JP2003234225A - 渦電流損の評価方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁石の電気抵抗値によらずに、また、大掛り
な装置等を用いなくても渦電流損を評価することができ
る渦電流損評価装置を提供する。 【解決手段】 本発明の渦電流損評価装置１の磁場発生
部１０は、断熱材により形成され、その内部に測定用の
試料５０を配置するための空間が設けられた試料配置室
１１と、試料配置室１１および試料５０を支持する支持
台１２と、試料５０に作用する高周波磁場を発生するコ
イル（磁場発生手段）１３と、試料５０の温度を測定す
る熱電対（温度測定手段）１４と、コイル１３により発
生された高周波磁場の磁路を形成するヨーク１５とを有
してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁石の渦電流損の評
価方法およびその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気自動車（ＥＶ）や、ハイブリ
ッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発に伴い、これらの自動
車に用いる永久磁石同期モータの開発も進んでいる。永
久磁石同期モータは、エネルギー積の大きな希土類永久
磁石を用いており、ステータが分割コア方式で集中巻の
モータや、ロータに磁石が埋め込まれたモータ（ＩＰ
Ｍ）では、磁石の電気抵抗が小さいために、磁石の渦電
流損に基づく発熱が問題となっている。

【０００３】特に、ＥＶやＨＥＶ用の永久磁石同期モー
タの開発では小型化および高効率化が追求されるため、
磁石の発熱はより深刻な問題となっている。この問題を
解決し磁石の発熱を低減するためには、磁石の電気抵抗
を大きくし、かつエネルギー積も大きくする必要があ
る。電気抵抗およびエネルギー積の増大を達成できるも
のとしては、粒径が１００ミクロン程度の磁石粉末を樹
脂で固めたボンド磁石があり、この中でも、ＮｄＦｅＢ
の粉末を樹脂で固めたＮｄＦｅＢボンド磁石が注目され
ている。

【０００４】ＮｄＦｅＢボンド磁石は、磁石粉末同士が
樹脂で絶縁されているので、渦電流損による発熱は極め
て小さくなり、高密度化することにより、エネルギー積
を増大させることができる。

【０００５】このようなＮｄＦｅＢボンド磁石は、磁石
粉末の密度等により電気抵抗およびエネルギー積が異な
るため、開発に際し、試作したＮｄＦｅＢボンド磁石の
テストピースの渦電流損を評価する必要がある。

【０００６】テストピースの渦電流損を評価する方法と
しては、テストピースの電気抵抗値を測定して評価する
ことが考えられる。しかし、一般的には、電気抵抗値が
大きい程渦電流損は小さいが、電気抵抗値は同じでも渦
電流損が何割も異なる場合もあるので、電気抵抗値によ
り渦電流損を評価するのでは、正確にテストピースの渦
電流損を評価しているとはいえない。

【０００７】また、モータに使用するための磁石のテス
トピースを評価するので、磁石がモータ内でさらされて
いる磁場と同じ条件で渦電流損を評価しなくては意味が
ない。しかし、モータ内での磁場を再現しようとする
と、とても大掛りな磁場発生手段等が必要となり、大掛
りになってしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、磁石の電気抵抗値によらず
に正確に磁石の渦電流損を評価でき、また、大掛りな装
置等を用いなくても渦電流損を評価することができる渦
電流損評価方法およびその装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記の手段によって達成される。

【００１０】（１）本発明の渦電流損評価方法は、試料
に高周波磁場を所定時間印加して、該高周波磁場による
試料の温度上昇を測定し、該温度上昇に基づいて前記試
料の渦電流損を評価することを特徴とする。

【００１１】（２）予め前記試料の渦電流損を評価する
ための基準試料について、前記所定時間と同じ時間、前
記高周波磁場と同等の高周波磁場を印加し、該高周波磁
場による前記基準試料の温度上昇を測定しておき、該基
準試料の温度上昇を、前記試料の温度上昇と比較して、
前記試料の渦電流損を評価する。

【００１２】（３）測定した前記試料の温度上昇の上昇
率を算出し、算出した該上昇率を予め求められている前
記試料の熱容量に乗じることによって、前記試料の渦電
流損を求める。

【００１３】（４）渦巻き状コイルを用いて前記試料に
印加する前記高周波磁場を発生する。

【００１４】（５）熱電対を用いて温度を測定する。

【００１５】（６）前記試料は、前記高周波磁場の発生
源と近接させる。

【００１６】（７）前記高周波磁場の磁場周波数は５ｋ
Ｈｚ〜５０ｋＨｚの範囲であり、該高周波磁場の大きさ
は試料中心位置で１０Ｏｅ〜２００Ｏｅである。

【００１７】（８）前記試料に前記高周波磁場を印加す
る時間を５０秒〜７０秒とし、該印加時間における前記
試料の上昇温度が５度〜５０度の範囲とする。

【００１８】（９）前記高周波磁場の印加状態を監視し
ながら、前記試料の温度上昇を測定する。

【００１９】（１０）前記高周波磁場の影響下に空芯コ
イルを配置して、該空芯コイルが発生する電圧により前
記高周波磁場の印加状態を監視する。

【００２０】（１１）前記高周波磁場は、コイルにより
発生させ、該コイルの銅損に基づいて前記高周波磁場の
印加状態を監視する。

【００２１】（１２）本発明の渦電流損評価装置は、断
熱材により形成され、内部に測定用の試料が配置される
空間が設けられた試料配置室と、前記試料配置室および
前記試料を支持する支持台と、高周波磁場を発生して前
記試料に印加する磁場発生手段と、前記試料の温度を測
定する温度測定手段と、前記高周波磁場による前記試料
の温度上昇に基づいて該試料の渦電流損を評価する評価
手段とを有することを特徴とする。

【００２２】（１３）前記磁場発生手段は渦巻き状コイ
ルである。

【００２３】（１４）前記温度測定手段は熱電対であ
る。

【００２４】（１５）前記断熱材は断熱性樹脂である。

【００２５】（１６）前記磁場発生手段は前記試料に印
加する高周波磁場の印加時間を制御する磁場制御部を含
む。

【００２６】（１７）前記高周波磁場の印加状態を監視
する監視手段をさらに有する。

【００２７】（１８）前記監視手段は、空芯コイルであ
り、前記高周波磁場の影響下に配置した空芯コイルが発
生する電圧に基づいて前記高周波磁場の状態を監視す
る。

【００２８】（１９）前記監視手段および磁場印加手段
は共にコイルであり、該コイルによって前記高周波磁場
を発生する際の銅損に基づいて、前記高周波磁場の印加
状態を監視する。

【００２９】

【発明の効果】請求項１〜請求項１９に記載の発明は、
試料に高周波磁場を印加して、該高周波磁場による渦電
流損によって発熱する試料の温度上昇を測定し、この温
度上昇に基づいて試料の渦電流損を評価するので、試料
の電気抵抗等によらず、容易に高精度に渦電流損を評価
することができる。

【００３０】また、実際に試料をモータ等に組み込んで
駆動させ、そのときの渦電流損を評価する必要がないの
で、モータを駆動するための設備等を必要とせず、評価
のための時間およびコストを軽減することができる。

【００３１】さらに、実際にモータを駆動させるときに
発生する磁場よりも高周波の磁場を発生させるので、モ
ータ駆動時よりも強度が弱い磁場を発生させることによ
って、渦電流損を評価することができ、結果として磁場
を発生させるためのコイル等の設備を小規模なものとす
ることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】最初に、本発明によりなぜモータ
に用いる磁石の試料（テストピース）の渦電流損が評価
できるかを説明する。

【００３３】たとえば、ＳｍＣｏや、ＮｄＦｅＢなど、
永久磁石同期モータに用いられる希土類焼結磁石は電気
抵抗が小さいために渦電流損による発熱が大きい。試料
の中での磁束密度をＢ、磁場の周波数をｆ、電気抵抗率
をρ、形状に依存する係数をｋとすると、渦電流損は、 渦電流損＝ｋ×Ｂ²×ｆ²／ρ…式１ で表されることが知られている。また、磁場をＨ、試料
の透磁率をμとすると、磁束密度Ｂは磁場Ｈと透磁率μ
の関数となる。なお、着磁された状態での磁石の透磁率
μは、空気とほぼ同じである。

【００３４】ＥＶ、ＨＥＶ等の車駆動用モータにおいて
磁石がさらされる磁場Ｈは１ｋＯｅ以上であり、その周
波数ｆ（基本波）は高くても１ｋＨｚ程度である。本実
施の形態では、磁石の渦電流損の評価が課題であるの
で、最も厳しい条件で考え、また、周波数としては基本
波の周波数ばかりでなく高調波も考慮する必要がある。

【００３５】車駆動用モータの駆動時に発生する磁場と
同等の磁場を再現するには、装置が非常に大規模なもの
になってしまい、磁石の渦電流損を評価するための装置
には不適切である。上記式１に基づいて、磁場の強度を
１００Ｏｅ程度まで下げて、逆に、磁場の周波数を１０
ｋＨｚ程度まで大きくすることにより、実際にモータが
駆動しているときと同様の渦電流損値を得ることができ
る。

【００３６】すなわち、上記式に基づけば、磁場Ｈを１
ｋＯｅから１００Ｏｅに０．１倍し、周波数を１ｋＨｚ
から１０ｋＨｚに１０倍すれば、結果として算出される
渦電流損は同一となる。したがって、発生させる磁場の
強度を下げても高周波とすることで同様の渦電流損値を
得ることができ、磁場発生装置の規模を小さくすること
ができる。

【００３７】本発明では、以上の理論に基づいて、磁場
発生装置の規模は小さくして実際のモータ駆動時に発生
する磁場よりも小さい磁場を磁石に印加する代わりに、
発生する磁場の周波数を高くすることにより、正確に渦
電流損を評価することができる。

【００３８】本発明では、試料の渦電流損を評価するた
めの２つの方法を提供する。

【００３９】第１の方法は、試料に所定時間磁場を印加
して、その際の磁石（試料）の温度を測定し、温度変化
の程度に基づいて渦電流損を評価するものである。この
方法では、予め渦電流損の評価の基準となる基準試料の
渦電流損と、該基準試料に高周波磁場を印加したときの
温度変化とを求めておき、この温度変化を評価対象の試
料の温度変化と比較することにより渦電流損を評価す
る。

【００４０】第２の方法は、評価対象の試料に高周波磁
場を印加し、その温度を測定して、このときの温度の変
化率に基づいて渦電流損を評価するものである。第２の
方法では、高周波磁場を印加したときの試料の温度の上
昇率、すなわち、温度上昇曲線の立ち上がりの勾配は、
渦電流損による発熱と試料の熱容量とで決定されること
を利用している。

【００４１】したがって、まず、一定時間磁場を試料に
印加したときの時系列の試料の温度上昇曲線を求め、こ
の温度上昇曲線の立ち上がりの勾配、すなわち、傾きを
求める。そして、温度上昇曲線の立ち上がりの勾配が算
出できれば、その値を試料の熱容量に乗じて、渦電流損
を算出することができる。この算出した値により渦電流
損を評価することができる。なお、試料の熱容量は、試
料の密度および比熱から算出できるので、これを予め求
めておくことができる。

【００４２】上記２つの方法を、それぞれ第１および第
２の実施の形態として以下に図面を参照して詳細に説明
する。

【００４３】（第１の実施の形態）まず、第１の実施の
形態では、上記第１の方法により試料の渦電流を評価す
る際の手順およびその装置について説明する。

【００４４】図１は、本発明の渦電流損評価方法を実施
する渦電流損評価装置の構成を示すブロック図、図２は
渦電流評価装置の磁場発生部を示す断面図、図３はヨー
クを示す図である。

【００４５】渦電流損評価装置は、高周波磁場を発生さ
せ、該高周波磁場を所定時間印加することにより発熱し
た試料の温度を測定し、その温度上昇に基づいて渦電流
損を評価することができる。

【００４６】図１に示すように、本発明の渦電流損評価
装置１は、磁場を発生して試料に磁場を印加する磁場発
生部１０と、磁場発生部１０における磁場の印加を制御
する磁場制御部２０と、磁場発生部１０における試料を
監視して渦電流損を評価する評価部３０とを有してな
る。

【００４７】渦電流損評価装置１を構成する各部を具体
的に説明する。

【００４８】＜磁場発生部１０＞磁場発生部１０は、図
２に示すように、断熱材により形成され、その内部に測
定用の試料５０を配置するための空間が設けられた試料
配置室１１と、試料配置室１１および試料５０を支持す
る支持台１２と、試料５０に印加する高周波磁場を発生
するコイル（磁場発生手段）１３と、試料５０の温度を
測定する熱電対（温度測定手段）１４と、コイル１３に
より発生された高周波磁場の磁路を形成するヨーク１５
とを有してなる。

【００４９】試料配置室１１は、支持台１２と組み合わ
さって、内部に試料５０を密閉する。本発明では、渦電
流損を評価するために試料の温度を測定するので、試料
から外部への伝熱や放熱があると測定誤差が大きくなる
原因となる。したがって、試料は断熱下に配置されるこ
とが必要である。そこで、試料を配置するための試料配
置室は断熱性樹脂で形成されることが望ましい。

【００５０】なお、本実施の形態では、断熱材により密
閉された試料配置室１１内の空間に試料が配置されるの
で、該試料配置室１１内の空気は流動しておらず、流動
しない空気は優れた断熱作用を有するので、試料の放熱
を防止でき、測定精度を向上させることができる。試料
５０は、試料配置室１１に接触することによる伝熱を防
止するために、試料配置室１１とは接触しないように、
試料配置室１１内に配置される。

【００５１】支持台１２は、断熱材により形成され、水
平に配置されており、その上に試料配置室１１および試
料５０が載置される。支持台１２も試料配置室１１と同
様に断熱性樹脂により形成されることが望ましい。

【００５２】また、試料５０の伝熱を軽減するために、
図１に示すように、支持台１２上には試料５０を傾けて
載置することが望ましい。試料５０を傾けて配置するに
は、たとえば、試料５０が直方体である場合、試料５０
を傾けてその下に断熱性樹脂で形成した枕（図示せず）
を配置してその姿勢を安定させ、直方体の一辺だけが支
持台１２と接触するようにする。

【００５３】試料５０を傾けることによって、試料５０
と支持台１２との接触を最小限にし、試料５０から支持
台１２への伝熱もわずかなものとすることができ、結果
として、試料の発熱の測定精度を向上させることができ
る。

【００５４】また、試料５０の傾ける方向は、図２に示
すように、後述するコイル１３の中心を通る中心軸１６
側が持ち上げられることが好ましい。このように傾かせ
ることによって、コイル１３によって発生される磁場の
向きと、試料５０の傾きの軸方向とを近づけ、試料５０
の渦電流損を大きくすることができる。

【００５５】コイル１３は、支持台１２の下方に配置さ
れ、複数のマグネットワイヤ（絶縁皮膜エナメル銅線）
を束ねて１本の渦巻状に巻いて形成されるので、高周波
磁場を発生させることができる。コイル１３に近いほ
ど、磁場は強力になるので、コイル１３は、支持台１２
に可能な限り近づけることが好ましい。コイル１３は、
たとえば、内径６０ｍｍ、外径１６０ｍｍ、厚さ３ｍｍ
程度に形成される。

【００５６】コイル１３に電流を流すことにより磁場を
発生させるが、この際、コイル１３は巻線抵抗により発
熱する。しかし、コイル１３で発生する熱は、コイル１
３と試料５０との間に配置される支持台１２により遮断
されるので、コイル１３の発熱が試料の温度測定の測定
誤差となることはない。ここで、コイル１３の発熱によ
りコイル１３を流れるエネルギーの一部が放散されるこ
とを銅損という。

【００５７】熱電対１４は、試料５０に取り付けられ、
試料５０の温度を測定する。熱電対１４は、直接試料５
０に取り付けられるので、可能な限り細いことが好まし
い。熱電対１４を細くして、試料５０との接触を小さく
することで、試料５０の熱が熱電対１４により吸熱され
ることを最小限にし、試料５０の温度の測定精度を向上
させることができる。熱電対１４は、装置の大きさにも
よるが、たとえば、太さがφ０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程
度で、φ０．２７ｍｍ程度に形成される。

【００５８】ヨーク１５は、ソフトフェライトにより形
成されており、図３に示すように、コイル１３の下部に
おいて中心軸１６を中心として８枚のソフトフェライト
板１５１が放射状に配置され、コイル１３により発生さ
れる磁場の磁路を形成する。

【００５９】なお、ソフトフェライト板１５１は８枚で
はなく、４枚〜１６枚程度であってもよく、磁場の偏り
を少なくしかつ安価とするには８枚が特に好ましい。ソ
フトフェライト板１５１は、たとえば、長さ６０ｍｍ、
幅１４ｍｍ、厚さ４ｍｍ程度の大きさに形成されてい
る。ヨーク１５を板状のソフトフェライト板１５１によ
って構成するので、ヨーク１５の製造が容易および安価
となり、磁場の均等な発生に資することができる。ま
た、ヨーク１５は、ドーナツ状に形成してもよい。

【００６０】＜磁場制御部２０＞磁場制御部２０は、磁
場発生部１０のコイル１３に接続されており、コイル１
３に電流を供給することにより磁場を発生させる。磁場
制御部２０は、コイル１３に供給する電流の強度や供給
時間を調整でき、これにより、磁場の強度および磁場を
発生させる時間を制御する。

【００６１】なお、本発明では、渦電流損を小規模な設
備で実現して試料５０を評価することを目的としている
ので、たとえば、実際のモータ駆動時に発生する磁場が
１ｋＯｅ以上で、その周波数が１ｋＨｚ程度である場合
には、渦電流損評価装置１のコイル１３により試料５０
の中心位置に発生させる磁場は１０Ｏｅ〜２００Ｏｅの
範囲とし、また、その周波数は５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの
範囲とするように、磁場制御部２０で制御することが好
ましい。

【００６２】発生させる磁場の強度が強すぎたり、時間
が長すぎると、試料５０の渦電流損による発熱が大きく
なりすぎ、試料５０の温度と室温との温度差が大きくな
るため、試料５０からの放熱も増大してしまう。放熱が
増大すると試料５０の温度を測定する測定誤差が大きく
なるので、試料５０の温度上昇を５０度以内とすること
が好ましい。また、コイル１３により磁場を発生させる
時間が長いほど、コイル１３自身も銅損による発熱量を
増大するのでコイル１３の温度が高まり、別の試料の評
価に移行するにはコイル１３の温度が下がるのを待たな
くてはならないので、余分な時間がかかってしまう。

【００６３】試料５０の温度上昇を５０度以内に抑え、
コイル１３の必要以上の発熱を防止するために、コイル
１３により磁場を発生させる時間を５０〜７０秒とする
ことが好ましく、６０秒程度とすることがより好まし
い。このように磁場の発生時間を制御することによっ
て、試料５０の温度と室温との温度差が大きくなりすぎ
ず、また、コイル１３の発熱も抑えられ次の評価に移行
できる時間が短くなる。

【００６４】＜評価部３０＞評価部３０は、磁場発生部
１０の熱電対１４に接続されており、磁場発生部１０に
おける試料５０の温度を熱電対１４により測定し、試料
５０の温度がどれだけ上昇したかを求める。また、評価
部３０は、計時しながら温度をモニタリングし、モニタ
リングの結果を付属のモニターに表示することもでき
る。

【００６５】評価部３０は、上述の通り、評価の際に
は、予め渦電流損が求めてある基準試料の磁場印加時の
上昇した温度を、試料５０の上昇した温度と比較して、
該試料５０の渦電流損が基準試料の渦電流損よりどのく
らい大きいか小さいかを評価する。

【００６６】また、評価部３０は、基本的には、磁場発
生部１０において磁場を試料５０に印加している間の試
料５０の温度を測定しているが、これに加えて、磁場の
印加後の試料５０の放熱による温度変化も測定しておく
ことにより、試料５０の放熱特性を求めることができ
る。求めた放熱特性を、次回の測定において、磁場によ
る試料５０の温度上昇に考慮することによって、試料５
０の温度測定の測定制度をより高精度にすることができ
る。

【００６７】次に、渦電流損評価装置１を用いた渦電流
損評価の際の流れについて、フローチャートに基づいて
説明する。

【００６８】図４は、渦電流損を評価する際の流れを示
すフローチャートである。

【００６９】まず、渦電流損を評価するための試料５０
を用意し、熱電対１４を取り付け（ステップＳ１）、試
料５０を図２に示すように傾けて支持台１２上に載置し
（ステップＳ２）、試料５０の温度が安定するまで放置
する（ステップＳ３）。

【００７０】次に、試料５０を覆うように、試料配置室
１１を支持台１２上に載置し（ステップＳ４）、ふたた
び試料５０の温度が安定するまで放置する（ステップＳ
５）。

【００７１】試料５０の温度の監視、すなわち、渦電流
損を算出するための温度上昇の監視を開始する（ステッ
プＳ６）。

【００７２】磁場制御部２０によりコイル１３に電流を
供給して、磁場を発生させて試料５０に磁場を印加し
（ステップＳ７）、所定時間経過後に磁場の発生を解除
する（ステップＳ８）。

【００７３】評価部３０により、監視した試料５０の温
度上昇を求め（ステップＳ９）、この温度上昇が大きい
か小さいかなどを過去に測定した基準試料の温度上昇と
比較することにより、該基準試料の渦電流損に対する試
料５０の相対的な渦電流損を評価して（ステップＳ１
０）、渦電流損の評価を終了する。

【００７４】なお、ステップＳ１０で、他の試料の渦電
流損と比較評価するためには、基準試料と評価の対象と
なる試料５０とを同等の条件で測定する必要がある。す
なわち、基準試料と試料５０との体積、密度、比熱が同
程度で、かつ、印加する磁場の強度や発生時間を同じに
して、測定していることが必要である。

【００７５】このように、基準試料と試料５０との測定
条件を同一にすれば、磁場印加による試料５０の温度上
昇を、予め渦電流損と磁場の印加による温度上昇が求め
てある基準試料と比較して、試料５０の相対的な渦電流
損を評価することができる。

【００７６】以上、第１の実施の形態では、高周波磁場
を試料に印加して、該高周波磁場によって発熱する試料
５０の温度を測定し、その温度上昇に基づいて試料５０
の渦電流損を評価するので、試料の電気抵抗等によら
ず、容易に高精度に渦電流損を評価することができる。

【００７７】また、実際に試料５０をモータ等に組み込
んで駆動させ、そのときの渦電流損を評価する必要がな
いので、モータを駆動するための設備等を必要とせず、
評価のための時間およびコストを軽減することができ
る。

【００７８】さらに、実際にモータを駆動させるときに
発生する磁場よりも高周波で強度が弱い磁場を発生させ
ることによって、渦電流損を評価することができるの
で、結果として磁場を発生させるためのコイル等の設備
を小規模なものとすることができ、省スペース化を図る
ことができる。

【００７９】なお、上記第１の実施の形態では、試料５
０にのみ熱電対１４を取り付け、試料５０の温度上昇に
基づいて渦電流損を評価していたが、これに限られな
い。たとえば、図２に示すように、試料５０の他に、支
持台１２に熱電対１７を取り付けたり、コイル１３に熱
電対１８を取り付けて、評価部３０の評価の際にその温
度測定の結果を勘案することもできる。

【００８０】支持台１２に熱電対１７を取り付けて、支
持台１２の温度を測定することによって、評価部３０
は、支持台１２の温度を勘案し、熱電対１４で測定され
た試料５０の温度上昇を補正して、測定精度を向上させ
ることができる。

【００８１】また、コイル１３に熱電対１８を取り付け
て、コイル１３の温度を測定することによって、コイル
１３の銅損による発熱を監視することができ、コイル１
３の発熱に基づいて、磁場が印加されているかどうか印
加状態を監視し、磁場制御部２０において発生させる磁
場を制御することが可能となる。なお、磁場の印加状態
は、図１に示すように、空芯コイル１９を磁場発生下に
配置し、空芯コイル１９が発生する電圧を検出すること
によっても監視可能である。

【００８２】次に、上記実施の形態で説明した手順およ
び装置を利用した実験の実験結果について説明する。

【００８３】（実験例１）実験例１では、図２に示すよ
うに、磁場発生部１０において、試料５０には熱電対１
４を、支持台１２には熱電対１７を、コイル１３には熱
電対１８をそれぞれ取り付けて温度を測定し、また、支
持台１２上には空芯コイル１９を配置しておいた。そし
て、試料５０、支持台１２およびコイル１３の温度をそ
れぞれ測定し、磁場が印加されたときに空芯コイル１９
が発生する電圧をＤＣ変換して磁場の印加状態を監視し
た。

【００８４】また、試料５０には未着磁のＮｄＦｅＢ焼
結磁石を使用し、容易磁化方向に磁場を印加した。印加
した磁場の強度は１００Ｏｅ程度、その周波数は２８．
７ｋＨｚ、磁場波形は正弦波状であったが、２次の高調
波が約２０％含まれていた。

【００８５】図５は評価部３０によって測定された各熱
電対１４、１７、１８の温度の測定結果、および、空芯
コイル１９が発生する電圧の測定結果を示すグラフ、図
６は測定結果に基づく試料の温度上昇の算出結果を示す
図である。

【００８６】図５では、横軸は時間（ｓ）を示し、縦軸
は温度（℃）および電圧（Ｖ）を示す。

【００８７】図５の上側に示す電圧の検出結果を見る
と、６４．５秒間電圧が検出されており、これにより、
磁場が６４．５秒発生していたことがわかる。また、熱
電対１４の測定温度を見ると、磁場の発生、すなわち、
試料５０に磁場の印加が開始されてから、試料５０の温
度が上昇し始めるまでには２秒ほどの遅れがあった。

【００８８】磁場の印加による試料５０の温度上昇は、
３１．７２℃であった。

【００８９】次に、上記試料５０はそのまま未着磁のＮ
ｄＦｅＢとし容易磁化方向に対して垂直な方向に磁場を
印加した場合、試料５０を着磁後のＮｄＦｅＢに変更し
て容易磁化方向に磁場を印加した場合、または、試料５
０を着磁後のＮｄＦｅＢとして容易磁化方向に対して垂
直な方向に磁場を印加した場合について、それぞれ、試
料５０の温度上昇を調べた。それぞれの場合の温度上昇
の結果は、図６に示す通りである。なお、容易磁化方向
とそれに垂直な方向で直流の電気抵抗は等しく、異方性
はなかった。また、着磁後でも１．４４μΩｍと直流の
電気抵抗は等しかった。

【００９０】電気抵抗はそれぞれ等しいにも関わらず、
図６を参照すると、未着磁の磁石に容易磁化方向の磁場
を加えたときの温度上昇に比べて、容易磁化方向に垂直
な磁場を加えたときの温度上昇はその約４４％、着磁後
の磁石に容易磁化方向の磁場を加えたときの温度上昇は
その約３０％、着磁後の磁石に容易磁化方向に垂直な磁
場を加えたときの温度上昇はその約３５％となって異な
っている。

【００９１】このように、電気抵抗が同じでも、磁石が
未着磁あるいは着磁後、または、印加する磁場の方向が
異なることにより、渦電流損が何割も異なる結果が得ら
れている。したがって、本願発明のように、磁石の電気
抵抗等は問題とせず、磁場下に配置された磁石の温度上
昇にのみ基づくことが、渦電流損の正確な評価または算
出に適していることが示された。

【００９２】（実験例２）次に、上記第１の実施の形態
において、コイル１３に近いほど磁場が強力になると説
明したが、このことを実験により確かめた。

【００９３】図７は、図２において中心線１６から半径
方向に２０ｍｍの位置での中心線１６方向における磁場
の強度を示すグラフである。

【００９４】図７では、縦軸は、磁場ＨのＺ軸方向の強
度、すなわち、磁場ＨのＺ成分を２乗した値を示し、横
軸は、図２に示す磁場発生部１０の中心線１６から半径
方向（図中Ｘ軸方向）に２０ｍｍの位置における中心線
１６の軸方向（図中Ｚ軸方向）の支持台１２からの距離
を示す。ここで、縦軸を磁場ＨのＺ軸方向の強度の２乗
としたのは、上記式（１）よりわかるように、試料の渦
電流損は磁場Ｈの２乗に比例するからである。

【００９５】図４に示されるように、支持台１２から中
心線１６の軸方向（Ｚ軸方向）に離れるほど、磁場Ｈの
強度は小さくなっていることがわかる。したがって、支
持台１２から離れるほど、すなわち、コイル１３から離
れるほど磁場は減衰するので、逆にコイル１３に近いほ
ど磁場が強力になることが確かめられた。

【００９６】したがって、試料５０の渦電流損を正確に
評価するためには、支持台１２に試料５０をできるだけ
接近させて配置することが望ましい。なお、試料５０を
支持台１２に接近させても、支持台１２が断熱材により
形成されており伝熱することがないので、十分な感度で
渦電流損が評価できる。

【００９７】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の方法により試料の渦電流を評価する際の手順およびそ
の装置について説明する。なお、第２の方法を実施する
ための装置は、図１および図２に示すものとほぼ同一で
あるので、同一な構成については説明を省略し、第２の
方法を実施するにあたって異なる構成のみ以下に説明す
る。

【００９８】＜評価部３０＞図１における評価部３０
は、磁場発生部１０の熱電対１４、１７、１８および空
芯コイル１９に接続されており、各部の温度を測定し、
磁場の印加状態を監視する点では第１の実施の形態と同
様である。しかし、その動作が第１の実施の形態と異な
る。

【００９９】第２の実施の形態では、評価部３０は、試
料５０の温度を計時しながら測定し、温度の変化を時系
列のグラフにしたとき（図５の熱電対１４の測定温度参
照）の温度上昇曲線の立ち上がりの勾配を算出する。

【０１００】ここで、立ち上がりの勾配は、試料５０の
温度上昇開始の時点から、温度上昇開始から温度上昇停
止までの時間の１／３〜１／２の時間だけ経過した時点
までの温度上昇曲線の接線、すなわち、単位時間あたり
の上昇温度とする。温度上昇停止付近では、試料５０の
放熱が大きくなりすぎており、ここまで含めて立ち上が
りの勾配を求めると、放熱の分誤差が生じるからであ
る。

【０１０１】そして、評価部３０は、算出した立ち上が
り勾配を、予め記憶してあるか、または、予め試料５０
の密度および比熱により算出されている試料５０の熱容
量に乗じて、試料５０の渦電流損を算出する。

【０１０２】以上のように、評価部３０は、試料５０の
密度および比熱がわかっていれば、温度上昇の立ち上が
り勾配を算出することによって、実際に渦電流損を算出
することができるので、容易に試料５０を評価すること
ができる。

【０１０３】第２の実施の形態においては、第１の実施
の形態のように、渦電流損の評価のために、比較の対象
となる基準磁石を用意して予めその温度上昇を求めてお
く必要がなく、評価したい試料５０のみから渦電流損を
算出し、評価することができる。

【０１０４】次に、第１の実施の形態で行った実験例１
と同様に、図２に示す磁場発生部１０において、試料５
０を未着磁のＮｄＦｅＢとし、容易磁化方向に磁場を印
加したときの試料５０の温度上昇の立ち上がり勾配は、
図５に示すようになった。

【０１０５】図５では、実験例１で説明したように、磁
場の印加時間が６４．５秒間で、試料５０の温度上昇が
磁場の印加開始から２秒ほど遅れているので、試料５０
の温度上昇開始から温度上昇停止までに６２．５秒間か
かり、その間に３１．７２℃温度上昇した。

【０１０６】印加時間のおよそ半分の時間として温度上
昇開始時から３２．２秒経過後までの試料５０の温度上
昇の立ち上がり勾配を算出すると、０．５４４２Ｋ／ｓ
となった。ここで、ＮｄＦｅＢ焼結磁石の体積、密度お
よび比熱は予め求めてあり、体積は１．１００×１０^-6
ｍ³、密度は７５００ｋｇ／ｍ³、比熱は５０２．１Ｊ／
（ｋｇ・Ｋ）であったので、試料の熱容量は予め４．１
４２３Ｊ／Ｋと算出された。そして、渦電流損は、０．
５４４２Ｋ／ｓに４．１４２３Ｊ／Ｋを乗じて、２．２
５４Ｗと算出された。

【０１０７】このように、試料５０を未着磁のＮｄＦｅ
Ｂとし、容易磁化方向に磁場を印加したときの試料５０
の渦電流損は２．２５４Ｗであった。

【０１０８】次に、上記試料５０を未着磁のＮｄＦｅＢ
とし容易磁化方向に対して垂直な方向に磁場を印加した
場合、試料５０を着磁後のＮｄＦｅＢに変更して容易磁
化方向に磁場を印加した場合、または、試料５０を着磁
後のＮｄＦｅＢとして容易磁化方向に対して垂直な方向
に磁場を印加した場合について、それぞれ、試料５０の
温度上昇の立ち上がり勾配を調べた。すると、図８に示
すような結果が得られた。

【０１０９】図８は、測定結果に基づく、試料５０の立
ち上がり勾配および渦電流損の算出結果を示す図であ
る。なお、容易磁化方向とそれに垂直な方向とで直流の
電気抵抗は等しく、異方性はなかった。また、着磁後で
も直流の電気抵抗は等しく１．４４μΩｍであった。

【０１１０】図８を参照してわかるように、電気抵抗は
それぞれ等しいにも関わらず、未着磁の磁石に容易磁化
方向の磁場を加えたときの渦電流損値に比べて、容易磁
化方向に垂直な磁場を加えたときの渦電流損値はその約
４４％、着磁後の磁石に容易磁化方向の磁場を加えたと
きの渦電流損値はその約３０％、着磁後の磁石に容易磁
化方向に垂直な磁場を加えたときの渦電流損値はその約
３５％となって異なっている。

【０１１１】このように、電気抵抗が同じでも、磁石が
未着磁あるいは着磁後、または、加える磁場の方向が異
なることにより、渦電流損が何割も異なる結果が得られ
ている。したがって、本願発明のように、磁石の電気抵
抗等は問題とせず、磁場を磁石５０に印加したときの温
度上昇の立ち上がり勾配に基づくことが、渦電流損の正
確な評価または算出に適していることが示された。

【０１１２】以上、本発明の渦電流損評価方法およびそ
の装置では、試料５０の温度上昇（立ち上がり勾配）に
基づいて、容易に渦電流損を評価することができる。

【０１１３】また、従来、モータ内に組み込まれた磁石
の渦電流損を評価することは、モータ効率の差で渦電流
損を見積もるので、費用的、時間的、精度的にかなり困
難であったが、本発明の渦電流損評価方法およびその装
置では、試料５０（磁石）を実際にモータに組み込んで
モータを駆動しなくても、モータに組み込むための磁石
に磁場発生部１０の支持台１２上で磁場を印加して温度
を測定するだけで評価することができる。

【０１１４】したがって、試料５０の渦電流損の評価お
よび算出が格段に容易になり、また、モータを駆動する
といった大規模な設備を必要としないので、コストおよ
び時間を格段に軽減でき、また、評価精度を格段に向上
させることができる。

【０１１５】そして、本発明の渦電流損評価方法および
その装置は、渦電流損の少ない磁石を開発する場合に必
須となるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の渦電流損評価方法を実施する渦電流
損評価装置の構成を示すブロック図である。

【図２】 渦電流評価装置の磁場発生部を示す断面図で
ある。

【図３】 ヨークを示す図である。

【図４】 渦電流損を評価する際の流れを示すフローチ
ャートである。

【図５】 評価部によって測定された各熱電対の温度の
測定結果、および、空芯コイルが発生する電圧の測定結
果を示すグラフである。

【図６】 測定結果に基づく試料の温度上昇の算出結果
を示す図である。

【図７】 図２において中心線から半径方向に２０ｍｍ
の位置での中心線方向における磁場の強度を示すグラフ
である。

【図８】 測定結果に基づく、試料の立ち上がり勾配お
よび渦電流損の算出結果を示す図である。

【符号の説明】

１…渦電流損評価装置、 １０…磁場発生部、 １１…試料配置室、 １２…支持台、 １３…コイル、 １４、１７、１８…熱電対、 １５…ヨーク、 １９…空芯コイル、 ２０…磁場制御部、 ３０…評価部、 ５０…磁石試料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田湯 哲朗 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 加納 眞 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に高周波磁場を所定時間印加して、
   該高周波磁場による試料の温度上昇を測定し、 該温度上昇に基づいて前記試料の渦電流損を評価するこ
   とを特徴とする渦電流損評価方法。
2. 【請求項２】 予め前記試料の渦電流損を評価するため
   の基準試料について、前記所定時間と同じ時間、前記高
   周波磁場と同等の高周波磁場を印加し、該高周波磁場に
   よる前記基準試料の温度上昇を測定しておき、 該基準試料の温度上昇を、前記試料の温度上昇と比較し
   て、前記試料の渦電流損を評価することを特徴とする請
   求項１に記載の渦電流損評価方法。
3. 【請求項３】 測定した前記試料の温度上昇の上昇率を
   算出し、算出した該上昇率を予め求められている前記試
   料の熱容量に乗じることによって、前記試料の渦電流損
   を求めることを特徴とする請求項１記載の渦電流損評価
   方法。
4. 【請求項４】 渦巻き状コイルを用いて前記試料に印加
   する前記高周波磁場を発生することを特徴とする請求項
   １〜請求項３のいずれか一項に記載の渦電流損評価方
   法。
5. 【請求項５】 熱電対を用いて温度を測定することを特
   徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の渦
   電流損評価方法。
6. 【請求項６】 前記試料は、前記高周波磁場の発生源と
   近接させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいず
   れか一項に記載の渦電流損評価方法。
7. 【請求項７】 前記高周波磁場の磁場周波数は５ｋＨｚ
   〜５０ｋＨｚの範囲であり、該高周波磁場の大きさは試
   料中心位置で１０Ｏｅ〜２００Ｏｅであることを特徴と
   する請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の渦電流
   損評価方法。
8. 【請求項８】 前記試料に前記高周波磁場を印加する時
   間を５０秒〜７０秒とし、該印加時間における前記試料
   の上昇温度が５度〜５０度の範囲とすることを特徴とす
   る請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の渦電流損
   評価方法。
9. 【請求項９】 前記高周波磁場の印加状態を監視しなが
   ら、前記試料の温度上昇を測定することを特徴とする請
   求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の渦電流損評価
   方法。
10. 【請求項１０】 前記高周波磁場の影響下に空芯コイル
    を配置して、該空芯コイルが発生する電圧により前記高
    周波磁場の印加状態を監視することを特徴とする請求項
    １〜請求項９のいずれか一項に記載の渦電流損評価方
    法。
11. 【請求項１１】 前記高周波磁場は、コイルにより発生
    させ、該コイルの銅損に基づいて前記高周波磁場の印加
    状態を監視することを特徴とする請求項１〜請求項１０
    のいずれか一項に記載の渦電流損評価方法。
12. 【請求項１２】 断熱材により形成され、内部に測定用
    の試料が配置される空間が設けられた試料配置室と、 前記試料配置室および前記試料を支持する支持台と、 高周波磁場を発生して前記試料に印加する磁場発生手段
    と、 前記試料の温度を測定する温度測定手段と、 前記高周波磁場による前記試料の温度上昇に基づいて該
    試料の渦電流損を評価する評価手段と、 を有することを特徴とする渦電流損評価装置。
13. 【請求項１３】 前記磁場発生手段は渦巻き状コイルで
    あることを特徴とする請求項１２に記載の渦電流損評価
    装置。
14. 【請求項１４】 前記温度測定手段は熱電対であること
    を特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の渦電
    流損評価装置。
15. 【請求項１５】 前記断熱材は断熱性樹脂であることを
    特徴とする請求項１２〜請求項１４のいずれか一項に記
    載の渦電流損評価装置。
16. 【請求項１６】 前記磁場発生手段は前記試料に印加す
    る高周波磁場の印加時間を制御する磁場制御部を含むこ
    とを特徴とする請求項１２〜請求項１５のいずれか一項
    に記載の渦電流損評価装置。
17. 【請求項１７】 前記高周波磁場の印加状態を監視する
    監視手段をさらに有することを特徴とする請求項１２〜
    請求項１６のいずれか一項に記載の渦電流損評価装置。
18. 【請求項１８】 前記監視手段は、空芯コイルであり、
    前記高周波磁場の影響下に配置した空芯コイルが発生す
    る電圧に基づいて前記高周波磁場の状態を監視すること
    を特徴とする請求項１７に記載の渦電流損評価装置。
19. 【請求項１９】 前記監視手段および磁場印加手段は共
    にコイルであり、該コイルによって前記高周波磁場を発
    生する際の銅損に基づいて、前記高周波磁場の印加状態
    を監視することを特徴とする請求項１７に記載の渦電流
    損評価装置。