空芯電磁石のパワーＵＰについて

質問

空芯の電磁石があってこれを巻き線を替えずにもっと強力にしたいと考えています　コイル内に芯材を入れるともっと強力になるんじゃないかと考えているんですが　この芯材は通常は磁力線が流れると困る電磁石なので　何かステンレス、アルミ、銅、アンチモンとか一般に入手可能な物で有りましたら教えて下さい。
（通常は磁束を通さなくてコイルに通電した時のみ強力な磁芯材となるもの）

回答No.6

ikkyu3 · ベストアンサー

No.3です。
お礼や補足等をみまして、ご質問はやはり（通常は磁束を通さなくてコイルに通電した時のみ強力な磁芯材となるもの）があるかですね。

これは、残念ながらありません。

ご質問の場合、磁界を作るものは、コイルの電流と他の磁気回路の磁力線とが有るようですが、磁性材料はこれを選択的に見分けることはありません。
したがって、どちらの磁界に対しても同じに働きます。

一つ考えられることは、一般に磁性材料は、透磁率が一定ではなく磁界の大きさに対して非線形です。
他の磁気回路の磁界がコイルの電流による磁界に対してかなり小さい場合は、コイルに電流を流したときは、最大透磁率付近を使用し、他の磁気回路の磁界のみのときは、初透磁率付近を使うことが考えられます。
普通の軟鉄などでも初透磁率は100程度、最大透磁率は数千あると思います。
あるいは、お話のステンレスなども、そのようなものがあるかもしれません。刃物用は硬磁性体ですから、それ以外の柔らかなもの（製法が違う）を調べる。
しかし、空気は比透磁率が１ですから、同じということでは有りません。これよりはかなり大きい。

もう一つ問題があります。
＞入力電流は直流（方形波）です
とのことですから、ヒステリシス曲線を思い起こしてください。
最初磁化されていないところからパルス電流で磁化していって最大電流から電流はゼロに戻りますが、磁性体の磁束密度は、ヒステリシス曲線の残留磁束密度のところ以下には戻りません。
従って次のパルスでは、そこを起点にヒステリシスループを描くことになり、マイナーループになります。
これは逆電流を流さない限り、いつまでも残留磁束密度が残ることになります。

そこで、やってよいかどうかは分かりませんが、他の磁気回路の磁界が逆方向になるように、予めコイルの電流の向きを定めます。
これで、ちょうど良いバイアスになるかどうかは、かなりの検討が必要でしょうけれど。
このコイルの電流による磁界も、当然他の磁気回路にも影響するわけですから、して良いかどうかは、お考えの装置しだいです。

お礼

分かりました　丁寧にご回答頂き有難う御座いました

回答No.5

38endoh

> そんな良いものって有りませんでしょうか

磁束を集めるコア材は強磁性体，空気は反磁性体です。両者が外部磁場で転移することはありえません。強磁性・常磁性・反磁性などをキーワードに，一度磁性の基礎をお調べになってみてください。

さて，やはり具体的に状況を説明していただかないと，適切な回答ができないのですが，本件は軟磁性材料ではだめなのでしょうか？　軟磁性材料は通電時は磁石として振る舞い，電気を切ると他の金属を引き付ける能力はほぼなくなります。

あとは，コア材には適当な物を用い，電磁石にホール素子を取り付けて磁場をモニターし，電磁石の電流値をフィードバック制御させるという方法もあります。この方法ですと容易にゼロ磁場を得ることができますし，外部磁場に対して反磁性体のように振舞わせること（？）も可能です。

回答No.4

38endoh

> 流れてはいけないものなんです

「反発しあってほしい」という意味ですか？　もっと具体的に状況を説明していただかないと，適切な回答ができません。

補足

申し訳ありません　通常電磁石内は非磁性体（空気中と同じ）で有ってほしいのです　コイルに通電すると透磁率の大きい素材となってほしいのですが　そんな良いものって有りませんでしょうか

回答No.3

ikkyu3

電磁石のコイルに電流を流したときは強力な磁石になり、通電しないときは磁力が残らないものということでよいでしょうか。
全く磁力が残らないものは有りませんので、少ないものということになります。

コイルに強い電流を流したとき強い磁石になり、電流を減少させていくと磁力も弱まるような磁性材料を軟磁性材料といいます。
外部からの磁束を通さないわけでは有りません。
（ちなみに電流を切っても強い磁力が残る（永久磁石）様な材料を硬磁性材料といいます。）

電磁石などに使用される軟磁性材料で最も普通に使用されるのは、軟鉄です。
前の方の回答のスーパーマロイは非常に小さな保磁力で優れています。
アルミ、銅、アンチモンとかは適しません。

下に参考ＵＲＬを入れておきます。
一般に使用される軟磁性材料が載っております。
この残留磁気にかかわる特性は保磁力（Ｈｃ）ですので、この数値をチェックして小さなものほど磁化が残りません。
そのほか、磁性体に関して有用な記載がありますので、スクロールして見てください。
特に磁心の形状と反磁性などが参考になります。

ところで電源は交流でしょうか。交流でしたら電源をいきなり遮断しないで滑らかに減少させてゼロに持っていくような切り方をすれば、残留磁束は少なく出来ます。

参考URL：

http://www.ne.jp/asahi/shiga/home/Lecture/ferromagnet.htm#softmatt

お礼

ご回答有難う御座います　URLを良く読んで勉強します
私の要望は＃１＃２の方に申し上げたとおりです
入力電流は直流（方形波）です

回答No.2

sailor

＃１の方がお答えになっているのでおまけ程度ですが、コア材にするときにできるだけ薄い板材を多数重ねることにより更にヒステリシスを抑える効果があります。

確かに超伝導状態では完全反磁性が成り立つので最高ですが、手ごろなとはとてもいえませんね。

お礼

ご回答有難う御座います　＃１の方に申し上げたように私は　例えばステンレスのように74％が鉄で８％がニッケルでしょうかこれが通常は磁気を通さないが電磁石の中に入れるとかなり磁束を通してくれるのではないかと考えています

回答No.1

38endoh

> 通常は磁束を通さなくて

磁束を通さない物質は超伝導体だけなので，これは無理として…。

いわゆる，高い飽和磁束密度を持つ軟磁性材料をお探しということで宜しいでしょうか？　だとしたら，パーメンジュールやスーパーマロイ，パーマロイなどが宜しいかと思います。

お礼

ご回答有難う御座います　質問の仕方が悪いのだと思いますが　通常はこの電磁石を他の磁気回路の磁力線が流れようとしていますがこれが流れてはいけないものなんです。
良く分かりませんがパーマロイ等は通常磁力線を良く流す素材でなかったでしょうか。　
（通常は磁力線を流さず電磁石に通電した時のみ磁力線を流すいわば磁束のスイッチング作用をしてくれるものをと考えていました）