線圈是指用電導體(例如電線)繞成多圈螺旋形的裝置[1][2]。電機工程學中有許多領域會用到線圈,會用在電流和磁場有交互作用的應用中,像電動機、發電機、電感元件、電磁鐵、變壓器等電子設備,或是磁共振成像機器中用到的偵測線圈。線圈上的電流會產生磁場,若線圈附近有磁場,使線圈中心有隨時間變化的磁場,也會讓線圈上產生電動勢(電壓)。
依照安培環路定律,導體上的電流會產生圓形分佈的磁場[3]。線圈的好處是可以提昇電流所產生的磁場強度。每一圈導體產生的磁場都會通過線圈中心,而且會疊加,因此會產生較大的磁場[3]。線圈的圈數越多,磁場就越強。另外,根據法拉第電磁感應定律,變化的外加磁通會在導體(例如電線)上感應電壓[3][4]。若將導體配置成線圈,磁力線會多次通過電路,因此感應電壓會增加[3]。
線圈產生磁場的方向可以用右手定則來確認。若右手的四隻手指抓住線圈,而手指是往電流流動的方向,則拇指指向方向即為通過線圈磁場的方向。
在電機和電子設備中,有許多不同種類的線圈。
磁芯
許多的線圈裡會有磁芯,是為了增加磁場,在線圈中間置入的鐵磁性或亞鉄磁性材料[11]。通過線圈的電流會讓磁芯磁化,磁化的磁芯所產生的磁場會和線圈產生的磁場疊加[12]。鐵磁性磁芯可以讓磁場和電感提昇數百到數千倍。鐵氧體磁芯是指由鐵氧體(亞鐵磁性陶瓷材料)為材料的磁芯的通稱[13]。鐵氧體磁芯在高頻時的鐵損較低。
若線圈的磁芯形成封閉迴路,或是只有很窄的氣隙,這種線圈稱為封閉式磁芯線圈(closed-core coil)。這種磁芯提供了磁力線的封閉路徑,可以讓磁阻減到最小,產生最大的磁場,常用在變壓器中,但會因為導磁材料的特性,而有磁飽和的問題。
環形磁芯線圈也是常見的封閉式磁芯線圈,其磁芯為環形,磁芯截面可能是圓形或是長方形。此外形可以讓漏電感降到最低,其電磁干擾(EMI)影響也最小。
若線圈的磁芯是棒狀或是其他非封閉的形狀,稱為開放式磁芯線圈(open-core coil),其磁場和電感都比封閉式磁芯線圈要低,但可以避免材料的磁飽和。
若線圈內沒有磁芯,則稱為空心線圈或air-core coil[14],這也包括將塑膠或其他沒有磁性的物質放在線圈中央,其導磁效果和線圈內只有空氣是一樣的。
參考: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B7%9A%E5%9C%88