磁気コアはどのように機能しますか？- Zhejiang Enhong Electronics Co., Ltd.

磁気コアは、電力変圧器やインダクタからモーターやセンサーまで、膨大な電気および電子機器の基本的なコンポーネントです。心のこもった、これらの一見シンプルな構造は、磁束を効率的に集中および誘導するように設計された、物質科学と電磁気の複雑な驚異です。それらがどのように機能するかを理解するには、磁気の原則と使用される材料の特定の特性を掘り下げる必要があります。

磁性と磁気透過性の基本

磁気コアの操作は、 磁性透過性 （ $μ$ ）、それ自体内の磁場の形成をサポートする材料の能力。簡単に言えば、それは磁力線が材料を通過することがどれほど簡単にできるかの尺度です。空気または真空には磁性透過性があります（ $μ_{0}$ ）約 $4 π \times 1 0^{- - 7}$ h/m（メートルあたりのヘンリーズ）、これは参照として機能します。

鉄、ニッケル、コバルト、その合金などの強磁性材料は、非常に高い磁性透過性を示します。このユニークな特徴は、その原子構造、特に小さな磁石として機能する不対の電子の存在に由来します。これらの材料では、外部磁場の影響下で、これらの原子磁石（または 磁気ドメイン ）全体的な磁場を大幅に増幅します。

電流を運ぶ導体がコア材料の周りに巻かれると、磁場が生成されます。このコア材料の透過性が高い場合、これらの磁場線を効果的に「収集」し、濃縮し、体を通ってチャネリングします。このフラックスの濃度は、磁気コアの主な機能です。

キー関数とアプリケーション

磁気流束を集中させる磁気コアの能力により、いくつかの重要な機能が可能になります。

インダクタンスの増加： インダクタでは、ワイヤのコイルが磁場を作成します。コアがなければ、インダクタンス（磁場にエネルギーを保存する能力）は比較的低いです。高透過性の磁気コアを導入すると、コイルのインダクタンスが劇的に増加し、より多くのエネルギーを蓄積し、フィルタリング、チューニング、エネルギーの貯蔵により効果的になります。インダクタンス（ $l$ ）コアを持つコイルは、コアの透過性とターン数の正方形に直接比例し、磁気経路の長さに反比例します。
効率的なエネルギー移動（トランス）： トランスでは、2つ以上のコイルが一般的な磁気コアの周りに巻かれています。交互の電流がプライマリコイルを流れると、高透過性コアを介して効率的に誘導される変化する磁場が生成されます。この変化する磁束は、セカンダリコイルに電圧を誘導し、回路間の電気エネルギーの効率的な伝達を可能にし、電圧レベルを上昇または下げます。コアが最小化されます 漏れ流れ （両方のコイルをリンクしない磁場線）。それにより、結合効率が最大化されます。
改善された磁気結合（モーターと発電機）： モーターと発電機では、磁気コアはステーターとローターの部分を形成し、トルクを生成するか、電力を生成する磁場を導きます。コアは、磁場線が固定部品と回転部分の間で効果的に相互作用し、効率的なエネルギー変換につながることを保証します。

磁気コアの種類とその特性

磁気コア材料の選択は重要であり、意図したアプリケーション、特に動作周波数と電力レベルに大きく依存します。

ソフトアイアンコア： これらは、最も単純で最も古いタイプの磁気コアの1つです。柔らかい鉄は、その比較的高い透過性と低いために使用されます 保持性 （外部フィールドが削除された後に磁気を維持する能力）。それらは一般に、強力で一時的な磁場が必要な電磁石で見られます。
シリコンスチールコア（ラミネーション）： パワートランスなどのACアプリケーションの場合、 シリコンスチール 選択した素材です。シリコンの追加（通常0.5％から4.5％）は抵抗率を高め、減少させます コア損失 、具体的には 渦電流損失 。変化する磁場によってコア内で誘導される循環電流である渦電流をさらに軽減するために、これらのコアは薄いシートまたは ラミネーション それは互いに電気的に絶縁されています。これにより、渦電流パスが分割され、それらを小さなループに強制し、その大きさを大幅に削減します。 ヒステリシス損失 、コアを繰り返し磁化して消滅させるために必要なエネルギーによって引き起こされる別のタイプのコア損失も、材料の選択で考慮されます。シリコンスチールには比較的狭いヒステリシスループがあり、サイクルあたりのエネルギー損失が低いことを示しています。
フェライトコア： フェライトは、主に他の金属元素（ニッケル、亜鉛、マンガンなど）と混合した鉄酸化鉄で構成されるセラミック化合物です。金属コアとは異なり、フェライトはそうです 絶縁体 、つまり、抵抗率が非常に高いことを意味します。このプロパティは彼らを理想的にします 高周波アプリケーション （KilohertzからGigahertzの範囲）メタリックコアでは渦電流損失が法外になります。フェライトは次のように分類されます。
- ソフトフェライト： RFトランス、インダクタ、EMI抑制などのアプリケーションで使用されます。それらは、強制性が低く（磁化され、磁化され、消化されやすい）、高周波数での損失が比較的低いです。
- ハードフェライト： 強制性と保持性が高いため、永久磁石に使用されます。
Permalloyコア： これらは、特に低磁場強度での非常に高い磁性透過性と低い強制性で知られているニッケル鉄合金です。これらは、正確な磁気性能が必要な敏感な磁気センサー、磁気シールド、高品質のオーディオトランスでよく使用されます。
アモルファスおよびナノ結晶コア： これらは、急速に冷却する溶融金属によって形成される新しいクラスの材料であり、結晶構造の形成を防ぎます。非常に高い透過性、低コア損失、飽和フラックス密度が高いなど、優れた磁気特性を提供し、高周波パワーエレクトロニクスと高度な誘導コンポーネントに適しています。

コア損失：実際の考慮事項

磁気コアはパフォーマンスを向上させますが、ロスレスではありません。交互の現在の条件下での磁気コアの損失の主要なタイプは次のとおりです。

ヒステリシスの損失： 前述のように、これは、コア材料の磁気ドメインが各サイクルの磁化とデスペニュー化の間に繰り返し方向に再配向したときに熱として放散されるエネルギーです。材料のヒステリシスループの面積に比例します。
渦電流損失： これらは、変化する磁場によってコア材料自体内に誘導される望ましくない循環電流によって引き起こされる抵抗損失です。それらは、ラミネートコアまたはフェライトのような高耐性材料を使用することにより最小化されます。

エンジニアは、これらの損失を最小限に抑えるために、コアマテリアルと設計を細心の注意を払って選択し、特定のアプリケーションで可能な限り最高の効率を確保します。

磁気コア電磁気と物質科学の原則を活用して磁場を制御および最適化する不可欠なコンポーネントです。フラックスを集中し、損失を減らし、効率的なエネルギー伝達を可能にする能力により、現代の世界を動かす無数の電子システムと電気システムの機能に重要になります。それらの基本的な操作とさまざまなコア材料の特性を理解することは、電気回路を使用したり設計したりする人にとって不可欠です。