電磁石とその応用

電磁石は、電流を流したコイルを使用して磁場を作成します。この磁場を増幅し、磁束を特定の経路に沿って導くために、ほとんどの電磁石には軟磁性鋼で作られた磁気回路が組み込まれています。

電磁石の応用

電磁石は非常に普及しているため、何らかの形で使用されている技術分野を挙げるのは困難です。これらは、電気シェーバー、テープレコーダー、テレビなど、多くの家庭用電化製品に含まれています。電話、電信、無線などの通信技術デバイスは、その使用なしには考えられません。

電磁石は、電気機械、多くの産業用オートメーション装置、さまざまな電気設備の制御および保護装置に不可欠な部品です。電磁石の応用分野として発展しているのは医療機器です。最後に、巨大電磁石はシンクロファソトロン内の素粒子を加速するために使用されます。

電磁石の重量は数グラムから数百トンまでさまざまで、動作中に消費される電気エネルギーはミリワットから数万キロワットまでさまざまです。

電磁石の特別な応用分野は電磁機構です。それらでは、電磁石が駆動装置として使用され、作動要素の必要な並進運動を実行し、限られた角度で回転させたり、保持力を生み出したりします。

このような電磁石の例としては、特定の作業体を移動させるときに特定の仕事を実行するように設計された牽引電磁石があります。電磁ロック。電磁クラッチ、電磁ブレーキ、ブレーキソレノイド。リレー、コンタクタ、スタータ、サーキットブレーカーの接点装置を作動させる電磁石。昇降電磁石、振動電磁石など。

多くの装置では、電磁石とともに、または電磁石の代わりに永久磁石が使用されています (たとえば、金属切断機の磁性プレート、ブレーキ、磁気ロックなど)。

電磁石の分類

電磁石の設計は非常に多様であり、特性やパラメータが異なるため、分類することで動作中に発生するプロセスの研究が容易になります。

磁束の生成方法と作用する磁化力の性質に応じて、電磁石は 3 つのグループに分類されます。直流中性電磁石、直流分極電磁石、交流電磁石です。

中性電磁石

中性 DC 電磁石では、永久コイルによって作動磁束が生成されます。電磁石の作用は、この磁束の大きさのみに依存し、磁束の方向、つまり電磁石のコイル内の電流の方向には依存しません。電流が存在しない場合、アーマチュアに作用する磁束と吸引力は実質的にゼロになります。

分極電磁石

分極された DC 電磁石は、2 つの独立した磁束の存在によって特徴付けられます: (分極磁束と作用磁束。ほとんどの場合、分極磁束は永久磁石の助けを借りて作成されます。電磁石がこの目的に使用される場合もあります。作用磁束は、次の作用の下で発生します)作動コイルまたは制御コイルの磁化力の影響であり、電流が流れていない場合、着極磁束によって生じる吸引力がアーマチュアに作用します。着極電磁石の作用は、着磁磁束の大きさと方向の両方によって決まります。作動磁束、つまり作動コイル内の電流の方向。

交流電磁石

交流電磁石では、コイルは交流電源によって通電されます。交流電流が通過するコイルによって生成される磁束は、大きさと方向が周期的に変化します (交流磁束)。その結果、電磁吸引力は電源周波数の 2 倍の周波数でゼロから最大まで脈動します。現在。

しかし、トラクション電磁石の場合、電磁力を一定レベル以下に低下させることは許容できません。これは、アーマチュアの振動を引き起こし、場合によっては正常な動作に直接的な支障をきたすためです。したがって、交流磁束で動作する牽引電磁石では、力のリップルの深さを減らすための手段（たとえば、電磁石の極の一部を覆うシールドコイルを使用するなど）に頼る必要があります。

現在は上記の種類以外に、電力的には交流電磁石、特性的には直流電磁石に近い電流補正電磁石が普及しています。なぜなら、彼らの作品にはまだいくつかの特有の特徴があるからです。

巻線をオンにする方法に応じて、直列巻線と並列巻線の電磁石が区別されます。

所定の電流で動作する直列巻線は、大きなセクションで少ない巻数で作られます。このようなコイルを流れる電流は、実際にはそのパラメータに依存せず、コイルと直列に接続された消費者の特性によって決まります。

所定の電圧で動作する並列巻線は、通常、非常に多くの巻数を持ち、小さな断面積のワイヤで作られています。

コイルの性質により、電磁石は長期モード、周期モード、短期モードで動作するものに分けられます。

作用速度の点では、電磁石には通常の作用速度、速作用のものと遅作用のものがあります。この区分はやや恣意的であり、主に、必要な行動速度を達成するために特別な措置が講じられているかどうかを示します。

上記の特性はすべて、電磁石の設計特性に影響を与えます。

昇降電磁石

電磁装置

同時に、実際にはさまざまな電磁石が存在しますが、それらは同じ目的を持つ主要な部品で構成されています。それらには、磁化コイルが配置されたコイル（複数のコイルと複数のコイルが存在する場合があります）、強磁性材料で作られた磁気回路の固定部分（ヨークとコア）、および磁気回路の可動部分（アーマチュア）が含まれます。場合によっては、磁気回路の固定部分が複数の部品 (ベース、ハウジング、フランジなど) で構成されます。 a)

アーマチュアは空隙によって磁気回路の残りの部分から分離されており、電磁石の一部であり、電磁力を感知して、それを作動機構の対応する部分に伝達します。

磁気回路の可動部分と固定部分を隔てる空隙の数と形状は、電磁石の設計によって決まります。有用な力が発生する空隙はワーカーと呼ばれます。アンカーの可能な動きの方向に力が作用しない空隙は寄生的です。

動作エアギャップを制限する磁気回路の可動部分または固定部分の表面は、極と呼ばれます。

電磁石の残りの部分に対するアーマチュアの位置に応じて、外部吸引アーマチュア電磁石、格納式アーマチュア電磁石、および外部横移動アーマチュア電磁石が区別されます。

外部吸引アーマチュアを備えた電磁石の特徴は、コイルに対するアーマチュアの外部位置です。これは主に、アーマチュアからコアの端側に至る仕事の流れによって影響を受けます。アーマチュアの動きは、回転運動 (バルブ ソレノイドなど) または並進運動の場合があります。このような電磁石の漏れ電流（動作ギャップに加えて閉じる電流）は実際には牽引力を生成しないため、減少する傾向があります。このグループの電磁石は非常に大きな力を発生させることができますが、通常は比較的小さなアーマチュア ストロークで使用されます。

格納式アーマチュア電磁石の特徴は、アーマチュアがコイル内の初期位置に部分的に配置され、動作中にコイル内でアーマチュアがさらに移動することです。このような電磁石からの漏れ磁束は、特に空隙が大きい場合、一定の吸引力を生成し、その結果、特に比較的大きなアーマチュアストロークの場合に役立ちます。このような電磁石は、ストップの有無にかかわらず作成でき、作動ギャップを形成する表面の形状は、どのようなトラクション特性が得られるかに応じて異なります。

最も一般的なのは、平らな円錐形の極と円錐台形の極を備えた電磁石、およびリミッターのない電磁石です。アーマチュアのガイドとして、非磁性材料のチューブが最もよく使用されます。これにより、アーマチュアと磁気回路の上部の固定部分との間に寄生ギャップが生じます。

格納式アーマチュア ソレノイドは力を発生させることができ、アーマチュア ストロークが非常に広範囲にわたって変化するため、広く使用されています。

外部に横方向に移動するアーマチュアを備えた V 型電磁石は、磁力線の中を移動し、特定の限られた角度で回転します。このような電磁石は通常、比較的小さな力を発生しますが、ポールとアーマチュアの形状を適切に一致させることにより、トラクション特性の変化と高い反射係数を得ることができます。

次に、電磁石の 3 つのリストされたグループのそれぞれには、コイルを流れる電流の性質と、電磁石の指定された特性およびパラメータを確保する必要性の両方に関連する、多数の設計のバリエーションがあります。

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