偏磁作用とは？影響と対策
家電を知りたい
『偏磁作用』について教えてください。
家電製品マニア
『偏磁作用』とは、電機子反作用起磁力によって磁軸が主極中心より傾き、磁束分布が歪む現象のことです。
家電を知りたい
電機子反作用起磁力とは何ですか？
家電製品マニア
電機子反作用起磁力は、電機子が励磁されると発生する起磁力で、主界磁起磁力に対して反作用するものです。
偏磁作用とは
家電製品の用語で「偏磁作用」と呼ばれる現象があります。
これは、電機子の反作用起磁力により、磁界の中心が主極の真中からずれて磁束の分布がゆがむことを指します。
主界磁起磁力と反作用起磁力の合成起磁力が及ぼす影響は、電動機の場合は回転方向と反対側へ、発電機の場合は回転方向側へ中心が移動します。
一方で、主界磁起磁力の分布は台形型であるのに対し、電機子反作用起磁力は山なりになるため、主極下の磁束分布はのこぎりの歯のような形になります。
これにより、磁束が最も強い部分で磁気の飽和が起こり、有効な磁束が減り、また、磁束密度の高い部分の起電力が上昇して整流子片間の電圧が高くなり、整流火花が発生します。
偏磁作用の定義
偏磁作用とは、磁性体が磁界にさらされたときに生じる磁気現象を指します。
磁性体は、その内部に磁気双極子と呼ばれる小さな磁石のような領域を持っており、これらが磁界に反応して向きを揃えます。
この結果、磁性体は外部磁界に対してそれ自身の磁場を作り出します。この誘起された磁場が偏磁といいます。
偏磁作用の影響
偏磁作用は、磁界によって材料の磁化が変化する現象です。この影響は、以下のような分野で顕著に表れます。
電気機器
偏磁作用は、トランスやモーターなどの電気機器の性能に影響を与えます。トランスでは、偏磁作用によってコアに渦電流が発生し、損失が増加します。モーターでは、偏磁作用によってトルクが低下し、効率が低下します。
磁気ストレージ
ハードディスクドライブなどの磁気ストレージデバイスでは、偏磁作用がデータの読み書きの精度に影響を与えます。偏磁作用によって磁気ヘッドの磁化が変化すると、記録されたデータが破損したり、読み取りが困難になったりする可能性があります。
医療機器
MRI装置などの医療機器では、偏磁作用は患者の安全に影響を与えます。偏磁作用によって、金属製のインプラントやペースメーカーが誤動作を起こしたり、発熱したりする可能性があります。
電動機の偏磁作用
電動機において、偏磁作用は磁場が回転子の中心からずれて発生する現象です。この偏磁作用は、回転子が磁気的に非対称になることによって引き起こされます。
この偏心によって、回転子に偏磁磁束が形成され、これが固定子磁束と相互作用してトルクを発生させます。
偏磁作用は、電動機の性能に悪影響を及ぼす可能性があります。偏磁作用が強いと、トルクの変動と効率の低下につながるだけでなく、ノイズや振動が発生することもあります。また、偏磁作用はベアリングやシャフトに過度の応力を加え、寿命を短縮する可能性もあります。 偏磁作用の影響を軽減するには、次のような対策が講じられます。
回転子の中心を固定子の中心に正確に配置する。
回転子の磁気的不対称性を最小限に抑える。
適切な磁気材料を使用する。
偏磁作用を打ち消すための補償巻線を設ける。
発電機の偏磁作用
発電機では、電磁石によって磁界が作成されます。この電磁石を励磁コイルと呼び、その磁界を励磁磁界と呼びます。
励磁磁界によって磁化された磁極は主磁極と呼ばれます。 励磁コイルに電流が流れていると常に偏磁作用が発生します。
偏磁作用とは、主磁極が空間全体に広がる磁界のずれのことです。偏磁作用は、発電機の発生電圧を減少させたり、損失を増大させたりします。
偏磁作用の対策
偏磁作用の対策には、いくつかの方法があります。
1つ目の方法は、非磁性材料を使用することです。
非磁性材料は、磁場が発生しないため、偏磁作用の影響を受けません。
2つ目の方法は、シールド材を使用することです。
シールド材は、磁場を遮断または減衰させる材料です。磁場発生源の周囲にシールド材を配置することで、偏磁作用の影響を軽減できます。
3つ目の方法は、外部磁界の除去または制御です。
外部磁界が偏磁作用の引き金となっている場合は、その磁界を取り除いたり、制御したりすることで、偏磁作用の影響を防ぐことができます。
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