電磁界解析・磁場解析とは？基礎知識やできること、選び方までをわかりやすく解説！

電磁界解析は、CAEの一分野で、構造解析や流体解析と並ぶ解析手法です。モーターからアンテナ、基板のノイズ対策まで、電磁気が関わるものづくり全般で使われます。ここでは、計算の仕組み、解析でわかること、計算手法を押さえます。

マクスウェルの方程式を数値で解く仕組み

電磁界解析は、電磁気の基礎理論であるマクスウェルの方程式を数値計算で解く技術です。対象の空間を細かな要素に分割し、各点の磁束密度や電界強度を求めます。結果は分布図として表示され、目に見えない磁束の流れを画面上で確認できます。

電磁現象は、ほかの物理現象の起点にもなる点が特徴です。コイルに電流が流れれば発熱し、磁力が働けば部品に力や振動が生じます。電磁界の計算結果をもとに、こうした発熱や振動まで追いかけられます。

解析でわかること

この解析でわかるのは、形状だけでは判断できない物理的な性能です。モーターなら発生するトルクや効率、トランスなら鉄心や巻線で生じる損失を見積もれます。機器全体では、外部に漏れるノイズの強さも数値で確かめられます。

実機を作って測る前に、設計の良し悪しを画面上で比べられる点が、試作頼みの開発との違いです。用途はモーターに限らず、リレーやソレノイド、ワイヤレス給電、センサーにも広がります。どの手法が要るかは、機器が動く周波数帯によって大きく変わります。

計算手法の中心は有限要素法（FEM）

低周波の磁界解析で広く使われる計算手法が、有限要素法（FEM）です。解析空間を三角形や四面体の要素（メッシュ）に分け、要素ごとに方程式を解きます。要素分割の自由度が高く、複雑な形状でも比較的精度よく扱えます。

高周波の領域では、FEM以外の手法も用途に応じて使い分けるのが一般的です。時間領域で広帯域を一度に計算するFDTDやFIT、TLMが代表例です。表面だけを扱うモーメント法（MoM）が選ばれる場面もあります。

編集部メモ：低周波はFEM、高周波はFDTDなどと、扱う物理で適した手法も製品も異なるのが実情です。自社の機器がどの周波数帯で動くかを先に整理しておくと、必要な解析の種類が見えてきます。

電磁界解析の利点は、実機がないと分からない値を設計段階で確かめられる点から生まれます。開発の期間とコストだけでなく、設計の質にも効果が表れます。

• 試作回数と検証期間を減らせる
• 形状や材料の案を短時間で比べられる
• 量産前にノイズや発熱の問題を見つけられる

試作回数と検証期間を減らせる

性能を試作前に見積もれるため、試作と実測を繰り返す回数を減らせます。試作費と検証期間がかさむという、電磁機器開発の悩みを設計段階から減らせるのが利点です。EV用モーターのように高効率と小型化を両立したい開発ほど、この差が大きくなります。

モーターなら、トルクむら（コギング）や鉄損を抑える形状を、試作前に絞り込めます。有望な案だけを試作に回せば、1回の試作から得られる情報も多くなるでしょう。解析と実測を組み合わせて使うことで、試作削減の効果を安定して得られます。

形状や材料の案を短時間で比べられる

形状や材料、巻線の組み合わせを変えながら、複数の案を短時間で評価できます。条件を振った比較も、画面上なら何度でも繰り返せます。試作では手が回らなかった案も試せるため、設計の幅が広がるのを実感できるでしょう。

磁束の分布を見ながら直せるので、どこを変えれば性能が上がるかの見当もつけやすくなります。分布図は、なぜその形状や材料を選んだかを社内や顧客に示す根拠にもなります。検討の結果を残していけば、設計のノウハウを組織にためやすい点も利点です。

量産前にノイズや発熱の問題を見つけられる

機器から放射されるノイズや、外部ノイズへの耐性を設計段階で評価できます。量産後に規格不適合が見つかると、対策費と納期遅延が大きくなりがちです。ノイズ源を早い段階で特定できる安心感は大きいでしょう。

トランスでは損失の分布が見えるため、絶縁の劣化につながる発熱を事前に抑えられます。熱や構造との連成まで踏み込めば、温度上昇や電磁加振による騒音も検証の対象になります。単独の解析では見えにくい不具合を、量産前に捉えやすくなる点も心強いところです。

電磁界解析は、構造解析などに比べて専門性が高い技術です。導入後につまずかないよう、対処法とあわせて押さえておきましょう。

• 設定次第で結果が実機と合わなくなる
• 使いこなせる人材の育成に時間がかかる
• ライセンス費用と計算環境の負担が大きい

設定次第で結果が実機と合わなくなる

解析は、実機の挙動を近似する手段にすぎません。材料の磁気特性や境界条件、メッシュの細かさによって結果は変わります。とくに鉄心のB-H曲線や、磁束が飽和する非線形な挙動の扱いは精度を大きく左右する要素です。

対処法：解析だけで設計を決めず、要所では実測と突き合わせて精度を確かめてください。メッシュの細かさを変えて、結果が安定するかを確かめる方法も有効です。自社製品で解析の精度を確かめておけば、結果を設計判断の根拠にしやすくなります。

使いこなせる人材の育成に時間がかかる

解析を使いこなすには、電磁気の知識と解析ソフトの習熟の両方が要ります。高機能な専用ソフトをいきなり導入すると、使いこなせずに運用が形骸化しがちです。解析人材を確保・育成できる体制がない企業ほど、この壁に当たりやすいでしょう。

対処法：最初は設計者が手元で使える軽量なツールから始めてください。扱う物理が高度になった段階で、専用ソフトへ広げる段階的な進め方が現実的です。一部の検討で効果を確かめてから広げれば、過剰投資も避けられます。

ライセンス費用と計算環境の負担が大きい

本格的な製品はライセンス費用が高く、多くは構成やモジュールによって金額が変わります。モジュールを足すほど総額は膨らむため、見積もりの段階で構成を詰める必要があります。要素数が増えるほど計算時間とメモリ消費も増えるため、相応のマシン性能が必要です。

対処法：自社が扱う物理を整理し、必要な範囲の機能だけを揃えましょう。低周波と高周波を1製品でまかなおうとすると、どちらかが中途半端になりやすいためです。年額制の製品から始めれば、初期の費用負担を抑えて試せます。

電磁界解析ソフトは、扱う物理ごとの解析機能と、それを支える連成・メッシュの機能で構成されます。製品によって対応範囲が違うため、比べるときの判断材料にもなります。

• 静磁場・静電場の解析：時間で変化しない磁場や電界の分布を求める
• 渦電流・低周波の解析：交流や回転で生じる渦電流と、損失・発熱を求める
• 高周波・電磁波の解析：電磁波の伝搬・反射・放射と、ノイズを求める
• 連成解析：熱・構造・回路の解析と連携して計算する
• メッシュ作成：解析空間を要素に分割し、精度と計算負荷を調整する

それぞれの中身を見ていきましょう。

静磁場・静電場の解析

静磁場解析は、時間で変化しない一定の磁場を求める機能です。永久磁石の周りの磁束分布や、直流コイルが作る磁界、ソレノイドの吸引力などを計算します。比較的計算が軽く、磁気回路の設計やセンサーの感度評価、磁石の配置検討に使われます。

静電場解析は、電圧によって生じる電界の分布を求める機能です。高電圧機器の絶縁設計や静電容量の評価、放電が起きそうな電界集中箇所の特定に使います。現象が時間変化しないぶん理解しやすく、電磁界解析の入口になりやすい領域です。

渦電流・低周波の解析

渦電流解析は、磁場が時間とともに変化するとき、導体内部に生じる渦状の電流を求める機能です。渦電流による損失や発熱も算出でき、トランスやモーターの鉄心の温度上昇を評価できます。商用周波数からインバータの駆動周波数までの低周波領域を扱います。

この領域では、鉄心材料のB-H曲線や、磁束の飽和といった非線形な挙動を扱う機能が欠かせません。モーター向けには、コギングトルクや鉄損・銅損まで求める専用機能を持つ製品もあります。誘導加熱の設計でも、この渦電流解析が中心的に使われています。

高周波・電磁波の解析

高周波解析は、波長が機器のサイズに近づく周波数帯で、電磁波の伝搬や反射、放射を求める機能です。アンテナの放射特性や、高速基板の信号品質（SI）、電源の安定性（PI）を評価できます。機器から漏れるノイズや外来ノイズへの耐性を見る、EMC/EMI対策にも使われます。

低周波の磁界解析とは計算手法が異なり、低周波向けの製品では対応しきれないことも少なくありません。5GやWi-Fi、車載レーダー、無線通信機器の設計で需要が高い領域です。高周波・EMC向けに作られた製品が、この機能を中心に据えています。

連成解析

連成解析は、電磁界の計算結果をほかの物理の解析に受け渡し、一体で計算する機能です。巻線の発熱を熱解析へ、磁力による力を構造解析へ渡す使い方が代表的です。回路解析と組み合わせれば、PWM駆動などの制御条件を含めた評価もできます。

電磁・熱・構造を一体で見られると、モーターの温度上昇や電磁加振による騒音まで検証できます。連成の範囲は製品で差が大きく、強連成できる汎用型から特定の連成に絞った製品までさまざまです。既存の構造・流体解析ソフトと同じ基盤で連携できるかも、製品ごとに異なる点です。

メッシュ作成

メッシュ作成は、解析空間を三角形や四面体などの要素に分割する機能です。多くの製品は自動メッシュ機能を備えています。要素の粗さと細かさの配分が、精度と計算負荷の両方を決めます。

磁束が集中する箇所や形状が急変する部分を細かく分割すれば、精度は上がる仕組みです。一方で要素数が増えるほど、計算時間とメモリ消費も増えることは避けられません。モーターのエアギャップのような繊細な部分では、手動での調整にも対応しています。

電磁界解析が使われるのは、実機の試作と実測に頼ると時間とコストがかさむ設計です。担当する機器によって、見たい値も使う解析の種類も変わります。代表的な4つの場面を見ていきましょう。

モーター・アクチュエータの設計

モーター設計者が、磁石やコイルの配置を変えながらトルク・効率・損失を比べる場面です。試作機を作る前に、コギングや鉄損を抑える形状を絞り込むために使います。リレーやソレノイドの吸引力を検討する場面でも、同じ流れで使われます。

EV用や産業用のモーターのように、高効率と小型化を両立したい開発での利用が中心です。磁場に加え、熱・構造を連成した検証が設計の精度を左右します。国内のモーター設計では、専用機能と材料データベースを備えた製品が広く使われています。

トランス・インダクタの設計

電源や電機品の設計者が、鉄心や巻線で生じる損失と発熱を評価する場面です。漏れ磁束がどこまで広がるかを確かめる用途もあります。誘導加熱装置の設計でも、同じ渦電流・損失の解析が使われています。

損失が大きいと効率が下がり、温度が上がると絶縁の劣化や故障につながるためです。解析で損失分布を可視化できれば、鉄心材料や巻線構造の見直しを設計段階で行えます。交流の渦電流を扱うため、低周波の渦電流解析が主に使われます。

電子機器のEMC対策

電子機器の設計者やEMC担当者が、機器から出るノイズと外部ノイズへの耐性を評価する場面です。量産後に規格不適合が見つかると、対策費と納期遅延が大きくなります。EV・車載機器のように、EMC規格への適合が厳しく問われる分野ほど解析の出番が増えます。

設計段階でノイズ源を特定できれば、手戻りを小さく抑えられるでしょう。高速基板の信号品質（SI）や電源の安定性（PI）の評価もあわせて行うことが多い領域です。この用途では、高周波・EMC向けの解析機能を持つ製品が選ばれます。

アンテナ・無線機器の設計

通信機器や車載レーダーの設計者が、アンテナの放射特性を検討する場面です。5GやWi-Fiなど、無線通信機器の設計で需要が高まっている用途です。放射の強さや向き（指向性）を画面上で確かめ、形状や配置を詰めていきます。

波長が機器のサイズに近い周波数帯を扱うため、高周波・電磁波の解析機能が前提になります。低周波のモーター向けの製品では対応しきれないことがあり、製品選びで最初に確かめる点です。計算手法もFEMに限らず、FDTDやモーメント法などが用途に応じて使われます。

電磁界解析ソフトの費用は、対応する物理や連成の範囲、モジュール構成によって大きく変わります。本格的な製品の多くは価格を公開しておらず、個別見積もりが基本です。公開価格がある例として、国産のFemtetは通常ライセンスが年額23.8万円です。税抜・1PCの価格で、2026年6月時点の公開情報にもとづきます。計算に使うマシンの性能も、あわせて見込んでおきましょう。

製品ごとの条件は、ITトレンドの電磁界解析・磁場解析ソフトカテゴリで比較できます。費用の内訳は、電磁界解析ソフトの費用の解説記事で詳しく確認できます。

電磁界解析と構造解析は、どちらもCAEの一分野で、多くはFEMで計算します。違いは、何を求めるかと、どんな設計課題に使うかにあります。

両者は競合する関係ではなく、連成して使われることの多い組み合わせです。モーターでは、電磁界解析で求めた磁力を構造解析へ渡し、電磁加振による振動や騒音を検証します。

扱う製品が電磁気で性能の決まる機器なら、まず電磁界解析が必要です。強度や変形が主な課題なら、構造解析ソフトカテゴリの製品が候補になります。

電磁界解析が効くかは、業種そのものより、扱う物理と試作コストの重さ、社内の解析体制で決まります。自社がどちらに当てはまるかを確かめてください。

電磁界解析の導入が向いている企業

モーターやトランス、無線機器など、電磁性能が製品の価値を決める機器を設計する企業です。試作と実測の繰り返しがコストと期間に直結し、解析による手戻り削減の効果が表れやすいためです。

EV・車載機器のように、高効率化や小型化、EMC規格への適合が厳しく問われる分野も適しています。複数の設計案を短期間で比べたい開発でも、解析の価値は大きくなります。解析を担える人材を社内に置ける企業なら、投資の効果を早く引き出せるでしょう。

電磁界解析の導入が向いていない企業

電磁気が製品性能の主役でない企業では、解析の効果が出にくい傾向があります。既存の設計を大きく変えず、実測中心で十分に回せている場合も同様です。

解析人材を確保・育成できる体制がない企業も、いきなりの本格導入は向きません。高機能な専用ソフトを使いこなせず、運用が形骸化しやすいためです。この場合は軽量なツールで一部の検討から試し、効果を確かめてから広げてください。解きたい設計課題が先にあるかどうかが、導入の分かれ目になります。

電磁界解析とは、磁場・電場・電磁波の分布を計算で求め、電磁機器の性能を試作前に確かめる技術です。試作回数の削減や、損失・ノイズの早期発見に効果があります。

最初に決めるのは、扱う物理が低周波の磁界か、高周波の電磁波かという点です。モーターやトランスなら渦電流・損失の解析、アンテナやEMC対策なら高周波の解析が軸になります。

一方で、解析精度を実測で確かめる運用や人材の育成、ライセンス費用の負担も見込む必要があります。軽量なツールから段階的に始め、製品は電磁界解析・磁場解析ソフトカテゴリで比較してください。