JP2007139717A

JP2007139717A - 環状試料磁気特性測定装置および環状試料磁気特性測定方法

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Publication number: JP2007139717A
Application number: JP2005337460A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ishihara; 好之石原; Takuma Takabayashi; 拓真高林
Original assignee: Doshisha Co Ltd
Current assignee: Doshisha Co Ltd
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2007-06-07

Abstract

【課題】実際の使用形状に則した環状の試料を測定の対象とする場合にあっても、測定の都度その準備に長時間を費やす必要がなく、且つ、正確な磁気特性の測定が可能な環状試料磁気特性測定装置および環状試料磁気特性測定方法を提供する。
【解決手段】磁気特性測定装置は、環状の測定対象物が周方向に分割されてなる複数の試料片の各々をスライドにより収納する複数の試料収納部と、測定対象物に相当する閉磁路を形成するために、試料収納部に収納される複数の試料片の各間を磁気的に接続する接続部と、試料収納部の各々の外周に巻回形成されてなり、閉磁路を形成する複数の試料片を励磁する励磁コイルおよび閉磁路の励磁磁束を検出するための検出コイルとを有する構成となっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、環状試料磁気特性測定装置に関するものであって、特に、モータなどに用いられる円環状の磁性鋼鈑における磁気特性を測定するための装置に関する。

変圧器やモータなどの電磁機器には、リング状などに加工された電磁鋼鈑が鉄心材料として用いられている。このうち、モータなどの回転機などの鉄心には、無方向性電磁鋼鈑が用いられている。このような機器の設計・製造にあたっては、用いる電磁鋼鈑における磁気特性を正確に把握しておくことが必要であるが、その測定方法としては、エプスタイン試験法（ＪＩＳＣ２５５０）や単板磁気特性試験法（ＪＩＳＣ２５５６）が従来用いられていた。

エプスタイン試験法では、母材である電磁鋼鈑から圧延方向に切り出した短冊状試料と、圧延方向に直交する方向に切り出した短冊状試料とを各々複数用い、また、単板磁気特性試験法では、母材である電磁鋼鈑から圧延方向またはこれに直交する方向に切り出した短冊状試料を用いる。よって、これらの方法では、圧延方向とこれに直交する方向との２方向の和、あるいは切り出した方向での磁気特性しか測定し得ない。

ところが、実際の電磁機器に用いられる電磁鋼鈑は、例えば、モータなどでは環状に形成されたものが適用され、上記２方法の何れを用いた場合においても、測定値を形状補正する必要が生じる。このため、上記２方法では、実際に使用実体に適した正確な磁気特性を測定することができない。従来からも、より正確な磁気特性を測定する方法が種々提案されているが（例えば、特許文献１）、実際の測定に際しては、機器に用いるのと類似形状の試料を用い、測定が実施されているのが現状である。測定の際のコイル形成について、その一例を図１４を用い説明する。

図１４に示すように、モータなどに用いられるリング状の電磁鋼鈑の磁気特性を測定しようとする場合には、用いる電磁鋼鈑と同一形状あるいは相似形状の測定対象物５００を１枚または複数枚用意し、これに励磁コイル線６０１とＢコイル線６０２とを巻回する。そして、励磁電流法を用いて測定対象物５００の磁界の強さを測定することができる。
特開２００３−３０７５０８号公報

しかしながら、図１４に示す様な巻線を施した試料を準備するのには、非常に大きな工数を要し、電磁機器の設計・製造における効率という観点から許容できるものではない。即ち、図１４に示すように、モータなどの回転機に用いる閉ループの試料を測定対象とする場合には、測定対象物５００に対して測定の都度、励磁コイル線６０１とＢコイル線６０２とを巻回する必要がある。このため、この方法では、測定の準備のために長時間を要する。これより、効率化という観点から許容できない。

本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、実際の使用形状に則した環状の試料を測定の対象とする場合にあっても、測定の都度その準備に長時間を費やす必要がなく、且つ、正確な磁気特性の測定が可能な環状試料磁気特性測定装置および環状試料磁気特性測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る環状試料磁気特性測定装置は、環状の測定対象物が分割されてなる複数の弧状試料片の各々を、その周方向にスライド収納する複数の試料収納部と、測定対象物に相当する閉磁路を形成するために、試料収納部に収納される複数の弧状試料片の各間を磁気的に接続する接続部と、試料収納部の各々の外周に巻回形成されてなり、閉磁路を形成する複数の弧状試料片を励磁する励磁コイルおよび閉磁路の励磁磁束を検出するための検出コイルとを有ることを特徴とする。

また、本発明に係る環状試料磁気特性測定方法は、環状の測定対象物をその周方向に分割し、複数の弧状試料片を作成するステップと、弧状試料片の各々を、外周に励磁用の励磁コイルと励磁磁束検出用の検出コイルとが巻回形成された試料収納部にスライド収納するステップと、試料収納部に収納された各弧状試料片の隣り合う各間を磁気的に接続する（閉磁路を構成する）ステップとを有することを特徴とする。

上記のように、本発明に係る環状試料磁気特性測定装置は、予めその外周に励磁コイルと検出コイルとが巻回形成されてなる試料収納部を複数備えるので、本発明に係る装置を使用して試料の磁気特性を測定する際には、各試料収納部に対し予めカットされ形成された弧状試料片を周方向にスライド収納させて行けばよい。よって、本発明に係る装置を用いた測定においては、図１４に示すような試料にコイルを測定の度に巻回する必要がなく、予め外周に励磁コイルおよび検出コイルが巻回形成された試料収納部に各弧状試料片をスライドさせて挿入させて行くだけでよい。

また、本発明に係る装置では、予め分割された複数の弧状試料片を試料収納部に収納後、各間を接合部によって磁気的に接合する構成を採っているので、カットされていない環状の測定対象物と等価な形状試料の磁気特性を測定することが可能となる。よって、本発明に係る装置を用いれば、従来のエプスタイン試験法や単板磁気特性試験法のように短冊状の試料を対象とするのではなく、現実に機器に用いられる鉄心と同等あるいは相似するサイズ・形状の電磁鋼鈑を対象として、その磁気特性を測定し得るので、測定精度という観点から優れる。

従って、本発明に係る環状試料磁気特性測定装置を用いれば、実際の使用形状に則した環状の試料を測定の対象とする場合にあっても、測定の都度その準備に長時間を費やす必要がなく、且つ、正確な磁気特性の測定が可能である。
本発明に係る環状試料磁気特性測定装置では、次のようなバリエーションを採用することができる。

上記本発明に係る環状試料磁気特性測定装置では、弧状試料片のスライド方向に溝が配され全体としてチャネル状の支持体要素を２つ有し、当該２つの支持体要素が互いに対向状態に配された構成の試料収納部を採用することができる。
また、上記本発明に係る環状試料磁気特性測定装置では、対をなすＵ字状カットコアから構成された構成の接続部を採用することができる。これは、理論上は、弧状試料片の端辺をコアの壁面に接合すればよいのであるが、実際にこのような方法を採用しようとすれば、コアと弧状試料片の端辺との間に隙間を生じる。このため、本発明では、対をなすＵ字状カットコアで弧状試料片の端部近傍を厚み方向に挟みこむようにすれば、弧状試料片と弧状試料片との接続を確実にすることができる。さらに、本発明では、カットコアを用いているが、これは、渦電流損の低減を目的とするものである。なお、接続部としてのカットコアとしては、弧状試料片の数、即ち、接続箇所数に応じた対数を用いられることになる。

また、上記本発明に係る環状試料磁気特性測定装置は、試料収納部の各々において、端部近傍の方がその他の部分よりも高密度に巻回形成されてなる構成の励磁コイルを採用することができる。このような構成を採用することで、接続部に供される弧状試料片の該当部分にコイルを巻回することができず、磁束密度が低下するのを補償することができる。
また、本発明に係る環状試料磁気特性測定方法は、複数の弧状試料片を作成し、その各々を予め外周部に励磁コイルと検出コイルとが巻回形成されてなる試料収納部にスライド収納し、複数の弧状試料片を接続して閉磁路を形成するだけで測定準備が整う。よって、本発明に係る環状試料磁気特性測定方法では、上記本発明に係る環状試料磁気特性測定装置の優位性と同様に、実際の使用形状に則した環状の試料を測定の対象とする場合にあっても、測定の都度その準備に長時間を費やす必要がなく、且つ、正確な磁気特性の測定が可能である。

なお、上記本発明に係る環状試料磁気特性測定方法では、複数の弧状試料片を作成するのに、必ずしも一旦測定対象物を作成し、これを弧状にカットする必要はなく、母材である電磁鋼鈑から一度に複数の弧状試料片を切り出すという方法を採用することもできる。ただし、この場合においては、各弧状試料片における圧延方向について考慮しておくことが望ましい。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態については、本発明の構成上の特徴および当該構成から奏される作用効果を分かりやすく説明するために一例として用いるものであって、本発明は、その技術的特徴となる部分を除き、以下の内容に何ら限定を受けるものではない。
１．全体構成
先ず、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１の全体構成について、図１を用いて説明する。図１は、測定対象である環状に切り出された無方向性電磁鋼鈑が装着された状態での磁気特性測定装置１の構成を概念的に示す構成ブロック図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１では、励磁枠１０を有する。励磁枠１０は、各々が半円弧状の試料装着部１１、１２に測定試料５が挿入されており、各々の端部から露出する測定試料５の端部近傍どうしがヨーク１３により接続されている。試料装着部１１、１２には、その外周に検出コイル（以下では、「Ｂ−コイル」と記載する。）１１２と励磁コイル１１３とが重ねて巻回形成されている。この構成については、後述する。

励磁枠１０のＢ−コイルから延びるコイル線は、ディジタルオシロスコープ２５に接続されている。他方、励磁枠１０の励磁コイルから延びるコイル線には、シャント抵抗２６が直列接続されており、トランス２４に接続されている。なお、シャント抵抗２６の両端は、ディジタルオシロスコープ２５に接続されている。
トランス２４は、パワーアンプ２３を介して任意波形発生器２２に接続されており、ディジタルオシロスコープ２５および任意波形発生器２２は、ＧＰ−ＩＢ（ＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅＩｎｔｅｒｆａｃｅＢｕｓ）により、ともにパーソナルコンピュータ２１に接続されている。

上記構成を有する本実施の形態に係る磁気特性測定装置１では、励磁電流法を用いて測定試料５の磁界の強さなどを測定できる。これについては、後述する。
２．励磁枠１０の構成
本実施の形態に係る磁気特性測定装置１の構成中、特徴的な部分となる励磁枠１０の構成について、図２および図３を用いて説明する。

図２に示すように、励磁枠１０は、半円弧状の試料装着部１１、１２を対向して配し、各々の端部から延出された測定試料５の端部どうしがヨーク１３により磁気的に接続された構成となっている。各試料装着部１１、１２は、ヨーク１３で接続された部分を除き、外周全体にわたってＢ−コイルと励磁コイルとが重ねて巻回形成されており、試料の収納部として機能を有する。試料装着部１１、１２の詳細について、図３（ａ）を用いて説明する。図３（ａ）は、図２のＡ部を模式的に示した断面図である。なお、以下では、上記測定試料５にカットする前の環状の対象物を”環状測定試料”と記載する。即ち、環状測定試料とは、半円弧状の測定試料５を２つ用い形成される測定対象物である。

図３（ａ）に示すように、励磁枠１０の試料装着部１１は、内方に試料５を収納可能な空間１１１ａを有した支持体１１１を有し、その外周に略隙間なくＢ−コイル１１２と励磁コイル１１３とが巻回形成されている。なお、図３（ａ）では、試料装着部１１についてのみ示したが、もう一方の試料装着部１２についても同様の構成を採る。支持体１１１における空間１１１ａは、その周方向に鞘状に連通形成されており、両端で開口している。ここで、本実施の形態に係る支持体１１１については、ベークライトより構成されている。

次に、ヨーク１３を用いた測定試料５と測定試料５との接続形態について、図３（ｂ）を用いて説明する。
図３（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る励磁枠１０では、２つのＵ字状のカットコア１３１、１３２を用い、当該２つのカットコア１３１、１３２を対向配置し、互いの端面１３２ｆどうしの間で測定試料５の端部近傍を挟みこむ構成を採っている。試料装着部１１に収納された測定試料５と、試料装着部１２に収納された測定試料５とは、当該ヨーク１３により磁気的に接続される。なお、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１では、接続部としてカットコア１３１、１３２からなるヨーク１３を用いたが、これは、当該接続部分で渦電流損が生じるのを避けるためである。

３．試料装着部１１、１２への測定試料５の収納
次に、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１の試料装着部１１、１２への測定試料５の収納手順について、図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、測定試料５として半円弧状に切り出した磁性鋼鈑を準備する。この半円弧状の測定試料５は、上述のように、実際に電磁機器に使用するリング状の鉄心（環状の測定対象物）を２分割し、これを適用している。このように準備した測定試料５を、その一端５ｅから試料装着部１１の内方の空間１１１ａに侵入させ、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、スライドさせながら侵入を深めて行く。

図４（ｄ）に示すように、本実施の形態に係る試料装着部１１は、半円弧状にカットされた測定試料５よりも展開角度において若干小さく設定されており、両端から測定試料５の端部が露出する状態となる。なお、この部分は、図３（ｂ）で示した接続に供する部分となる。
４．磁気特性測定装置１を用いた磁気特性の測定
本実施の形態に係る磁気特性測定装置１を用いた特性の測定では、励磁電流法を用いる。そして、パーソナルコンピュータ２１は、Ｂ−コイル１１２の誘起電圧波形が目標電圧波形となるようにディジタルフィードバックを繰り返し、第１５次調波成分までの振幅のズレが、例えば０．５［％］以下に収まるように、また、最大磁束密度と目標最大磁束密度との差が、例えば±０．５［％］以内に収まるように波形制御を実行する。

４−１．磁束密度の検出
接続された２片の測定試料５中を通る磁束は、電磁誘導によりＢ−コイル１１２に誘起された電圧の測定値を用い、パーソナルコンピュータ２１において算出される。具体的には、（数１）により磁束密度Ｂ_ｍａｘ［Ｔ］が求められる。

ここで、
Ｖ_２ｅｆｆ；Ｂ−コイル１１２に誘起される電圧（二次電圧）の実効値［Ｖ］
Ｎ_２；Ｂ−コイル１１２の巻数［ｔｕｒｎ］
ｆ；測定周波数［Ｈｚ]
Ａ；測定試料５の断面積［ｍ^２］
４−２．磁界の強さの検出
とする。

環状測定試料（測定対象物）の励磁電流法による磁界の強さの算出は、シャント抵抗２６から測定される励磁電流を用い、アンペアの周回積分の法則から算出される。具体的には、磁界の強さＨ［Ａ／ｍ］は、（数２）より求められる。

ここで、
Ｎ_１；励磁コイル１１３の巻数［ｔｕｒｎ］
ｌ；測定試料５の実効磁路長［ｍ］
Ｉ；励磁電流（一次電流）の波高値［Ａ］
とする。

４−３．鉄損の検出
環状測定試料（測定対象物）の鉄損Ｐ_ＶＩ［Ｗ／ｋｇ］は、磁束密度Ｂ、磁界の強さＨの波形データを数値積分することにより求められる。具体的には、（数３）により求められる。

ここで、
ｍ；環状測定試料（測定対象物）の質量（測定試料５の質量の２倍）［ｋｇ］
とする。

以上の各数式より、環状の測定対象物である鉄心の磁気特性を測定することができる。
５．本実施の形態に係る磁気特性測定装置１の優位性
上記構成を有する本実施の形態に係る磁気特性測定装置１では、予めその外周に励磁コイル１１３とＢ−コイル（検出コイル）１１２とが巻回形成されてなる試料装着部１１、１２を２つ備え、その各々の内方に鞘状に形成された空間を有する。このため、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１を使用して環状の測定対象物の磁気特性を測定する際には、予め測定対象物である環状の鉄心をその中心線で２等分し、弧状にカットされた測定試料５を作成する。そして、作成された２つの測定試料５を試料装着部１１、１２の各支持体１１１における空間１１１ａにスライド収納させて行き、端部より延出する測定試料５の端部どうしをヨーク１３で接続することで測定準備が終了する。よって、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１を用いた磁気特性の測定においては、図１４に示すように、測定の都度、測定対象である環状の鉄心に対してコイルを巻回する必要がなく、半円弧状にカットされた測定試料５を試料装着部１１、１２における支持体１１１の空間１１１ａにスライドさせて挿入させて行くだけでよい。

また、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１では、試料装着部１１、１２における支持体１１１の空間１１１ａに測定試料５をそれぞれ収納後、各間をヨーク１３によって磁気的に接合するので、測定対象物である環状の鉄心と等価な形状の磁気特性を測定することが可能となる。よって、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１を用いれば、従来のエプスタイン試験法や単板磁気特性試験法のように短冊状の試料を対象とするのではなく、現実に機器に用いられる鉄心と同等あるいは相似するサイズ・形状の環状の試料を対象として、その磁気特性を測定し得るので、測定精度という観点から優れる。

従って、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１では、実際の使用形状に則した環状の試料を測定の対象とする場合にあっても、測定の都度その準備に長時間を費やす必要がなく、且つ、正確な磁気特性の測定が可能である。
なお、本実施の形態に係る磁気特性測定装置１では、励磁枠１０における励磁コイル１１３の巻き方を支持体１１１の長手方向に均一とするのではなく、ヨーク１３の近傍部分で高密度に巻回形成しているので、ヨーク１３の部分で励磁コイル１１３を巻回形成できない影響を補償することができるものと考えられる。

６．測定精度等の検証実験
以下では、次の２種類のサンプルを用い、磁路長の検討および測定精度の検証を行う。
６−１．実施例１
実施例１に係る励磁枠Ａの構成について、図５および図６を用いて説明する。
図６（ａ）に示すように、励磁枠Ａは、外径１１５［ｍｍ］、内径９５［ｍｍ］、厚み０．５[ｍｍ]の測定試料に適用するものとした。励磁コイルには、０．７５［ｍｍ^２］のビニル被覆線を用い、１層目が各４４［ｔｕｒｎ］、２層目が各４３［ｔｕｒｎ］であり、左右両側の合計で１７４［ｔｕｒｎ］巻回形成されている。Ｂ−コイルは、励磁コイルの内側に、０．２［ｍｍ^２］のビニル被覆線を用い、１層各７９［ｔｕｒｎ］であり、左右両側での合計で１５８［ｔｕｒｎ］巻回形成されている。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ヨーク１３として用いるカットコアは、平均磁路長が１４．２６［ｃｍ］、断面積が２．７５［ｃｍ^２］、質量が０．２９２［ｋｇ］とした。各寸法については、図５（ａ）、（ｂ）に示す通りとした。
６−２．実施例２
実施例２に係る励磁枠Ｂの構成について、図６を用いて説明する。

図６（ｂ）に示すように、励磁枠Ｂは、外径１００［ｍｍ］、内径５０［ｍｍ］、厚み０．５［ｍｍ]の測定試料に適用するものとした。励磁コイルには、０．７５［ｍｍ^２］のビニル被覆線を用い、１層目が各２３［ｔｕｒｎ］、２層目が各２１［ｔｕｒｎ］、３層目が各１８［ｔｕｒｎ］であり、左右両側の合計で１２４［ｔｕｒｎ］巻回形成されている。Ｂ−コイルは、励磁コイルの内側に、０．２［ｍｍ^２］のビニル被覆線を用い、１層各３８［ｔｕｒｎ］であり、左右両側での合計で７６［ｔｕｒｎ］巻回形成されている。

ヨーク１３として用いるカットコアは、平均磁路長が２８．１３［ｃｍ］、断面積が６．６５［ｃｍ^２］、質量が１．３６［ｋｇ］とした。
６−３．測定方法
測定に際しては、励磁枠Ａに適用するサンプルとして”５０Ａ１０００”を用い、励磁枠Ｂに適用するサンプルとして”５０Ａ４７０”の無方向性電磁鋼鈑を使用した。サンプル枚数は各々１枚とし、１枚の試料を２等分する際、圧延方向に沿ってカットしたサンプル（以下では、「圧延方向切断サンプル」と記載する。）、圧延方向に直交する方向に切断したサンプル（以下では、「直交方向切断サンプル」と記載する。）の２種類を準備した。

実験には、上記実施の形態に係る磁気特性測定装置１と同一の測定系の装置を用い（図１に示す測定系）、上記と同様に励磁電流法を用いた。なお、シャント抵抗２６の抵抗値は、０．２５［Ω］に設定した。また、パーソナルコンピュータ２１が司る波形制御についても、上記実施の形態と同様である。
６−４．磁路長の検討
本実施の形態に係る磁気特性測定装置１では、測定対象物を２分割して測定試料５を作成し、これをヨーク１３で接続する構成を採るため、例示コイル１１３を測定試料５の全周に巻回することができない。そのため、測定試料５の磁束密度分布は一様ではなく、ヨーク１３の近傍領域では、磁束密度が低くなると考えられる。このため、上記実施の形態に係る磁気測定装置１の励磁枠１０では図１４に示す環状試料測定法で幾何学的に求められた磁路長をそのまま適用することはできず、また、質量についてもエプスタイン試験法と同様に実効質量を導入する必要がある。

そこで、本実験では、励磁枠Ａ、Ｂのそれぞれの中心を角度０［°］とし、０［°］、±３０［°］、±６０［°］、±７０［°］の位置に線の断面積が０．１［ｍｍ^２］のポリウレタン銅線を直接各サンプルに１０［ｔｕｒｎ］巻回し（サーチコイルを形成）、試料の磁束密度分布を測定した。その結果をＢ−コイルの測定値と比較した。なお、励磁枠Ａにおいては、角度±７６［°］から、励磁枠Ｂにおいては、角度±８３［°］からヨーク１３による接合領域となる。

本実験における励磁条件は正弦波磁束条件とし、測定周波数は５０［Ｈｚ］とした。このとき、試料に巻回形成したサーチコイルの誘起電圧から最大磁束密度を求め、Ｂ−コイルの最大磁束密度からの低下率を（数４）から求めた。

ここで、
Ｂ_ｂ；Ｂ−コイルで検出した最大磁束密度
Ｂ_ｓ；サーチコイルで検出した最大磁束密度
とする。

周波数５０［Ｈｚ］での磁束密度の低下率εについて、図７および図８に示す。図７および図８のそれぞれにおいて、（ａ）は、直交方向切断サンプルを対象とした結果を示す図であり、（ｂ）は、圧延方向切断サンプルを対象とした結果を示す図である。
図７および図８に示すように、何れの励磁枠Ａ、Ｂにおいても、励磁コイルの端部に近くなるほど磁束が漏れ、磁束密度が低くなっていることがわかる。また、図７（ａ）および図８（ａ）に結果を示す直交方向切断サンプルでは、磁束密度の低下率εがヨーク１３の近傍領域まで小さいのに対し、図７（ｂ）および図８（ｂ）に結果を示す圧延方向切断サンプルでは、ヨーク１３の近傍領域で磁束密度の低下率εが大きくなっている。これは、圧延方向切断サンプルは、直交方向切断サンプルよりヨーク１３の近傍領域での透磁率が低いためであると考えられる。

なお、本実験における励磁枠Ａ、Ｂでは、ヨーク１３の際まで励磁コイルを巻回形成しない構成とした。このため、磁路長、実効質量の算定を、励磁コイルを巻回形成している範囲とした場合と、ヨーク１３までの範囲とした場合とでは異なる結果となる。本実験で用いた励磁枠Ａ、励磁枠Ｂでは、その差異がそれぞれ約４．５［％］、約９．５［％］となった。

本実験の測定においては、磁路長はヨーク１３までの範囲とし、励磁枠Ａでは０．２７８６［ｍ］（図６（ａ）を参照。）、励磁枠Ｂでは０．２１７３［ｍ］（図６（ｂ）を参照。）とした。また、実効質量についても、ヨーク１３までとした。さらに、環状の測定試料の全周に対するヨーク１３と接している部分の面積は、”５０Ａ１０００”では約１５．５［％］、”５０Ａ４７０”では約７．８［％］となっていた。

６−５．測定精度の検証
次に、上記実施の形態に係る構成の磁気特性測定装置１を用いた測定法と、図１４に示す従来の環状試料磁気特性測定法との測定精度の比較実験を実施した。
６−５−１．測定条件
本実験においては、無方向性電磁鋼鈑からなる環状サンプルの励磁枠Ａ用として”５０Ａ１０００”、励磁枠Ｂ用として”５０Ａ４７０”を用いた。上記実施の形態に係る磁気特性測定装置１を用いた測定法では、測定値にヨーク１３の影響が含まれるものと考えられる。

しかし、１．５［Ｔ］では、”５０Ａ１０００”では磁界の強さおよび鉄損に占めるヨーク１３の影響割合が、それぞれ約０．４［％］、約０．２［％］であり、”５０Ａ４７０”では磁界の強さおよび鉄損に占めるヨーク１３の影響割合が、それぞれ約０．９［％］、約０．７［％］と非常に小さかった。このため、上記実施の形態に係る磁気特性測定装置１を用いた磁気特性の測定においては、ヨーク１３の影響を無視できるものと考えられる。なお、本実験における測定周波数は、５０［Ｈｚ］とした。また、両サンプルにおいて、サンプル１枚を用いた図１４の構成を採用する従来の測定方法と、直交方向切断サンプルおよび圧延方向切断サンプルとの磁界の強さおよび鉄損の差異を次式（数５）、（数６）で求めた。

ここで、
Ｈ；図１４の構成を用いる従来の測定方法で得られる磁界の強さ
Ｈ_Ｍ；実施例に係る構成を用いる測定方法で得られる磁界の強さ
Ｐ；図１４の構成を用いる従来の測定方法で得られる鉄損
Ｐ_Ｍ；実施例に係る構成を用いる測定方法で得られる鉄損
６−５−２．測定結果
周波数５０［Ｈｚ］における両サンプルの磁化特性の測定結果を図９に示す。図９は、（ａ）が励磁枠Ａを用い得られた結果であり、（ｂ）が励磁枠Ｂを用い得られた結果である。なお、図９（ａ）、（ｂ）のそれぞれにおいて、黒丸で従来の測定法から得られた結果を示しているが、図９（ａ）では、従来の測定法から得られた結果が実施例に係る圧延方向切断サンプルの結果（白四角）と重複している。

また、上記（数５）より求められる各サンプルにおける磁界の強さの割合を図１０に示す。
図９に示すように、”５０Ａ１０００”のサンプルでは、磁界の強さが圧延方向切断サンプルよりも直交方向切断サンプルの方が、最大で約６［％］大きくなっていた。また、従来の測定法と実施例に係る測定法とでは、直交方向切断サンプルでの磁界の強さが、最大で約６［％］の差を有していたのに対し、圧延方向切断サンプルでの磁界の強さが、最大で約２［％］の差を有していた。

また、”５０Ａ４７０”のサンプルにおいても、”５０Ａ１０００”のサンプルと同様に、磁界の強さが圧延方向切断サンプルよりも直交方向切断サンプルの方が、最大で約１７［％］大きくなった。さらに、従来の測定法と実施例に係る測定法とでは、直交方向切断サンプルでの磁界の強さが、最大で約３０［％］の差を有していたのに対し、圧延方向切断サンプルでの磁界の強さが、最大で約１５［％］の差を有していた。

次に、周波数５０［Ｈｚ］における両サンプルの鉄損特性の測定結果を図１１に示す。図１１は、（ａ）が励磁枠Ａを用い得られた結果であり、（ｂ）が励磁枠Ｂを用い得られた結果である。なお、図１１（ａ）、（ｂ）のそれぞれにおいて、黒丸で従来の測定法から得られた結果を示しているが、図１１（ａ）では、従来の測定法を用い得られた結果が実施例に係る圧延方向切断サンプルの結果（白四角）と重複している。

また、上記（数６）より求められる各サンプルにおける鉄損の割合を図１２に示す。
図１１に示すように、”５０Ａ１０００”のサンプルにおける鉄損は、圧延方向切断サンプルの方よりも直交方向切断サンプルの方が最大で約３［％］高くなっていた。また、従来の測定法と実施例に係る測定法とでは、直交方向切断サンプルでの鉄損が、最大で約２［％］の差を有していたのに対し、圧延方向切断サンプルでの鉄損が、最大で約１［％］の差を有していた。

また、”５０Ａ４７０”のサンプルにおいても、”５０Ａ１０００”のサンプルと同様に、圧延方向切断サンプルの方よりも直交方向切断サンプルの方が最大で約２［％］高くなっていた。また、従来の測定法と実施例に係る測定法とでは、直交方向切断サンプルでの鉄損が、最大で約７［％］の差を有していたのに対し、圧延方向切断サンプルでの鉄損が、最大で約６［％］の差を有していた。

以上の結果より、両励磁枠Ａ、Ｂにおいて、磁界の強さおよび鉄損が圧延方向切断サンプルよりも直交方向切断サンプルの方が大きくなったことが分かるが、これは、図７および図８において示したように、圧延方向切断サンプルと直交方向切断サンプルとの磁束密度分布の差が、ヨーク１３の近傍領域における透磁率の差によるものと考えられる。また、両サンプルにおける磁界の強さの差は、用いたヨーク１３の違い、およびサンプルがヨーク１３と接している部分の面積の差、サンプルの内外径比の差などが影響したものと考えられる。

次に、従来の測定法と実施例に係る測定法との間での磁界の強さおよび鉄損の差異が、ともに圧延方向切断サンプルの方が直交方向切断サンプルに比べて小さくなったのは、実施例に係る測定法において磁路長をヨーク１３の際までに設定したことによる影響であると考えられる。また、圧延方向切断サンプルよりも直交方向切断サンプルの方が、ヨーク１３の近傍領域での磁束密度が若干大きいことに起因しているものとも考えられる。

従って、実施例に係る測定においては、励磁コイル１１３の巻き方、磁路長および実効質量などの項目に付いては、測定に際して実体に則した検討をすることが求められる。
７．バリエーション
上記実施の形態および各実施例については、本発明の構成および作用・効果を分かりやすく説明するために用いた一例であって、発明の本質的特徴部分以外の構成等については、種種のバリエーションを採ることができる。例えば、上記実施の形態においては、励磁枠１０の支持体１１１に角パイプ状の形状のものを適用したが、必ずしもこのような形状に限定を受けるものではない。支持体についての変形例を図１３（ａ）、（ｂ）に示す。

図１３（ａ）に示すように、変形例１に係る支持体１１４は、コの字状の断面形状を有し、全体として溝によりチャネル状となっている。なお、図１３（ａ）に示す形状を採用する場合にも、溝内にスライド収納する弧状試料片がコイルからの応力により磁気的な影響を受けないようにそのサイズを設定する必要がある。
また、図１３（ｂ）に示すように、変形例２に係る支持体１１５は、上記支持体１１４と相似する形状の２つの支持体要素１１５ａ、１１５ｂからなり、互いの溝どうしで内方に上記実施の形態に係る支持体１１１における空間１１１ａと同様の試料片の収納部が形成されるよう対向配置され構成されている。このような形態を採用する場合には、上記実施の形態に係る支持体１１１よりもその製造が容易であり、上記変形例１に係る支持体１１４よりも確実に試料片へのコイルからの応力の影響を防ぐことができる。

また、図示を省略するが、測定試料５などと同等あるいは少しサイズの大きなダミーの芯体を準備し、これに検出コイル１１２および励磁コイル１１３を巻回形成し、この状態でコイル１１２、１１３の形状保持のために樹脂材料などで周りを固める。そして、樹脂材料が硬化した後に、ダミーの芯体を抜きさることで励磁枠における試料装着部を形成することもできる。このようにすれば、各コイル１１２、１１３と挿入する測定試料５との間隔を小さくすることができ、測定精度などの観点から望ましい。

また、上記実施の形態では、磁気特性の測定に際して、各試料装着部１１、１２に対し各々１枚の測定試料５を収納することとしたが、試料装着部１１、１２における形状等を変更し、２枚あるいはそれ以上の測定試料を一度に重ねて収納できる構成としてもよい。
さらに、上記実施の形態では、環状の測定対象物を２片の弧状試料片に分割することとしたが、分割数については、これに限定を受けるものではない。例えば、１つの環状の測定対象物を３片以上の弧状試料片にカットしてもよい。その場合には、試料装着部の形状・サイズなどを弧状試料片の形状に基づいて設定しておけばよい。ただし、カットする数については、上記実施の形態のように２カットとすることが、測定精度という観点から望ましい。

本発明は、モータなどの回転機に実際に使用される環状の磁性鋼鈑を対象として、その磁気特性を正確に測定することができ、電磁機器の設計・製造において有効である。

実施の形態に係る磁気特性測定装置１の構成を概念的に示す構成ブロック図である。磁気特性測定装置１の構成において、励磁枠１０に対し、環状の測定試料５を装着した状態を示す平面図である。（ａ）は、図２のＡ部の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、図２のＢ部の構成を示す展開斜視図である。（ａ）〜（ｄ）は、試料装着部１１に対し、測定試料５を挿入して行く各過程を順に示す平面図である。（ａ）および（ｂ）は、実施例に係る磁気特性測定装置の要部サイズを示す模式平面図および要部模式断面図である。（ａ）は、励磁枠Ａの各部のサイズを示す模式平面図であり、（ｂ）は、励磁枠Ｂの各部のサイズを示す模式平面図である。励磁枠Ａに挿入されたサンプルでの磁束密度の低下率を示す特性図である。励磁枠Ｂに挿入されたサンプルでの磁束密度の低下率を示す特性図である。（ａ）は、５０［Ｈｚ］における励磁枠Ａに適用のサンプルの磁化特性を示す特性図であり、（ｂ）は、５０［Ｈｚ］における励磁枠Ｂに適用のサンプルの磁化特性を示す特性図である。比較例に係る方法で測定のサンプルの磁界の強さと、励磁枠Ａに適用のサンプルの磁界の強さおよび励磁枠Ｂに適用のサンプルの磁界の強さの差異との差異を示す特性比較図である。（ａ）は、５０［Ｈｚ］における励磁枠Ａに挿入のサンプルでの鉄損特性を示す特性図であり、（ｂ）は、５０［Ｈｚ］における励磁枠Ｂに挿入のサンプルでの鉄損特性を示す特性図である。比較例に係る方法小で測定のサンプルの鉄損特性と、励磁枠Ａに適用のサンプルの鉄損特性および励磁枠Ｂに適用のサンプルの鉄損特性との差異を示す特性比較図である。（ａ）は、変形例１に係る支持体１１４の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、変形例２に係る支持体１１５の構成を示す断面図である。従来の磁気特性測定装置における環状の測定対象物５００に対し、コイル線６０１、６０２を巻回した状態を示す平面図である。

符号の説明

１．磁気特性測定装置
５．測定試料
１０．励磁枠
１１、１２．試料装着部
１３．ヨーク
２１．パーソナルコンピュータ
２２．任意波形発生器
２３．パワーアンプ
２４．トランス
２５．ディジタルオシロスコープ
２６．シャント抵抗
１１１、１１４、１１５．支持体
１１２．Ｂ−コイル
１１３．励磁コイル
１３１、１３２．カットコア

Claims

環状の測定対象物が分割されてなる複数の弧状試料片の各々を、前記周方向にスライド収納する複数の試料収納部と、
前記測定対象物に相当する閉磁路を形成するために、前記試料収納部に収納される複数の弧状試料片の各間を磁気的に接続する接続部と、
前記試料収納部の各々の外周に巻回形成されてなり、前記閉磁路を形成する複数の弧状試料片を励磁する励磁コイル、および、前記閉磁路の励磁磁束を検出するための検出コイルとを有する
ことを特徴とする環状試料磁気特性測定装置。
前記試料収納部は、前記弧状試料片のスライド方向に溝が配されチャネル状の支持体要素を２つ用い、当該２つの支持体要素を互いに対向状態に配し構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の環状試料磁気特性測定装置。
前記接続部は、対をなすＵ字状カットコアから構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の環状試料磁気特性測定装置。
前記励磁コイルは、前記試料収納部の各々において、端部近傍の方がその他の部分よりも高密度に巻回形成されている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の環状試料磁気特性測定装置。
環状の測定対象物をその周方向に分割し、複数の弧状試料片を作成するステップと、
前記弧状試料片の各々を、外周に励磁用の励磁コイルと励磁磁束検出用の検出コイルとが巻回形成された試料収納部にスライド収納するステップと、
前記試料収納部に収納された各弧状試料片の隣り合う各間を磁気的に接続するステップとを有する
ことを特徴とする環状試料磁気特性測定方法。
前記励磁コイルおよび検出コイルには、演算処理部が接続されており、
前記演算処理部は、前記励磁コイルに流れる励磁電流の値と、前記検出コイルから検出される誘起電圧の値とを取得し、当該取得した両値を用いて、前記測定対象物における磁束密度、磁界の強さおよび鉄損を算出する
ことを特徴とする請求項５に記載の環状試料磁気特性測定方法。
前記接続するステップでは、対をなすＵ字状カットコアを用いる
ことを特徴とする請求項５または６に記載の環状試料磁気特性測定方法。