『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!

スポンサーリンク


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(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)に巻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。

『飽和磁束密度(最大磁束密度)』の時の電流波形

この過大な電流\(i\)は以下の式において、インダクタンス\(L\)が小さくなると、電流の変化率\(\displaystyle\frac{di}{dt}\)が大きくなることから分かります。

\begin{eqnarray}
v=L\frac{di}{dt}
\end{eqnarray}

補足

  • ヒステリシス曲線はB-Hカーブ、磁化曲線、磁気ヒステリシス曲線、ヒステリシス環線とも呼ばれています。
  • 飽和磁束密度\(B_S\)の変数を\(B_{sat}\)としている参考書もよく見かけます。
  • 飽和磁束密度\(B_S\)は最大磁束密度\(B_M\)と等価です。
  • 飽和磁束密度\(B_S\)は英語では『Saturation Magnetic Flux Density』と書きます。
  • 磁性体(コア)は磁束を集める能力に限界があるため、磁界の強さ\(H\)が大きくなるにつれ、ヒステリシス曲線は徐々に緩やかになります。

まとめ

この記事では『ヒステリシス損失』について、以下の内容を説明しました。

  • 『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』

お読み頂きありがとうございました。

当サイトでは電気に関する様々な情報を記載しています。当サイトの全記事一覧は以下のボタンから移動することができます。

全記事一覧

本記事で説明した『飽和磁束密度(最大磁束密度)』の関連記事は下記となっています。ご参考になれば幸いです。

また、下記に当サイトの人気記事を記載しています。ご参考になれば幸いです。

みんなが見ている人気記事

© 2021 Electrical Information Powered by AFFINGER5