インダクタ
コイルはアナログ回路や信号処理に広く使われている。コイルとコンデンサなどを組み合わせることで、特定の周波数の信号だけを取り出す共振回路やフィルタ回路を構成できる。コイルには電源回路用の大型のもの(フィルタ用コンデンサと組合せ、出力の直流からハム音成分を取り除く)から、高周波の干渉を防ぐインダクタンス値の小さいものまで様々なものがある。小さなコイルとコンデンサの組合せはLC回路を構成し、無線の送受信機などに使われる。
2つ以上のコイルの磁束を結合することで変圧器が構成でき、電力網の基本的部品としてよく使われている。一般に高周波ではコア素材でのうず状電流や巻き線の表皮効果の増大によって変圧器の効率が低下する。しかし周波数が高ければコアを小型化できるので、航空機では変圧器を小型化して重量を軽減するため、一般的な50/60Hzではなく400Hzの交流電源を使っている。
理想的インダクタでは、流れる電流の量に関わらず常に無損失である。しかし実際のコイルには抵抗がある。モデル的には理想的インダクタと直列に抵抗器を接続したのと等価である。この抵抗による損失を「銅損」と呼ぶことがある。抵抗はコイルに流れる電流の一部を熱に変換するため、誘導性能の劣化を招く。コイルのQ値とは、ある周波数におけるコイルの誘導性リアクタンスと抵抗の比であり、コイルの性能を数値化したものである。コイルのQ値が高ければ高いほど、そのコイルは理想的インダクタに近いということになる。
理論的には、Q値はリアクタンス一般に対して定義されるので、コンデンサにもQ値が存在する。しかし、通常は空芯コイルを除き、コンデンサよりもインダクタの方がQ値が小さい。このため、一般的に回路全体の損失はインダクタのQ値にほぼ支配され、ゆえにインダクタのQ値が実用上問題になる。
コイルのQ値は次の式で得られる。ここで R は内部電気抵抗、 ω L {\displaystyle \omega {}L} は共振周波数における容量性または誘導性のリアクタンスである。
Q = ω L R {\displaystyle Q={\frac {\omega {}L}{R}}}
強磁性コアを使うと、同じ巻き数でもインダクタンスが劇的に増大し、Q値も大きくなる。しかしコアを使うことで周波数と共に増大するコア損失が生じる。このため、使用する周波数にあわせて最適なコア素材を選択する。
超短波 (VHF) やそれ以上の周波数では空芯がよく使われる。
強磁性コアを使ったコイルは、大電流を流すと磁気飽和を起こし、インダクタンス(とQ値)が劇的に低下することがある。同じインダクタンスを実現するには物理的にもっと大きくなるが、この現象は空芯コイルでは起きない。うまく設計された空芯コアなら、Q値が数百になる。
理想的インダクタに近いコイル(Q値が無限大に近づく)を実現するには、超伝導体でコイルを作り、それを超伝導転移温度以下に冷却すれば、抵抗はゼロとなり、無損失となり、そこに生じた磁場に大量のエネルギーを蓄えることができる。なお、コアを付けるとそちらでの鉄損がある。
Q値を落とす要因には銅損や鉄損、電線の巻き方、自己共振、周辺配線など様々なものがあるため、机上計算によりあらかじめQ値を見積もるのは難しい。高いQ値が要求される共振用のコアについては製造元がQ値の実測データを公開していることがあるため、実用上は実測データと同じ条件でインダクタを製作しQ値を再現することが多い。
実用上は、共振回路やフィルタなどのように、交流の電力やエネルギーを蓄積ないしは通過させる場合はインダクタのQ値が高いことが望ましい。一方、チョークコイルなど、交流の電力を阻止することが目的となるケースでは、意図的に入れられた、ないしは周辺にて寄生したキャパシタンスとインダクタンスが結合して不用意に共振回路が構成されることを防ぐため、意図的にQ値を低下させる場合がある。
ドーナツ形の強磁性体に巻線を巻いたコイル。これに用いるドーナツ形のコアをトロイダルコアと呼び、コアだけでも市販されている。コアの透磁率によって色分けがされており、巻数とインダクタンスの関係を表す図表がメーカーから公表されている。コイルの巻数はドーナツの穴を電線が通った回数で数える。周囲の物体の影響を受けにくい、漏れ磁束が少ない、インダクタンスの安定性・再現性が高いなどの利点があり、高周波回路に多く用いられる。
棒状のコアを使うと、コアの一方の端から磁力線が必ず空気中に飛び出し、もう一方の端に繋がる。従って磁場の大部分が高透磁率のコア素材ではなく空気中を通ることになり、磁場が弱くなる。トロイダルコアはこれを防ぐもので、磁力線が常にコア素材を通る。また同じ理由で、電波障害を起こしにくいという特徴もある。