Solenoid

Ein solenoid er ein aktuator som omformar elektrisk energi til mekanisk energi, for å oppnå ei lineær rørsle. Ein solenoid er difor ein type lineærmotor. Nemninga solenoid vart innført av André Marie Ampère i samband med at han studerte krefter mellom straumførande leiarar^[1]. Han kom då på å vikla leiaren i ei spiralform for å oppnå eit sterkare magnetfelt inne i spiralen. Ein solenoid har mykje til felles med ein spole, men når ein nyttar omgrepet spole tenkjer ein fyrst og fremst på induktansen, som gjer at impedansen aukar med frekvensen, eller ein er interessert i å kopla saman elektiske krinsar, som i ein transformator. Omgrepet solenoid derimot er fyrst og fremst nytta når ein ynskjer å generera ei mekanisk kraft, som i ulike elektro-mekaniske aktuatorar.

Den blanke sylinderen midt på biletet er ein solenoid i ein Revox B215 kasettspelar.

Oppbygging

Prinsippskisse for ein solenoid med stempelarmatur.

Ein solenoid er bygd opp av ein spiralforma elektrisk leiar, som oftast av isolert koppartråd, som omsluttar eit stempel, òg kalla armatur, av blautt jarn^[2]. Når det går straum i koppartråden vert det generert eit magnetfelt. Dette feltet genererer ei kraft som trekkjer stemplet mot midten av spolen, slik at reluktansen blir minst mogleg. Armatuet stikk vanlegvis ut frå spolen, så den magnetiske fluksen går inn i armaturet gjennom sidene, men ut gjennom enden. Det er fluksen gjennom enden på armaturet som genererer krafta som trekkjer armaturet inn i spolen^[3].

Dei fleste solinoidar har ei fjør som trekker stemplet ut av spole når det ikkje går straum i han. Når ein koplar på straumen vil krafta frå magnetfeltet overvinna fjørkrafta og trekkja stempelet inn mot midten. Krafta på stempelet kan regulerast ved å variera straumen, eller vindigstalet til spolen. For å finna fram til det den beste utforminga av spolen og armaturet vert det nytta FEM-analyse og ymse optimaliseringssmetodar^[4].

Solenoidar er som oftast anten på eller av, så dei kan ikkje nyttast der ein treng meir nøyaktig kontroll av rørsla. For å spara energi og hindra varmgang i solenoiden er det ein føremon at han står i kvileposisjonen lengre enn i aktiv posisjon.

Armaturet treng ikkje vera sylinderforma, men kan vera rektangulært, og av og til flatt. I elektriske lås til dømes er det ein føremon at armaturet er flatt og tynt. Rektangulære armatur har den føremonen at det er lett å produsera dei av laminert jarn, slik at virvelstraumstapa vert mindre.

Bruk

Nokre døme på bruk av solenoidar:

• Industriautomatisering: Solenoidar er mykje bruka for å opna og stenga ventilar i røy som fører væske eller gass^[5]. Etter som solenoiden i slike ventilar genererer eit magnetfelt vert dei kalla magnetventilar. Ventilane kan vera styrte frå ein sentral i same bygget, eller dei vert fjernstyrte. Dei spelar ei sentral rolle i prosesstyring.

• Bygningsautomatisering: Solenoidar vert mellom anna nytta i elektriske låsar, som kan vera styrte frå ein sentral som tek mot signal frå tilgangskort, men dei kan òg ha ei lokal styreeining. Ein annan viktig bruk er i klimaanlegg^[6].

• Myntautomatar: I myntautomatar vert dei nytta for å opna skuffer og luker som slepp ut varer, eller opnar ventilar for kaffi, brus og andre drykkar.^[7]

• Bilindustrien: Solenoidar vert nytta i startmotorar for å føra pinjongen i inngrep med tannkransen på svinghjulet. Magnetbrytarar vert nytta for å kopla inn utstyr med stor effekt, som startmotorar, men køyreljos man òg koplast inn med magnetbrytar. Dei vert òg nytta for å kontrollera ventilar i automatiske girkassar. Elektriske dørlåsar nyttar òg solenoidar. Tidlegare vart solenoidar nytta i innsprøytingspumper for motorar med direkteinnsprøyting^[8], men ein har no for det meste gått over til å nytta piezoelektriske aktuatorar.

• Medisinsk utstur: Magnetventilar er mykje nytta i utstyr som blandar væsker og/eller gassar, i til dømes narkosaggregat. Ein finn dei mellom anna i dialysemaskinar, pustemaskinar^[9] etc.

• Audiovisuelt utstyr: Ein finn ofte solenoidar i utstyr som spole-, kassett- og videospelarar.

• Orgel: I nokre pipeorgel vert solenoidar nytta for å opna ventilar som slepp luft inn i dei ulike pipene^[10]. På det viset unngår ein kompliserte mekaniske overføringar.

• 
  Ein magnetventil plassert på eit røyr.
• 
  Prinsinsippskisse av ein magnetventil.
• 
  Elektrisk lås, der tunga vert driven av ein solenoid.
• 
  Animering av elektriske lås med solenoidar.
• 
  Solenoidbasert direkteinnsprøytings-pumpe.
• 
  Ein kraftig solenoid i ein eksperimental tokamak fusionsreaktor i Centre CEA de Cadarache i Saint-Paul-lès-Durance Bouches-du-Rhône i Frankrike.
• 
  Frå bygginga av Centre CEA de Cadarache-solenoiden.

Sjå òg

• Spole
• Aktuator
• Magnetventil
• Magnetbrytar