磁性体-磁気回路


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環状鉄心の磁気回路

  • 起磁力
    • 構造:環状鉄心に対し被覆電線を巻付
    • 誘引現象:電流循環に対し鉄心内に磁束生成
    • 現象構成要素
      • 磁束生成に対する循環電流
        F_{m}=NI[A]
      • 磁路/磁気回路:磁束経路
      • 磁気抵抗
        R_{m}=\frac{NI}{\Phi}[A/Wb]/[H^{-1}]
      • 磁気抵抗:磁路全長/透磁率/磁路断面積換算
        R_{m}=\frac{l}{\mu A}
      • 磁気抵抗-磁束変換
        \frac{NI}{\Phi}=\frac{l}{\mu A}
        \Phi=\frac{\mu ANI}{l}[Wb]

  • 比透磁率:透磁率/真空透磁率比
    \mu_{r}=\frac{\mu}{\mu_{0}}

  • 磁性体分類
    • 強磁性体:比透磁率が多大
      • 純物質:鉄/ニッケル等
      • フェリ磁性体:フェライト等鉄系化合物
    • 常磁性体:比透磁率が1超多少
      • アルミニウム等
    • 反磁性体:比透磁率が1未満/磁界に対し逆向に多少磁化
      • 銀/銅等


磁束密度/磁界強度

  • 磁束密度換算方法
    • B[T]:磁束密度/単位面積中の磁束数
    • Φ[Wb]:磁束数量
    • A[㎡]:磁束生成面積
      B=\frac{\Phi}{A}=\frac{\mu NI}{l}[T]

  • 磁界強度換算方法
    • H[A/m]:磁界強度
    • N[qty]:コイル巻数
    • I[A]:循環電流
    • l[m]:磁路全長
      H=\frac{NI}{l}

  • 構造変更に伴う環状鉄心の磁気回路
    • エアギャップ:環状鉄心の磁路における介在空間
    • エアギャップ構造を伴う起磁力
      • R k [A/Wb]/[H -1 ]:磁気抵抗
      • F m [A]:起磁力
        R_{m}=\frac{NI}{\Phi}[H^{-1}]/[A/Wb]
        \Phi=\frac{NI}{R_{m}}=\frac{NI}{R_{1}+R_{1}}=\frac{NI}{\frac{l_{1}}{\mu A}+\frac{l_{2}}{\mu_{0} A}}[Wb]
        NI=\Phi\left(\frac{l_{1}}{\mu A}+\frac{l_{2}}{\mu_{0} A}\right)=\frac{l_{1}\Phi}{\mu A}+\frac{l_{2}\Phi}{\mu_{0} A}=B\left(\frac{l_{1}}{\mu}+\frac{l_{2}}{\mu_{0}}\right)
        (B=\mu H)
        F_{m}=NI=H_{1}l_{1}+H_{2}l_{2}[A]


漏れ磁束と磁気遮蔽

  • 漏れ磁束
    • エアギャップ端部における拡幅磁束に伴う磁束密度低下
    • 鉄心コイル巻付け部分に対する鉄心外生成磁束

  • 磁気遮蔽
    • 磁界中への中空構造を伴う強磁性体配置に対し中空部分における過半の磁界影響を遮断


磁化に伴う磁気的要素の変化

  • 磁化/BH曲線
    • 磁性体の磁化における磁束密度/磁界強度変化
    • 飽和特性:磁界強度上昇に対する磁束密度の上昇停止現象
      • 磁性体内部の概念としての分子磁石方向統一に伴い誘引

  • 透磁率曲線
    • 磁性体の磁化における透磁率/磁界強度変化--磁束密度の飽和に対し一定値に収束

  • 環状鉄心のコイルへの電流循環における各種特性
    • ヒステリシス
      • 磁界強度の上昇/減少に伴う磁束密度の変化相違
    • 初期特性:初期磁界強度上昇における磁束密度変化特性
    • ヒステリシス曲線:磁界強度の上昇/減少反復における磁束密度循環特性
    • 残留磁気:コイルへの電流循環遮断における残留磁界密度
    • 保持力:電流遮断時における電流循環方向に対する逆方向への電流循環に因る残留磁気の消去
    • ヒステリシス損
      • 電流循環規模/方向の周期的変化における残留磁気等の消去への消費電気エネルギー
      • 電気エネルギーの消費に対し熱を生成
      • 生成熱エネルギーはヒステリシス曲線内面積に比例