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2011年2月22日 (火)

アンペア・ターン

広い意味での電磁石の解析では、実電流ではなく、コイルの形状(窓面積)とその窓面積の断面を流れる電流の総和=[A]・ターンで正規化して計算されることが頻繁に生じる。

この理由は、コイル形状とアンペア・ターンが決まれば、起磁力が決まり、磁路が同じならば生じる磁場も同一になるからである。

窓面積とアンペア・ターンが決まっても、設計の自由度はまだ一つある。巻き数を如何に決めるかだ。抵抗分による必要電圧は巻き数に比例し、必要電流は巻き数に反比例する。従って、励磁回路の駆動電圧が自由に選べる余地が残る。

電源電圧の制約がなければ、回路側の都合で決めることができる。電源が決まっているなら、選択の余地はなく、回路側がコイル抵抗値と巻き数を指定のアンペアターンになるよう定めるだけの話だ。

回路側で駆動電圧を決められる場合、駆動段の耐電圧と定格電流を勘案して決める。半導体素子の場合、バイポーラトランジスタ、FETともに単体で扱える電力は100Vを超える辺りから少なくなるとともに、直列駆動より並列駆動の方が容易であろう。従って、電圧が高すぎず、電流検出が容易な適度な電流値の方が設計しやすい。複数のコイル電流をリニア制御するには、所要コイル電圧を揃えた方が電源効率があがる。アナログエンジニアが調整すべき事項となる。

この議論が成立するには、巻き線作業が困難になるほど線径が太くなく、巻き方が同じであり、エナメル線の絶縁層が無視できることが必要になる。

電流密度を上げれば狭い場所にコイルを巻くことができるが、今度は熱との戦いになる。銅の抵抗率は約40%/100℃の温度係数を持つので、高温側で駆動電圧不足に十分注意する必要がある。

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