リレー構造の理解：ソレノイドから産業応用まで

電気と磁気

電流が導体を流れると、導体を周回する磁場が発生します。導体がコイルに巻かれると、磁場はコイル軸に沿って整列します。他条件同等なら、電流が強いほど磁場も強くなります。

インダクタと磁場

インダクタは磁場にエネルギーを蓄えることで電流変化に抵抗します。トランスでは、2つの誘導コイルが共通鉄心を共有し、一方のコイルの磁場が他方にエネルギーを転送します。トランス以外でも、電磁場を機械的運動に利用できます。

ソレノイド

電流を流したコイルの磁場が、近くの磁性物体——アーマチュアと呼ばれる——を引き寄せると、ソレノイドが形成されます。アーマチュアはDCまたはACで駆動可能で、鉄系材料を引き付けるため磁場の極性は無関係です。ソレノイドはドアラッチ、バルブ、ロボット関節、スイッチ機構を駆動します。ソレノイドが接点を作動させるとき、そのデバイスをリレーと呼びます。

リレー

リレーは、わずかな電気信号で大電流や高電圧を制御するために不可欠です。コイルはわずか数ミリアンペアしか消費しませんが、接点は数百アンペアを流せます。実質的に、リレーは低電力制御信号を高電力アクションに増幅します。この特性により、リレーはロジック回路と産業オートメーションで必須です。

上図では、12VDCコイルが単極単投接点を励磁し、480VAC回路を遮断します。典型的なリレーコイルは<1Aを消費し、産業用接点は10A以上で定格されます。

リレーアセンブリ

1つのコイル/アーマチュアアセンブリで、ノーマルオープン、ノーマルクローズド、またはそれらの組み合わせなど、複数の接点を動作させられます。コイル非励磁時に接点は「ノーマル」状態にあります。接点タイプには、開放空気金属パッド、水銀チューブ、磁気リードがあり、電流容量、耐食性、スパーク抑制に基づいて選択されます。

物理リレーデバイスの例

高さ約2インチの小型オクタルベースリレー3個が、市営浄水場の制御盤に取り付けられています。オクタルベースリレーは、8本の金属ピンで固定されたソケットに差し込まれ、迅速な着脱が可能です。

リレーのその他の利点

リレーはコイル回路と接点回路の間で電気的絶縁を提供し、一方をDC、他方をACにしたり、全く異なる電圧レベルで動作させたりできます。この絶縁は、センシティブな制御エレクトロニクスを高電圧スパイクから保護します。

プルイン電流とドロップアウト電流

リレーはヒステリシスを示します。アーマチュアをノーマル状態から動かすために、コイルは最小電流——プルイン電流——を供給しなければなりません。これは論理ゲートのハイ入力閾値に類似します。アーマチュアが位置すると、より低い電流——ドロップアウト電流——で保持できます。プルインとドロップアウト電流の差はシュミットトリガのような振る舞いを生み、クリーンなオン/オフ動作を保証します。

復習

• ソレノイド は電磁コイルから機械的運動を生成；可動部は アーマチュア。
• リレー は、励磁時にスイッチ接点を作動させるように構成されたソレノイド。
• プルイン 電流は、アーマチュアをノーマル状態から動かすために必要な最小コイル電流。
• ドロップアウト 電流は、アーマチュアがノーマル状態に戻る最大コイル電流。

関連ワークシート

• 基本電磁リレーワークシート