数テスラの静磁場を発生するためにはどれくらいのコイルが必要ですか？

質問

数テスラの静磁場を発生させることが出来る装置を作りたいと考えています。

そのためにはどれくらいの大きさコイルが必要なのでしょうか？
恐らく小さなコイルで大きな電流を流すか、大きなコイルで小さな電流を流すか、どちらかということになり、大きな電流であれば、コイルに発生する熱が膨大になる、ということだと思うのですが、
超伝導などを使わずとも現実的な範囲で出来るだけ小さなコイルで
数テスラの静磁場を発生させようと思ったら、どのようなコイルでどれくらいの電流を流せば良いのでしょうか？

また、永久磁石だと数テスラを発生出来るものはどれくらいの大きさなのでしょうか？
通販サイトなどで購入可能であれば教えて下さい。

よろしくお願い致します。

回答No.2

tance · ベストアンサー

私の経験では、30×200×100mmくらいの空間の真ん中で0.6Tくらいの
磁界を作ったことがあります。コイルは直径7mmの導線を14回巻いて
います。空間のサイズがずいぶん扁平ですが、このように扁平に
巻いたためです。流す電流は3600Aくらいでした。

電流がパルス状だったので冷却はしませんでしたが、1.4秒おきに
約20msec通電しても温度上昇が30℃くらいありました。

なお、コイルは１層でした。このコイルは巻き枠などを設計して
何社かの巻き線屋さんに話をして１社だけやってくれるところを
探し当てて、そこで作ってもらいました。

連続通電では発熱量が70倍に増えるので、放熱をいくら頑張っても
空冷は無理でしょう。銅パイプを巻いて中に水を通すのが良いと
思います。電流源も大変ですよ。

多層巻きにするともう少し電流は減らせますが、遠くに巻かれた
巻き線は寄与率が落ちるので、うまく設計する必要があります。
最近は有限要素法などを使った良いシミュレータがあるので
シミュレーションをしてみることをお奨めします。

回答No.3

foobar

数Ｔというのがどの程度を想定しているか、発生したい磁場空間の大きさがどれくらいか、にもよるかと思います。
1.5T以下程度でよければ鉄心を有効に使えますので、コイルの巻き数や電流は比較的小さくできるでしょうし、それほど大きな磁場空間を必要としない(2,3cm角で1mm程度など）なら鉄心も小さくて済みそうに思います。
（産業用モータの回転子上での最大磁束が大体１T程度、トランスの内部での磁束が1.5T程度だったかと思います。）

2Tを超えるようだと、鉄心に期待できなくなって、空心コイルになるでしょうから、それなりのコイル設計が必要になりそうに思います。

ちなみに、大き目のフェライト磁石で表面磁束が0.5T程度（うまく、鉄心を使って磁束を絞り込めれば、1T位はだせるかも）、希土類で2T前後出せたように思います。

回答No.1

leo-ultra

どのくらいの範囲に磁場を発生させる必要がありますか？

あまり磁場のことは詳しくないですけれど、ちょっといい加減な
話ですが、昔大学の研究室で使っていた電磁石が
直径5cm、幅5cmくらいに最大1.5テスラ（カタログ最大値は2T)
発生させるものがありました。
電磁石のサイズは大よそ１ｘ１ｘ１ｍでした。
重さは持ち上げられません。100kGと200kgとか言ってました。
ほとんど鉄の塊だから当然です。

もう少し小さなもので、大人の男性程度の重さの電磁石もありましたが、これは磁場を発生させる空間の幅を2cmまで小さくして、
1テスラがやっとでした。
これは50cmの立方体サイズでした。

どちらも水を流して冷却は不可欠でした。

お礼

回答ありがとうございます。

出来れば、
その電磁石を取り扱っているメーカーを教えて頂けないでしょうか？

よろしくお願い致します。