另一種將電信號轉換為產生線性運動的磁場的電磁執行器稱為線性電磁閥。

線性電磁閥工作在與上一個教程中看到的機電繼電器基本相同，就像繼電器一樣，它們也可以使用晶體管或MOSFET進行開關和控制。 “線性電磁閥”是一種將電能轉換為機械推力或拉力或運動的電磁裝置。

線性電磁閥

線性螺線管基本上由纏繞在圓柱形管上的電線圈組成，該圓柱形管具有鐵磁致動器或“柱塞”，其可自由移動或滑動線圈體的“IN”和“OUT”。螺線管可用于電動打開門和閂鎖，打開或關閉閥門，移動和操作機器人肢體和機構，甚至通過激勵其線圈來啟動電氣開關。

螺線管提供多種形式，更常見的類型是線性螺線管，也稱為線性機電執行器，（LEMA）和旋轉螺線管。

兩種類型的螺線管，線性和旋轉都可用作保持（持續通電）或鎖定類型（ON-OFF脈沖），其中鎖定類型用于通電或斷電應用。如果柱塞位置與功率輸入成比例，則線性螺線管也可以設計用于比例運動控制。

當電流流過導體時會產生磁場，并且該磁場的方向也會如此它的北極和南極由電線內的電流方向決定。這個線圈成為“電磁鐵”，其自身的北極和南極與永久型磁鐵完全相同。

這個磁場的強度可以增加或者通過控制流過線圈的電流量或通過改變線圈具有的匝數或回路數來減小。下面給出了“電磁鐵”的一個例子。

線圈產生的磁場

當電流通過線圈繞組時，它的行為類似于電磁鐵，位于線圈內部的柱塞通過線圈體內的磁通量設置被吸引到線圈的中心，在轉動壓縮連接在柱塞一端的小彈簧。柱塞運動的力和速度由線圈內產生的磁通強度決定。

當電源電流“關閉”（斷電）時，先前產生的電磁場線圈塌陷并且存儲在壓縮彈簧中的能量迫使柱塞返回其原始靜止位置。柱塞的這種來回運動被稱為螺線管“行程”，換句話說，柱塞可以在“IN”或“OUT”方向上行進的最大距離，例如0-30mm。

線性電磁閥結構

由于柱塞的線性方向運動和動作，這種類型的螺線管通常被稱為線性電磁閥。線性螺線管有兩種基本配置，稱為“拉式”，因為它在通電時將連接的負載拉向自身，而在相反方向起作用的“推動式”則在通電時將其推離自身。推拉式和拉力式通常構造相同，不同之處在于復位彈簧的位置和柱塞的設計。

拉式線性電磁閥結構

線性電磁閥適用于許多需要打開或關閉（輸入或輸出）類型運動的應用，如電子啟動門鎖，氣動或液壓控制閥，機器人，汽車發動機管理，灌溉閥門澆水花園甚至“叮咚”門鈴有一個。它們有開放式框架，封閉式框架或密封管狀類型。

旋轉螺線管

大多數電磁螺線管是線性裝置，產生線性來回力或運動。但是，也可以使用旋轉螺線管，從順時針，逆時針或兩個方向（雙向）中性位置產生角度或旋轉運動。

旋轉電磁閥

旋轉電磁閥可用于替換小型直流電機或步進電機，角度運動非常小，旋轉角度是從開始到角度的角度。通?？捎玫男D螺線管具有25,35,45,60和90 o 的運動以及往返于某一角度的多次運動，例如2-位置自恢復或返回零旋轉，例如0到90到0 o ，3位自恢復，例如0 o 到+45 o 或0 o 至-45 o 以及2位鎖定。

旋轉螺線管產生旋轉運動時通電，斷電或電磁場極性的變化會改變電磁場的位置永磁轉子。它們的結構包括一個纏繞在鋼架上的電線圈，磁盤連接到位于線圈上方的輸出軸。

當線圈通電時，電磁場產生多個北極和南極，排斥磁盤的相鄰永久磁極使其以旋轉電磁閥的機械結構確定的角度旋轉。

旋轉電磁閥用于自動售貨機或游戲機，閥門控制，特殊高速攝像機快門可提供具有高力或扭矩的低功率或可變定位螺線管，例如點陣打印機，打字機，自動機器或汽車應用等。

電磁開關

通常螺線管通過施加直流電壓進行線性或旋轉操作，但它們也可以與交流正弦電壓一起使用，通過使用全波橋式整流器來整流電源，然后可以用來切換直流電壓電磁閥。小型直流電磁閥可以使用晶體管或MOSFET開關輕松控制，非常適合用于機器人應用。

然而，正如我們之前看到的機電繼電器，線性電磁閥是“電感”設備，所以某種形式的在螺線管線圈上需要電氣保護，以防止高反電動勢電壓損壞半導體開關器件。在這種情況下，使用標準的“飛輪二極管”，但您也可以使用齊納二極管或小值壓敏電阻。

使用晶體管切換螺線管

降低能耗

電磁閥，尤其是線性螺線管的主要缺點之一是它們是“電感器件“由線圈制成。這意味著由于電線的阻力，電磁線圈將用于操作它們的一些電能轉換為“熱量”。

換句話說，當長時間連接到電源時，它們變熱！，電源線圈上電的時間越長，線圈就越熱。此外，隨著線圈升溫，其電阻也會發生變化，從而允許更多電流流過，從而增加其溫度。

在線圈上施加連續電壓輸入后，由于輸入電源始終處于開啟狀態，因此電磁線圈無法冷卻。為了減少這種自發熱效應，必須減少線圈通電的時間或減少流過它的電流量。

消耗更少電流的一種方法是應用適當的足夠高的電壓給螺線管線圈，以便提供必要的電磁場來操作和安置柱塞，但是一旦被激活，就將線圈供電電壓降低到足以將柱塞保持在其就位或鎖定位置的水平。實現此目的的一種方法是將適當的“保持”電阻與螺線管線圈串聯，例如：

降低電磁閥能耗

這里，開關觸點閉合，使電阻短路并將全部電源電流直接傳遞給電磁線圈繞組。一旦通電，可以機械連接到螺線管柱塞動作的觸點打開，將保持電阻器 R H 與螺線管線圈串聯。這有效地將電阻器與線圈串聯連接。

通過使用這種方法，電磁閥可以無限連接到其電壓源（連續工作循環），因為線圈消耗的功率和產生的熱量是大大減少，使用合適的功率電阻可以達到85％到90％。然而，電阻消耗的功率也會產生一定的熱量，I 2 R（歐姆定律），這也需要考慮。

電磁閥循環

另一種減少螺線管線圈產生的熱量的更實用的方法是使用“間歇工作循環”。間歇占空比意味著線圈以合適的頻率重復地“接通”和“斷開”，以便激活柱塞機構但不允許其在波形的斷開期間斷電。間歇占空比切換是降低線圈消耗總功率的一種非常有效的方法。

電磁閥的占空比（％ED）是電磁閥通電的“ON”時間的一部分并且是一個完整操作循環的“ON”時間與總“ON”和“OFF”時間的比率。換句話說，循環時間等于開啟時間加上開關時間。工作周期以百分比表示，例如：

然后，如果一個電磁閥被“開啟”或通電30秒然后再“關閉”90秒，然后再次重新通電，一個完整的循環，總計“開” / OFF“循環時間為120秒，（30 + 90），因此電磁閥的占空比計算為30/120秒或25％。這意味著如果您知道占空比和關閉時間的值，則可以確定電磁閥的最大開關時間。

例如，關閉時間等于15秒，占空比等于40 ％，因此開啟時間等于10秒。額定占空比為100％的電磁閥意味著它具有連續的額定電壓，因此可以保持“開啟”或持續通電而不會過熱或損壞。

在本教程中關于螺線管，我們看了在線性電磁閥和旋轉電磁閥作為機電執行器，可用作控制物理過程的輸出設備。在下一個教程中，我們將繼續研究名為執行器的輸出設備，以及使用電磁再次將電信號轉換為相應的旋轉運動的設備。我們將在下一個教程中看到的輸出設備類型是直流電機。