インダクタコイルとは
インダクタコイルとは電子部品のひとつで、鉄などの磁性体の芯(棒)に導線を巻いたコイルです。
導線には、直流電流はスムーズに流れるけれども交流電流は流れにくいという性質があるため、整流作用があります。
インダクタコイルは電気エネルギーを磁界に変換しますが、芯を共有する別のコイルには再び電流に戻すことができます。
この性質を応用したものが交流用の変圧器で、片方のコイルに交流電流を流すと同じ鉄芯に別のコイルに誘導電流が流れます。導線の巻き数を変えることで電圧を変えることができます。
インダクタコイルの使用用途
インダクタコイルは多くの電気製品に使用されていますが、身近な物であれば交流用の変圧器があります。
スマホの充電器やPCのアダプタは家庭用の交流100Vの電源を5～12Vの直流に変換しますが、電圧を下げる部分の変圧器にこの部品が使用されています。
高周波を発信させることから、各種無線装置(WiFiや非接触式のICチップ)や電子レンジなどにも使用されています。蛍光灯の安定器や各種電気製品などにも数多く利用されており、特に電子回路の整流をおこなうためには不可欠な部品だと言えるでしょう。
インダクタコイルの原理
直流電流をコイルに流すと、鉄芯には磁場が発生し、芯の部分が電磁石になります。
はじめに電圧を加えた場合や、電圧を下げた際には、動線に瞬間的に誘導電流が流れます。これにより、電気エネルギーが磁界の形で蓄えられるという作用があります。
一定の強さの磁界が生じた後は、普通の銅線と同じように直流電流が流れます。これに対してインダクタコイルに交流電流を流した場合には、鉄芯には大きさが変化する磁界が生じます。
磁場が変化すると電流と逆向きの誘導起電力が発生するので、抵抗(インダクタンス)が発生します。交流の電流を流し続けると常に逆向きの誘導起電力が発生するので、電流が流れにくいという状態が継続します。
インダクタコイルの場合、直流電流であればスムーズに通過できますが、交流電流の場合、抵抗が発生するため流れにくい特質があります。
そのため、交流電流は通すけれども直流電流は通過できない、というコンデンサーとは逆の性質を持った電子部品なのです。
インダクタコイルの抵抗
インダクタコイルは、等価回路的な表現をすると、直列抵抗成分が存在します。この抵抗成分を直流抵抗（DCR）と言います。
理想のインダクタでは、周波数が大きくなるにつれて、インダクタンス（Ｌ）成分はそのまま増えます。しかし現実のインダクタコイルには、寄生容量が存在するため、自己共振が発生し、自己共振周波数より高い領域では、インダクタンス成分は低下します。つまりこの周波数領域では、本来のインダクタコイルとしては機能しなくなるのです。
直流抵抗以外にも、コアの渦電流損を発生させる抵抗成分と、 表皮効果や近接効果での導線の抵抗成分も含まれており、この抵抗の成分を交流抵抗(ACR)と言います。 交流抵抗は、周波数に比例して値が大きくなり、高周波における電力損失やインダクタの温度上昇に大きく影響するため、実使用上は考慮しなければなりません。
なおインダクタコイルのQ値は、誘導性リアクタンスXLをACRで割った値であり、周波数に対してどれだけの損失があるかを示しています。
インダクタコイルの種類
インダクタの代表的な種類としては、空芯コイル、トロイダルコイル、コアコイル、積層コイル、フェライトビーズなどが挙げられます。
トロイダルコイルはドーナツ型のフェライトに導線を巻き付けた構造、コアコイルは棒状等のフェライト等のコアとなる材料に導線を巻きつけたコイルになります。
積層コイルは、チップインダクタ部品等のセラミック材料の薄いシートに導体金属をスパイラル状に形成し内部ビアで導通を取っているインダクタコイルです。半導体やIPD等でスパイラルインダクタを形成の際も一般には同様な構造をとります。
インダクタコイルの記号Lの意味
インダクタ記号のLの意味は諸説あるようです。もっとも一般的に言われている説には、電磁誘導の法則を導き出したLenzの頭文字に由来するという説です。
この法則は、インダクタコイルのインダクタンス成分が、コイルの長さに反比例し、コイルのコアの透磁率と巻き数の2乗、および断面積に比例するというものです。
参考文献
https://product.tdk.com/info/ja/contact/faq/faq_detail_D/1432565863594.html
https://www.matsusada.co.jp/column/inductor.html
https://www.chip1stop.com/sp/knowledge/067_types-of-inductor
https://industrial.panasonic.com/jp/ss/technical/b6