ヘリカルコイル計算機

ヘリカルコイルは円筒状の型に導体を繰り返し巻いたものです。電流が流れると各巻きの磁場が強め合い、軸方向に磁場を作ります。電磁石、リレー、センサー、オーディオ用クロスオーバー、無線回路、電力変換器、実験装置などに使われます。電気的な挙動は形状、導体材料、周波数、近くの磁性体に依存します。この計算機は均一に巻かれた単層空芯ソレノイドを、明確なモデルで概算します。 インダクタンスは長いソレノイドの式、すなわち真空の透磁率、巻数の二乗、断面積の積をコイル長で割って推定します。断面積にはコイル径の半分を半径として使います。巻数や直径を増やすとインダクタンスは増え、巻線を長くすると減ります。空芯で、巻線内の磁場が十分均一であると仮定します。短く太いコイルでは端効果が強く、精密設計には専用の式や電磁界解析が適しています。 導線長の概算は一巻きの円周に巻数を掛けた値です。直流抵抗は抵抗率と導線長の積を導線の断面積で割って求めます。室温付近の銅の抵抗率は約 1.68 掛ける十のマイナス八乗オームメートルですが、温度、合金、絶縁による間隔、引き出し線、巻線経路で実測値は変わります。周波数上昇とともに実効抵抗を増やす表皮効果と近接効果も、この概算には含みません。 磁束密度には単位長さあたりの巻数と電流を用いる理想ソレノイドの式を使います。誘導リアクタンスは二倍の円周率、周波数、インダクタンスの積です。リアクタンスと抵抗を直交する成分として合成すると、インピーダンスの大きさが得られます。銅損は電流の二乗と抵抗の積、Q値はリアクタンスを抵抗で割った値です。巻線候補の比較に役立ちますが、磁性コアを使う場合の飽和やコア損失は別途評価が必要です。 結果は初期設計の概算として扱ってください。導線が電流を安全に流して放熱できるか、巻線がボビンに収まるか、絶縁が電圧要件を満たすかを確認します。高周波では寄生容量と自己共振を考慮し、自己共振周波数より上では単純なインダクタモデルを使用しないでください。大電力の電磁石では温度上昇、デューティ比、機械力、電源制限も確認します。最終設計は部品の実測や適切な電磁界ソルバーで確認してください。