電磁石の勉強教えてください

質問

φ10mm、長さ1０mmの金属棒にφ１mmのコイル線を１００ターン巻いた電磁石Ａと
φ10mm、長さ1００mmの金属棒にφ１mmのコイル線を１００ターン巻いた電磁石Ｂとでは同じ電流を流す場合どちらの磁力が強いのでしょうか？
それとも同じ電流、巻き数なのでＡもＢも同じ磁力なんでしょうか？？

回答No.3

tance · ベストアンサー

tanceです。

単なる理想化した棒条の電磁石を考えるのかと勝手に思ってしまいました。実用化する必要のあるモータの設計でしたら、「大変複雑」な部類に入ります。モータですから、磁石とコイル（鉄芯）は触りません。空気のギャップを介して磁力線が作用します。まさに一番複雑なケースです。

まず、鉄芯が単純な形ではないはずです。また、ギリギリの軽量化などをすると、どうしても磁気飽和の問題が出てきて厄介になります。さらに高速回転するなら、直流としてだけではなく、交流の考え方を導入する必要があります。エディカレントなども問題になります。他にも熱設計や摩耗、潤滑、振動、騒音などさまざまな検討が必要です。

結局、このような複雑な設計は、昔は勘と経験と膨大な実験で行ってきました。現代ではコンピュータシミュレーションで相当の時間と費用を節約する設計が可能になっています。ただ、シミュレーションは設計の結果を計算で出すものであって、設計自体をやってくれるわけではないので、磁気回路、電気回路、機械工学、材料の知識が必須となります。

このようなところで質問して簡単に答えが出る問題ではないと思われます。

回答No.2

tance

金属棒にコイルを巻いたようですが、どんな金属かによって現象は大きく違ってきます。電磁石というからには強磁性体（例えば鉄）に巻いたと仮定します。

鉄芯の透磁率が空気の透磁率よりずっと大きいと仮定すると、コイルの形状はあまり関係しなくなります。

大雑把に言うと、この状況下では、どちらも100回巻きなので、同じ電流を流すと鉄芯中の起磁力はほぼ同じになります。
違うのは、鉄芯の両極間の距離です。実は空間の磁束はこの距離に一番大きく影響されます。つまり、空間距離が短ければそれだけ磁束は強くなります。

だから、鉄芯を曲げてUの時にすると、極間の距離が短くなるので、同じ巻き数と電流でも強い電磁石ができます。UよりCの方が強くなります。

もし銅とかアルミのような非磁性金属に巻いた場合は透磁率は空気と同じなので、コイルの形状が効いてきます。この回答はすでに出ているとおりです。

さて、「どちらの磁力が強いのか」という質問ですが、磁力の強さをどうやって知るかも無視できない問題です。離れたところにある鉄片を引きつける力は、上記のように空間の磁束密度によります。一方、鉄等にしっかりくっついた電磁石がどのくらいの外力ではずれるかという観点では、空間ではなく鉄芯の中の磁束密度に関係するわけです。一番やっかいなのが中途半端にくっついた鉄片を剥がす力です。これは空間も関係してきて、相当複雑な関係になります。通常、紙と鉛筆もしくはEXCELくらいの計算では答えは出ないくらい複雑です。

まあ、どのケースでも短い電磁石の方が強い訳ですが、その理由は上記のとおり、状況によって変わるのです。

お礼

大変丁寧に回答頂きありがとうございます。

補足

用途は電気自動車を駆動させるＩＰＭモータになります。この場合は中途半端にくっ付いた鉄片をはがすパターンになるのでしょうか？

回答No.1

tawashi8

一般的にソレノイドコイルの磁場の強さHはH＝nIで表され、ｎは巻き数でIは電流です。同じ電流値で同じ巻き数なので磁場の強さも両方とも同じように思えますが、巻き数ｎというのはある単位長さ当たりの巻き数であって全体の巻き数ではありません。密度と同様にどれだけ密に巻かれているかが関わってきます。ここでは単位長さを１ｍｍ当たりの巻き数とすれば、電磁石Aは１０ｍｍで１００巻きと言う事は１ｍｍ当たり１０巻きです。一方、電磁石Bは１００ｍｍで１００巻きなので１ｍｍ当たり１巻きとなります。したがって電磁石Aの方がBより１０倍の磁力になるかと思います。

お礼

ご回答ありがとうございます