電磁石の復習。

会社のテスト用ロボットアームの先端に取付けて遊ぼうと思って、電磁石を作ってみたんですが、思ったより吸着力が弱いんですよねぇ。

一応、電源は単三電池二本の３Vってことで。

試作品の１つ目は、適当にエナメル線・・・を買おうとマルツ電波に行ったら無いんですよね。
代わりにポリウレタン被覆電線というのがあったので「２０ｍ」の品を購入。
あとは、六角ボルトを電動ドリルに取り付けてクルクルと巻いてみました。
ボルトは直径6mmなので、およそ20000mm÷20mmで、1000巻程度。
抵抗を計ると８オーム。
予想される電流は３÷８＝375mAぐらい・・・火災は発生しなさそうなので、電池に接続！
・・・吸着が悪い・・・あ、反対側は強い感じ。
どうやら吸着用磁極の近くにコイルを設置したほうがいい感じみたいです。


２つ目の試作品は、小学生並みに「巻数増やせば吸着力上がるんじゃね？」って事で、細くて長いポリウレタン被覆銅線を買ってきました。
電動ドリルを使っても時間がかかる・・・６倍の時間をかけて６０００巻のコイルを作製。
抵抗を測ると・・・あれ？・・・３５５オームも？
まぁ細いからな。
予想される電流は・・・8mA！
案の定、吸着が悪い・・・orz

さて、磁力とは如何にすれば強くなるのか？・・・と。

磁界の強さを[H]、電流を[Ｉ]、１ｍあたりのコイルの巻数を[ｎ]とすると、以下の式が成り立つそうです。

Ｈ＝ｎＩ

ほほう、巻数が増えれば強くなる気配がありますが、巻数によってＩが変動するはずなので、その辺が判るように式を改造してみましょう。

まずは、電流[Ｉ]＝電圧[Ｖ]÷抵抗[Ｒ]ですから、

Ｈ＝ｎＶ／Ｒ

次に、抵抗[Ｒ]＝巻数[ｎ]×単位長さあたりの抵抗[ｒ]と考えて

Ｈ＝ｎＶ／ｎｒ

あらら・・・

Ｈ＝Ｖ／ｒ

ということで、磁界の強さは巻数では無く、使用する電線の単位長さあたりの抵抗を小さくしてやればよいらしい。
・・・なるほど！
”長い”銅線は良いけど、”細い”銅線＝抵抗値が元より高い銅線を選んでしまったことが、試作２号の失敗に繋がったわけね。

”磁力を倍にしたければ、抵抗値が半分の銅線を買ってくると良い。あと、長ければ長いほど、省エネ電磁石になりますよ”という結果に！



しかし面白い結果ですね・・・。
恐ろしく高性能な一定電圧電源と高性能な電線があれば、１回巻こうが１万回巻こうが巻数と電流が反比例するだけで、強さは同じ。


・・・あれれ？
小学校の時、「巻数を増やせば強くなる」って言ってなかったっけ？

・・・という事で、調べてみたんですが、どうやら「電池の内部抵抗」という奴の悪戯のようです。

内部抵抗を[ｋ]としますと、

Ｈ＝ｎＶ／（ｎｒ＋ｋ）

となります。
分母の（ｎｒ＋ｋ）を見ますと、ｒもｋも固定値で、ｋは非常に小さいらしいので、
・巻数[ｎ]が小さい時は、ｋの影響が大きい。
・巻数[ｎ]がある程度大きい時、ｋは無視してかまわない。

小学校の教科書通りに一般的に買い揃えたエナメル線なんかで磁石を作った場合、１００回巻と２００回巻程度では、目で見て判る力の差が現れますが、１０００回巻を超えるとあまり変わらないようですね。


・・・はぁ、このポリウレタン被覆銅線・・・返品・・・出来ねーよなぁ。
うぐぅ。



あと、もうひとつ、吸着力を上げる方法があるそうです。
”電磁石をＵ字型にして、吸着物にＮ・Ｓの両極を当てて、磁力線が閉ループになるようにしてあげること”
確かに・・・そんな覚えはあるな。


お、今日は昼から高専カンファレンスの中継でも見ようかね。


合掌。