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コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

コイルが磁気エネルギーを蓄える能力であるインダクタンスは、4つの基本設計パラメータによって決まります。これらの因子は、与えられた電流(アンペア・ターン)でどれだけの磁束を生成できるかを規定します。

ワイヤ巻数

他条件同一なら、巻数を増やすとインダクタンスは増加し、減らすと減少します。

理由? 固定電流に対してより多くのアンペア・ターンが得られ、磁界が増幅されるため。

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

コイル断面積

コイル断面積が大きいほど磁束形成が容易になりインダクタンス増大、小さいと逆効果。

理由? 与えられたアンペア・ターンに対する磁束抵抗が減少するため。

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

コイル長さ

短いコイルほどインダクタンスは高く、長いコイルほど低くなります。

理由? 磁気経路が長いと、アンペア・ターンあたりの磁束生成抵抗が増えるため。

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

コア材質の透磁率

透磁率の高いコアはインダクタンスを増幅、低いと減少させます。

理由? 透磁性材料は磁束をより効果的に導くため、同じアンペア・ターンでインダクタンスが増大します。

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

概算インダクタンス計算式:

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

この式は概算に過ぎません。透磁率(μ)が磁界強度によって変化する(非線形B-H曲線)ためです。μの変動、コアヒステリシス、飽和により、電流に応じてインダクタンスがシフトすることがあります。

設計者は磁束密度を飽和レベルより十分低く保ち、B/H曲線の線形領域で動作させることでこれらの影響を軽減します。

可変インダクタは、1つ以上のパラメータをリアルタイムで調整可能にします。最も一般的なのは実効巻数(スライド接点による調整)やコア位置の変更です。初期ラジオ受信機で使われた可変空心インダクタの例を以下に示します:

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

固定インダクタはラジオ回路などでよく用いられます。以下の写真はシンプルな空心設計で、少数の太いターンを持つもの:

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

2枚目はより高インダクタンスで、白色セラミックチューブで剛性を確保しています:

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

プリント基板(PCB)インダクタは驚くほど小型化できます。下の画像を見て、R3とC?(コンデンサ)の近くにあるL1とL2の2つのインダクタを探してください。これらはトロイダルインダクタで、ドーナツ形コアにコイルが巻かれています。

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

インダクタは表面実装デバイスとしても製造されます。写真は「100」とマークされた一対の微小インダクタ(L5、L6)で、厳しい設計制約を満たすためにいかに小さくインダクタンス値を実装できるかを示しています。

コイル設計におけるインダクタンスを決める主要因子

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