『飽和磁束密度(最大磁束密度)』とは？分かりやすく説明します！

この記事では『飽和磁束密度(最大磁束密度)』について

『飽和磁束密度(最大磁束密度)』とは？
『飽和磁束密度(最大磁束密度)』と『コイル(インダクタ)の磁気飽和』

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

『飽和磁束密度(最大磁束密度)』とは？

飽和磁束密度\(B_S\)とは、磁性体(コア)が磁気飽和する時の磁束密度のことを言います。

上図に示しているヒステリシス曲線(磁束密度\(B\)と磁界\(H\)の関係を示す曲線)を用いて、もう少し詳しく説明します。

コイル(インダクタ)は、鉄・フェライト・コバルトなどの磁性体(コア)に電線を巻くことで構成されています。コイル(インダクタ)に流す電流\(I{\mathrm{[A]}}\)と磁界の強さ\(H{\mathrm{[A/m]}}\)には比例関係があるため、コイル(インダクタ)に流す電流\(I\)を大きくすると、磁界の強さ\(H\)が大きくなります。

すなわち、コイル(インダクタ)に電流\(I\)を流すと磁界(磁場)\(H\)が発生します。この磁界\(H\)によって、磁性体は磁化を帯びます(磁化されます)。この時、単位面積当たりのN極からS極へ向かう磁界の流れを磁束密度\(B{\mathrm{[T]}}\)といい、磁石の強さを表します。

また、磁界の強さ\(H\)と磁束密度\(B\)は比例関係にあり、透磁率\({\mu}\)を用いると以下の式で表されます。

\begin{eqnarray}
B={\mu}H
\end{eqnarray}

つまり、電流\(I\)が大きくなる(磁界の強さ\(H\)が大きくなる)と、磁束密度\(B\)も大きくなります。

しかし、実際には、透磁率\({\mu}\)は必ずしも一定の値ではなく、磁界の強さ\(H\)によって変化します。そのため、磁束密度\(B\)と磁界の強さ\(H\)の関係は直線ではなく、上図に示すような曲線(ヒステリシス曲線)となります。

このヒステリシス曲線は徐々に緩やかになり、最終的には、電流\(I\)を流しても(磁界の強さ\(H\)が大きくなっても)磁束密度\(B\)が一定となります。その箇所が飽和磁束密度\(B_S\)となります。飽和磁束密度\(B_S\)が大きいほど強力な磁石となります。

また、飽和磁束密度\(B_S\)の箇所では、透磁率\({\mu}\)が非常に小さくなり、真空での透磁率\({\mu}_0(=4{\pi}×10^{-7})\)に近い値となります。

飽和磁束密度\(B_S\)の箇所では、コイル(インダクタ)が磁気飽和しているため、インダクタンスが急激に減少し空芯コイル(コアのないコイル)と同じ状態になります。磁気飽和している場合、下図のようにコイル(インダクタ)に電圧\(v\)を印可すると過大な電流\(i\)が流れるようになります。