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线圈

（重定向自電磁線圈）

线圈是指用电导体（例如电线）绕成多圈螺旋形的装置[1][2]。电气工程学中有许多领域会用到线圈，会用在电流和磁场有交互作用的应用中，像电动机、发电机、电感器件、电磁铁、变压器等电子设备，或是磁共振成像机器中用到的侦测线圈。线圈上的电流会产生磁场，若线圈附近有磁场，使线圈中心有随时间变化的磁场，也会让线圈上产生电动势（电压）。

有电流流动的单圈线圈，其磁力线（绿色）通过线圈的中央，其磁场集中在线圈中心处

依照安培环路定律，导体上的电流会产生圆形分布的磁场[3]。线圈的好处是可以提升电流所产生的磁场强度。每一圈导体产生的磁场都会通过线圈中心，而且会叠加，因此会产生较大的磁场[3]。线圈的圈数越多，磁场就越强。另外，根据法拉第电磁感应定律，变化的外加磁通会在导体（例如电线）上感应电压[3][4]。若将导体配置成线圈，磁力线会多次通过电路，因此感应电压会增加[3]。

线圈产生磁场的方向可以用右手定则来确认。若右手的四只手指抓住线圈，而手指是往电流流动的方向，则拇指指向方向即为通过线圈磁场的方向。

在电机和电子设备中，有许多不同种类的线圈。

在多圈导线形成的线圈里，各圈导线形成的磁场会在线圈中心叠加，产生较强的磁场。图中画出的是通过线圈中心的截面。打叉处是表示其电流进入页面，打点处是表示其电流从页面出来

绕组和抽头

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典型的变压器组态

组成线圈的电线或是导体称为绕组（winding）[5]。线圈中心的部分称为磁芯 （core）或磁轴（magnetic axis）[6]。每一圈的导线称为一匝[2]。绕组中的导体会互相接触，但其外层需要包覆不导电的绝缘体（如塑胶或是瓷漆），以免各圈之间短路[2]。导线的终端会拉出来，接到其他外部电路，除了头尾两端外，绕组中也可能有其他部分有端子可以接到外部电路，这称为抽头（taps）[7]。若绕组中间处有一个抽头，则称为中心抽头（center-tapped）[8]。

线圈中可能会有多组彼此绝缘的绕组。若在同一个磁轴上有二个或多个绕组，这些绕组称为电感耦合（inductively coupled）或磁耦合（magnetically coupled）[9]。一个绕组上的时变电流会产生时变磁场，并传递到其他的绕组，让其他绕组产生时变电压，这就是变压器[10]。产生磁场的绕组称为一次绕组（primary winding），其他感应电压的绕组称为二次绕组（secondary winding）。

磁芯

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许多的线圈里会有磁芯，是为了增加磁场，在线圈中间置入的铁磁性或亚铁磁性材料[11]。通过线圈的电流会让磁芯磁化，磁化的磁芯所产生的磁场会和线圈产生的磁场叠加[12]。铁磁性磁芯可以让磁场和电感提升数百到数千倍。铁氧体磁芯是指由铁氧体（亚铁磁性陶瓷材料）为材料的磁芯的通称[13]。铁氧体磁芯在高频时的铁损较低。

  • 若线圈的磁芯形成封闭回路，或是只有很窄的气隙，这种线圈称为封闭式磁芯线圈（closed-core coil）。这种磁芯提供了磁力线的封闭路径，可以让磁阻减到最小，产生最大的磁场，常用在变压器中，但会因为导磁材料的特性，而有磁饱和的问题。
    • 环形磁芯线圈也是常见的封闭式磁芯线圈，其磁芯为环形，磁芯截面可能是圆形或是长方形。此外形可以让漏电感降到最低，其电磁干扰（EMI）影响也最小。
  • 若线圈的磁芯是棒状或是其他非封闭的形状，称为开放式磁芯线圈（open-core coil），其磁场和电感都比封闭式磁芯线圈要低，但可以避免材料的磁饱和。

若线圈内没有磁芯，则称为空心线圈或air-core coil[14]，这也包括将塑胶或其他没有磁性的物质放在线圈中央，其导磁效果和线圈内只有空气是一样的。

线圈

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线圈可以以其设计运作的电流频率来分类，这也会影响线圈选用的磁芯材料：

  • 直流线圈或电磁铁是指其绕组上的主要电流为稳定的直流。
  • 声频（Audio-frequency，简称AF）线圈、电感或是变压器是指其绕组上的主要电流是交流电，频率在声频（英语：audio frequency）范围（小于20 kHz）。
  • 射频（Radio-frequency，简称AF）线圈、电感或是变压器是指其绕组上的主要电流是交流电，频率在射频范围（大于20 kHz）。

线圈也可以依其功能来分类：

电磁铁

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主条目：电磁铁
 
Canon AF-10旧型相机快门的驱动线圈

电磁铁是用来产生磁场的线圈，常用在要用磁力驱动其他物体的应用[15]，或是要抵消已有的背景磁场[16]。以下是一些特殊的电磁铁：

电感器件

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变压器

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电力机械

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单相串励电动机定子上的场线圈（英语：Field coil）

像电动机和发电机的电机其中有一组或多组绕组，配合旋转磁场在动能和电能之间进行转换。多半会有一个绕组传递机器大部分的动力（电枢），另一个绕组提供磁场（场线圈（英语：field coil）），若绕组是在转子上，会有电刷或滑环连接绕组和外部电路。

在异步电动机中，转子电流的产生是因为转子转速略慢于定子产生旋转磁场，因此产生的电流。

传感器线圈

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绕组技术

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绕组技术（英语：Coil winding technology）是制作线圈绕组的相关技术，会配合应用需求，设计绕组的外形和尺寸。绕组的设计会大幅受到电感、品质因子、工作频率、绝缘强度以及期望磁场强度等参数的影响。绕组技术可以依绕组的种类以及外形来分为几组。绕组技术的量产会用自动化机械。

相关条目

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参考资料

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  1. ^ Stauffer, H. Brooke. NFPA's Pocket Dictionary of Electrical Terms. Jones and Hymel Tucker. 2002: 36. ISBN 978-0877655992. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 Laplante, Phillip A. Comprehensive Dictionary of Electrical Engineering. Springer. 1999: 114–115. ISBN 978-3540648352. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Arun, P. Electronics. Alpha Sciences International Ltd. 2006: 73–77. ISBN 978-1842652176. 
  4. ^ Amos, S. W.; Amos, Roger. Newnes 2002, p. 129. Elsevier. 4 March 2002. ISBN 9780080524054. 
  5. ^ Stauffer, H.B. NFPA's Pocket Dictionary of Electrical Terms. Jones & Bartlett Learning, LLC. 2005: 273 [2017-01-07]. ISBN 9780877655992. 
  6. ^ Amos, S W; Roger Amos. Newnes Dictionary of Electronics. Newnes. 2002: 191. ISBN 978-0080524054. 
  7. ^ Laplante, P.A. Comprehensive Dictionary of Electrical Engineering. Springer Berlin Heidelberg. 1999: 633 [2017-01-07]. ISBN 9783540648352. 
  8. ^ Stauffer, H.B. NFPA's Pocket Dictionary of Electrical Terms. Jones & Bartlett Learning, LLC. 2005: 29 [2017-01-07]. ISBN 9780877655992. 
  9. ^ Amos, S.W.; Amos, R. Newnes Dictionary of Electronics. Elsevier Science. 2002: 167 [2017-01-07]. ISBN 9780080524054. 
  10. ^ Amos, S.W.; Amos, R. Newnes Dictionary of Electronics. Elsevier Science. 2002: 326 [2017-01-07]. ISBN 9780080524054. 
  11. ^ Laplante, Phillip A. Comprehensive Dictionary of Electrical Engineering. Springer. 1998: 143. ISBN 978-3540648352. 
  12. ^ Laplante, P.A. Comprehensive Dictionary of Electrical Engineering. Springer Berlin Heidelberg. 1999: 346 [2017-01-07]. ISBN 9783540648352. 
  13. ^ Laplante, P.A. Comprehensive Dictionary of Electrical Engineering. Springer Berlin Heidelberg. 1999: 243 [2017-01-07]. ISBN 9783540648352. 
  14. ^ Laplante, P.A. Comprehensive Dictionary of Electrical Engineering. Springer Berlin Heidelberg. 1999: 19 [2017-01-07]. ISBN 9783540648352. 
  15. ^ Amos, S.W.; Amos, R. Newnes Dictionary of Electronics. Elsevier Science. 2002: 113 [2017-01-07]. ISBN 9780080524054. 
  16. ^ Hobson, P. J.; et al. Bespoke magnetic field design for a magnetically shielded cold atom interferometer. Sci. Rep. 2022, 12 (1): 10520. Bibcode:2022NatSR..1210520H. PMC 9217970  . PMID 35732872. S2CID 238583775. arXiv:2110.04498  . doi:10.1038/s41598-022-13979-4. 

延伸阅读

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  • Querfurth, William, "Coil winding; a description of coil winding procedures, winding machines and associated equipment for the electronic industry" (2d ed.). Chicago, G. Stevens Mfg. Co., 1958.
  • Weymouth, F. Marten, "Drum armatures and commutators (theory and practice) : a complete treatise on the theory and construction of drum winding, and of commutators for closed-coil armatures, together with a full résumé of some of the principal points involved in their design; and an exposition of armature reactions and sparking". London, "The Electrician" Printing and Publishing Co., 1893.
  • "Coil winding proceedings". International Coil Winding Association.
  • Chandler, R. H., "Coil coating review, 1970–76". Braintree, R. H. Chandler Ltd, 1977.

外部链接

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