磁気回路（磁気抵抗）シミュレーター

電磁石・ソレノイド・リレー：吸着用電磁石、産業用ソレノイドバルブ、電磁リレーは、起磁力 N·I と磁気抵抗から鉄心内の磁束を設計します。可動鉄片を引き寄せる吸引力は磁束密度の2乗に比例するため、空隙が閉じるにつれて磁気抵抗が下がり磁束が増え、吸引力が急激に強まる「引き込み」特性を持ちます。本ツールで空隙長を変えると、その途中過程の磁束変化を追えます。

インダクタ・チョークコイル：スイッチング電源のインダクタは、鉄心にあえて空隙を設けて磁気抵抗の大半を空気で決めます。これにより L = N²/𝓡 が電流に対して安定し、直流重畳時でも飽和しにくくなります。空隙はエネルギー蓄積の場でもあり、蓄えるエネルギーの大部分は空隙の磁界に溜まります。空隙長はインダクタンス値と飽和電流を両立させる最重要パラメータです。

トランス・モーターの鉄心設計：変圧器や回転機では、磁束を効率よく流すため磁気抵抗を小さく保ちます。トランスの積層鉄心は空隙を実質ゼロにし、モーターでも回転に必要な最小限の空隙（数百µm）に抑えます。磁束密度が飽和点に届かないよう断面積を決め、鉄損（ヒステリシス損・渦電流損）とのバランスで動作磁束密度を選びます。

磁気回路としての等価モデル化：有限要素法（FEM）による電磁界解析を行う前段として、磁気回路モデルで「だいたいの磁束・インダクタンス」を見積もります。複雑な形状を直列・並列の磁気抵抗網に置き換えれば、直流回路を解く感覚で素早く当たりがつけられます。FEM結果がこの概算と桁違いなら、漏れ磁束やフリンジングの見落とし、境界条件のミスを疑うサニティチェックにもなります。

まず最大の落とし穴が、「比透磁率 μ_r を一定の定数だと思い込む」ことです。本ツールは μ_r を一定とした線形モデルで、これは磁束密度が低い領域でのみ妥当です。実際の鉄心では、磁束密度が飽和点（電磁鋼板で約1.8〜2.0T、フェライトで約0.4T）に近づくと μ_r が急激に低下し、起磁力を増やしても磁束がほとんど伸びなくなります。線形モデルで「電流を倍にすれば磁束も倍」と計算した値は、飽和域では完全に過大評価になります。磁束密度 B が約1.6Tを超えたら、このツールの値はあくまで参考程度と考え、実際のB-H曲線で再確認してください。

次に、「漏れ磁束とフリンジングを無視できると思う」こと。本ツールは磁束がすべて鉄心ループ内に閉じ込められ、空隙でも断面積が変わらない理想モデルを使っています。実際には磁束の一部は鉄心の外を通る漏れ磁束となり、空隙では磁束線が外側へ膨らむフリンジング（縁効果）で実効断面積が広がります。空隙が長いほどフリンジングは無視できなくなり、実際の磁気抵抗は計算値より小さく、磁束は計算値より大きく出ます。空隙長が断面の代表寸法と同程度になったら、フリンジング補正が必須です。

最後に、「磁気回路はオームの法則と完全に同じだから簡単」という油断。形式は同じでも、電気回路との決定的な違いがいくつかあります。第一に、磁気回路には「磁束のジュール損」に相当するものがなく、その代わり鉄損（ヒステリシス損・渦電流損）が交流動作で発生します。第二に、磁気抵抗は磁束密度に依存する非線形素子であり、電気抵抗のような定数ではありません。第三に、磁束は完全には閉じ込められず必ず漏れます。磁気回路モデルは「直流・低磁束密度での概算」には強力ですが、交流損失や飽和を扱うときはそのまま使えないことを忘れないでください。