※本記事にはプロモーション（広告）が含まれています。
- 「鉄損＝ヒステリシス損＋渦電流損」は暗記したが、それぞれ何なのかイメージできない
- 変圧器の効率計算で「鉄損は一定、銅損は負荷の2乗に比例」と覚えているが、なぜ一定なのかわからない
- 渦電流損を「減らす対策」を問われて「成層鉄心にする」と答えたが、なぜそれで減るのか説明できない
- ヒステリシスループ（B-H曲線）の図は見たことがあるが、なぜ面積が損失になるのかピンとこない
- 渦電流損＝「鉄心の中に渦巻き電流が流れて発熱する」メカニズム
- ヒステリシス損＝「磁区の方向転換で摩擦熱が生じる」メカニズム
- それぞれの損失公式と、周波数・磁束密度との関係
- 対策（成層鉄心・珪素鋼板）の理由を原理から説明できるようになる
鉄損とは、交流磁界の中で鉄心（磁性体）が発熱して失われるエネルギーのことです。原因は2つ。渦電流損は「磁束変化で鉄心内に電流が発生し、ジュール熱として消費される損失」。ヒステリシス損は「磁束の向きが繰り返し変わるたびに、鉄心内部の磁区が方向転換する際の摩擦による損失」。前者はファラデーの法則、後者は磁性体の性質に起因します。
鉄損は理論科目の「電磁気」分野で出題されるだけでなく、機械科目の変圧器や誘導機の損失計算にも直結する科目横断テーマです。
この記事では、2つの損失の発生メカニズムを「原理 → イメージ → 公式 → 対策」の順番で丁寧に解説します。
🔥 鉄損とは？｜「鉄心が熱くなる」損失の全体像
まずは「鉄損」の全体像を把握しましょう。
鉄損（iron loss）とは、交流磁界の中に置かれた鉄心（磁性体）で発生するエネルギー損失のこと。失われたエネルギーは熱に変わる。
鉄損 = 渦電流損 + ヒステリシス損
これが鉄損の「家族構成」です。原因がまったく異なる2種類の損失が、たまたま同じ鉄心で発生しているだけなのです。
なぜ鉄損は「交流」のときだけ発生するのか？
ポイントは「磁束が時間的に変化すること」です。
直流（磁束一定）の場合、渦電流もヒステリシスの繰り返しも発生しないため、鉄損は原理的にゼロです。交流では磁束が常に変化し続けるから、鉄損が発生します。
鉄損は電圧（＝磁束）に依存し、負荷電流には依存しない。
変圧器の効率計算で「鉄損＝一定」となるのは、電圧が一定なら磁束も一定だからです。一方、銅損は電流の2乗に比例。この違いは変圧器の損失と効率の計算で必ず使います。
「渦電流とヒステリシス損」を試験の得点につなげるなら、前後の単元とあわせて教科書で押さえておくと安心です。TAC出版『みんなが欲しかった！』シリーズの、電験三種「理論」の教科書と問題集が1冊になった本です。
渦電流は、鉄心の中の磁束が変化することで起きる電磁誘導の一種です。ファラデーの法則は次の記事で解説しています。
e=-N(dΦ/dt) の意味を完全理解
🌀 渦電流損とは？｜「鉄心の中に電流が渦巻く」
渦電流が発生するメカニズム
ファラデーの法則を思い出してください。「磁束が変化すると、電圧（起電力）が発生する」でしたね。
コイルに限らず、鉄心も「電気を通す物体（導体）」です。鉄心の中で磁束が変化すると、鉄心の内部にも起電力が誘導され、鉄心自体に電流が流れてしまうのです。
交流電流がコイルに流れ、鉄心の中の磁束Φが時間的に変化する
ファラデーの法則により、鉄心内部に起電力が誘導される
鉄心は導体なので、誘導された起電力によって鉄心内部に電流が「渦巻き状」に流れる → これが渦電流
渦電流が鉄心の電気抵抗を通るとき、ジュール熱（I²R）が発生 → これが渦電流損
お風呂の栓を抜くと、水が渦を巻きながら排水口に流れていきますよね。あの「渦」を想像してください。
鉄心の中でも、磁束の変化に引きずられて電流が渦巻き状に流れます。水の渦が排水口の壁にぶつかって熱を生むように、電流の渦が鉄心の抵抗にぶつかって熱を生む。これが渦電流損です。
渦電流損の公式
Pₑ ∝ f² × Bₘ² × t²
f：周波数 [Hz] Bₘ：最大磁束密度 [T] t：鉄板の厚さ [m]
| 要素 | 影響 | 理由 |
|---|---|---|
| 周波数 f | f² に比例 | 磁束の変化速度が速い → 誘導起電力が大きい → 電流も大きい |
| 磁束密度 Bₘ | Bₘ² に比例 | 磁束の振幅が大きい → 変化量も大きい → 起電力も大きい |
| 鉄板の厚さ t | t² に比例 | 厚い → 渦電流のループが大きい → 電流が増える |
渦電流損を減らす最も効果的な方法は鉄板を薄くすることです。厚さを半分にすれば損失は1/4になる。だから変圧器の鉄心は、分厚い鉄の塊ではなく、薄い鉄板を何枚も重ねた「成層鉄心」を使うのです。
🛡️ 渦電流損の対策｜なぜ「成層鉄心」にするのか？
対策①：成層鉄心（薄い鉄板を積み重ねる）
渦電流損を減らす最も一般的な対策が成層鉄心です。
分厚い鉄心（1枚板）
渦電流が大きなループで流れる
→ 電流大 → 発熱大
損失：大
薄い鉄板の積み重ね（成層鉄心）
各層で渦電流のループが小さくなる
→ 電流小 → 発熱小
損失：小
広い川（太い鉄心）に大きな渦が発生するのを防ぐために、川を細い水路に分割する（薄い鉄板に分ける）イメージです。各水路では小さな渦しかできないので、全体のエネルギー損失が大幅に減ります。
さらに、各鉄板の表面には絶縁被膜（ワニスなど）が塗られています。これにより、鉄板間を電流が流れるのを防ぎ、渦電流をさらに抑制します。
対策②：珪素鋼板（電気抵抗を上げる）
もう一つの対策は、鉄にケイ素（Si）を添加して電気抵抗を大きくすることです。
渦電流損は I²R のジュール熱ですが、抵抗Rが大きいと電流Iが流れにくくなり、結果として損失が減ります。変圧器や電動機の鉄心に「珪素鋼板」が使われるのはこのためです。
「渦電流損を低減する方法として正しいものを選べ」→ 答えは「鉄心を薄い珪素鋼板の成層鉄心にする」。「薄い」（ループを小さく）＋「珪素」（抵抗を上げる）の2つのキーワードをセットで覚えましょう。
電気回路の基本があいまいなときは、入門書で土台を固めておくと理解が進みます。電気回路の基本を、つまずいている人向けにやさしく解説した入門書です（オーム社）。
🔄 ヒステリシス損とは？｜「磁区の方向転換の摩擦」
まず「磁区」を知ろう
ヒステリシス損を理解するには、鉄の内部構造を知る必要があります。
鉄などの強磁性体の内部には、「磁区（じく）」と呼ばれる小さな領域がたくさんあります。各磁区は小さな磁石のように、それぞれの方向を向いています。
体育館に100人がコンパスを持って立っていると想像してください。最初は全員バラバラの方向を向いています（磁化されていない状態）。
ここで「全員北を向け！」と号令をかけると、みんながザワザワと体の向きを変えます。この方向転換するときの「人と人のぶつかり合い」がヒステリシス損のイメージです。
ヒステリシス損が発生するメカニズム
外部磁界Hをかける → 磁区が磁界の方向に揃い始める
磁界の方向が反転する（交流なので） → 磁区が反対方向に向きを変える
方向転換のたびに、磁区同士が「摩擦」を起こす → エネルギーが熱として消費される
これが1サイクルごとに繰り返される → 周波数が高いほど繰り返し回数が増える → 損失も増える
ヒステリシスループ（B-H曲線）と損失の関係
磁界H（横軸）と磁束密度B（縦軸）の関係をグラフにすると、交流1サイクルでループ状の曲線を描きます。これが「ヒステリシスループ」です。
ヒステリシスループの面積 ＝ 1サイクルあたりのヒステリシス損
ループが太い（面積が大きい）→ 損失が大きい
ループが細い（面積が小さい）→ 損失が小さい
ヒステリシス損の公式
Pₕ ∝ f × Bₘ1.6
f：周波数 [Hz] Bₘ：最大磁束密度 [T]
（スタインメッツの実験式。指数1.6は材料によって異なる）
渦電流損：Pₑ ∝ f² × Bₘ²（周波数が2乗で効く）
ヒステリシス損：Pₕ ∝ f × Bₘ¹·⁶（周波数は1乗）
→ 周波数が高くなると、渦電流損のほうが急激に増える。だから高周波で使う鉄心ほど、渦電流損の対策（薄い鉄板）が重要になります。
🛡️ ヒステリシス損の対策｜「ループが細い材料」を選ぶ
ヒステリシス損は鉄心の材質そのもので決まります。つまり、対策は「損失の少ない材料を選ぶ」ことです。
軟磁性体 vs 硬磁性体
| 項目 | 軟磁性体（ソフト磁性） | 硬磁性体（ハード磁性） |
|---|---|---|
| ヒステリシスループ | 細い（面積小） | 太い（面積大） |
| ヒステリシス損 | 小さい | 大きい |
| 保磁力 | 小さい（磁化しやすく消磁しやすい） | 大きい（磁化しにくく消磁しにくい） |
| 用途 | 変圧器の鉄心、モーターのコア | 永久磁石 |
| 代表例 | 珪素鋼板、パーマロイ | ネオジム磁石、フェライト磁石 |
軟磁性体はストレッチをしている柔軟な人。体の向きをスムーズに変えられるので、摩擦（損失）が少ない。
硬磁性体は筋肉質でガチガチの人。向きを変えるたびに大きなエネルギーが必要（損失が大きい）。でも一度向いた方向をしっかり維持する力は強い（→ 永久磁石に最適）。
「変圧器の鉄心には保磁力の大きい材料を使う」→ ×（保磁力が大きい＝ループが太い＝損失大）
「変圧器の鉄心には保磁力の小さい軟磁性体を使う」→ ○
📊 渦電流損 vs ヒステリシス損｜完全比較表
2つの損失を並べて整理しましょう。この表を丸ごと頭に入れるのが最も効率的です。
| 比較項目 | 🌀 渦電流損 Pₑ | 🔄 ヒステリシス損 Pₕ |
|---|---|---|
| 発生原因 | 鉄心に流れる渦電流のジュール熱 | 磁区の方向転換の摩擦熱 |
| 物理法則 | ファラデーの法則（電磁誘導） | 磁性体の性質（ヒステリシス特性） |
| 周波数依存性 | f²（2乗） | f（1乗） |
| 磁束密度依存性 | Bₘ²（2乗） | Bₘ¹·⁶（1.6乗） |
| 主な対策 | 成層鉄心（薄い鉄板）+珪素鋼板 | 保磁力の小さい軟磁性体を選ぶ |
| B-H曲線との関係 | 直接の関係なし | ループ面積＝1サイクルの損失 |
| 高周波での影響 | 急激に増加（f²） | 増加するが渦電流損ほどではない |
「渦は2乗、ヒスは1乗」
渦電流損の周波数依存が f² 、ヒステリシス損の周波数依存が f。この「2」と「1」さえ覚えれば、選択肢を絞り込めます。
鉄損の計算ツール｜周波数・電圧・板厚を変えたときのヒステリシス損と渦電流損
「元の条件」でのヒステリシス損と渦電流損がわかっているとき、周波数・電圧・鉄板の厚さを変えると、それぞれの損失が何Wになるかを、上の2つの公式（Pₕ ∝ f × Bₘ1.6、Pₑ ∝ f² × Bₘ² × t²）で比を取って求めます。最初の値は「50Hz用の変圧器を同じ電圧のまま60Hzで使う」例です（損失の値は説明用の仮の数字）。
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。前提：同じ鉄心・同じ材料で、電圧は正弦波とし、最大磁束密度 Bₘ は電圧 ÷ 周波数に比例する（変圧器の誘導起電力 E ＝ 4.44 f N Φₘ から）として計算します。ヒステリシス損の指数は材料で変わり、本文では1.6、電験の解説では2で近似することもある（たとえば令和4年度下期 機械 問9 の解説）ので選べるようにしています。鉄板の厚さは比だけを使うので、単位はそろっていれば何でもかまいません。
鉄損は、変圧器の「無負荷試験」で測ります。試験で何がわかるかは次の記事で図解しています。
無負荷試験・短絡試験で何がわかるか
🔌 変圧器の損失計算への橋渡し｜鉄損＝一定、銅損＝可変
最後に、この知識が機械科目の変圧器にどう繋がるかを整理します。
| 損失の種類 | 別名 | 依存する要素 | 負荷との関係 |
|---|---|---|---|
| 鉄損 Pᵢ | 無負荷損 | 電圧（磁束密度）と周波数 | 一定（負荷に依存しない） |
| 銅損 Pᶜ | 負荷損 | 電流（I²R） | 電流の2乗に比例 |
なぜ鉄損が「一定」なのか？それは、電源電圧と周波数が一定なら、磁束密度Bₘも一定だからです。負荷（2次側の電流）がいくら変化しても、鉄心の磁束は変わらない。だから鉄損は負荷に依存しません。
変圧器の効率が最大になるのは「鉄損＝銅損」のとき。これは機械科目の超頻出テーマです。鉄損の意味を理解していれば、この条件が「なぜそうなるか」も納得できます。詳しくは変圧器の基本原理の記事で解説しています。
📌 まとめ
🎯 この記事のポイント
① 鉄損 = 渦電流損 + ヒステリシス損。交流磁界の中で鉄心が発熱する2つの原因。
② 渦電流損＝鉄心にファラデーの法則で電流が渦巻く → I²Rのジュール熱。対策は成層鉄心（薄い鉄板）＋珪素鋼板。
③ ヒステリシス損＝磁区が方向転換するときの摩擦熱。対策は保磁力の小さい軟磁性体を選ぶ。
④ 覚え方：「渦は2乗、ヒスは1乗」。渦電流損 ∝ f²、ヒステリシス損 ∝ f。
⑤ 変圧器では鉄損＝一定（無負荷損）。銅損＝電流の2乗に比例（負荷損）。最高効率は鉄損＝銅損のとき。
鉄損と並んで、変圧器では漏れリアクタンスや励磁電流といった用語もよく出てきます。
メーカーで回路設計と生産技術（品質改善）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。
電験三種の試験でどう問われるかは、過去問で確かめるのがいちばんの近道です。電験三種の過去10年分の試験問題をまとめた過去問題集です（2026年度版）。
ポチップ
「どこから手をつければいいかわからない」「計算問題で手が止まる」と感じたら、講義と問題演習がセットになった通信講座を使う方法もあります。アガルートアカデミーには電験三種の講座があります。料金や内容は公式サイトで確かめてください。
次に読むべき記事
鉄損のしくみがわかったら、変圧器の損失と効率の計算に進みましょう。
テーマ別に、もっと深く学ぶ
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。
