渦電流損失とは?『原理』や『計算式』などを解説!

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この記事では『渦電流損失』について

  • 渦電流損失とは
  • 渦電流損失の原理・対策・計算式

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。

渦電流損失とは

渦電流損失とは

渦電流損失とは、コアに渦電流が流れることによって発生する損失です。

渦電流損失の原理

コイル(インダクタ)やトランスは、コアに電線を巻くことで構成されています。コイルに流れる電流が変化したり、外部から磁石を近づけたりすると、コアを通過する磁束が変化します。

その結果、ファラデーの電磁誘導の法則によって、コア内部に誘導起電力が発生し、渦電流が流れます。渦電流の向きは磁束を打ち消す向きとなります。

コアは電気抵抗(\(R\))を持っているので、渦電流(\(I\))が流れると、電力損失(\(RI^2\))が発生します。この電力損失のことを渦電流損失といい、渦電流損失によりコアの温度が上昇します。

補足

  • 渦電流損失は英語では「Eddy Current Loss」と書きます。
  • 渦電流は1855年にフランスの物理学者レオン・フーコー(Leon Foucault)により発見されました。

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ファラデーの電磁誘導の法則とは、「電磁誘導によって生じる誘導起電力の大きさは、その回路を貫く磁束の変化の速度に比例する」ということを表した法則です。下記の記事で別途ファラデーの電磁誘導の法則について説明しています。

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また、誘導起電力の向き(渦電流の向き)は「レンツの法則」によって決まります。レンツの法則については下記の記事で説明していますので、ご参考になれば幸いです。

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渦電流損失の対策

渦電流損失の対策

コアの電気抵抗を高くすると、渦電流の発生を抑えることができ、渦電流損失が小さくなります。

コアの電気抵抗を高くする方法

厚さ0.3mm程度の非常に薄い鉄板を何枚も重ね、層間を絶縁させた積層鉄心します。このようにすることで、渦電流が流れる経路の電気抵抗が高くなり、渦電流損失を小さくすることができます。

また、けい素鋼板のけい素の含有量を大きくすると、透磁率と電気抵抗が大きくなるので、渦電流損失を小さくすることができます。しかし、けい素の含有量が多くなると、硬度が増して、加工性が悪くなります。

渦電流損失の式

渦電流損失は次式で表されます(参考書やネットの資料によって、記号が異なります)。

\begin{eqnarray}
P_e=K_e(fB_Mt)^2V{\mathrm{[W]}}
\end{eqnarray}

上式において、各記号は下記を示しています。

  • \(P_e\):渦電流損失\({\mathrm{[W]}}\)
  • \(K_e\):比例定数
  • \(f\):周波数\({\mathrm{[Hz]}}\)
  • \(B_M\):最大磁束密度\({\mathrm{[T]}}\)
  • \(t\):鉄板厚さ\({\mathrm{[m]}}\)
  • \(V\):面積\({\mathrm{[m^3]}}\)

上式より、周波数\(f\)が高いほど、渦電流損失\(Pe\)が大きくなることが分かります。

渦電流損失は鉄損の一部

渦電流損失は鉄損の一部

鉄損はコイルやトランスなどの鉄心(コア)で生じる損失です。鉄損は主に渦電流損失ヒステリシス損失から成ります。

ヒステリシス損失については下記の記事で詳しく説明していますので、ご参考になれば幸いです。

『ヒステリシス損失』とは?「式」や「原因」について分かりやすく説明します!
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まとめ

この記事では『渦電流損失』について、以下の内容を説明しました。

  • 渦電流損失とは
  • 渦電流損失の原理・対策・計算式

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