ヒステリシス損失とは何ですか

ヒステリシス損失とは何ですか？

ヒステリシス損失は、磁化過程でのヒステリシス効果により発生する強磁性材料（鉄心など）におけるエネルギーの散逸を指します。外部磁場が変化すると、強磁性材料の磁化はすぐに磁場の変化に従いません。むしろ、遅延があります。具体的には、磁場強度がゼロに戻っても、磁化は完全にゼロに戻らず、残存磁化を消すために逆方向の磁場が必要です。この遅延によって熱としてエネルギーが散逸し、これがヒステリシス損失と呼ばれます。

ヒステリシスループは、この現象をグラフで表したもので、磁場強度（H）と磁束密度（B）の関係を示しています。ヒステリシスループで囲まれた面積は、磁化の1サイクルあたりの単位体積あたりのエネルギー損失を表します。

磁気回路におけるヒステリシス損失の役割

エネルギー損失：

トランスやモータなどの電磁機器では、コアは通常強磁性材料で作られています。これらの装置が動作するとき、コア内の磁場は頻繁に向きや強度が変わります。磁場の各変化はヒステリシス損失を引き起こし、エネルギーが熱として散逸します。

このエネルギー損失は、入力エネルギーの一部がコアの加熱に浪費され、本来の作業に使われないため、装置全体の効率を低下させます。

温度上昇：

ヒステリシス損失によって生成される熱は、コアの温度上昇を引き起こします。温度が高すぎると絶縁材料が損傷したり、機器の寿命が短くなったり、さらには故障する可能性もあります。

したがって、強磁性材料を選択および設計する際には、不要な熱生成を最小限に抑えるために、そのヒステリシス特性を考慮することが重要です。

装置性能への影響：

高いヒステリシス損失は、特に高周波アプリケーションにおいてこれらの損失が特に顕著な場合、装置の効率を低下させることがあります。効率を向上させるために、低コーシビティと低いヒステリシス損失を持つシリコン鋼や非晶質合金などの材料がよく選ばれます。

場合によっては、磁気回路の設計を最適化して磁束密度の変化頻度を減らすことにより、ヒステリシス損失を最小限に抑えることができます。

ヒステリシス損失の計算：

ヒステリシス損失は、シュタインメッツ方程式を使用して推定できます：

ここで、Wh は単位体積あたりのヒステリシス損失（ワット/立方メートル）;

kh は材料に関連する定数;

f は磁場変化の周波数（ヘルツ）;

Bm は最大磁束密度（テスラ）;

n は経験的な指数で、通常1.6から2.0の範囲内です。

まとめ

ヒステリシス損失は、強磁性材料におけるヒステリシス効果によるエネルギーの散逸であり、主に熱として現れます。磁気回路では、装置の効率と温度上昇に影響を与えるため、材料の選択と設計には慎重な考慮が必要です。適切な材料を選択し、設計を最適化することで、ヒステリシス損失を効果的に減少させ、装置全体の性能と寿命を改善することができます。