家電の磁束分布とは？その仕組みと影響
家電を知りたい
先生、’磁束分布’ってどういう意味ですか？
家電製品マニア
エアギャップを通過する磁束の分布を指すよ。
家電を知りたい
エアギャップとは何ですか？
家電製品マニア
主極片と電機子鉄心の間の空気の隙間のことを言うんだ。磁束が通る経路だよ。
磁束分布とは。
電機子の用語である「磁束分布」とは、磁束が隙間（エアギャップ）を通過するときに、電機子の外周に沿って各所で分布する磁束のことです。
隙間を通る磁束は、磁石の強さに比例し、隙間の長さに反比例します。界磁コイルが発生する磁力は主極片に均等に加わりますが、主極片と電機子鉄心の隙間の長さは、主極片の下と磁気中性軸（極片から離れた場所）では異なるため、磁束分布は台形になります。
電機子の反作用により発生する磁力は、主極の磁気中性軸を中心とした二等辺三角形の形で隙間に加わります。ただし、磁力の最大の位置に主極片がないため、磁束は通りにくく、山頂が大きくへこんだ三角形の磁束分布になります。
この磁束分布の形は、直流機の整流に影響を与えます。円周方向だけでなく、軸方向の磁束分布も考慮に入れる必要があります。
磁束分布の定義
磁束分布とは、磁界内の磁束密度の空間的な分布のことです。磁束密度は、磁界における単位面積当たりの磁束量で表され、通常ガウス（G）またはテスラ（T）で測定されます。磁束分布は、磁石や電流が流れる導体によって生成されます。
磁束分布は、家電製品の性能に重要な影響を与えます。例えば、変圧器では、コイル内の磁束分布が変圧率に影響を与えます。また、モーターでは、回転子の磁束分布がトルクと効率に影響を与えます。さらに、磁気共鳴画像（MRI）装置では、患者の体内の磁束分布が画像の質に影響を与えます。
エアギャップを通る磁束
エアギャップを通る磁束
家電製品では、コイルと電磁石の間にエアギャップと呼ばれる空間があります。このエアギャップは、磁気の流れを制御するために設計されています。エアギャップを通る磁束の量は、コイルの巻数や電流によって決まり、エアギャップの長さや材料によっても影響を受けます。
エアギャップを通る磁束は、家電製品の性能に大きな影響を与えます。エアギャップが大きくなると、磁束の量が減り、モーターのトルクやソレノイドの力が低下します。逆に、エアギャップが小さくなると、磁束の量が大きくなり、電力の損失が増大します。そのため、家電メーカーは、最適なパフォーマンスを得るために、エアギャップを慎重に設計する必要があります。
主極片下の磁束分布
主極片下の磁束分布
主極片の下部では、磁束が最も集中して流れています。その理由は、主極片の磁気抵抗が周囲の空気よりも低いためです。この磁束は、主極片から周辺の空間に向かって放出されます。主極片の形状によって、磁束分布のパターンが変化します。例えば、円形の主極片では、磁束が均一に放出されますが、楕円形の主極片では、放出される方向によって磁束の強さが異なります。また、主極片と他の磁気部品との距離によっても、磁束分布に影響が出ます。
電機子反作用起磁力による影響
電機子反作用起磁力による影響
電機子反作用起磁力は、電機子の電流が流れて発生する磁界が、主磁極が作り出す磁界と相互作用して、磁束分布に影響を与えます。この影響は、電機子の種類によって異なります。
誘導電動機の電機子は、回転子導体棒に誘導される電流によって電機子反作用起磁力を発生します。この起磁力は、主磁極の磁界と逆向きに働き、磁束を弱める方向に作用します。
一方、同期電動機の電機子は、界磁電流によって電機子反作用起磁力を発生します。この起磁力は、界磁電流の強さによって制御され、主磁極の磁界と同じ向きまたは逆向きに働きます。
また、電機子反作用起磁力による影響は、負荷の状態によっても変化します。負荷が大きくなると電機子反作用起磁力が大きくなり、磁束分布がより影響を受けます。
直流機における整流への影響
直流機における整流への影響
磁束分布は、直流機の整流プロセスにも影響を与えます。直流機では、交流電流を直流電流に変換する整流子が使用されています。整流子は回転するコンポーネントで、固定子の磁束と相互作用します。この相互作用により、整流子が出力電圧を生成します。
磁束分布が均等でない場合、整流子の各セグメントに異なる磁束が作用します。この不均一な磁束分布は、整流子セグメント間の電位差にばらつきをもたらします。この電位差のばらつきは、整流出力のリップルに寄与し、直流電流の品質を低下させます。したがって、直流機の整流を最適化するには、安定かつ均一な磁束分布が不可欠です。
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