まとめ

毎年恒例の何かを作るという伝統に従って、私は永久磁石とコイルの相互作用を探るための小さなテストセットアップを作ることにしました。
最初の写真はセットアップを示しています。
この3Dプリンテッドの装置は、レバーと、その一端にある支点と、コイルと相互作用する1つ以上の強力な永久磁石で構成されており、もう一端にはカウンターウェイトがあり、レバーが水平にバランスされています。その後、コイルに電流が供給されると、磁石がコイルに引き付けられ、容器に重量を追加することができます。レバーが傾く重量は、磁石とコイルの間の最大垂直
支点とテストウェイトの間の距離が支点と磁石の間の距離の2倍であるため、実際の保持力を得るためにはテストウェイトを2倍にする必要があります。

2つのコイルが作られています。1つは透磁率μ_rが1の材料に埋め込まれており、もう1つは体積で約25%の鉄粉を含む材料に埋め込まれています。磁石の直径は18 mm、高さは3 mmです。
両コイルに印加された電流に対する保持力の量はどのくらいだと思いますか？私の居住地では1Nに相当するチョコレートバーを保持するのに十分だと思いますか？

第二の写真は、実証データを示しています。
セカンドコイルでは、測定データから減らされたかなり大きなコギング力があります。これは、曲線間のより良い比較をするためです。私は、鉄で充填されたフィラメントが磁気コア材料としてあまり改善されないため、両コイルの曲線がほぼ同じになると予想していました。一方で、磁石の高さがこのように大きな影響を与えるとは予想していませんでした。
力を近似する解析式はないと思います(間違っていたら訂正してください)。そこで、私は外に出て問題をシミュレートしてみました。これは本質的に三次元の問題なのですが、簡単にするために二次元に単純化しました。問題を横から見ると、図示のような平面設定で近似的な結果を得ることができるようです。私が使用したプログラムは、デビッド・ミーカー氏による非常に優れた二次元の無料
残念ながら、シミュレーション結果は常に2倍高くなっています。私はこの単純化ではコイルの前後の部分が省略されているため、実際の値よりも低くなると期待していました。