質問: 発電機に必要な鉄芯の最適化理論 コイルの芯に使用する鉄の量を抑えれば抑えるほど、より強力な永久磁石を使えて、永久磁石といういわば永久エネルギー資源の持つパワーをきわめて効率よく引き出せるので、従来のものよりはるかに高効率の発電機が作れる、と言っている人がいます。 理科で習った電磁誘導の原理には磁界と電流と力の3要素しか登場せず、発電の原理自体に鉄は無関係ですが、コイルの芯に鉄を使用すれば磁束密度が高まる効果の説明はあり、発電機に鉄芯の使用は自明だと思っていましたが、言われてみれば、永久磁石のパワーと鉄芯の関係については習った覚えがありません。 コイルの芯に使用する鉄の量を加減して発電効率を最適化する理論はすでに世の中に確立されているのでしょうか?それともこれは単に発電機メーカーのノウハウの世界の話でしょうか?
回答: まず、発電機や電動機ではトルク(回転数あたりの出力)と磁束*総電流が比例します。(細かいことを言うと、総電流じゃなくて起磁力の方が適切でしょうが) で、鉄芯を使う場合鉄芯部の磁束密度に上限ができます。鉄の量を減らそうとして鉄芯の断面積を小さくすると磁束が減り、電流(巻き線の断面積)を増やす必要があるます。(断面は細くなりますが、コイルを囲むための長さが必要になります。) このあたりの割り振り(磁束と電流をどれくらいの割合で割り振るか)は経験則として機器設計に使われているようです。(装荷分配法で調べると情報がかかるかと思います。)