省エネ電磁コイルのワット数選定と電圧降下計算 | ベプト空圧、ベプト工業の空圧製品ライン

Q: 受動DCコイルでは、電圧が低くても電流が増えないのはなぜですか？

定常状態の受動DCコイルはI = V/Rに従います。抵抗が同じなら、端子電圧を下げると電流と電力も下がります。高温の銅巻線では抵抗が上がるため、電流はさらに下がります。定電流またはピーク・保持電子回路は異なるため、制御設定とデータシートから解析します。

省エネ電磁コイルの適切なワット数とは、実装端子電圧で確実に吸引し、吸着状態を保ち、所定時間内に復帰し、電気・熱限界内に収まる、承認済みの弁・コイル構成のワット数です。ポートサイズ、公称電圧、ワット数だけの比較から安全に選定することはできません。

正確な弁型式と使用範囲から始めます。次に、コイルの吸引またはピーク電流、保持電流、許容電圧範囲、使用率、温度限界、コネクタ電子回路、サージ抑制、応答データを確認します。最後に、PLC出力と配線が過大な電圧降下を生じずピーク電流を供給できることを確認し、最悪条件で組立済み回路を検証します。

要点

Festoは24 VDCの電力を1 Wから0.35 Wへ下げるVUVGオプションを記載していますが、この値は特定構成に限られます。

受動DCコイルでは、端子電圧が下がると電流と電力も下がり、電流が増えることはありません。

ピーク・保持ドライバでは、ピーク電流、保持移行時間、保持電流、PWM設定を個別に指定します。

PLCは出力点、グループ、モジュール、サージ電流のすべての限界を確認します。

最終判断は実装状態での低電圧、高温、低温、圧力、タイミング、復帰試験に基づきます。

コイル定格ワット数は、メーカーが定義条件で示す電気入力です。弁を切り替える力を直接測定した値ではありません。

ピーク・保持制御は、可動鉄心を動かすまで高い電流を流し、吸引後に電流を下げて保持電力と発熱を抑えます。ピーク、移行時間、保持レベルは弁とコイルに一致させる必要があります。

動画：省エネ電磁コイルの適切なワット数を選ぶ方法。概要を確認した後、本ガイドのメーカー固有の確認項目と修正済み電気計算を適用してください。

コイルのワット数は、弁、ドライバ、配線、温度、タイミングを含む総合評価の一要素です。

電磁コイルの選定にワット数だけでは不十分な理由

Festoの2026年5月版VUVG技術データには、24 VDC構成で1 W、保持電流低減付きで0.35 Wと記載されています。実在する省エネ仕様ですが、すべての弁サイズと回路に共通するワット数ではありません（Festo VUVG technical data、2026）。

コイルの電気入力は電気機械システムの一部です。弁メーカーは、巻線、磁極形状、空隙、可動鉄心質量、復帰ばね、摩擦、パイロット構成、圧力による力、シール、許容温度上昇を組み合わせています。同じ電圧・ワット数のコイルでも、電流波形、磁力、ストローク、復帰挙動は同じとは限りません。

同じ理由で、磁力が電流の二乗に比例し空隙の二乗に反比例するという理想式は選定式になりません。実際のソレノイドには漏れ磁束、端部磁束、磁気飽和、不均一な空隙、渦電流、形状固有の力曲線があります。メーカーの力・電流または応答データがあれば使用し、なければ承認済みの弁・コイル組合せを試験します。

吸引を妨げる負荷には次が含まれます。

復帰ばね力と可動鉄心の慣性
シールと軸受の初動摩擦
弁構造固有の圧力・流体力
パイロット式弁のパイロット圧力要件
汚染、潤滑状態、振動、低温の影響
復帰に影響する残留磁気と機械公差

したがってポートサイズはワット数の対応表になりません。小型のパイロット式弁は、ソレノイドが主流路のシール要素ではなくパイロット要素を動かすため、より小さい直動式弁よりコイル電力が低い場合があります。構造の異なる弁を比較する前に、スプール弁とポペット弁の流路ガイドを参照してください。

正しく指定すべき対象は「24 VDC、2 Wのコイル」ではなく、「この弁操作部に付くこのコイルとコネクタまたはドライバを、この出力回路から、この電圧・温度範囲で使用する構成」です。ワット数で候補を絞れても、承認できるのは完全な構成だけです。

定電力コイルとピーク・保持コイルの挙動

Texas InstrumentsのDRV110は、ピーク電流、保持移行時間、保持電流、PWM周波数という四つの独立制御量を備えます。この区別から、ピーク・保持コイルを一つの定常ワット数だけで正確に表せないことが分かります（Texas Instruments DRV110、DRV110 datasheet）。

電圧出力へ直接接続した受動DCコイルは、抵抗とインダクタンスに従って電流が流れ、通電後に定常値へ上昇します。電気入力は巻線内で熱になり、操作部、弁本体、コネクタ、周囲空気、取付構造へ伝わります。

ピーク・保持コントローラは電流波形を制御します。可動鉄心を動かす所定ピークを供給し、所定時間を保持してから電流を保持レベルへ下げます。保持電流を下げると定常発熱を減らせますが、吸引に成功した後だけ有効です。ピークが低すぎる、または保持移行が早すぎると鉄心が停止します。保持電流が低すぎると、振動、圧力、温度、汚染によって脱落する場合があります。

DRV110制御構成に基づく概念的なピーク・保持電流波形です。正しい設定は選定したコイルと弁に依存するため、一律の電流・時間値を示していません。

電子回路をコネクタまたは操作部へ内蔵した省エネコイルもあれば、外部ドライバを必要とする製品もあります。平均電力を下げられそうだという理由だけで、通常コイルへ外部PWMを追加しないでください。巻線、フライバック回路、出力トランジスタ、コネクタLED、診断回路、電磁両立性、復帰時間の要件がその方式に対応する必要があります。PWM制御ガイドで原理を詳しく説明しています。

選定に必要な電気計算

ABBは巻線抵抗計算で銅の温度係数を約0.0039/Kとしています。高温の銅巻線は低温時より抵抗が高く、電圧駆動の受動DCコイルでは加熱につれて定常電流が下がるため重要です（ABB application note）。

受動DCコイルの定常状態では次式を使用します。

I = \frac{V_{\mathrm{coil}}}{R_T}

P = V_{\mathrm{coil}} I = \frac{V_{\mathrm{coil}}^2}{R_T}

$I$ はコイル電流、 $V_{\mathrm{coil}}$ は通電中のコイル端子で測定した電圧、 $R_T$ は温度 $T$ における巻線抵抗、 $P$ は巻線入力電力です。この関係は、誘導性過渡現象が終わった受動DC巻線に適用します。電流制御のピーク・保持ドライバには適用できません。

文書化した基準測定値から高温巻線抵抗を推定します。

R_T = R_{\mathrm{ref}}\left[1 + \alpha\left(T - T_{\mathrm{ref}}\right)\right]

$R_{\mathrm{ref}}$ は基準温度 $T_{\mathrm{ref}}$ での抵抗、 $R_T$ は温度 $T$ での抵抗、 $\alpha$ は導体と基準方式に適する温度係数です。利用できる場合はコイルメーカーのデータを使用します。

重要なのは電源銘板の電圧ではなくコイル端子電圧です。

V_{\mathrm{coil}} = V_{\mathrm{supply}} - \Delta V_{\mathrm{output}} - I R_{\mathrm{loop}}

$V_{\mathrm{supply}}$ は負荷時供給電圧、 $\Delta V_{\mathrm{output}}$ はPLCまたはドライバのON電圧降下、 $R_{\mathrm{loop}}$ は往復導体、端子、コネクタ、接点を含むループ抵抗です。弁を外した状態だけでなく、ピーク電流区間で測定します。

よくある低電圧計算の誤りを修正する

20°C基準で11 W定格の仮想的な受動24 VDCコイルを考えます。基準抵抗の計算値は次のとおりです。

R_{\mathrm{ref}} = \frac{V_{\mathrm{rated}}^2}{P_{\mathrm{rated}}} = \frac{(24\ \mathrm{V})^2}{11\ \mathrm{W}} \approx 52.36\ \Omega

推定巻線温度が80°C、 $\alpha$ が0.00393/Kなら、推定高温抵抗は約64.7 Ωです。コイル端子電圧が19.5 Vなら次のようになります。

I = \frac{19.5\ \mathrm{V}}{64.7\ \Omega} \approx 0.301\ \mathrm{A}

P = \frac{(19.5\ \mathrm{V})^2}{64.7\ \Omega} \approx 5.88\ \mathrm{W}

端子電圧が低くても電流は0.524 Aへ増えません。この誤った結果は、11 Wを一定とみなし21 Vまたは19.5 Vで割ることで生じます。受動抵抗は定電力ではありません。また、19.5 Vは24 Vの81.25%にすぎないため、自動的に許容とせず正確な弁・コイルの電圧許容差と比較します。

この計算だけでは弁が切り替わることを証明できません。電気条件を推定するものです。磁気性能、圧力能力、応答、温度上昇は構成固有の試験またはカタログ確認事項です。ソレノイド電圧許容差ガイドで供給範囲を作成し、過渡挙動についてはコイルインダクタンスとソレノイド応答を参照してください。

PLC出力容量と同時突入電流の確認方法

Siemens ET 200SPの一つのデジタル出力モジュールは、24 VDC、0.5 Aの出力を8点備えますが、取扱説明書ではモジュール、短絡、負荷、診断条件も規定しています。これは「24 VDC出力」という情報だけではコイルを承認できない例です（Siemens ET 200SP manual）。

該当する限界をすべて確認します。

出力点ごとの連続電流
出力点ごとのピークまたはサージ電流と許容時間
グループ、コモン、コネクタ、モジュールの総電流
周囲温度によるディレーティングと取付姿勢の限界
必要電流時の出力ON電圧降下
OFF時漏れ電流と残留電圧
短絡、過負荷、無負荷、断線の診断
切換周波数、誘導負荷定格、外部サージ抑制規則

同時指令される弁群では、現実的な最大ピークを計算します。

I_{\mathrm{group,peak}} = \sum_{k=1}^{n} I_{\mathrm{peak},k}

$I_{\mathrm{group,peak}}$ は同時グループ電流、 $I_{\mathrm{peak},k}$ は弁 $k$ のピーク電流、 $n$ は重なり得るコイル数です。同じ供給分岐の他負荷を加え、電源、ヒューズ、出力モジュール、コネクタ、共通帰路を評価します。

ソフトウェアによる時間ずらしで電気ピークがなくなると仮定しないでください。非常復旧、起動初期化、レシピ変更、通信復旧、同時インターロックによって複数出力が重なる場合があります。時間ずらしが制御要件なら、保証遅延を文書化し、異常再起動状態を試験します。

最大の現実的なグループを通電した状態で、モジュールと最遠コイルの負荷時供給電圧を測定します。短いケーブル一本の試験台では、マニホールド全体に影響する共通帰路の電圧降下を見落とします。短いピークまたはドライバ移行がある場合は、オシロスコープまたは高速ロガーの波形が適しています。

最も有用な電圧測定では、出力モジュール電源とコイル端子に同期した2チャンネルを使用します。その差から、供給電圧低下と、出力・コネクタ・ケーブル損失を分けられます。制御盤のテスターが「24 V」を示しても、吸引中の遠隔コイル電圧は大幅に低い場合があります。

温度、使用率、圧力、応答時間が判断を変える理由

ISO 12238:2023は、電気または空圧操作の2位置・3位置方向切換弁の切換時間試験を規定します。測定の枠組みであり、共通の応答時間または許容ワット数を示すものではありません（ISO 12238:2023）。

温度は巻線と弁の両方を変えます。高温の銅抵抗は上がり、一定電圧の受動コイル電流は下がります。同時に、高温・低温のシール、潤滑剤粘度、寸法変化、パイロット流量、電子回路が機械挙動を変えます。周囲、媒体、筐体の温度、隣接弁の発熱、取付、気流、通電使用率を正確なデータシートから取得し、実用可能な範囲で検証時に再現します。

圧力も実際の弁構造を通じて作用します。直動式操作部は該当する圧力による力に抗してシール要素を動かします。パイロット式弁はまずパイロット段を動かし、主段の切換に十分なパイロット圧力と流量を得る必要があります。ワット数を上げても規定圧力範囲外の運転は補えません。

使用率は「連続」という表示だけで判断せず、次を記録します。

最大連続通電時間
切換頻度と最小OFF時間
同時通電する隣接コイル数
起動時と異常時の指令パターン
制御盤、マニホールド、媒体の温度
各試験条件で必要な吸引・復帰時間

明確な電気事象から明確な空圧事象までの応答を測定します。コイル電流上昇、可動鉄心移動、スプール切換、ポート圧力変化、配管充填、アクチュエータ動作は別々の遅延です。バルブ応答時間の測定ガイドで境界を分ける方法を説明しています。

サージ抑制と極性を合わせる方法

現在のSMC S070取扱説明書は、電圧とコネクタ構成に応じたダイオードまたはバリスタ保護を示し、該当DC仕様の極性も記載しています。電圧とワット数だけでなく、完全な型式で選ぶべきもう一つの理由です（SMC S070 instructions）。

誘導コイルは電流遮断時に過渡電圧を発生します。サージ抑制はスイッチング素子を保護しますが、クランプ方式によって電流減衰速度が変わります。単純なフライバックダイオードは、通常、高電圧TVSなどの承認回路よりクランプ電圧が低く、電流減衰が遅くなります。遅い電流減衰は可動鉄心とスプールの復帰を遅らせます。

次の接続条件をまとめて確認します。

コイル極性、コネクタピン配置、LED、整流器、サージ抑制
PLCトランジスタ形式と許容誘導負荷
内蔵または外付けクランプの位置
最大出力電圧と過渡エネルギー定格
必要復帰時間と安全な非通電状態
残留漏れ電流と診断適合性

電圧降下対策として一般的なコンデンサをコイル両端へ追加しないでください。出力サージ電流の増加、復帰遅延、診断の隠蔽、出力の容量性負荷限界超過を招く場合があります。両メーカーが承認しない限り、抑制素子を内蔵したコネクタに二つ目を追加してはいけません。

安全はシステム特性です。ISO 13849-1:2023は安全関連制御部の設計方法を示しますが、低ワット数またはサージ抑制付きというだけでコイルを安全定格にしません（ISO 13849-1:2023）。回路構成、診断、故障応答、弁挙動、妥当性確認が必要な安全機能を支える必要があります。

実用的な電磁コイルワット数の選定手順

現在のSMC S070取扱説明書では、対象製品群の定格電圧許容差を±10%とし、0.1 W保持仕様を特定の24 VDCプラグリード構成に限定しています。したがって選定手順は、一般的な低電力分類ではなく正確な注文コードで完了させます（SMC S070 instructions）。

弁の使用条件を定義する。 機能、常態、ポート、流量、圧力範囲、パイロット条件、媒体、切換頻度、通電時間、必要吸引・復帰時間を記録します。
弁構造を先に選ぶ。 正確な弁またはマニホールドステーションが空圧・環境要件を満たすことを確認します。
承認済みコイルオプションを列挙する。 各コイルとコネクタの公称電圧、許容範囲、ピーク・突入電流、保持移行時間、保持電流・電力、使用率、温度、絶縁、保護、極性、応答データを集めます。
実装電気範囲を計算する。 負荷時電源許容差、出力降下、高温・低温配線抵抗、端子、コネクタ、共通帰路を含め、受動コイル計算と制御ドライバ挙動を分けます。
制御機器を確認する。 連続電流と同時ピークについて、出力点、グループ、モジュール、コネクタ、コモン、ヒューズ、電源の限界を確認します。
サージ抑制と診断を合わせる。 クランプ形式、極性、復帰時間への影響、残留電流、無負荷・断線診断の挙動を確認します。
組立済み回路を検証する。 リリース前に、正確な弁、コイル、コネクタ、ケーブル、出力、電源、圧力、温度、使用率、ソフトウェア指令パターンを試験します。

この手順では、ワット数の最適化より弁の空圧上の役割を優先します。カタログ選定と実装検証の両方が必要です。

この手順は、異なる二つの判断との重複も防ぎます。カタログ弁を選ぶのではなく電磁アクチュエータを設計する場合は可動鉄心磁力の計算ガイドを使用します。正確な適合構成が既知で、工場全体のエネルギーまたは回収期間だけが問題なら低電力電磁弁の事業ガイドを使用します。

選定したコイルを検証する方法

SMC S070取扱説明書は、記載された電圧、圧力、温度、振動、衝撃条件内での使用を求め、ISO 12238:2023は再現可能な切換時間試験境界を定義します。室温の試験台でクリック音を確認するのではなく、実装構成を検証する根拠になります（SMC S070 instructions、ISO 12238:2023）。

量産相当機器を使用し、ファームウェアまたはロジック版を記録します。少なくとも次を試験します。

試験条件	与える条件	記録内容
最低端子電圧	現実的な最低負荷電源、最大配線降下、高温巻線	コイル電圧・電流波形、吸引成否、切換時間
低温始動	指定最低周囲・媒体条件	初回吸引、パイロット挙動、時間、再現性
高温定常	最大使用率、隣接コイル通電、最高周囲・媒体温度	コイルまたは操作部温度、保持安定性、電流、時間
圧力限界	該当する最低パイロット圧力と最高使用圧力	完全なスプール切換、ポート圧力波形、漏れ、時間
同時指令	最大の現実的な重複出力と再起動順序	電源・共通帰路降下、モジュール状態、診断
非通電化	承認済み抑制と最悪高温条件	電流減衰、可動鉄心または圧力の復帰時間、安全状態
耐久サンプル	代表的な切換・通電使用率	電流、温度、時間、漏れ、故障履歴の変化

指令と、ポート圧力または検証済みスプール位置信号などの弁状態表示と同じ時間軸で、コイル端子電圧と電流波形を測定します。音または点灯LEDは、スプールが必要位置へ到達した証明ではありません。

試験前に合格基準を設定します。メーカー定格、機械の時間配分、必要な安全状態、制御機器限界を使用します。一般的な1.5または2.0の安全率を作り、温度、汚染、配線損失、圧力を同時に覆うと仮定しないでください。各不確かさの物理的影響は異なります。

承認済み構成全体を記録します。

弁、マニホールド、コイル、コネクタ、シール、電圧の注文コード
電源、出力モジュール、チャンネル、ヒューズ、配線
サージ抑制と極性
該当するピーク電流、保持移行時間、保持電流、PWM設定
ソフトウェアの時間ずらしまたは再起動規則
試験条件、計器、生波形、結果、承認改訂

いずれかを変更したら影響評価を行います。印刷ワット数が同じでも、コネクタ置換でサージ抑制、極性、診断、復帰時間が変わる場合があります。

選定原則

Festoの1 Wから0.35 Wへの仕様と、SMCの0.35 Wから0.1 Wへのピーク・保持例は、特定製品構成で保持電力を大きく減らせることを示します。どちらも別の弁製品群に共通する目標値ではありません（Festo VUVG technical data、SMC S070 instructions）。

実際の空圧使用条件、端子電圧、電流容量、温度、タイミング、サージ抑制、診断、復帰の確認に合格する、最小電力の承認済みコイル構成を選びます。表で最小ワット数を選び、その後で弁を無理に合わせてはいけません。

新しい機械では、正確な電流波形、電圧許容差、応答試験条件、熱限界、サージ抑制回路、適合出力要件を弁供給者へ確認します。ベプト空圧は、サンプル発注前に、これらの項目を弁・マニホールド構成と照合できます。

よくある質問

Texas Instrumentsは四つのピーク・保持ドライバ設定を分け、ISO 13849-1:2023は安全を制御システム設計の問題として扱います。次の五つの質問では、その境界を一般的な仕様上の誤りへ適用します（Texas Instruments DRV110、ISO 13849-1:2023）。

コイルのワット数だけで電磁弁との適合性を判断できますか？

いいえ。ワット数だけでは、弁操作部の形状、圧力による力、パイロット構成、巻線温度、電流波形、コネクタ電子回路、サージ抑制、応答を特定できません。正確な弁と電圧用に承認されたコイルを選び、実装時の電気・空圧使用範囲を確認してください。

受動DCコイルでは、電圧が低くても電流が増えないのはなぜですか？

定常状態の受動DCコイルは $I = V/R$ に従います。抵抗が同じなら、端子電圧を下げると電流と電力も下がります。高温の銅巻線では抵抗が上がるため、電流はさらに下がります。定電流またはピーク・保持電子回路は異なるため、制御設定とデータシートから解析します。

標準電磁コイルにPWMを追加して保持電力を減らせますか？

コイル、弁、ドライバ、出力機器、サージ抑制、診断、電磁両立性の要件がすべて許可する場合に限ります。ピーク電流、保持移行時間、保持電流、PWM周波数を検証する必要があります。未承認のPWMは吸引不完了、脱落、ドライバ過負荷、騒音、発熱、復帰遅延を起こす可能性があります。

保持ワット数が低ければ安全機能に使用できますか？

いいえ。低ワット数はエネルギーと熱に関する特性であり、安全カテゴリまたはパフォーマンスレベルではありません。安全機能は、機械リスクアセスメントと適用規格が求める制御構成、弁挙動、診断、故障応答、共通原因対策、妥当性確認に依存します。

コイル承認前にどの条件を試験すべきですか？

最小負荷時端子電圧、低温始動、最大使用率・温度、適用圧力限界、最大同時出力負荷、異常再起動、非通電化の条件で、正確な実装構成を試験します。事前に定義した合格基準に対し、電流、コイル電圧、温度、弁状態のタイミング、診断、漏れ、安全状態の挙動を記録します。

省エネ電磁コイルの適切なワット数を選ぶ方法

Eric Zhou