Spulengeometrie (und andere Parameter zur optimalen Magnetfelderzeugung)

[josip (Gast)]

Hallo Freunde,
Ich bin selber nicht der beste in der Elektronik daher meine bitte um 
konstruktive Tipps.

darum gehts:
Ich muss einen Elektromagnet bauen, der ca. ein 1,4 mT  starkes feld 
induziert und alle ca. alle 1-4 Sekunden einmal kurz (ca 0,5-0,75s lang) 
eingeschaltet und dann wieder ausgeschaltet wird. Der wird mit 
Gleichstrom betrieben.  Die Spule darf max. ein Volumen von 
1cm^3haben(D=10mm;l=10mm) (Innendurchmesser 3mm für den Kern).  Fragen 
sind hauptsächlich zu der Spule und die Versorgung. habe mich schon in 
der Literatur eingelesen, doch Tipps von erfahrenen Experten sind 
meistens sehr Hilfreich ;).

die Fragen:

-mit der zunehmenden Länge der Zylinderspule nimmt die Stärke des Feldes 
bei gleichem Strom ab, kennt jemand da eine Besonderheit, außer der 
bereits erwähnten Info, dass die Länge und Durchmesser im Formel im 
Nenner stehen?

-Kennt jemand besondere Spulengeometrien,  die effektiver sind als das 
typische Zylinderform?

-Bei den gegebenen Parameter N, I , l und vlt Drahtdurchmesser, wie 
würdet ihr die wählen, dass so wenig wie möglich wärme erzeugt 
wird.(große N und kleiner I?)


Wie ist es mit dem Pulsbetrieb? würde es hier sinn machen?

lg und danke
Josip


-

[Tor Fstock (Gast)]

Allenfalls eine Helmholtz Spule ... ist speziell homogen

[Michael B. (laberkopp)]

1.4mT is so wenig, da muss man sich weder Gedanken um übermässige 
Erwarmung noch um übermässige Windungszahl machen.

Es sind je nach tatsächlicher Spulengemomertie ca. 25 AT Amperewindungen 
nötig, also 25 Windungen mit 1A oder 250 mit 100mA oder 2500 mit 10mA.

Du hast Platz für ausreichend viele Windungen.

Bei doppelt so vielen Windungen braucht man nur den halben Strom, aber 
die Leitung wird nicht nur doppelt so lang, sondern auch halb so dick 
damit sie in denselben Bauraum passt, also steigt der Widerstand auf das 
vierfache, die Verlustleistung verdoppelt sich trotz halbem Strom.

Daher macht es keinen Sinn, mehr Windungen aufzubringen, als in den 
Bauraum reinpassen. Für 100mA reicht bei der kleinen Spule (die Wärme 
gut abführen kann) Draht von 0.02mm2, also 0.16mm Durchmesser, das macht 
5 Lagen an 50 Windungen.

Welche Details sich nun ändern, wenn man dicker und weniger lang 
wickelt, ist fast egal.

[Der Dreckige Dan (Gast)]

Allenfalls gibt es ein mathematisch optimales Verhältnis zwischen 
Durchmesser und Länge. Aber ob nun mehr Windungen bei niedrigerem Strom, 
weniger Windungen bei höherem Strom, Pulsbetrieb oder sonstewas, das 
verbessert alles nichts.
Eine Zwangskühlung der Spule hingegen kann so einiges bewirken. 
Flachkupfer kann auch bissl was verbessern.

Falls du nicht nur ein Feld aufbauen willst, sondern irgendwas 
Ferromagnetisches anziehen willst, wäre auf jeden Fall ein magn. 
Rückschluss wichtig. Sprich, das hintere Ende des Kerns nach vorn 
biegen. Verdoppelt die Kraft.

[josip (Gast)]

Erstmal danke für die Antworten :).

Genauer gesagt, sind ein paar solche E-magnete sollen in einem Gerät 
agieren. Das Gerät soll mobil sein und daher mit einem Li-Akku versorgt 
werden. weitere Verbrauchen sind Mikrocontroller und vlt 1 mini kleiner 
Schrittmotor.

Und ja der Magnet dient dazu etwas ferromagnetisches anzuziehen. und ein 
Eisenkern ist dafür vorgesehen der die Flussdichte ja verstärkt.

Der Einbau eines Kühlungsytems ist leider nicht möglich.

- da wir ja einen Eisenkernhaben sind ja 100mA vlt nicht nötig. Aber 
meint ihr dass es so, also bei der Versorgung, funktionieren würde. 
Grobe Schätzungen aus Erfahrung würden mir schon weiterhelfen, keine 
Berechnungen nötig aber wer darauf bock hat dann bitte ich darum,
 einen schönen Abend euch allen,