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- 磁界Hと磁束密度B、何がちがうのかあいまい
- B＝μHの透磁率μの意味がわからない
- 空気と鉄心で計算が変わる理由を知りたい
- 磁石・磁力線・磁束の基本
- HとBのちがい（原因と結果）とB＝μH
- 空気と鉄心のちがい、磁気飽和
- 巻数と電流を入れるだけの計算ツール
磁界の強さH［A/m］は、電流が磁気をつくろうとする強さ（原因）で、コイルの中では H＝NI÷l です。磁束密度B［T］は、実際に1m²あたりを通る磁束（結果）で、B＝Φ÷S です。2つは B＝μH（μ＝μ₀μr、μ₀＝4π×10⁻⁷ H/m）でつながり、鉄心のように比透磁率μrが大きい材料では、同じHでもBがずっと大きくなります。
磁気の基本｜磁力線と磁束
磁石にはN極とS極があり、同じ極どうしは反発し、ちがう極どうしは引き合います。N極とS極は必ずペアで、磁石を半分に切っても、それぞれにN極とS極ができます。
| 用語 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| 磁界 | 磁気の力がはたらく空間 | ― |
| 磁力線 | 磁界のようすを線で描いたもの。N極から出てS極に入る | ― |
| 磁束 Φ | ある面をつらぬく磁気の量（磁力線の束） | Wb（ウェーバ） |
| 磁束密度 B | 1m²あたりの磁束。B＝Φ÷S | T（テスラ）＝Wb/m² |
| 磁界の強さ H | 電流などが磁気をつくろうとする強さ | A/m |
磁力線は、①N極から出てS極に入る、②途中で交わったり枝分かれしたりしない、③密なところほど磁気が強い、という性質があります。電流が流れる電線のまわりにも、電線をぐるりと囲む磁界ができます（右ねじの法則）。
磁界Hと磁束密度Bのちがい｜原因と結果
| 磁界の強さ H | 磁束密度 B | |
|---|---|---|
| 役わり | 原因（磁気をつくろうとする強さ） | 結果（実際に通った磁気の量） |
| コイルでの式 | H＝NI÷l | B＝Φ÷S |
| 単位 | A/m | T（Wb/m²） |
| 材料の影響 | 受けない（電流と形で決まる） | 受ける（透磁率μしだい） |
| 水のたとえ | ポンプの押す力 | 実際に流れた水の量 |
Nはコイルの巻数、Iは電流、lは磁束の通り道（磁路）の長さです。Hは電流とコイルの形だけで決まり、Bは中に何があるか（空気か鉄心か）で変わる、と覚えると混乱しません。
アンペールの法則でHを求める
B＝μHと透磁率｜空気と鉄心のちがい
B＝μH μ＝μ₀ × μr
μ₀（真空の透磁率）＝4π×10⁻⁷ H/m、μr（比透磁率。μsとも書く）
透磁率μは、磁気の通しやすさです。水のたとえでは、パイプの太さにあたります。太いパイプなら、同じ押す力でもたくさん流れます。
| 材料 | 比透磁率 μr | 同じHでのB |
|---|---|---|
| 空気・真空 | 約1 | とても小さい |
| 鉄・けい素鋼 | 数百〜数千 | 空気の数百〜数千倍 |
| フェライトなど | 数百〜数千 | 空気の数百〜数千倍 |
鉄心は飽和する
鉄心のBは、Hを大きくしていくと、ある値（けい素鋼板でおよそ1.5〜2T）から先はほとんど増えなくなります。これを磁気飽和といいます。飽和すると、B＝μHのμが小さくなったのと同じで、変圧器やモーターは性能が落ちたり大きな電流が流れたりします。計算でBが2Tをこえたら、飽和していないか疑いましょう。
例題：環状コイルのH・B・Φ
巻数500回、電流2A、磁路の長さ0.5m、比透磁率500、断面積4cm²の環状鉄心コイル。H・B・Φを求めよ。
| ステップ | 計算 | 答え |
|---|---|---|
| ① H | 500×2÷0.5 | 2,000 A/m |
| ② B | 500×4π×10⁻⁷×2,000 | 約1.26 T |
| ③ Φ | 1.26×4×10⁻⁴ | 約5.0×10⁻⁴ Wb |
同じコイルで中が空気なら、Bは500分の1の約2.5mTしかありません。鉄心を入れると、少ない電流で大きな磁束をつくれることがわかります。断面積の「cm²→m²」（4cm²＝4×10⁻⁴m²）の換算を忘れやすいので注意しましょう。
磁気回路のオームの法則
磁界と磁束密度の計算ツール
コイルの巻数・電流・磁路の長さ・比透磁率・断面積を入れてください。最初は例題の数字が入っています。
入力すると、その場で計算し直します。入力した数字は画面の中で計算するだけで、どこにも送信されません。比透磁率は一定（飽和していない）とみなしています。
磁界と磁束密度のよくある間違い
| よくある間違い | 正しい考え方 |
|---|---|
| HとBは同じもの | Hは原因（電流と形で決まる）、Bは結果（材料で変わる） |
| 鉄心ではμrの大きさだけBが増え続ける | 1.5〜2T程度で飽和する |
| Bの単位はWb | BはT（＝Wb/m²）。WbはΦの単位 |
| 断面積をcm²のまま計算する | m²に直す（1cm²＝10⁻⁴m²） |
| 磁力線は交わることがある | 磁力線は交わらず、N極から出てS極に入る |
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よくある質問
- H＝NI÷l［A/m］は原因、B＝Φ÷S［T］は結果
- B＝μH、μ＝μ₀μr、μ₀＝4π×10⁻⁷ H/m
- 鉄心ではBが空気の数百〜数千倍
- 鉄心は1.5〜2T程度で磁気飽和する
- 磁力線はN極から出てS極に入り、交わらない
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ポチップ
メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。
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気になるところから読んでも大丈夫です。どの記事も、はじめて学ぶ人向けにやさしく書いています。
