電磁石計器

電磁石、磁性材料のコアがコイルに囲まれ、コアを磁化するために電流が流れる装置。電磁石は、磁束を変化させたり、逆転させたり、スイッチを入れたり切ったりするなどの制御可能な磁石が必要な場合に使用されます。

電磁石の工学設計は、磁気回路の概念によって体系化されています。磁気回路では、起磁力F、またはFmは、回路に磁束を生成するために磁場を生成するコイルのアンペアターンとして定義されます。したがって、1メートルあたりnターンのコイルに電流iアンペアが流れる場合、コイル内部の磁場は1メートルあたりniアンペアであり、コイルが生成する起磁力はnアンペアターンです。ここで、lはコイルの長さです。より便利には、起磁力はNiです。ここで、Nはコイルの総巻数です。磁束密度Bは、磁気回路における電気回路の電流密度に相当します。磁気回路では、電流に相当する磁気は、BAによって与えられるギリシャ文字のファイsymbolで表される全磁束です。ここで、Aは磁気回路の断面積です。電気回路では、起電力（E）は回路内の電流iにE = Riで関連付けられます。ここで、Rは回路の抵抗です。磁気回路では、F = rϕで、rは磁気回路の磁気抵抗であり、電気回路の抵抗に相当します。リラクタンスは、磁路の長さlを透磁率×断面積Aで割って得られます。したがって、r = l /μA、ギリシャ文字のμ、μは、磁気回路を形成する媒体の透磁率を表しています。リラクタンスの単位は、ウェーバーごとのアンペアターンです。これらの概念は、磁気回路の磁気抵抗を計算するために使用でき、したがって、この回路に所望の磁束を強制するためにコイルに必要な電流を計算できます。

ただし、このタイプの計算にはいくつかの仮定が含まれているため、せいぜい設計の目安にすぎません。磁場に対する透過性媒体の影響は、磁力線をそれ自体に集中させるように視覚化できます。逆に、高い透磁率の領域から低い透磁率の領域に渡る力の線は広がる傾向があり、この発生はエアギャップで発生します。したがって、単位面積あたりの力の線の数に比例する磁束密度は、ギャップの側面で線が膨らむ、つまりフリンジすることにより、エアギャップ内で減少します。この効果は、ギャップが長くなると増加します。フリンジ効果を考慮して、大まかな補正を行うことができます。

また、磁場はコイル内に完全に閉じ込められていると想定されています。実際、常に一定の量の漏れ磁束が存在します。これは、コイルの外側の磁力線によって表され、コアの磁化には寄与しません。磁気コアの透磁率が比較的高い場合、漏れ磁束は一般に小さくなります。

実際には、磁性材料の透磁率はその中の磁束密度の関数です。したがって、計算は、実際の磁化曲線、またはより便利にはBに対するμのグラフが利用できる場合にのみ、実際の材料に対して行うことができます。

最後に、設計では、磁気コアが磁化されて飽和していないと想定しています。この場合、コイルにどれだけの電流を流しても、この設計ではエアギャップで磁束密度を上げることができませんでした。これらの概念は、特定のデバイスの次のセクションでさらに拡張されています。