電気部品の中で最も小さく、最も重要な部品のひとつが「インダクタ」です。インダクターとは、電流が流れたときにエネルギーを蓄える電気部品です。そのため、デバイスを通過する電流の量に変化があると、インダクタはバランスをとるように作用します。そして、蓄えたエネルギーを回路に放出することで、電流の変化やコアロスを防ぐことができるのです。今回は、空芯インダクタ設計と呼ばれるインダクタのカテゴリを詳しく見ていきます。
詳しくはこちらをご覧ください。
空芯インダクタとは？
空芯インダクタとは、コイル状の線材の間に固体や強磁性体がないインダクタのことです。
インダクタの設計-空芯インダクタは、空気の電気伝導率が比較的小さいことを利用して動作します。
つまり、空芯のインダクタンスも小さく、そのため弱い磁界を発生させることができる。
空芯の磁界発生が小さいため、信号の損失を防ぎつつ、より速い電流の立ち上がりを実現することができるのです。これは主に、電気回路の中でインダクタがより高い磁界強度を発生させる場合に起こる現象です。
電気回路における空芯
そこで、専門家の間では、鉄などの強磁性体コアインダクターよりも空芯インダクターが好まれています。
強磁性体コアのインダクタは、100MHzを超える高周波領域で飽和し、電流損失が発生するためです。
空芯インダクタの設計空芯インダクタの計算
インダクタンス値、電流値とも呼ばれる。
空芯インダクタは2つのグループに分けられます。
1. 1.単巻空芯インダクタ
2. 積層コイル型空芯インダクタ
単巻空芯インダクタはその名の通りコイルが1つだけ、積層インダクタは多数のコイルが巻かれたものです。
それぞれについて計算をして見ましょう。
空芯インダクタの設計-単体コイルインダクタ
単層コイルインダクタの誘導を計算するには、空芯インダクタの式に当てはめることができます。
ここで
L- コイルの長さをミリメートルで表します。
n- コイルの巻数を表す。
D- コイルの直径をミリメートルで表す。
式 2
ここで
N- 巻き数を表す。
r- コイルの半径（インチ）。
l- 巻線コイルの長さ（インチ）。
L- マイクロヘンリー(uH)単位のインダクタンスを指す。
空芯インダクタの設計-積層コイルインダクタ
積層コイルインダクタ
出典ウィキペディア
ここでは、ウィーラーの公式を使用します。
ここで
h- コイルの高さをミリメートルで表す。
n- コイルの巻き数
d- コイルの直径（ミリメートル）またはコイルの半径の半分。
専門家は、多層コイルの方がコイル電流が大きいと主張する。また、空芯コイルの磁束密度を計算することもできます。
空芯インダクタの設計-エアコアインダクタを自作する
空芯インダクタ（アキシャル部品）を探していて、なかなか見つからないことがあります。
また、高周波回路に使用できるインダクタをお探しの場合は、さらに困難です。
しかし、空芯のインダクタは高価格です。
小型インダクタ
そこで、Qの高い空芯インダクタや空芯コイルを作る方法をご紹介します。
空芯インダクタの設計-必要な材料
コイル形状
スペーシングブロックと電気鋼
フラットヘッドナイロンボルト
接着剤またはエポキシ
ワイヤー（スペーシング・ラインとも呼ばれる
銅線、アルミ線、芯材
作業手順
コイル状のものを作る
塩ビパイプに幅9.5ミリの切り込みを入れる。
コイルフォーム（PVC）パイプに小さな穴を2つ開ける。コイルフォームの両端に1つずつ。
より大きな磁界と電荷を発生させるためには、コイルを巻くための大きなコイルフォームを作る必要があります。
ダボとハンマーでコイルの真ん中のブロックを叩き出します。
ダボとハンマー
コイルを巻く
コイル形状が円形なので、円筒形のコイルを巻きます。
円筒形コイル
スペーシングコードやコイル巻線などを使用します。
また、間隔が狭い場合はナイロンモノフィラメント線、間隔が広い場合はスピーカー線などを使用します。
ワイヤーの長さは、コイルの長さに近いものを使うのがポイントです。
コイルの間隔は、インダクタンスと効率のバランスを考えて、少なくとも直径1.5倍以上離すようにしてください。
コイルをすっきりさせたい場合は、全体が締まっていることを確認します。万力に通すことで締め付けることができます。
巻線コイル
出典ウィキペディア
コイルフォームにブロックを置き、穴に間隔線とコイルワイヤーを入れます。
次に、コイルフォームを水平に回転させながら巻き始めます。
この作業を続けます。
満タンになるまで（単層コイル）。
コイルが必要な大きさになる（多層エアーコイル）。
必要な深さまで巻きます。
コイルの巻き径に目標を設定することで、方向性を定め、コイルの性能を向上させることができます。
コイルリブの構築
コイルを別々のストリップに配置します。
接着剤が他のパーツに垂れないように、内側のパーツにモールドを配置します。
その後、内側のコイル部分に電気テープを挿入します。
コイルの形が小さくて、作業スペースが狭い場合。工作用の棒を使ってもいいですが、その前にテープで少し覆ってください。
接着剤を使用する際の注意点は以下の通りです。
通常のセッティング用接着剤を使用する。
接着剤を少量塗布し、他のコイル線まで沈むようにする。
フォームにエポキシが付着しないようにする。
エポキシは片面ずつしか塗らない。両面テープの使用は避ける。
コイルフォームを取り外す
接着剤の硬化時間を8時間程度にし、スペーサブロックを外します。
コイルフォームを通過している電線の組み合わせを、空芯コイルの横で切断してください。
これで、コイルはすぐに外れ、機械的に安定した、完全な円形コイルになります。
コイルを接続する
最初にインダクタンスコイルにワイヤーを括り付ける前に、コイル表面のプラスチックコーティングを剥がします。
最後に、空芯インダクタの両端に電線をはんだ付けして、電気回路に接続することができます。
電線のはんだ付け
コイルの取り付け
ナイロンボルトの頭を切り落とし、コイルの両端を1回転押し込んでください。
押し込んだ位置でナイロン支柱を固定し、円筒形のコイルに接着剤を付けて固めれば、取り付けは完了です。
これで空芯インダクタの完成です。
空芯インダクタの用途
空芯インダクタの用途は多岐にわたります。
ラジオ送信機やテレビ受信機の回路に使用されます。
アナログ回路での空芯コイル
スナバ回路を構成する場合。
ボトムピークインダクタンスを向上させるために使用します。
フィルタ回路の作成
概要
空芯インダクタを回路に
インダクタの中でも、強磁性体のインダクタと比較して、空芯インダクタが上位に位置することがお分かりいただけたと思います。それでは、最後になりましたが、ご不明な点がございましたら、お気軽にお問い合わせください。
