ボビンコイルガイド：巻き方と技術解説

ボビンコイルは、精密な流体制御や電気油圧の分野において、しばしば影の功労者と言える存在です。ソレノイド、比例弁、その他の装置は、一見単純なこれらの装置のおかげで動作しています。

産業オートメーションシステムの部品調達を担当する購買マネージャーの方、あるいは油圧システムを担当する機械エンジニアの方にとって、ボビンコイルの理解は不可欠です。定義や動作原理といった基本から、構造や動作原理まで、このガイドではボビンコイルのあらゆる側面を網羅的に解説します。

ボビンコイル、またはソレノイドコイルは、長方形または円筒形の芯（「ボビン」と呼ばれる）に銅線を巻き付けた電磁装置の一種です。銅線に電流が流れると磁場が発生し、この磁場によってプランジャーまたはアーマチュアが作動し、電気エネルギーが直線的な機械的運動に変換されます。

ボビンは、電線を巻き付けるためのスプールまたはフレームであるボビンで構成される電気機械部品です。リレー、ソレノイド、比例弁、センサーなどの機器において最も重要な部品です。ボビンは、巻線、絶縁、機械的完全性がすべて完璧であることを保証します。

ボビンコイルの重要な部分

ボビンの芯（フレーム）

通常、プラスチックなどの耐熱性のある素材で作られています。

それは、電線を巻き付ける場所を提供し、構造を一体化させる役割を果たす。

配線が滑り落ちないように、フランジを設けるように設計されている場合もある。

銅線を巻く

そこは電線が巻かれて電気を通す部分です。

必要なインダクタンスと力に応じて、単層または多層構造となる。

これは磁場の強度とコイルの性能を決定する。

断熱層

これにより、電線の層間で短絡が発生しないことが保証されます。

ポリエステル、エナメル、マイカテープなどの素材で作られることもある。

これにより、高温や高電圧下でもデバイスの安全性と効率性が確保されます。

リード線または端子

電源を接続する部分です。

はんだ付け、圧着、差し込みが可能です。

プランジャーまたはコア（比例弁やソレノイドに使用）

そこは磁場が​​可動部に影響を与える部分です。

それは軟鉄やその他の強磁性体で構成されている。

ボビンコイルの動作は、電磁気学の原理に基づいています。

電流の流れ：銅線に電流が流れます。

磁場の発生：導線は電流によって発生する磁場の中に包み込まれている。

プランジャー作動：強磁性体のプランジャーまたはアーマチュアは磁場に引き寄せられる。

直線運動：プランジャーの動きは、プランジャーを引き付ける磁力によるものであり、それによってバルブ内部のスプールが移動します。

ボビンコイルは、その封止方法と絶縁方法に基づいて、いくつかの異なるクラスに分類できます。

標準カプセル化コイル

通常はナイロンまたは熱可塑性樹脂などのプラスチックで覆われているため、ほこりや軽い湿気から保護されています。

高温コイル

これらのコイルは耐熱性の電線と材料（クラスHおよびクラスC）を使用しているため、高温用途に使用できます。

比例ソレノイドコイル

これらのコイルは比例弁専用に設計されており、印加電流に正比例した直線的な力が得られるように設計された独自のポールチューブを備えています。

回転可能なコイル

これらのコイルは、コネクタを360度回転させることができるハウジングを備えているため、狭い場所への設置が容易です。

ボビンコイルのデータシートを読む際には、以下の点に注意することが重要です。

電圧

12V DC、24V DC、110V AC、および230V ACに対応しており、通常は内部で整流されています。

消費電力

比例弁の場合、通常は8～30ワットです。

運転時間やサイクル

通常、デューティサイクルは100%とされています。

断熱材のクラス

例えば、Fクラスは155℃、Hクラスは180℃です。

電気的接続

フライングリード、M12コネクタ、およびDIN 43650（フォームA、B、C）。

保護クラス

IP67およびIP65規格に準拠しており、噴流水や粉塵に対する耐性を備えています。

公式サイト限定

比例弁と併用するのが最適です。なぜなら、精密な制御が可能で、オン／オフ操作に限定されず、無段階に可変できるからです。

信頼性：コイルと電機子の間に機械的な摩耗がないため、長寿命です。

コンパクト設計：比較的コンパクトなパッケージながら、かなりのパワーを発揮します。

標準化：コイルの大部分は、DIN規格（例：DIN 43650）に準拠して標準化されているため、異なるバルブメーカー間でも互換性があります。

デメリット

発熱：コイルに常に通電すると、熱が発生します。発生した熱が放散されないと、コイルが焼損する可能性があります。

電流感度：電流と磁力には直接的な関係があります。電圧変動によって性能が低下する可能性があります。

湿気に対する感受性：封止構造が損なわれた場合、湿気によって短絡が発生する可能性があります。

産業分野の顧客にとって、信頼性、標準化、そして修理の容易さは最優先事項です。これらはすべて、ボビンコイルによって実現されます。

グローバルな互換性：DIN 43650などの標準化された仕様により、あるメーカーのコイルを別のメーカーのバルブに使用することができます。

拡張性：ボビンコイルは、大型のメインステージバルブを開くのに必要な力、または小型のパイロットバルブを開くのに必要な力を供給するように拡張できます。

安全性：カプセル化されたコイルは、最大限の電気絶縁と接地を提供することで、産業環境における電気的危険性を大幅に低減します。

メンテナンスの手間が少ない：コイルには可動部品がないため、必要なのは環境を清潔に保ち、すべての接続が確実に固定されていることを確認することだけです。

ボビンコイルは、産業オートメーションシステムで一般的に使用されています。これには以下が含まれます。

標準ACソレノイド、DCソレノイド、ソレノイドバルブ、保持用電磁石。

油圧比例弁：タービン制御装置、プレス機、射出成形機などに使用されます。

空気圧ソレノイドバルブ：包装機器および自動組立装置向け。

クラッチおよびブレーキ作動装置：重機および資材運搬用。

医療技術：人工呼吸器および精密投与ポンプ向け。

巻線工程は、ボビンコイルの性能に最も影響を与える重要な部分です。銅充填率の最適化と抵抗値の一定化が目標となります。

巻き取り工程：

ボビンの準備：プラスチック製のボビン（前身）を準備するために、巻き取り機が使用されます。

電線の選定：必要な抵抗値と巻数に応じて、特定のゲージ値の銅線を使用します。

層巻き：次に、ワイヤーをボビンに巻きます。ワイヤーは、前のワイヤーの溝にぴったりと収まるように巻き付けられます。これは「パーフェクトレイヤー」巻き法として知られており、コイルの巻き付けに使用されます。

絶縁材：巻線間の絶縁材としてテープを使用します。

終端処理：始線と終線は端子を用いて終端処理されます。

カプセル化：巻かれたボビンは、プラスチックでオーバーモールドされる。

性能はコイルの適切な選択にかかっています。以下のチェックリストに従ってください。

電圧を確認してください。電圧は制御システムの電圧（通常は24V DC）と一致している必要があります。

コネクタの種類を確認してください。コネクタの種類は、DIN 43650 フォーム A（「大型」）または DIN 43650 フォーム B（「小型」）のいずれかです。

抵抗値の測定：ドライバカードに記載されている仕様を満たしていることを確認するため、抵抗値をオーム単位で測定または検証します。抵抗値が低いほど、より多くの電流が流れます。

環境への配慮：屋外での使用や洗浄が必要な場合は、適切な等級（IP67 > IP65）であることを確認してください。

温度定格：コイルが高温のマニホールド/エンジン付近にある場合は、より高い絶縁クラス（H）を選択してください。

バルブシリーズ：コイルのアーマチュアチューブの種類が、使用する特定のバルブシリーズに適していることを確認してください。

コイルが熱すぎて触れません。

原因：周囲温度が高い、サイクルに合わないコイルの種類、および過電圧。

解決策：電圧を確認してください。バルブスプールが固着していて、突入電流が大きいことを確認してください。

バルブが作動していません。

原因：コネクタの緩み、断線、および／またはコイルの焼損。

解決策：抵抗値を確認してください。コイルが焼損して交換が必要な場合は、「オープンライン」（抵抗値が無限大）というメッセージが表示されます。

予測不能／断続的な動作：

原因：ケーブルの断線、またはアース接続不良。

解決策：アースピンが正しく挿入されていること、およびDINコネクタのピンが腐食していないことを確認してください。

交流コイルのみのハム音：

原因：シェードリングの破損、および／またはプランジャーの取り付け不良。

解決策：バルブのアーマチュアを清掃するか、コイルを交換してください。

産業用制御システムにおいて、ボビンコイルは機械的な動作と電子制御システムをつなぐ重要なインターフェースです。耐久性と精度を確保するためには、ボビンの巻線技術、電気的特性、および環境上の制約を理解することが不可欠です。

新規比例弁プロジェクト用のコイルを選定する際、あるいはアクチュエータの不具合を診断する際には、常に適切な電圧、適切な絶縁、適切な保護を最優先に考えてください。産業分野のお客様は、高品質で標準化されたコイルを使用することで、ダウンタイムを最小限に抑え、システム性能を最大限に高めることをお約束します。