令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　電力科目 問140 解説 問14 問14

磁性材料において、磁束の変化に伴い磁性体内部に渦電流が生じることで発生するのは「渦電流損」であり、磁区の反転に伴うエネルギー損失である「ヒステリシス損」とは異なるメカニズムであるため、選択肢(3)の記述は誤りです。

鉄損の構成要素と発生原理

磁性体に交番磁界を加えると、鉄損と呼ばれるエネルギー損失が発生し、これが熱エネルギーに変換されます。鉄損は大きく分けて、ヒステリシス損と渦電流損の2つから構成されます。

ヒステリシス損は、磁性体内部の磁区が外部磁界の変化に追従して反転する際、磁性体自身の内部摩擦のような抵抗が生じることで発生する損失です。この損失の大きさは、磁界の強さと磁束密度の関係を示すヒステリシスループ（B-H曲線）が囲む面積と、磁界の周波数に比例します。

一方、渦電流損は電磁誘導の法則に基づいた現象です。磁性体は導体でもあるため、内部を貫く磁束が時間的に変化すると、ファラデーの電磁誘導の法則により磁束の周りに起電力が発生します。この起電力によって磁性体内部に渦状の電流（渦電流）が流れ、その抵抗によってジュール熱として失われるエネルギーが渦電流損です。

磁性材料の特性と損失低減の判断

選択肢の各記述について、提示された原理と照らし合わせて判断します。

1. 強磁性体は鉄、ニッケル、コバルトのように磁化されやすい物質であり、これらの合金も同様の性質を持ちます。
2. 強磁性体に交番磁界を加えるとヒステリシス損と渦電流損が発生し、これらが組み合わさった鉄損によって発熱が起こります。
3. ヒステリシス損は磁区の反転に伴う摩擦のようなエネルギー損失であり、磁束の変化による誘導起電力で発生する渦電流とは別の物理現象です。
4. ヒステリシス損はヒステリシスループの面積と周波数に比例するという性質があるため、正しい記述です。
5. 渦電流損を抑えるには電流の経路を遮断する必要があるため、絶縁処理を施した薄い板を磁束方向と平行に積み重ねる（積層する）構造が有効です。

強磁性体内部を貫く磁束の変動に注目すると、そこに生じる電流の経路と、磁区が整列しようとする際の抵抗の様子が重なり合って見えてきます。

参考リンク

• 鉄損（ヒステリシス損・渦電流損）の発生原因と対策
• 磁性体の中の電流の動きを可視化してみる
• 電磁気学におけるヒステリシスと渦電流の物理定義