トランスコアにシリコン鋼板を使用する理由 – 湍流損失の削減
なぜ他の種類の鉄損—渦電流損失を削減するのか？
トランスが動作すると、その巻線を通る交流により、それに応じて磁束が変動します。この変動する磁束は鉄芯内に誘導電流を生じさせます。これらの誘導電流は磁束の方向に対して垂直な面内で循環し、閉ループを形成するため、渦電流と呼ばれています。渦電流損失もまた、コアの発熱を引き起こします。
なぜトランスコアはシリコン鋼板で作られるのか？
シリコン鋼は、シリコン（または「Si」とも呼ばれます）含有量が0.8%から4.8%の鋼合金であり、トランスコアによく使用されます。その理由は、シリコン鋼の高い磁気透過性にあります。効率的な磁性材料として、通電時に高密度の磁束を生成でき、トランスをより小型にすることができます。
現実のトランスは交流条件下で動作します。電力損失は、巻線の抵抗だけでなく、鉄芯内の周期的な磁化によるものもあります。このコアに関連する電力損失は「鉄損」と呼ばれ、以下の2つの成分から成ります：
ヒステリシス損失
渦電流損失
ヒステリシス損失は、コアの磁化過程における磁気ヒステリシス現象から生じます。この損失の大きさは、材料のヒステリシスループに囲まれた領域の大きさに比例します。シリコン鋼は狭いヒステリシスループを持ち、ヒステリシス損失が低く、発熱も大幅に減少します。
これらの利点があるにもかかわらず、なぜ固体のシリコン鋼を使用しないのか？なぜ薄いシートに加工するのか？
答えは、鉄損の第2の成分—渦電流損失を削減するためです。
前述のように、交流磁束はコア内に渦電流を誘導します。これらの電流を最小限に抑えるために、トランスコアは絶縁された薄いシリコン鋼板を積層して構築されます。この設計により、渦電流は断面積が小さく長い細い経路に制限され、その流れの経路での電気抵抗が増加します。さらに、合金にシリコンを添加することで、材料自体の電気抵抗が増加し、渦電流の形成が抑制されます。
通常、トランスコアには約0.35 mm厚の冷間圧延シリコン鋼板が使用されます。必要なコア寸法に基づいて、これらのシートは長条に切り取られ、「日」（ダブルウィンドウ）またはシングルウィンドウ構成で積層されます。
理論的には、シートが薄く、ストリップが狭ければ狭いほど、渦電流損失は小さくなり、温度上昇と材料使用量が減少します。しかし、実際の製造では、設計者は渦電流の最小化だけに基づいて最適化しません。非常に薄いまたは狭いストリップを使用すると、生産時間と労働が大幅に増加し、コアの有効断面積が減少します。したがって、シリコン鋼コアを製造する際、エンジニアは技術性能、製造効率、コストを慎重にバランスを取りながら、最適な寸法を選択する必要があります。
