第2話：シェーディングコイルの働き

●シェーディングコイルについて

電磁弁の操作電源には、交流(AC)と直流(DC)の両方が用いられます。両方とも基本的な動作は同じで、コイルに電流が流れると、プラグナット(固定鉄心)とコア(可動鉄心)が磁化されて、互いの吸引力によりコアが駆動します。
しかしAC電源は、電流が周期的に変化するため、吸引力もそれに応じて増減を繰り返します。このために、プラグナットにシェーディングコイル(くまとりコイル)を組込み、吸引力の増減を防ぐ工夫をしています。

●シェーディングコイルの原理

ACソレノイドは、1周波数当たり2回磁束のない瞬間(=電流0)が発生するため、AC電源特有の振動が発生します。(グラフ-1)
電磁弁通電時には、コイルの電流、メインの磁束、メインの吸引力は同じ周期で変化します。(グラフ-1)
シェーディングコイル内を貫通する磁束も周期変化するため、シェーディングコイルに誘導起電流が発生します。その位相は、磁束の変化を妨げる方向になるので、メイン磁束に対して90度の遅れを生じます。(グラフ-1)

そのために、シェーディングコイルに誘導された電流も磁束を発生させて、吸引力を生じます。(グラフ-2)

従って、コアにはメインの吸引力と位相が90度ずれたシェーディングコイルによる吸引力が合成され、吸引力0となる瞬間はなくなります。このとき、トータルの吸引力は平滑され、吸引力と反対方向に働くスプリング力に対して、常に大きな合成吸引力が得られるのでコアの振動を防止することができます。(グラフ-3)

●騒音(うなり音)について

電磁弁使用時に、ACソレノイド特有の騒音(うなり音)が問題になることがあります。
これはプラグナットとコアの間で発生する振動によって、うなり音を生じさせるものです。
シェーディングコイルが効果的に働いている場合は、AC電源特有の吸引力の増減をならして、うなり音を防止していますが、シェーディングコイルの機能がそこなわれた際に、うなり音が生じることがあります。シェーディングコイルが正常に働いている場合は、コアに使用されているスプリング力以上の吸引力が、常に維持される状態にあります。(グラフ-3)
しかし、例えばコアとプラグナットの間に異物が混入して隙間ができた場合、その隙間の状態に応じてシェーディングコイルによる吸引力は低下します。この場合、周期的にスプリング力を下回る吸引力の点が生じ、うなり音の発生の原因となります。
なお、日本アスコでは、病院の医療施設等の特にうなり音を嫌う用途については、AC電源のままでうなり音を完全に防止するよう整流素子を組み込んだ静粛動作・高頻度・長寿命用電磁弁や、直動形3方向電磁弁327シリーズをご用意しております。