渦電流損 — CAE用語解説

渦電流損はモーターや変圧器の鉄心（電磁鋼板）で発生するエネルギー損失の一種だ。交番磁界の中に導電性の鉄心があると、電磁誘導でその内部に環状の電流（渦電流）が誘起される。この渦電流が鉄心の電気抵抗によってジュール熱になるのが渦電流損だ。周波数fの二乗と磁束密度Bの二乗に比例するから、高速回転（高周波）でパワー密度を上げようとすると渦電流損が急激に増大する。EVの高速モーターでは鉄損の大部分が渦電流損になるから、設計の核心的な課題だよ。

渦電流は板の面内を流れる。板厚dを薄くすると渦電流のループ面積が小さくなるから誘起される起電力が減り、さらに流路の電気抵抗が増える——この両方の効果で渦電流の大きさが減る。渦電流損はd^2に比例するから、板厚を半分にすると損失は1/4になる理屈だ。実際のモーター用電磁鋼板は0.2〜0.5mm厚が主流で、高速回転EV向けには0.1mm薄板まで使われる。ただし薄くするとプレス打ち抜きコストが上がるし、積層枚数が増えるから製造難度も上がる。

時間変化する磁場中の渦電流分布を直接計算するには時間過渡FEM（Transient FEM）が必要で、Ansys MaxwellやJMAG、OpenFOAM（magnetoFoam）で実装されている。ただし積層鋼板の全層をFEMでモデル化すると計算コストが爆発的に増えるため、実務では均質化モデルが使われる——各層を均質化した等価異方性導電体に置き換えて、巨視的な渦電流分布を計算する手法だ。Bertotti損失分離モデルを使えば、磁束密度波形とB-H曲線から鉄損（ヒステリシス損+渦電流損+過剰損）を解析的に推定することもできる。