {k ^ {2}}} E (k ^ {2}) + {\ frac { h ^ {2} -1} {h ^ {2}}} \ Pi (h ^ {2}, k ^ {2}) \ right) \ right] _ {\ zeta _ {-}} ^ {\ zeta _ {+}},}

где

ζ ± = z ± l 2, {\ displaystyle \ zeta _ {\ pm} = z \ pm {\ frac {l} {2}},}{\ displaystyle \ zeta _ {\ pm} = z \ pm {\ frac {l} {2}},}
h 2 = 4 R ρ (R + ρ) 2, {\ displaystyle h ^ {2} = {\ frac {4R \ rho} {(R + \ rho) ^ {2}}},}{\ displaystyle h ^ {2} = {\ frac {4R \ rho} {(R + \ rho) ^ {2}}},}
k 2 = 4 R ρ (R + ρ) 2 + ζ 2, {\ displaystyle k ^ {2} = {\ frac {4R \ rho} {(R + \ rho) ^ {2} + \ zeta ^ {2}}},}{\ displaystyle k ^ {2} = {\ frac {4R \ rho} {(R + \ rho) ^ {2} + \ zeta ^ {2}}},}
K (m) = ∫ 0 π / 2 1 1 - m sin 2 ⁡ θ d θ, {\ displaystyle К (м) = \ int _ {0} ^ {\ pi / 2} {\ frac {1} {\ sqrt {1-m \ sin ^ {2} \ theta}}} d \ theta,}K (m) = \ int_0 ^ {\ pi / 2} {\ frac {1} {\ sqrt {1-m \ sin ^ 2 \ theta}}} d \ theta,
Е (м) знак равно ∫ 0 π / 2 1 - м грех 2 ⁡ θ d θ, {\ displaystyle E (m) = \ int _ {0} ^ {\ pi / 2} {\ sqrt {1-m \ sin ^ {2} \ theta}} d \ theta,}E (м) = \ int_0 ^ {\ pi / 2} {\ sqrt {1-m \ sin ^ 2 \ theta}} d \ theta,
Π (n, m) = ∫ 0 π / 2 1 (1 - n sin 2 ⁡ θ) 1 - m sin 2 ⁡ θ d θ. {\ displaystyle \ Pi (n, m) = \ int _ {0} ^ {\ pi / 2} {\ frac {1} {(1-n \ sin ^ {2} \ theta) {\ sqrt {1- m \ sin ^ {2} \ theta}}}} d \ theta.}\ Pi (n, m) = \ int_0 ^ {\ pi / 2} {\ frac {1} {(1-n \ sin ^ 2 \ theta) \ sqrt {1-m \ sin ^ 2 \ theta}}} d \ theta.

Здесь K (m) {\ displaystyle K (m)}К (м) , E (m) {\ displaystyle E ( m)}E (m) и Π (n, m) {\ displaystyle \ Pi (n, m)}\ Pi (n, m) являются полными эллиптическими интегралами первого, второй и третий вид.

Используя

B → = ∇ × A →, {\ displaystyle {\ vec {B}} = \ nabla \ times {\ vec {A}},}\ vec {B} = \ nabla \ times \ vec {A},

, плотность магнитного потока равна получается как

B ρ = μ 0 I 4 π 2 l R ρ [k 2 - 2 k K (k 2) + 2 k E (k 2)] ζ - ζ +, {\ displaystyle B _ {\ rho} = {\ frac {\ mu _ {0} I} {4 \ pi}} {\ frac {2} {l}} {\ sqrt {\ frac {R} {\ rho}}} \ left [{\ frac {k ^ {2} -2} {k}} K (k ^ {2}) + {\ frac {2} {k}} E (k ^ {2}) \ right] _ {\ zeta _ {- }} ^ {\ zeta _ {+}},}{\ displaystyle B_ {\ rho} = {\ frac {\ mu _ {0} I} {4 \ pi}} {\ frac {2} {l}} {\ sqrt {\ frac { R} {\ rho}}} \ left [{\ frac {k ^ {2} -2} {k}} K (k ^ {2}) + {\ frac {2} {k}} E (k ^ {2}) \ right] _ {\ zeta _ {-}} ^ {\ zeta _ {+}},}
B z = μ 0 I 4 π 1 l 1 R ρ [ζ k (K (k 2) + R - ρ R + ρ Π (h 2, k 2))] ζ - ζ +. {\ displaystyle B_ {z} = {\ frac {\ mu _ {0} I} {4 \ pi}} {\ frac {1} {l}} {\ frac {1} {\ sqrt {R \ rho} }} \ left [\ zeta k \ left (K (k ^ {2}) + {\ frac {R- \ rho} {R + \ rho}} \ Pi (h ^ {2}, k ^ {2}) \ right) \ right] _ {\ zeta _ {-}} ^ {\ zeta _ {+}}.}{\ displaystyle B_ { z} = {\ frac {\ mu _ {0} I} {4 \ pi}} {\ frac {1} {l}} {\ frac {1} {\ sqrt {R \ rho}}} \ left [ \ zeta k \ left (K (k ^ {2}) + {\ frac {R- \ rho} {R + \ rho}} \ Pi (h ^ {2}, k ^ {2}) \ right) \ right ] _ {\ zeta _ {-}} ^ {\ zeta _ {+}}.}

На оси симметрии радиальная составляющая равна нулю, а осевая составляющая поля равна

B z знак равно μ 0 NI 2 (l / 2 - zl R 2 + (l / 2 - z) 2 + l / 2 + zl R 2 + (l / 2 + z) 2) {\ displaystyle B_ {z} = {\ гидроразрыв {\ mu _ {0} NI} {2}} {\ Biggl (} {\ frac {l / 2-z} {l {\ sqrt {R ^ {2} + (l / 2-z) ^ { 2}}}}} + {\ frac {l / 2 + z} {l {\ sqrt {R ^ {2} + (l / 2 + z) ^ {2}}}}} {\ Biggr)}}{\ displaystyle B_ {z} = {\ frac {\ mu _ {0} NI} {2}} {\ Biggl (} {\ frac {l / 2-z} {l {\ sqrt {R ^ {2} + (l / 2-z) ^ {2}}}}} + {\ frac {l / 2 + z} {l {\ sqrt {R ^ {2} + (l / 2 + z) ^ {2}}}} } {\ Biggr)}} .

Внутри соленоида, вдали от концов (| z | ≪ l / 2 - R {\ displaystyle | z | \ ll l / 2-R}{\ displaystyle | z | \ ll l / 2-R} ), это имеет тенденцию к постоянное значение B = μ 0 NI / l {\ displaystyle B = \ mu _ {0} NI / l}{\ displaystyle B = \ mu _ {0} NI / l} .

Оценка конечного прерывистого соленоида

Для случая, когда радиус намного больше, чем длина соленоида, плотность магнитного потока через центр соленоида (в направлении z, параллельно длине соленоида h, где катушка центрирована в точке z = 0) может быть оценена как плотность потока одиночной круглой проводящей петли:

B z = μ 0 INR 2 2 (R 2 + z 2) 3 2 {\ displaystyle B_ {z} = {\ frac {\ mu _ {0} INR ^ {2}} {2 (R ^ {2} + z ^ {2}) ^ {\ frac {3} {2}}}}}{\ displaystyle B_ {z} = {\ frac {\ mu _ {0} INR ^ {2}} {2 (R ^ {2} + z ^ {2}) ^ {\ frac {3} {2}}}}}

Для случаев, когда радиус не велик по сравнению с длиной, эта оценка может быть дополнительно уточнена путем суммирования ее по количеству N витков / витков проволоки в различных положениях вдоль z.

Примеры нестандартных соленоидов (а) редкий соленоид, (б) соленоид с изменяемым шагом, (в) нецилиндрический соленоид

нерегулярные соленоиды

В категории конечных соленоидов есть те, которые редко намотанные с одним шагом, редко намотки с переменным шагом (соленоиды с переменным шагом) или с переменным радиусом для разных петель (нецилиндрические соленоиды). Их называют нерегулярными соленоидами. Они нашли применение в различных областях, таких как соленоиды с редкой обмоткой для беспроводной передачи энергии, соленоиды с переменным шагом для магнитно-резонансной томографии (МРТ) и нецилиндрические соленоиды для других медицинских устройств.

Расчет прочности Собственные индуктивность и емкость не могут быть получены с использованием таких же, как у традиционных соленоидов, то есть с плотно намотанными соленоидами. Были предложены новые методы расчета собственной индуктивности (коды доступны на) и емкости.

Индуктивность

Как показано выше, плотность магнитного потока B {\ displaystyle B}B внутри катушки практически постоянна и определяется выражением

B = μ 0 NI l, {\ displaystyle B = \ mu _ {0} {\ frac {NI} {l}},}{\ displaystyle B = \ mu _ {0} {\ frac {NI} {l}},}

где μ 0 - магнитная постоянная, N {\ displaystyle N}N количество витков, I {\ displaystyle I}I ток и l {\ displaystyle l}lдлина катушки. Игнорируя конечные эффекты, общий магнитный поток через катушку получается путем умножения плотности потока B {\ displaystyle B}B на площадь поперечного сечения A { \ displaystyle A}A :

Φ = μ 0 NIA l. {\ displaystyle \ Phi = \ mu _ {0} {\ frac {NIA} {l}}.}{\ displaystyle \ Phi = \ mu _ {0} {\ frac {NIA} {l}}.}

Объединяя это с определением индуктивности

L = N Φ I, {\ displaystyle L = {\ frac {N \ Phi} {I}},}{\ displaystyle L = {\ frac {N \ Phi} {I}},}

индуктивность соленоида следует как

L = μ 0 N 2 A l. {\ displaystyle L = \ mu _ {0} {\ frac {N ^ {2} A} {l}}.}L = \ mu_0 \ frac {N ^ 2A} {l}.

Таблица индуктивности для коротких соленоидов с различным соотношением диаметра к длине была рассчитана Деллингером. Whittmore и Ould.

Это, а также индуктивность более сложных форм, может быть получено из уравнений Максвелла. Для жестких катушек с воздушным сердечником индуктивность зависит от геометрии катушки и количества витков и не зависит от тока.

Аналогичный анализ применим к соленоиду с магнитным сердечником, но только если длина катушки намного больше, чем произведение относительной проницаемости магнитопровода на диаметр. Это ограничивает простой анализ сердечниками с низкой проницаемостью или очень длинными тонкими соленоидами. Наличие сердечника можно учесть в приведенных выше уравнениях, заменив магнитную постоянную μ 0 на μ или μ 0μr, где μ представляет проницаемость, а μ rотносительную проницаемость. Следует отметить, что, поскольку проницаемость материалов ферромагнетиков изменяется в зависимости от приложенного магнитного потока, индуктивность катушки с ферромагнитным сердечником обычно изменяется в зависимости от тока.

Приложения

Электромеханический соленоид

Объяснение 1920 года коммерческого соленоида, используемого в качестве электромеханического привода.

Электромеханические соленоиды состоят из электромагнитно индуктивной катушки, намотанной вокруг подвижная стальная или железная пуля (называемая якорем ). Катушка имеет такую ​​форму, что якорь может перемещаться в пространство в центре катушки и выходить из него, изменяя индуктивность катушки и тем самым превращаясь в электромагнит. Движение якоря используется для придания механической силы некоторому механизму, например, для управления a. Несмотря на то, что соленоиды обычно слабы на любых расстояниях, кроме очень коротких, они могут управляться напрямую схемой контроллера и, следовательно, иметь очень быстрое время реакции.

Сила, приложенная к якорю, пропорциональна изменению индуктивности катушки по отношению к изменению положения якоря и току, протекающему через катушку (см. закон индукции Фарадея ). Сила, приложенная к якорю, всегда будет перемещать якорь в направлении, увеличивающем индуктивность катушки.

Электромеханические соленоиды обычно используются в электронных маркерах для пейнтбола, автоматах для игры в пинбол, матричных принтерах и топливных форсунках. В некоторых домашних дверных звонках используются электромеханические соленоиды, в результате чего электризация катушки приводит к ударам якоря о металлические перемычки.

Пропорциональный соленоид

В эту категорию соленоидов входят уникально разработанные магнитные цепи, которые влияют на аналоговое позиционирование плунжера соленоида или якоря в зависимости от тока катушки. Эти соленоиды, осевые или вращающиеся, используют геометрию, несущую магнитный поток, которая одновременно создает высокую пусковую силу (крутящий момент) и имеет участок, который быстро начинает насыщаться магнитным путем. Результирующий профиль силы (крутящего момента) по мере того, как соленоид продвигается через свой рабочий ход, почти плоский или снижается от высокого до более низкого значения. Соленоид может быть полезен для позиционирования, остановки в середине хода или для срабатывания при низкой скорости; особенно в системе управления с обратной связью. Однонаправленный соленоид будет срабатывать против противодействующей силы, или двойная соленоидная система будет самоцикличной. Пропорциональная концепция более подробно описана в публикации SAE 860759 (1986).

Фокусировка магнитного поля и сопутствующее ему измерение потока, как показано в документе SAE, требуется для создания высокого пускового усилия в начале хода соленоида и для поддержания уровня или уменьшения силы в качестве соленоида. перемещается через свой диапазон смещения. Это совершенно противоположно тому, что происходит с обычными соленоидами с уменьшающимся воздушным зазором. Фокусировка магнитного поля к рабочему воздушному зазору первоначально создает высокий mmf (ампер-витки) и относительно низкий уровень магнитного потока через воздушный зазор. Это высокое произведение потока mmf x (считываемая энергия) создает высокое пусковое усилие. При увеличении плунжера (ds) энергия движения F ∙ ds извлекается из энергии воздушного зазора. Из-за приращения движения плунжера незначительно увеличивается проницаемость воздушного зазора, увеличивается магнитный поток, незначительно уменьшается mmf через воздушный зазор; все это приводит к поддержанию высокого продукта потока mmf x. Из-за повышенного уровня магнитного потока рост падений ампер-витков в других частях железной цепи (преимущественно в геометрии полюсов) вызывает уменьшение ампер-витков воздушного зазора и, следовательно, снижение потенциальной энергии поля в воздушном зазоре. Дальнейшее увеличение плунжера вызывает постоянное уменьшение силы соленоида, тем самым создавая идеальные условия для управления движением, которое контролируется током, подаваемым на катушку соленоида. Вышеупомянутая геометрия полюса с линейно изменяющейся площадью траектории приводит к почти линейному изменению силы. Противоположное усилие пружины или двухсторонний соленоид (две катушки) позволяет контролировать движение вперед и назад. Управление с обратной связью улучшает линейность и жесткость системы.

Поворотный соленоид

Поворотный соленоид - это электромеханическое устройство, используемое для вращения храпового механизма при подаче питания. Они использовались в 1950-х годах для автоматизации поворотного переключателя в электромеханических элементах управления. Повторное нажатие на поворотный соленоид перемещает мгновенный переключатель на одно положение вперед. Два поворотных привода на противоположных концах вала поворотного кнопочного переключателя могут перемещать или реверсировать положение переключателя.

Поворотный соленоид похож на линейный соленоид, за исключением того, что сердечник якоря установлен в центре большого плоского диска, с тремя наклонными дорожками качения, вписанными в нижнюю часть диска. Эти канавки совпадают с дорожками качения на корпусе соленоида, разделенными шарикоподшипниками в дорожках качения.

Когда соленоид активирован, сердечник якоря магнитно притягивается к полюсу статора, и диск вращается на шарикоподшипниках в дорожках качения по мере движения к корпусу катушки. При отключении питания пружина на диске возвращает его в исходное положение как во вращении, так и в осевом направлении.

Вращающийся соленоид был изобретен в 1944 году Джорджем Х. Леландом из Дейтона, штат Огайо, чтобы обеспечить более надежный и устойчивый к ударам / вибрации механизм сброса бомб, сбрасываемых с воздуха. Ранее используемые линейные (осевые) соленоиды были подвержены непреднамеренному срабатыванию. В патенте США № 2496880 описываются электромагнит и наклонные дорожки качения, которые составляют основу изобретения. Инженер Леланда, Эрл В. Керман, сыграл важную роль в разработке совместимой скобы сброса бомбы, которая включала в себя вращающийся соленоид. Кандалы этого типа обнаружены в фюзеляже самолета B-29, выставленном в Национальном музее ВВС США в Дейтоне, штат Огайо. Соленоиды этого разнообразия продолжают использоваться в бесчисленном множестве современных приложений и по-прежнему производятся под оригинальной торговой маркой Leland "Ledex", теперь принадлежащей Johnson Electric.

. Появившийся на рынке в 1980-х годах, исключительно вращающийся соленоид с сбалансированный ротор с 3-лопастными стальными лопастями обеспечивает улучшенную виброизоляцию за счет исключения осевого движения ротора. Это устройство обеспечивает пропорциональное бесшумное позиционирование, а также быстрое вращение для сортировки почты и ворот конвейера. Затем последовала версия ротора с постоянными магнитами (патент США 5,337,030; 1994), которая обеспечивала быстрое электрическое двунаправленное вращение.

Вращающаяся звуковая катушка

Вращающаяся звуковая катушка - это вращающаяся версия соленоида. Обычно неподвижный магнит находится снаружи, а часть катушки движется по дуге, управляемой током, протекающим через катушки. Вращающиеся звуковые катушки широко используются в таких устройствах, как дисководы. Рабочая часть измерителя с подвижной катушкой также представляет собой тип вращающейся звуковой катушки, которая вращается вокруг оси указателя, обычно используется волосковая пружина для обеспечения слабой почти линейной восстанавливающей силы.

Пневматический соленоидный клапан

Соленоид пневматического клапана

Пневматический соленоидный клапан - это переключатель для направления воздуха на любое пневматическое устройство, обычно привод, позволяющий относительно слабым сигналом управлять большим устройством. Он также является интерфейсом между электронными контроллерами и пневматическими системами.

Гидравлический электромагнитный клапан

Гидравлические электромагнитные клапаны в целом аналогичны пневматическим электромагнитным клапанам, за исключением того, что они регулируют поток гидравлической жидкости (масло), часто при давлении около 3000 фунтов на кв. Дюйм (210 бар, 21 МПа, 21 МН / м²). Гидравлическое оборудование использует соленоиды для управления потоком масла к гидроцилиндрам или исполнительным механизмам. Клапаны с электромагнитным управлением часто используются в ирригационных системах, где относительно слабый соленоид открывает и закрывает небольшой пилотный клапан, который, в свою очередь, активирует главный клапан, прикладывая давление жидкости к поршню или диафрагме, которые механически соединены с основным клапаном. Соленоиды также используются в повседневных предметах домашнего обихода, например в стиральных машинах, для управления потоком и количеством воды в барабане.

Трансмиссионные соленоиды регулируют поток жидкости через автоматическую трансмиссию и обычно устанавливаются в корпусе трансмиссионного клапана.

Соленоид стартера автомобиля

В легковом или грузовом автомобиле соленоид стартера является частью системы зажигания двигателя автомобиля. На соленоид стартера поступает большой электрический ток от автомобильного аккумулятора и небольшой электрический ток от переключателя зажигания. Когда ключ зажигания включен (т.е. когда ключ повернут для запуска автомобиля), небольшой электрический ток вынуждает соленоид стартера замкнуть пару тяжелых контактов, тем самым передавая большой электрический ток на стартер. Это тип реле..

Соленоиды стартера также могут быть встроены в сам стартер, часто видимые снаружи стартера. Если соленоид стартера получает недостаточную мощность от батареи, он не запускает двигатель и может издавать быстрый характерный «щелкающий» или «щелкающий» звук. Это может быть вызвано разряженным или разряженным аккумулятором, корродированным или неплотным контактом с аккумулятором, а также обрывом или повреждением положительного (красного) кабеля от аккумулятора. Любой из них приведет к подаче на соленоид некоторой мощности, но недостаточной для удержания тяжелых контактов в замкнутом состоянии, поэтому сам стартер никогда не вращается, и двигатель не запускается.

См. Также

Справочная информация

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с соленоидами.

Последняя правка сделана 2021-06-08 08:54:53
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте