सोलेनॉइड (इंजीनियरिंग)

अभियांत्रिकी में सोलेनॉइड उपकरण है, जो सोलेनॉइड का उपयोग करके विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करती है। यह यन्त्र विद्युत प्रवाह से चुंबकीय क्षेत्र बनाता है और रैखिक गति बनाने के लिए चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करता है। विद्युत चुम्बकीय प्रणाली में सोलेनॉइड एक्ट्यूएटर असेंबली है। जिसमें कुंडली के अंदर स्लाइडिंग लौह-चुंबकीय प्लंजर होता है। पावर के बिना प्लंजर कुंडली के बाहर अपनी लंबाई के भाग तक फैला रहता है और पावर लगाने से प्लंजर कुंडली में खिंच जाता है। फिक्स्ड कोर वाले इलेक्ट्रोमैग्नेट्स को सोलेनॉइड नहीं माना जाता है। सरल शब्दों में सोलेनॉइड विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करती है। सामान्यतः इसमें फ्रेम से घिरे चुंबक तार की मल्टीटर्न कुंडली होती है। जो इसकी दक्षता बढ़ाने के लिए चुंबकीय प्रवाह वाहक भी होती है। इंजीनियरिंग में यह शब्द विभिन्न प्रकार के ट्रांसड्यूसर उपकरणों को भी संदर्भित कर सकता है, जो ऊर्जा को रैखिक गति में परिवर्तित करते हैं और सरल दो-स्थिति एक्ट्यूएटर्स की तुलना में अधिक परिष्कृत करते हैं। सोलेनॉइड शब्द भी प्रायः सोलेनॉइड वाल्व को संदर्भित करता है और एकीकृत उपकरण जिसमें विद्युतयांत्रिकी सोलेनॉइड होता है, जो या तो वायवीय या हाइड्रोलिक वाल्व, या सोलेनॉइड स्विच स्विच को सक्रिय करता है, जो विशिष्ट प्रकार का रिले होता है। जो आंतरिक रूप से विद्युत स्विच को संचालित करने के लिए विद्युतयांत्रिकी सोलेनॉइड का उपयोग करता है। उदाहरण के लि ऑटोमोबाइल स्टार्टर सोलेनॉइड या लीनियर सोलेनॉइड, सोलेनॉइड बोल्ट एक प्रकार का विद्युतयांत्रिकी लॉकिंग मैकेनिज्म भी उपस्थित है।

विद्युतयांत्रिकी सोलेनॉइड
विद्युतयांत्रिकी सोलेनॉइड में विद्युत चुम्बकीय इंडक्शन कुंडली होती है। जो एकस्टील या लोहे के स्लग (जिसे आर्मेचर (इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग) कहा जाता है) से बंधा हुआ होता है। कुंडली का आकार इस प्रकार का होता है कि आर्मेचर को कुंडली के केंद्र में अंतरिक्ष के अंदर और बाहर ले जाया जा सकता है। जिससे कुंडली का इंडक्शन बदल जाता है और इस प्रकार इलेक्ट्रोमैग्नेट बन जाता है। आर्मेचर की गति का उपयोग किसी तंत्र को यांत्रिक बल प्रदान करने के लिए किया जाता है। जैसे कि सोलेनॉइड वाल्व को नियंत्रित करना। चूंकि सामान्यतः कुछ भी किन्तु बहुत कम दूरी पर अशक्त सोलेनॉइड को नियंत्रक परिपथ द्वारा सीधे नियंत्रित किया जा सकता है और इस प्रकार बहुत त्वरित प्रतिक्रिया समय होता है।

आर्मेचर पर लगाया गया बल आर्मेचर की स्थिति में परिवर्तन और कुंडली के माध्यम से प्रवाहित धारा के संबंध में कुंडली के अधिष्ठापन में परिवर्तन के समानुपाती होता है (देखें फैराडे का प्रेरण का नियम)। आर्मेचर पर लगाया गया बल सदैव आर्मेचर को उस दिशा में ले जाएगा, जो कुंडली के अधिष्ठापन को बढाती है।

विद्युतयांत्रिकी सोलेनॉइड सामान्यतः इलेक्ट्रॉनिक पेंटबॉल मार्कर, पिनबॉल मशीन, डॉट मैट्रिक्स प्रिंटर और सामान्य रेल में देखे जाते हैं। कुछ आवासीय डोरबेल्स विद्युतयांत्रिकी सोलेनॉइड का उपयोग करती हैं। जिससे कुंडली के विद्युतीकरण के कारण आर्मेचर धातु की झंकार की छणों से टकराता है।

सोलेनॉइड को पुश और पुल करें
पुश और पुल सोलेनॉइड सामान्य कैटलॉग साधन हैं। सामान्यतः ट्यूबलर निर्माण में इनमें बोबिन-घाव कुंडली, स्टील प्लंजर, बेलनाकार केस और एंड पीस होते हैं। जिनमें से एक स्टेटर पोल है। इनके निर्माण में प्रत्येक प्रकार दूसरे के समान है। इसके अतिरिक्त कि पुल प्रकार में प्लंजर को जोड़ने के साधन होते हैं और संलग्न भार को सोलेनॉइड की ओर खींचते हैं। पुश प्रकार में सोलेनॉइड से भार को दूर धकेलने के लिए सोलेनॉइड से बाहर निकला हुआ पुश-पिन होता है। चुंबकीय रूप से वे समान हैं अर्थात् आंतरिक रूप से चुंबकीय क्षेत्र प्लंजर को स्टेटर पोल के टुकड़े की ओर आकर्षित करता है। कुछ स्थितियों को छोड़कर अधिकांश सोलेनॉइड पुश करने के लिए चुंबकीय ध्रुव और प्लंजर के बीच चुंबकीय प्रतिकर्षण का उपयोग नहीं करते हैं। कुछ स्थायी चुंबक प्रकार सक्रिय करने के लिए एक ही दिशा में प्लंजर के साथ आकर्षण और प्रतिकर्षण द्वारा संचालित होते हैं (और कुंडली की विद्युत ध्रुवता को उलट कर द्वि-दिशात्मक होते हैं)। सामान्य पुश या पुल सोलेनॉइड सक्रिय होने पर ही एक दिशा में चलते हैं। प्लंजर को उसकी डी-एनर्जीकृत स्थिति में ले जाने के लिए स्प्रिंग या अन्य साधनों की आवश्यकता होती है। अन्य निर्माण मुड़े हुए फ्लैट स्टील के सी या डी आकार के फ्रेम का उपयोग करते हैं और कुंडल दिखाई दे सकते हैं। इन प्रकारों की दक्षता उनके स्टील के बाहरी फ्रेम के कारण होती है। जो प्लंजर और स्टेटर पोल के बीच हवा के अंतर पर फ्लक्स को केंद्रित करने के लिए कुंडली (एंड टू एंड) के चारों ओर चुंबकीय प्रवाह को घेरते हैं।

आनुपातिक सोलेनॉइड
सोलेनॉइड की इस श्रेणी में विशिष्ट रूप से प्रारूपित किए गए चुंबकीय परिपथ सम्मिलित हैं। जो कुंडली धारा के कार्य के रूप में सोलेनॉइड प्लंजर या आर्मेचर की एनालॉग स्थिति को प्रभावित करते हैं। ये सोलेनॉइड चाहे अक्षीय हों या रोटरी, ज्योमेट्री ले जाने वाले फ्लक्स को नियोजित करते हैं। जो दोनों उच्च प्रारंभिक बल (टॉर्क) उत्पन्न करते हैं और इसमें एक खंड होता है। जो तीव्रता से चुंबकीय रूप से संतृप्त होना प्रारंभ कर देता है। परिणामी बल (टोक़) प्रोफ़ाइल के रूप में सोलेनॉइड अपने परिचालन स्ट्रोक के माध्यम से आगे बढ़ता है और लगभग समतल होता है या उच्च से निम्न मान तक उतरता है। सोलेनॉइड की स्थिति मिड-स्ट्रोक को रोकने या कम वेग की सक्रियता के लिए उपयोगी हो सकता है। विशेष रूप से बंद लूप नियंत्रण प्रणाली में उपयोग हो सकती है। दिशात्मक सोलोनॉयड विरोधी बल के विरोध में काम करेगा या दोहरी सोलेनॉइड तन्त्र स्वयं साइकिल चलाना होगा। एसएई प्रकाशन 860759 (1986) में आनुपातिक अवधारणा को और अधिक पूर्ण रूप से वर्णित किया गया है।

एसएई पेपर में दिखाए गए लेख के अनुसार चुंबकीय क्षेत्र और उसके परिचर फ्लक्स मीटरिंग पर ध्यान केंद्रित करना, सोलेनॉइड स्ट्रोक की प्रारंभ में उच्च प्रारंभिक बल उत्पन्न करने और स्तर या घटते बल को बनाए रखने के लिए आवश्यक है क्योंकि सोलेनॉइड अपनी विस्थापन सीमा के माध्यम से चलता है। यह उस अनुभव के बिल्कुल विपरीत है। जो सामान्य रूप से घटते वायु अंतराल प्रकार के सोलेनॉइड के साथ होता है। काम कर रहे हवा के अंतराल पर चुंबकीय क्षेत्र का फोकस प्रारंभ में उच्च एमएमएफ (एम्पीयर मोड़) और हवा के अंतराल में अपेक्षाकृत कम प्रवाह स्तर उत्पन्न करता है। एमएमएफ एक्स फ्लक्स (ऊर्जा पढ़ें) का यह उच्च उत्पाद उच्च प्रारंभिक बल उत्पन्न करता है। जैसे कि प्लंजर गति की ऊर्जा (ds) में वृद्धि करता है, F∙ds वायु अंतराल ऊर्जा से निकाला जाता है। प्लंजर की गति में वृद्धि के साथ हवा के अंतर की अनुमति थोड़ी बढ़ जाती है, चूँकि चुंबकीय प्रवाह बढ़ जाता है, हवा के अंतराल में एमएमएफ थोड़ा कम हो जाता है। इन सभी का परिणाम mmf x फ्लक्स के उच्च उत्पाद को बनाए रखने में होता है। बढ़े हुए प्रवाह स्तर के कारण एम्पीयर-टर्न में वृद्धि फेरस परिपथ (मुख्य रूप से ध्रुव ज्यामिति में) में कहीं और हो जाती है। जिससे एयर गैप एम्पीयर-टर्न में कमी आती है और इसलिए एयर गैप पर क्षेत्र की कम संभावित ऊर्जा होती है। प्लंजर के आगे बढ़ने से सोलेनॉइड बल में निरंतर कमी आती है और इस प्रकार गति नियंत्रण के लिए आदर्श स्थिति बनती है। जैसा कि विद्युत् द्वारा सोलेनॉइड कुंडली को नियंत्रित किया जाता है। पूर्वोक्त पोल ज्यामिति रैखिक रूप से बदलते पथ क्षेत्र के साथ बल में लगभग रैखिक परिवर्तन उत्पन्न करता है। विपरीत बल या दो सिरे वाली सोलेनॉइड (दो कुंडली) ओवर और बैक मोशन नियंत्रण की अनुमति देती है। बंद लूप नियंत्रण प्रणाली की रैखिकता और कठोरता में संशोधन करता है।

रोटरी सोलेनॉइड
रोटरी सोलेनॉइड विद्युतयांत्रिकी यन्त्र है। जिसका उपयोग शक्ति संचालित होने पर शाफ़्ट (उपकरण) तंत्र को घुमाने के लिए किया जाता है। इनका उपयोग 1950 के दशक में विद्युतयांत्रिकी नियंत्रणों में रोटरी स्नैप-स्विच स्वचालन के लिए किया गया था। रोटरी सोलेनॉइड की बार-बार सक्रियता स्नैप-स्विच को स्थिति आगे बढ़ाती है। रोटरी स्नैप-स्विच शाफ्ट के विपरीत सिरों पर दो रोटरी गति देनेवाला स्विच स्थिति को आगे या पीछे कर सकते हैं।

रोटरी सोलेनॉइड का रैखिक सोलेनॉइड के समान रूप है। इसके अतिरिक्त कि आर्मेचर कोर बड़ी फ्लैट डिस्क के केंद्र में लगाया जाता है। जिसमें डिस्क के नीचे तीन झुके हुए रेसवे होते हैं। ये खांचे सोलेनॉइड बॉडी पर रेसवे के साथ संरेखित होते हैं। जो रेस में बॉल बेयरिंग द्वारा अलग किए जाते हैं।

जब सोलेनॉइड सक्रिय होता है। तो आर्मेचर कोर चुंबकीय रूप से स्टेटर पोल की ओर आकर्षित होता है और डिस्क रेस में बॉल बेयरिंग पर घूमती है क्योंकि यह कुंडली बॉडी की ओर बढ़ती है। जब विद्युत् हटा दी जाती है। तो डिस्क पर स्प्रिंग इसे घुमाकर और अक्षीय दोनों प्रकार से अपनी प्रारंभिक स्थिति में घुमाता है।

रोटरी सोलेनॉइड का आविष्कार 1944 में ओहियो के डेटन के जॉर्ज एच. लेलैंड द्वारा किया गया था। जिससे हवा से गिराए गए बमों के लिए अधिक विश्वसनीय और झटका/कंपन सहिष्णु रिलीज तंत्र प्रदान किया जा सके। पहले प्रयोग किए गए लीनियर (अक्षीय) सोलेनॉइड अचानक रिलीज के लिए प्रवण थे। यू.एस. पेटेंट संख्या 2,496,880 इलेक्ट्रोमैग्नेट और इच्छुक रेसवे का वर्णन करता है, जो आविष्कार का आधार हैं। लेलैंड के इंजीनियर अर्ल डब्ल्यू. करमन ने संगत बम रिलीज़ हथकड़ी विकसित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई थी। जिसमें रोटरी सोलेनॉइड सम्मिलित था। ओहियो के डेटन में यूएसएएफ के राष्ट्रीय संग्रहालय में प्रदर्शित किए गए बी-29 विमान के बेस में इस प्रकार के बम बेड़ियां पाई जाती हैं। यह लेलैंड सोलेनॉइड का 1-इंच व्यास वाला संस्करण था। जो जुलाई 1965 में मारिनर -4 के मंगल ग्रह के फ्लाई-बाय के लिए कैमरा शटर के रूप में कार्य करता था। इस प्रकार के सोलेनॉइड का उपयोग अनगिनत आधुनिक अनुप्रयोगों में किया जाता है और अभी भी लेलैंड के मूल के अनुसार निर्मित होते हैं। ब्रांड लेडेक्स अब जॉनसन इलेक्ट्रिक के स्वामित्व में है।

1980 के दशक में व्यापार में दिखाई देने वाले संतुलित 3-लोब वाले आयरन वेन रोटर के साथ एकमात्र रोटरी सोलेनॉइड ने रोटर (विद्युत्) की अक्षीय गति को समाप्त करके उत्तम कंपन अलगाव का प्रारंभ किया। इस यन्त्र ने आनुपातिक शांत स्थिति के साथ-साथ मेल सॉर्टर्स और कन्वेयर गेटिंग जैसे उपयोगों के लिए तीव्रता से रोटेशन की अनुमति दी। इसके बाद स्थायी चुंबक रोटर संस्करण (यू.एस. पेटेंट 5,337,030; 1994) का पालन किया गया। जिसने तीव्र, विद्युत, द्वि-दिशात्मक रोटेशन प्रदान किया।

रोटरी वॉयस कुंडली
रोटरी ध्वनि कुंडली सोलेनॉइड का घूर्णी संस्करण है। सामान्यतः स्थिर चुंबक बाहर की ओर होता है और कुंडली का भाग कुंडली के माध्यम से धारा प्रवाह द्वारा नियंत्रित चाप में चलता है। डिस्क ड्राइव जैसे उपकरणों में रोटरी वॉयस कुंडली व्यापक रूप से कार्यरत हैं। विद्युत् की शक्ति नापने वाले यंत्र का काम करने वाला भाग भी एक प्रकार का रोटरी वॉइस कुंडली है। जो पॉइंटर अक्ष के चारों ओर पिवोट करता है ओर हेयरस्प्रे का उपयोग सामान्यतः अशक्त रैखिक रिस्टोरिंग बल प्रदान करने के लिए किया जाता है।

वायवीय सोलेनॉइड वाल्व
वायवीय सोलेनॉइड वाल्व किसी भी वायवीय उपकरण के लिए हवा को मार्ग देने के लिए स्विच है। सामान्यतः एक्चुएटर बड़े उपकरण को नियंत्रित करने के लिए अपेक्षाकृत छोटे संकेत की अनुमति देता है। यह इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रकों और वायवीय प्रणालियों के बीच का इंटरफ़ेस भी है।

हाइड्रोलिक सोलेनॉइड वाल्व
सोलेनॉइड वाल्व सामान्य रूप से वायवीय सोलेनॉइड वाल्व के समान होते हैं। इसके अतिरिक्त कि वे हाइड्रोलिक द्रव (तेल) के प्रवाह को नियंत्रित करते हैं। प्रायः लगभग 3000 पीएसआई (210 bar, 21 MPa, 21 MN/m2)। हाइड्रोलिक मशीनरी या एक्ट्यूएटर्स में तेल के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए सोलेनॉइड का उपयोग करती है। सोलेनॉइड-नियंत्रित वाल्व प्रायः सिंचाई प्रणालियों में उपयोग किए जाते हैं। जहां अपेक्षाकृत अशक्त सोलेनॉइड छोटे पायलट वाल्व को खोलता और बंद करता है। जो बदले में मुख्य वाल्व को मुख्य वाल्व से यांत्रिक रूप से युग्मित पिस्टन या डायाफ्राम पर द्रव दबाव संचालित करके सक्रिय करता है।

ड्रम में प्रवाह और पानी की मात्रा को नियंत्रित करने के लिए वाशिंग मशीन जैसी दैनिक जीवन की घरेलू वस्तुओं में सोलेनॉइड भी होते हैं।

ट्रांसमिशन सोलेनॉइड स्वचालित ट्रांसमिशन के माध्यम से द्रव प्रवाह को नियंत्रित करता है और सामान्यतः ट्रांसमिशन वाल्व बॉडी में स्थापित होता है।

ऑटोमोबाइल स्टार्टर सोलेनॉइड
कार या ट्रक में स्टार्टर सोलेनॉइड ऑटोमोबाइल इंजन के इग्निशन तन्त्र का भाग होती है। स्टार्टर सोलेनॉइड कार बैटरी से बड़ा विद्युत प्रवाह और इग्निशन बटन से छोटा विद्युत प्रवाह प्राप्त करती है। जब इग्निशन स्विच चालू किया जाता है (अर्थात् जब कार को स्टार्ट करने के लिए चाबी घुमाई जाती है), तो छोटा विद्युत प्रवाह स्टार्टर सोलेनॉइड को भारी संपर्कों की जोड़ी को बंद करने के लिए दबाव उत्पन्न करता है। इस प्रकार स्टार्टर मोटर को बड़े विद्युत प्रवाह को रिले करता है। यह एक प्रकार का रिले है।

स्टार्टर सोलेनॉइड को स्टार्टर में ही बनाया जा सकता है। जो प्रायः स्टार्टर के बाहर दिखाई देता है। यदि स्टार्टर सोलेनॉइड बैटरी से अपर्याप्त शक्ति प्राप्त करता है। तो यह आंतरिक दहन इंजन को प्रारंभ करने में विफल हो जाएगा और तीव्र, विशिष्ट क्लिकिंग या क्लैकिंग ध्वनि उत्पन्न कर सकता है। यह कम या मृत बैटरी के कारण हो सकता है। बैटरी से जंग या ढीले कनेक्शन के कारण या बैटरी से टूटी हुई या क्षतिग्रस्त धनात्मक (लाल) केबल के कारण हो सकता है। इनमें से कोई भी सोलेनॉइड को कुछ शक्ति देगा। किन्तु भारी संपर्कों को बंद रखने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसलिए स्टार्टर मोटर कभी भी घूमती नहीं है और इंजन प्रारंभ करने में विफल रहती है।

यह भी देखें

 * कॉअलगन
 * चर बल सोलेनॉइड
 * र्रैखिक गति देने वाला

बाहरी संबंध

 * Solenoid Basics for Robotics

Solenoid Force Calculations: https://www.keepandshare.com/doc18/25385/solenoidmagnetics-pdf-713k?da=y§