ワイヤーの曲がりが抵抗に影響を与えない場合でもなぜコイル状に巻かれたワイヤーは火花を発するのでしょうか単純な直線状のワイヤーよりも
ワイヤーを曲げるだけでは抵抗に大きな影響を与えることはありませんが、トランスフォーマーやモーター、電磁石などにある巻線コイルの場合、状況はより複雑になります。コイルは単に曲げられたワイヤーではなく、その形状や巻き方によって自己インダクタンスや相互インダクタンスといった電磁特性が影響を受け、通常の直線的なワイヤーでは起こらない火花現象などが発生します。
巻線コイルでの火花発生の理由
インダクティブ効果
自己インダクタンス： コイルに電流が流れると、コイル周囲に磁界が生成されます。電流が突然変化した場合（例えば、回路のオンオフ時）、磁界も変化し、自己インダクタンスと呼ばれる起電力が誘導されます。この急激な変化により非常に高い電圧スパイクが発生し、火花が発生することがあります。
相互インダクタンス： 複数巻きのコイルでは、一つの巻きの電流変化が隣接する巻きの電流に影響を与え、これを相互インダクタンスと呼びます。電流の急激な変化により電圧スパイクが発生し、火花が発生することがあります。
キャパシティブ効果
巻き間キャパシタンス：コイル内の巻き間にキャパシタンスがあるため、電流の急激な変化により電圧スパイクが発生し、火花が発生することがあります。
スイッチング過渡現象
切断時の火花： コイルへの電源供給を切ったとき、自己誘導起電力により蓄えられた磁気エネルギーが電流を維持しようとし、スイッチ間に高電圧が発生し、アークや火花が発生することがあります。
接続時の火花： コイルへの電源供給を接続したとき、電流の確立により瞬時に高電圧が発生し、火花が発生することがあります。
通常のワイヤーとコイルの違い
幾何学的構造： 通常のワイヤーは直線的またはわずかに曲がっていることが多いですが、コイルは緊密に巻かれているため、コイルの方が自己インダクタンスと相互インダクタンスが高いです。
電磁効果： コイルでの電流変化は磁界の大きな変化を引き起こす一方で、通常のワイヤーでの電流変化は磁界の変化が最小限に抑えられ、目立った電磁効果が少ないです。
エネルギー貯蔵： コイルは大量の磁気エネルギーを貯蔵でき、電流の急激な変化時にこのエネルギーが放出されると高電圧スパイクが発生し、火花が発生することがあります。
火花の防止
コイルでの火花を避けるためには、以下の対策を講じることができます：
フライバックダイオードの使用： コイルへの電源供給を切ったとき、フライバックダイオードはコイルの電流に経路を提供し、自己誘導起電力を吸収し、火花の発生を減らします。
ダンピング抵抗の使用： ある場合には、コイルに直列に接続されたダンピング抵抗を使用して電流の変化率を低減し、自己誘導起電力を減少させることができます。
ソフトスイッチング技術の使用： 電流の変化率を制御することで、ソフトスイッチング技術は電圧スパイクを低減し、火花の発生を最小限に抑えることができます。
まとめ
コイルは、その独特の幾何学的構造と電磁特性により、通常のワイヤーよりも電流の急激な変化時に火花が発生しやすくなります。これは、コイルにおける自己インダクタンスと相互インダクタンスの効果による電圧スパイクが原因です。適切な設計と技術的手法を通じて、火花の発生を効果的に低減または排除することができます。
