積層する理由は？

モーターコア（積層コア）の積層は、モーター、変圧器などの鉄心で生じる損失（鉄損失）を低減するために行われます。ここでは、積層を行う理由と、鉄損失が発生する理由とその対策についてご紹介します。

モーターコア（積層コア）を積層する理由は？

モーターコアは一般的に、薄い電磁鋼板を一定枚数積み重ねて（積層）作られています。積層構造になっている理由は、鉄損となる渦電流を低減することができるからです。

磁束の透る方向に対して平行に磁束を透し、垂直方向には電気的に絶縁されるため、磁気特性を低下させることなく渦電流を低下させることが可能になるのです。

鉄損失とは、モーター、変圧器などの鉄心で生じる損失のことです。鉄心にかかる電圧の大小に関わらず、鉄心に電圧がかかっている限り発生するため、「無負荷損」とも呼ばれます。

これに対して、電流が流れることで巻線に抵抗が発生した際に発生する損失を「銅損」と言います。どちらも単位はワット（W/kg）で表されます。

鉄損失の発生は電力の無駄となり、かつ振動や発熱を引き起こすため、数値が小さいほど高性能・高効率と捉えられます。

鉄損失が発生する原因には「ヒステリシス損」と「渦電流損」があり、それぞれで発生要因が異なります。

ヒステリシス損とは、鉄心の磁界方向、磁束の大きさが変化することで生じるエネルギー損失のことです。これらの変化により、鉄心中の磁気分子の方向や配列が変わり、分子相互間の摩擦損が生じます。

一般的にヒステリシス損は渦電流損より大きいので、鉄損はヒステリシス損の特性が影響すると言っても過言ではありません。

対策としては、ケイ素を添加して結晶磁気異方性および磁気ひずみを減少させる、結晶方位を揃える方法などが挙げられます。

渦電流損は、磁場の向きを変えたきに、磁化の変化を妨げるように鋼板内に発生する渦電流による損失のこと。ジュール熱となり外部に逃げていきます。

具体的な低減方法は、ケイ素を添加し電気抵抗を上げること、板厚を薄くして板厚面内の渦電流を流れづらくする、などが挙げられます。薄い鋼板を積層したり、透磁率が高く導電率の低い材料を使用するのが効果的です。

積層を行う理由を簡単にご説明しました。板を薄くすることで鉄損失が減るため、モーターコアはこの効果を図って積層鋼板構造を採用しています。モーターコアのエネルギー効率向上は重要な課題となっており、技術的なキーの一つとして、積層が採用されているのです。