電磁コイル

電磁コイルは、コイル状（らせん状または螺旋状）の電線などの電気導体である。^[1]^{[2]電磁コイルは、}電気工学において、電流が磁場と相互作用する用途、電気モーター、発電機、インダクタ、電磁石、変圧器、医療用 MRI画像診断装置などのセンサーコイルなどのデバイスで使用されている。電流がコイルの電線を通過して磁場を生成するか、逆に、時間とともに変化する外部の磁場がコイルの内部を通過すると、導体に EMF（電圧）が生成されます。

アンペールの法則により、どの導体を流れる電流も導体の周囲に円形の磁場を生成します。^[3] コイル形状を使用する利点は、与えられた電流によって生成される磁場の強度が増すことです。個々の巻線のコイルによって生成された磁場はすべてコイルの中心を通過し、加算（重ね合わせ）されて、そこに強い磁場を生成します。^[3]巻線の数が多いほど、生成される磁場は強くなります。逆に、外部の磁束が変化すると、ファラデーの電磁誘導の法則により、ワイヤなどの導体に電圧が発生します。^[3]^[4] 磁力線が回路と複数回交差するため、ワイヤをコイルに巻くことで誘導電圧を増やすことができます。^[3]

コイルによって生成される磁場の方向は、右手のグリップルールによって決定できます。右手の指を、ワイヤを流れる通常の電流の方向にコイルの磁気コアの周りに巻き付けると、親指は磁力線がコイルを通過する方向を指します。磁力線が出てくる磁気コアの端は、N 極と定義されます。

電気・電子機器に使用されるコイルにはさまざまな種類があります。

巻線とタップ

コイルを構成する電線または導体は巻線と呼ばれます。^[5] コイルの中心にある穴は、コア領域または磁気軸と呼ばれます。^{[6]電線の各ループは}ターン と呼ばれます。^[2] ターンが接触する巻線では、電流が電線のターン間を通過しないように、プラスチックやエナメルなどの非導電性絶縁材で電線を絶縁する必要があります。巻線は、プラスチックなどの材料でできたコイルフォームに巻き付けられ、所定の位置に保持されることがよくあります。 ^[2] 電線の端は引き出され、外部回路に接続されます。巻線には、長さに沿って追加の電気接続がある場合があり、これらはタップと呼ばれます。^[7] 長さの中央に単一のタップがある巻線は、センタータップと呼ばれます。^[8]

コイルは、互いに電気的に絶縁された複数の巻線を持つことができます。共通の磁気軸の周りに2つ以上の巻線がある場合、巻線は誘導結合または磁気結合されていると言われます。 [ ^9] 1つの巻線を通過する時間変動電流は、他の巻線を通過する時間変動磁場を作成し、他の巻線に時間変動電圧を誘導します。これは変圧器と呼ばれます。^[10] 電流が印加され、磁場を作成する巻線は一次巻線と呼ばれます。その他の巻線は二次巻線と呼ばれます。

磁気コア

多くの電磁コイルには、磁場を増大させるために中心に鉄などの強磁性材料の塊である磁気コアがあります。 ^[11] コイルを流れる電流が鉄を磁化し、磁化された材料の磁場がワイヤによって生成される磁場に追加されます。これは強磁性コアまたは鉄心コイルと呼ばれます。^[12] 強磁性コアは、コアがない場合に比べて、コイルの磁場とインダクタンスを数百倍から数千倍に増大させることができます。フェライトコアコイルは、強磁性セラミック化合物であるフェライトでできたコアを持つコイルの一種です。^[13]フェライトコイルは、高周波でのコア損失が低くなります。

コアが閉ループを形成し、狭い空隙を持つ場合もあるコイルは、閉コアコイルと呼ばれます。この形状は、磁力線に閉じた経路を提供することで、磁気抵抗を最小限に抑え、最も強い磁場を生成します。変圧器でよく使用されます。
- 閉コアコイルの一般的な形状はトロイダルコアコイルで、コアは円形または長方形の断面を持つトーラスまたはドーナツ型です。この形状では漏れ磁束が最小限に抑えられ、電磁干渉 (EMI) の放射も最小限に抑えられます。
直線状の棒または非ループ形状のコアを持つコイルはオープンコアコイルと呼ばれます。これはクローズドコアよりも磁場とインダクタンスが低くなりますが、コアの磁気飽和を防ぐためによく使用されます。

強磁性コアを持たないコイルは空芯コイルと呼ばれます。^[14]これには、プラスチックやその他の非磁性体に巻かれたコイルや、巻線内に実際に空気の空間があるコイルが含まれます。

コイルの種類

コイルは、動作するように設計された電流の周波数によって分類できます。

直流またはDCコイルまたは電磁石は、巻線に安定した直流電流を流して動作します。
オーディオ周波数またはAFコイル、インダクタ、またはトランスは、20kHz未満のオーディオ周波数範囲の交流電流で動作します。
無線周波数またはRFコイル、インダクタ、またはトランスは、20kHzを超える無線周波数範囲の交流電流で動作します。

コイルは機能によって分類できます。

電磁石

電磁石は、外部で使用するために磁場を発生させるコイルであり、多くの場合、何かに機械的な力を加えるために使用されます。^[15]または既存の背景磁場を除去します。^[16]具体的な種類は次のとおりです。

ソレノイド- まっすぐな中空の螺旋状のワイヤーの形をした電磁石
モーターと発電機の巻線 - 電気モーターと発電機のローターまたはステーター上の鉄心電磁石。互いに作用してシャフトを回転させたり（モーター）、電流を発生させたり（発電機）します。
- 界磁巻線- 電機子巻線に作用する安定した磁場を生成する鉄心コイル。
- 電機子巻線 - 界磁巻線の磁場の作用を受けてトルクを生成する（モーター）か、電圧を誘導して電力を生成する（発電機）鉄心コイル
ヘルムホルツコイル、マクスウェルコイル- 外部磁場を打ち消すための空芯コイル
消磁コイル - 部品の消磁に使用するコイル
ボイスコイル- ムービングコイル型スピーカーで使用されるコイルで、磁石の極の間に吊り下げられています。オーディオ信号がコイルを通過すると、コイルが振動し、取り付けられたスピーカーコーンが動いて音波が生成されます。ダイナミックマイクではその逆が使用され、振動板などによって遮断された音の振動が磁場に浸されたボイスコイルに物理的に伝達され、コイルの端末がそれらの振動の電気的な類似物を提供します。

インダクタ

インダクタまたはリアクタは、コイル自体と相互作用する磁場を生成し、コイルを流れる電流の変化に逆らう逆起電力を誘導するコイルです。インダクタは、電気回路の回路要素として使用され、一時的にエネルギーを蓄えたり、電流の変化に抵抗したりします。いくつかの種類があります。

タンクコイル -同調回路で使用されるインダクタ
チョーク- 低周波の AC または DC を通過させながら高周波の AC をブロックするために使用されるインダクタ。
ローディングコイル- アンテナにインダクタンスを追加して共振させたり、ケーブルにインダクタンスを追加して信号の歪みを防いだりするために使用されるインダクタ。
バリオメーター- 直列に接続された 2 つのコイル (外側の固定コイルと、その内側にある 2 番目のコイル) で構成される調整可能なインダクタ。2 つのコイルは回転可能で、磁気軸が同じ方向または反対方向になります。
フライバックトランス- トランスと呼ばれていますが、実際には、CRTテレビやモニターのスイッチング電源や水平偏向回路にエネルギーを蓄積するインダクタです。
飽和リアクトル- 補助巻線の DC 制御電圧を使用してコアの飽和度を変化させることで AC 電力を制御するために使用される鉄心インダクタ。
誘導性バラスト-蛍光灯などのガス放電ランプ回路でランプを流れる電流を制限するために使用されるインダクタ。

トランスフォーマー

変圧器は、2 つ以上の磁気的に結合された巻線 (または単一の巻線のセクション) を備えたデバイスです。1 つのコイル (一次巻線と呼ばれる) に流れる時間変化する電流によって磁場が生成され、もう一方のコイル (二次巻線と呼ばれる) に電圧が誘導されます。いくつかの種類があります。

配電用変圧器- 電力線からの高電圧を電力会社顧客が使用する低電圧に変換する電力網内の変圧器。
オートトランスフォーマー- 巻線が 1 つだけのトランスフォーマー。タップでアクセスできる巻線のさまざまな部分が、トランスフォーマーの一次巻線と二次巻線として機能します。
トロイダル変圧器- コアはトロイドの形状をしています。これは、漏れ磁束が減少し、電磁干渉が少なくなるため、一般的に使用される形状です。
誘導コイルまたは振動コイル- 振動遮断機構を使用して一次電流を遮断し、DC 電流で動作できるようにする初期の変圧器。
- 点火コイル-内燃機関で使用される誘導コイルで、高電圧のパルスを発生させてスパークプラグを点火し、燃料の燃焼を開始します。
バラン-平衡伝送ラインを不平衡伝送ラインに適合させる変圧器。
バイファイラコイル- 2 本の平行で近接した撚線が巻かれたコイル。同じ方向に交流電流を流すと磁束が加わりますが、反対方向に等しい電流を巻線に流すと、反対方向の磁束が打ち消され、コアの磁束はゼロになります。そのため、コアの 3 番目の巻線には電圧が誘導されません。これらは、機器や漏電遮断器などのデバイスで使用されます。また、RF 周波数で使用する低インダクタンスの巻線抵抗器にも使用されます。
オーディオトランス-オーディオ信号に使用されるトランス。インピーダンス整合に使用されます。
- ハイブリッドコイル-電話回線で2線式と4線式の回路を変換するために使用される3つの巻線を持つ特殊なオーディオトランス

電気機械

モーターや発電機などの電気機械には、移動する磁場と相互作用して電気エネルギーを機械エネルギーに変換する 1 つ以上の巻線があります。多くの場合、機械には、機械の電力のほとんどが通過する 1 つの巻線 ( 「アーマチュア」 ) と、ブラシまたはスリップリングによって外部電流源に接続される回転要素の磁場を提供する 2 番目の巻線 (「界磁巻線」) があります。誘導モーターでは、回転子の「界磁」巻線は、回転巻線と固定子巻線によって生成される回転磁場との間のゆっくりとした相対運動によって通電され、回転子に必要な励起電流を誘導します。

トランスデューサーコイル

これらは、時間によって変化する磁場を電気信号に変換したり、その逆を行ったりするために使用されるコイルです。いくつかの種類があります。

センサーまたはピックアップコイル - これらは外部の時間的に変化する磁場を検出するために使用されます
誘導センサー- 磁石や鉄の物体が近くを通過すると感知するコイル
記録ヘッド-磁気テープやハードディスクなどの磁気記憶媒体にデータを書き込むために磁場を生成するために使用されるコイル。逆に、媒体内の変化する磁場の形でデータを読み取るためにも使用されます。
誘導加熱コイル- 物体に渦電流を誘導して加熱するために使用される AC コイル。このプロセスは誘導加熱と呼ばれます。
ループアンテナ-無線アンテナとして機能し、電波を電流に変換するコイル。
ロゴスキーコイル- AC測定装置として使用されるトロイダルコイル
楽器ピックアップ-エレキギターやエレキベースで出力オーディオ信号を生成するために使用されるコイル。
フラックスゲート-磁力計で使用されるセンサーコイル
磁気蓄音機カートリッジ-レコードプレーヤー内のセンサーで、コイルを使用して、ビニール製の蓄音機レコードを再生する際に、針の振動をオーディオ信号に変換します。

これらのカテゴリに当てはまらないタイプのコイルもあります。

巻き取り技術

参照

ハンナカーブ

参考文献

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さらに読む

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外部リンク

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