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コイルとは?....Ⅱ:コイルの性質


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Ⅰ:電流による磁界の発生

Ⅱ:コイルの性質

Ⅲ:コイルの用途・種別 マグネットワイヤ

コイルの性質を知る上で最も基本的な現象は
前述(Ⅰ:電流による磁界の発生)のとうりですが、
電子・電気機器へはさらに以下のような現象などが応用されています。

1. 電磁石
2. 誘導起電力
3. 共振・誘導リアクタンス






図4

1.電磁石


電磁石は電流を通じたときだけ磁石とな る一時磁石です。
逆向きに電流が流れた場合はN極とS極は反転します。+/-の極の反転に応ずる磁性を示すので、意図的に磁極を反転できることが電磁石の特徴です。
その磁力線の強さはコイルが中空の場合はその磁力線の収束状態が弱いのでそれ自体は磁石としては比較的強くありませんが、その中に透磁率の大きいコアを持ってく ることにより電磁石としての働きは大きくなります。





図5





図6


2.誘導起電力

コイルと直交する棒磁石を時間的に変化させる場合を考えます。この磁石を鉛直方向に移動させると、その移動中 のみ電圧e[V]が誘起されます。これが誘導起電力です。
この際生じる電圧の向きは、磁束が増加するとき(N極を近づけるとき)はその磁束の増加を妨げる (つまり減少させようとする)磁束が発生するように電圧が誘起され、減少するとき(N極を遠ざける)はその磁束の減少を妨げる(つまり増加させようとす る)磁束が発生するように電圧が誘起されます。
これを数式で表現すると以下のようになります。

磁束の変化を連続的に起こし、常時誘導起電力を生じさせる場合、交流電源を用いることを考えます。

いま、コイル1とコイル2の間には交流電源E[V]により生じる磁束φがあり、コイル1とコイル2両方に鎖交しています。その磁束には⊿t[s]の時間変化当たり⊿φ[Wb]の変化が生じています。またコイル2を鎖交する磁束φ2はコイル1を流れている電流I1[A]に比例することから

となります。これにより、コイル2の端子に生じる誘導起電力e[V]は②式から

となり、このときの誘導作用をとくに相互誘導、M[H]を相互インダクタンスといいます。このM[H]はコイル1とコイル2の巻き数の比やコイルと鎖交す る磁束が通る磁路の媒質により定まる定数で、誘導起電力の生じやすさの程度を示す量です。
また、コイル単体に対して交流電源を接続した場合に対しても誘導作用が起こり、これを自己誘導といいます。
このとき定義されるL[H]を自己インダクタンスといい、次式が成り立ちます。

よって②式より

自己インダクタンスも相互インダクタンス同様にコイルの巻き数や内部の媒質により定まる量です。


図7



図8
3.共振・誘導リアクタンス

これは、コイルのコンデンサーとの組み合わせ利用により、その回路(同調回路)がある周波数の電波に対して

なる値f0を持つようにチューニングされたときに回路へ急激に大き な電流が流れる現象です。このf0は回路中の誘導リアクタンスXL[Ω]と容量リアクタンスXc[Ω]が 共に等しくなる点です。
また、誘導リアクタンスは

と表され左図に示すように周波数に比例して誘導リアクタンスは増加します。つまり、交流回路においてはコイルも抵抗のように電流を制限する要素として働きます。

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