JP2007192602A - Device and method for magnetic measurement - Google Patents

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Tadashi Nakanishi
匡 中西
Kenichi Sadahiro
健一 定廣
Masayoshi Ishida
昌義 石田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method of magnetic measurement which is compact and easy to handle and in accordance with actual usage condition by controlling the temperature distribution of a sample, in the magnetic measurement device for measuring the physical properties such as magnetic properties of excited sample or magnetic deformation. <P>SOLUTION: The magnetic measurement device capable of exciting the sample and also measuring the physical properties of the sample is provided with a device for controlling the temperature distribution. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁性材料を励磁したときにおける、磁束密度や磁気歪みなどの磁気的特性を測定する磁気的測定装置および方法に関するものである。   The present invention relates to a magnetic measurement apparatus and method for measuring magnetic characteristics such as magnetic flux density and magnetostriction when a magnetic material is excited.

近年、電気機器の高性能化に伴い、磁性材料に求められる特性は益々厳しくなっている。その特性評価は、一般に行われている出荷直前の素材特性評価はもとより、変圧器や回転機などの実機で使用されるときの実使用条件に則した形での評価方法が求められるようになってきた。   In recent years, the characteristics required of magnetic materials have become more and more severe with the improvement in performance of electrical equipment. In addition to the material property evaluation that is generally performed immediately before shipment, an evaluation method that conforms to the actual usage conditions when used in actual devices such as transformers and rotating machines is required for the property evaluation. I came.

例えば、変圧器に使用される電磁鋼板では、実使用条件では鉄損等による発熱が生じ、その熱は鉄心内の温度勾配により鉄心外へ放出するため、実使用条件において電磁鋼板の温度は均一でなく温度分布が存在する。   For example, in electrical steel sheets used for transformers, heat is generated due to iron loss, etc. under actual use conditions, and the heat is released outside the iron core due to the temperature gradient in the iron core. Instead, there is a temperature distribution.

すなわち、実使用条件における磁性材料には、多くの場合温度分布が存在する。したがって、温度分布があることによる熱膨張により材料に応力が付加された状態であることは少なくない。そしてこの応力は、一般的には励磁方向と無関係な方向に働いている。   That is, in many cases, a temperature distribution exists in the magnetic material under actual use conditions. Therefore, the stress is often applied to the material due to thermal expansion due to the temperature distribution. This stress generally works in a direction unrelated to the excitation direction.

磁性材料に応力が付与されると磁区構造が大きく変化することがあり、材料の磁気特性(透磁率、ヒステリシスループ、鉄損等)および磁気歪みが応力によって大きく変化する場合がある。このため、機器性能の向上を目指すには、通常行っている素材の磁気特性評価のみならず、実際に使用されている温度分布あるいは応力状態での磁気特性評価も行う必要がある。   When stress is applied to the magnetic material, the magnetic domain structure may change greatly, and the magnetic properties (permeability, hysteresis loop, iron loss, etc.) and magnetostriction of the material may change greatly depending on the stress. For this reason, in order to improve the device performance, it is necessary to perform not only the magnetic property evaluation of a normal material, but also the magnetic property evaluation in the actually used temperature distribution or stress state.

従来の技術では、磁気特性(透磁率、ヒステリシスループ、鉄損等)の応力依存性を調査する場合、短冊状試験片を長手方向に引張り、これを単板磁気測定装置で測定する方法が行われてきた。応力は、一般的に試料の両端を掴み治具等で掴み、掴み治具等に力を加えることにより付与しており、このような例は、例えば特許文献1に開示されている。
特開2003−194903号公報
In the conventional technology, when investigating the stress dependence of magnetic properties (permeability, hysteresis loop, iron loss, etc.), a method is used in which a strip-shaped test piece is pulled in the longitudinal direction and measured with a single plate magnetometer. I have been. The stress is generally applied by gripping both ends of the sample with a gripping jig or the like and applying a force to the gripping jig or the like. Such an example is disclosed in Patent Document 1, for example.
JP 2003-194903 A

しかしながら、特許文献1等に開示された方法では、試料に付与する応力の方向と励磁方向は平行であり励磁方向に直角な方向の応力が付与できない一方、実使用条件で付加される応力は励磁方向のみならず様々な方向に働くこと、および圧縮応力を付与した場合試料が変形しやすいこと等の問題があった。   However, in the method disclosed in Patent Document 1 and the like, the direction of stress applied to the sample is parallel to the excitation direction, and stress in a direction perpendicular to the excitation direction cannot be applied. There are problems such as working in various directions as well as the direction, and the sample being easily deformed when compressive stress is applied.

また、試料の周囲に配置した巻線に電流を流すことによって試料を励磁する場合では、励磁方向に直角な方向に掴み治具等で応力を付与しようとすると、巻き線に妨害されるため試料を掴むことが困難であった。   In addition, in the case of exciting a sample by passing an electric current through a winding arranged around the sample, if a stress is applied by a gripping jig or the like in a direction perpendicular to the excitation direction, the sample is disturbed by the winding. It was difficult to grab.

更に、応力の方向と励磁方向が平行な場合には掴み部を試料の励磁部外にすることができるが、応力の方向と励磁方向が直角の場合には掴み部を試料の励磁部外にすることができず、掴み治具等の使用では試料に歪みが入りその磁気特性等への影響を除外することは困難であった。   Furthermore, when the stress direction and the excitation direction are parallel, the grip portion can be outside the excitation portion of the sample. However, when the stress direction and the excitation direction are perpendicular, the grip portion is outside the sample excitation portion. In the case of using a gripping jig or the like, it is difficult to eliminate the influence of the distortion on the sample and its magnetic properties.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、励磁した試料の磁気特性や磁気歪み等の物性を測定する磁気的測定装置および方法において、試料の温度分布を制御することにより、磁性材料の実使用条件に則した形で、コンパクトかつ取り扱い容易な磁気的測定装置および方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a magnetic measuring apparatus and method for measuring physical properties such as magnetic properties and magnetostriction of an excited sample, the temperature distribution of the sample is controlled to control the magnetic material. It is an object of the present invention to provide a magnetic measuring apparatus and method that are compact and easy to handle in a form that conforms to actual use conditions.

本発明の請求項1に係る発明は、試料を励磁することができ、かつ前記試料の物性を測定する磁気的測定装置において、前記試料の温度分布を制御する装置を備えたことを特徴とする磁気的測定装置である。   The invention according to claim 1 of the present invention is characterized in that a magnetic measuring device capable of exciting a sample and measuring physical properties of the sample is provided with a device for controlling the temperature distribution of the sample. It is a magnetic measurement device.

また本発明の請求項2に係る発明は、試料を励磁することができ、かつ前記試料の物性を測定する磁気的測定装置において、励磁方向における前記試料の温度分布を制御する装置を備えたことを特徴とする磁気的測定装置である。   The invention according to claim 2 of the present invention is a magnetic measuring device capable of exciting a sample and measuring the physical properties of the sample, comprising a device for controlling the temperature distribution of the sample in the excitation direction. Is a magnetic measuring device characterized by

また本発明の請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の磁気的測定装置において、前記試料の励磁した部分の励磁方向の中央部および両端部の温度を制御することを特徴とする磁気的測定装置である。   According to a third aspect of the present invention, in the magnetic measurement apparatus according to the first or second aspect, the temperatures of the central portion and both end portions in the excitation direction of the excited portion of the sample are controlled. This is a magnetic measurement device.

また本発明の請求項4に係る発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、前記試料の一部分あるいは全ての周囲に巻線を配置し、該巻線に電流を流すことにより試料を励磁することを特徴とする磁気的測定装置である。   According to a fourth aspect of the present invention, in the magnetic measurement apparatus according to any one of the first to third aspects, a winding is disposed around a part or all of the sample, and the winding is performed. A magnetic measuring device that excites a sample by passing a current through a wire.

また本発明の請求項5に係る発明は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、前記試料の一部または全てを含んだ磁気回路を構成することを特徴とする磁気的測定装置である。   According to a fifth aspect of the present invention, in the magnetic measurement device according to any one of the first to fourth aspects, a magnetic circuit including a part or all of the sample is configured. This is a magnetic measurement device.

また本発明の請求項6に係る発明は、請求項5に記載の磁気的測定装置において、前記試料をヨークと接することにより磁気回路を構成し、前記試料の励磁した部分における励磁方向の中央部および前記ヨークの温度を制御することを特徴とする磁気的測定装置である。   According to a sixth aspect of the present invention, in the magnetic measurement apparatus according to the fifth aspect, a magnetic circuit is formed by contacting the sample with a yoke, and a central portion in an excitation direction in an excited portion of the sample. And a magnetic measuring device for controlling the temperature of the yoke.

また本発明の請求項7に係る発明は、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、励磁した試料の磁気特性を測定することを特徴とする磁気的測定装置である。   According to a seventh aspect of the present invention, in the magnetic measurement apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the magnetic characteristic of the excited sample is measured. Device.

また本発明の請求項8に係る発明は、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、励磁した試料の磁気歪みを測定することを特徴とする磁気的測定装置である。   The invention according to claim 8 of the present invention is the magnetic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the magnetic strain of the excited sample is measured. Device.

また本発明の請求項9に係る発明は、請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、励磁した試料の磁区構造を測定することを特徴とする磁気的測定装置である。   According to a ninth aspect of the present invention, in the magnetic measurement apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the magnetic domain structure of the excited sample is measured. Device.

また本発明の請求項10に係る発明は、試料を励磁することができ、かつ前記試料の物性を測定する磁気的測定方法において、前記試料の温度分布を制御することにより応力を試料に付与することを特徴とする磁気的測定方法である。   According to a tenth aspect of the present invention, in the magnetic measurement method capable of exciting a sample and measuring the physical properties of the sample, stress is applied to the sample by controlling the temperature distribution of the sample. This is a magnetic measurement method.

さらに本発明の請求項11に係る発明は、試料を励磁することができ、かつ前記試料の物性を測定する磁気的測定方法において、励磁方向における前記試料の温度分布を制御することにより応力を試料に付与するとを特徴とする磁気的測定方法である。   Further, according to an eleventh aspect of the present invention, in the magnetic measurement method capable of exciting a sample and measuring the physical properties of the sample, the stress is measured by controlling the temperature distribution of the sample in the excitation direction. It is a magnetic measurement method characterized by being given to.

本発明によれば、励磁した試料の磁気特性や磁気歪み等の物性を測定するに際して、上述した掴み治具等による応力付与方法での問題を解決でき、磁性材料の実使用条件に則した形で、コンパクトかつ取り扱い容易に測定ができる。   According to the present invention, when measuring physical properties such as magnetic properties and magnetostriction of an excited sample, the above-mentioned problems with the stress applying method using a gripping jig or the like can be solved, and the shape in accordance with the actual use conditions of the magnetic material can be solved. It is compact and can be measured easily.

本発明者らは、方向性電磁鋼板における単板磁気測定あるいはエプスタイン測定における評価と、実使用条件である変圧器での評価との差異の原因解明のため、鋭意研究を進めた結果、試料の温度分布の影響が比較的大きいことを発見した。すなわち、磁性材料の素材特性から実使用条件での特性を予測することにおいて、磁性材料の温度分布の影響を考慮することにより、予測をより正確にすることができるというものである。   As a result of diligent research to elucidate the cause of the difference between the evaluation in single-plate magnetic measurement or Epstein measurement in grain-oriented electrical steel sheets and the evaluation in transformers under actual use conditions, We found that the influence of temperature distribution was relatively large. That is, in predicting the characteristics under actual use conditions from the material characteristics of the magnetic material, the prediction can be made more accurate by considering the influence of the temperature distribution of the magnetic material.

したがって、実使用条件での磁性材料の特性を予測するには、試料の温度分布を制御した状態において励磁した試料の物性、例えば磁気特性、磁気歪み、磁区構造等を測定することが重要である。   Therefore, in order to predict the characteristics of magnetic materials under actual use conditions, it is important to measure the physical properties of the excited sample, such as magnetic characteristics, magnetostriction, and domain structure, in a state where the temperature distribution of the sample is controlled. .

必ずしも明らかではないものの、温度分布が試料の物性に与える影響は、温度分布があることによる熱膨張の差異により材料に応力が付与されたことに起因すると考えられる。励磁方向に平行な応力の影響は、比較的容易に従来の測定方法で測定が可能であるが、励磁方向に直角な応力の影響を測定するのは従来の測定方法では困難である。本発明では、励磁方向に温度勾配を与え、励磁方向に直角な応力成分の影響をも評価することが可能となる。試料の励磁した部分において励磁方向の中央部および両端部の温度を制御することにより試料に温度勾配を与えれば、試料の測温値から熱膨張を計算し応力を換算する等の解析が容易になる。   Although not necessarily clear, the influence of the temperature distribution on the physical properties of the sample is considered to be caused by the stress applied to the material due to the difference in thermal expansion due to the temperature distribution. The influence of stress parallel to the excitation direction can be measured relatively easily by the conventional measurement method, but it is difficult to measure the influence of stress perpendicular to the excitation direction by the conventional measurement method. In the present invention, it is possible to give a temperature gradient in the excitation direction and evaluate the influence of a stress component perpendicular to the excitation direction. If a temperature gradient is given to the sample by controlling the temperature at the center and both ends in the excitation direction in the excited part of the sample, analysis such as calculating thermal expansion from the measured temperature value of the sample and converting stress is easy. Become.

試料の励磁方法は、広く普及している磁気測定装置と同様に、巻線に電流を流す方法でよい。すなわち、試料の一部分あるいは全ての周囲に巻線を配置し、該巻線に電流を流すことにより試料を励磁する。励磁波形は、調査する目的に応じて選択すればよく、交流でも直流でもよく、また任意波形でもよい。この様な巻線による励磁方法では、本発明により励磁方向と直角に応力を与えることが極めて容易となる。   The method for exciting the sample may be a method in which a current is passed through the winding, as in the widely used magnetic measurement apparatus. That is, a winding is arranged around a part or all of the sample, and the sample is excited by passing a current through the winding. The excitation waveform may be selected according to the purpose of investigation, and may be AC, DC, or an arbitrary waveform. In such an excitation method using windings, it is very easy to apply stress perpendicular to the excitation direction according to the present invention.

試料の磁束密度を均一にするため、試料の一部または全てを含んだ磁気回路を構成することが望ましい。その際、試料をヨークと接することにより磁気回路を構成する場合では、試料の励磁した部分における励磁方向の中央部およびヨークの温度をそれぞれ制御すれば、比較的容易に励磁方向に温度勾配を与えられる。   In order to make the magnetic flux density of the sample uniform, it is desirable to construct a magnetic circuit including part or all of the sample. At that time, when the magnetic circuit is configured by contacting the sample with the yoke, the temperature gradient in the excitation direction is relatively easily given by controlling the temperature of the central portion of the excitation direction and the temperature of the yoke in the excited portion of the sample. It is done.

試料の温度を制御するときのヒーターは、ニクロム線等に電流を流しジュール熱で加熱するものでよい。ヒーターの制御は、温度を制御する場所の測温値を用いてPIDコントローラー等でおこなえばよい。また、励磁に用いる巻線の内側にヒーターを設置する場合では、市販の薄型のヒーターが適している。ヒーターは磁気測定に影響する可能性があるので非磁性体が好ましいが、磁性体でも予めヒーターの磁気測定への影響等を測定しておき補正すればよい。特に磁気歪みを測定する場合では、ヒーターと試料の摩擦の影響をなくすため、ヒーターと試料は非接触とするのがよい。また、測定したい温度域が低温の場合では、室温、測定器全体、あるいは、ヨークなどの装置の一部分を冷却した状態でヒーターを使用すればよい。   The heater for controlling the temperature of the sample may be a heater heated by Joule heat by passing a current through a nichrome wire or the like. The heater may be controlled by a PID controller or the like using a temperature measurement value at a place where the temperature is controlled. In addition, when a heater is installed inside the winding used for excitation, a commercially available thin heater is suitable. Since the heater may affect the magnetic measurement, a non-magnetic material is preferable. However, the magnetic material may be corrected by measuring the influence of the heater on the magnetic measurement in advance. In particular, when measuring magnetostriction, the heater and the sample are preferably not in contact with each other in order to eliminate the influence of friction between the heater and the sample. When the temperature range to be measured is low, the heater may be used while the room temperature, the entire measuring instrument, or a part of the device such as the yoke is cooled.

測温は熱電対等でおこなえばよい。磁気特性等の測定時とは別に、温度を制御している状態での試料の温度分布を熱電対等で測温し、有限要素法等で試料の応力分布を解析すれば、応力と磁気特性等の関係がより正確になる。   The temperature measurement may be performed with a thermocouple or the like. Separately from the measurement of magnetic properties, etc., if the temperature distribution of the sample under controlled temperature is measured with a thermocouple and the stress distribution of the sample is analyzed by the finite element method, the stress and magnetic properties, etc. The relationship becomes more accurate.

また、単板磁気測定やエプスタイン測定等の通常の磁気測定器等では、励磁に用いる巻線部よりも試料の長さを任意に長くすることができるが、この巻線部外の部分も励磁部における試料の応力に影響するので考慮する必要がある。逆に、試料の長さを変えることや、巻線部外にある試料の部分の温度を制御することによって、励磁部における試料の応力を制御することができる。   Also, in ordinary magnetometers such as single-plate magnetic measurement and Epstein measurement, the length of the sample can be arbitrarily longer than the winding used for excitation, but the part outside this winding is also excited. Since it affects the stress of the sample in the part, it is necessary to consider. On the contrary, the stress of the sample in the excitation part can be controlled by changing the length of the sample or controlling the temperature of the sample part outside the winding part.

上述の様な磁性材料に温度分布がある場合の特性を評価することは、変圧器の設計あるいは素材開発に極めて有益となる。   It is extremely useful for transformer design or material development to evaluate the characteristics when the magnetic material has a temperature distribution as described above.

図1〜5を参照して、本発明に係る実施例1について説明する。図1は、実施例1における測定装置の概略を示す図である。また、図2は、図1のA-A’線での断面図である。さらに、また、図3は、図1のB-B’線での断面図である。また、図4は、実施例1における試料1の温度分布を示す図である。さらに、図5は、試料中央の温度を一定とし、ヨーク温度を変化させた場合の磁歪変化を示す図である。図中、1は試料、2は励磁コイルおよび検出コイル、3はヨーク、4はヨーク下側ヒーター、5は試料上側ヒーター、6はヨーク下側ヒーター、7はヨーク下側温度計、8は試料上側温度計、および9はヨーク下側温度計をそれぞれ表す。   A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a measurement apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. FIG. 4 is a graph showing the temperature distribution of Sample 1 in Example 1. Further, FIG. 5 is a diagram showing the magnetostriction change when the temperature at the center of the sample is constant and the yoke temperature is changed. In the figure, 1 is a sample, 2 is an excitation coil and a detection coil, 3 is a yoke, 4 is a yoke lower heater, 5 is a sample upper heater, 6 is a yoke lower heater, 7 is a yoke lower thermometer, and 8 is a sample. Upper thermometers and 9 represent yoke lower thermometers, respectively.

板厚0.3mmの電磁鋼板を幅100mm、長さ300mmに切り出した試料1を、励磁コイルおよび検出コイル2の中に挿入した。試料1の両側はヨーク3の上に配置され、試料1とヨーク3は磁気的に結合させることにより磁気回路を構成した。このとき、励磁コイルおよび検出コイル2による励磁方向は図1のB-B’線に平行である。また、励磁コイルおよび検出コイル2の中には、試料上側ヒーター5を図1〜3に示す様に試料1の上側に試料とは接触しない状態で配置し、ヨーク下側ヒーター4および6を図1〜3に示されるヨーク3の下側に配置した。これらのヒーターはニクロム線に電流を流しジュール熱を発生するもので、ヨーク下側温度計7および9と試料上側温度計8の測温値がそれぞれ一定となるように、これらのヒーターに流す電流値を独立にPIDコントローラーで制御した。   A sample 1 obtained by cutting a magnetic steel sheet having a thickness of 0.3 mm into a width of 100 mm and a length of 300 mm was inserted into the excitation coil and the detection coil 2. Both sides of the sample 1 are arranged on the yoke 3, and the sample 1 and the yoke 3 are magnetically coupled to form a magnetic circuit. At this time, the excitation direction by the excitation coil and the detection coil 2 is parallel to the B-B 'line in FIG. Further, in the excitation coil and the detection coil 2, the sample upper heater 5 is arranged on the upper side of the sample 1 so as not to contact the sample as shown in FIGS. 1 to 3, and the yoke lower heaters 4 and 6 are shown in FIG. It arrange | positioned under the yoke 3 shown by 1-3. These heaters generate Joule heat by passing an electric current through the nichrome wire. The electric currents supplied to these heaters so that the temperature measurement values of the lower yoke thermometers 7 and 9 and the upper sample thermometer 8 are constant. The value was independently controlled with a PID controller.

試料上側温度計8が50℃一定となるように制御し、ヨーク下側温度計7および9を23℃の室温から60℃まで変更した時の試料1の上面の温度を、熱電対により測温した。図1のA-A’線上における試料上面の温度は一定であったが、図1のB-B’線上おける試料上面の温度は、図4に示すような温度分布となった。このように、励磁方向における試料の温度分布を制御することができた。なお、ヨーク下側温度計7および9を23℃の室温に制御したときは、ヨーク下側ヒーター4および6に電流は流さなかった。   The temperature of the upper surface of the sample 1 is controlled by a thermocouple when the upper sample thermometer 8 is controlled to be constant at 50 ° C. and the lower yoke thermometers 7 and 9 are changed from room temperature of 23 ° C. to 60 ° C. did. The temperature of the upper surface of the sample on the A-A ′ line in FIG. 1 was constant, but the temperature of the upper surface of the sample on the B-B ′ line in FIG. 1 had a temperature distribution as shown in FIG. Thus, the temperature distribution of the sample in the excitation direction could be controlled. When the yoke lower thermometers 7 and 9 were controlled to a room temperature of 23 ° C., no current was passed through the yoke lower heaters 4 and 6.

ここで、上述のような温度分布がある場合の応力を、次のように概算した。計算を簡単にするため、試料の長さ方向の中央部(長さ:X)における温度が一定であり、また試料の長さ方向の両端部(長さ:2Y)における温度が同一で一定であるとし、その温度差をΔTとする。また、温度が均一で一定(ΔT=0)の長方形の板が、温度分布(ΔT≠0)が生じた場合でも長方形であるとすると、試料の長さ方向の中央部に働く幅方向の圧縮応力:σは、熱膨張係数:αとヤング率:Eとすれば、次式で表せる。   Here, the stress in the case where there is a temperature distribution as described above was estimated as follows. To simplify the calculation, the temperature at the center in the length direction of the sample (length: X) is constant, and the temperature at both ends in the length direction of the sample (length: 2Y) is the same and constant. It is assumed that the temperature difference is ΔT. Also, assuming that a rectangular plate with a uniform and constant temperature (ΔT = 0) is rectangular even when a temperature distribution (ΔT ≠ 0) occurs, it is compressed in the width direction that acts at the center of the sample in the length direction. Stress: σ can be expressed by the following equation, where thermal expansion coefficient: α and Young's modulus: E.

σ=ΔT・E・α・2Y÷(X+2Y)
ここで、3mass%のSi鋼におけるαは14×10-6程度、ヤング率は19000kgf/mm2程度であり、Xを100mm、2Yを200mm、ΔTを10℃として計算すると、σは1.8kgf/mm2程度となる。この応力の大きさは、電磁鋼板において磁区構造に影響を与えるのに十分であり、磁気特性、磁気歪みに影響を与えると考えられる。なお、実際の試料では長方形ではなく膨らんだ形状になるので、この値よりも小さな応力になると考えられる。より詳細な応力の値が必要な場合は、有限要素法等で詳細に計算すればよい。
σ = ΔT ・ E ・ α ・ 2Y ÷ (X + 2Y)
Here, in the 3 mass% Si steel, α is about 14 × 10 −6 , Young's modulus is about 19000 kgf / mm 2 , X is 100 mm, 2Y is 200 mm, and ΔT is 10 ° C., σ is 1.8 kgf / mm 2 or so. The magnitude of this stress is sufficient to affect the magnetic domain structure in the electromagnetic steel sheet, and is considered to affect the magnetic properties and magnetostriction. It should be noted that since the actual sample has a swelled shape instead of a rectangle, the stress is considered to be smaller than this value. When a more detailed stress value is required, it may be calculated in detail by a finite element method or the like.

ここで、図1において、ヨーク温度と試料中央温度がともに常温の場合、および試料中央の温度を50℃一定とし、ヨーク温度を変化させた場合の磁歪λp-pを図5に示す。この図より、試料に生じる温度分布が、材料の物性(磁気歪み)に少なからず影響を与えていることが分る。   Here, FIG. 5 shows the magnetostriction λp-p in FIG. 1 when the yoke temperature and the sample center temperature are both normal, and when the temperature of the sample center is fixed at 50 ° C. and the yoke temperature is changed. From this figure, it can be seen that the temperature distribution generated in the sample has a considerable influence on the physical properties (magnetostriction) of the material.

以上述べた実施例1における測定装置によれば、励磁方向における試料の温度分布を制御することができ、かつ通常通りの磁気測定が可能である。また、試料に反射鏡を取り付けレーザー光により反射鏡の変異を測定することや、試料に歪みゲージを取り付けることにより、磁気歪みも測定することが可能である。   According to the measurement apparatus in the first embodiment described above, the temperature distribution of the sample in the excitation direction can be controlled, and a normal magnetic measurement is possible. In addition, it is possible to measure magnetostriction by attaching a reflecting mirror to a sample and measuring the variation of the reflecting mirror with laser light, or by attaching a strain gauge to the sample.

図6〜9を参照して、本発明に係る実施例2について説明する。図6は、実施例2における測定装置の概略を示す図である。また、図7は、図6のA-A’線での断面図である。さらに、また、図8は、図6のB-B’線での断面図である。また、図9は、実施例2における試料1の温度分布を示す図である。図中の番号は、実施例1と同じであるので説明を省略する。   Embodiment 2 according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram illustrating an outline of a measuring apparatus according to the second embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. Further, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ of FIG. 6. FIG. 9 is a graph showing the temperature distribution of Sample 1 in Example 2. Since the numbers in the figure are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.

板厚0.3mmの電磁鋼板を幅100mm、長さ300mmに切り出した試料1を、励磁コイルおよび検出コイル2の中に挿入した。試料1の両側はヨーク3の上に配置され、試料1とヨーク3は磁気的に結合させることにより磁気回路を構成した。このとき、励磁コイルおよび検出コイル2による励磁方向は図6のB-B’ 線に平行である。また、励磁コイルおよび検出コイル2の中には、試料上側ヒーター5、を図6〜8に示す様に試料1の上側に試料とは接触しない状態で配置し、ヨーク下側ヒーター4および6を、図6、8に示されるヨーク3の下側に配置した。これらのヒーターはニクロム線に電流を流しジュール熱を発生するもので、ヨーク下側温度計7および9と試料上側温度計8の測温値が一定となるように、これらのヒーターに流す電流値を独立にPIDコントローラーで制御した。   A sample 1 obtained by cutting a magnetic steel sheet having a thickness of 0.3 mm into a width of 100 mm and a length of 300 mm was inserted into the excitation coil and the detection coil 2. Both sides of the sample 1 are arranged on the yoke 3, and the sample 1 and the yoke 3 are magnetically coupled to form a magnetic circuit. At this time, the excitation direction by the excitation coil and the detection coil 2 is parallel to the B-B 'line in FIG. Further, in the excitation coil and the detection coil 2, the sample upper heater 5 is arranged on the upper side of the sample 1 so as not to contact the sample as shown in FIGS. 6 to 8, and the yoke lower heaters 4 and 6 are arranged. 6 and 8 are disposed below the yoke 3 shown in FIGS. These heaters generate Joule heat by passing an electric current through the nichrome wire, and the current values passed through these heaters so that the temperature measurement values of the lower yoke thermometers 7 and 9 and the upper sample thermometer 8 are constant. Were controlled independently by a PID controller.

試料上側温度計8を23℃の室温から60℃まで変更した時の試料1の上面の温度を、熱電対により測温した。図6のB-B’線上における試料上面の温度は一定であったが、図6のA-A’線上おける試料上面の温度は、図9に示すような温度分布となった。このように、励磁方向に直角な方向における試料の温度分布を制御することができた。なお、ヨーク下側温度計7および9は、図6のB-B’線上における試料上面の温度が一定となるように制御した。   The temperature of the upper surface of the sample 1 when the sample upper side thermometer 8 was changed from room temperature of 23 ° C. to 60 ° C. was measured with a thermocouple. The temperature of the upper surface of the sample on the B-B ′ line in FIG. 6 was constant, but the temperature of the upper surface of the sample on the A-A ′ line in FIG. 6 had a temperature distribution as shown in FIG. Thus, the temperature distribution of the sample in the direction perpendicular to the excitation direction could be controlled. The yoke lower thermometers 7 and 9 were controlled so that the temperature of the upper surface of the sample on the B-B ′ line in FIG. 6 was constant.

以上述べた実施例2における測定装置によれば、励磁方向における直角な方向における試料の温度分布を制御することができ、通常の磁気測定が可能である。また、試料に反射鏡を取り付けレーザー光により反射鏡の変異を測定することや、試料に歪みゲージを取り付けることにより、磁気歪みも測定することが可能である。   According to the measurement apparatus in Example 2 described above, the temperature distribution of the sample in the direction perpendicular to the excitation direction can be controlled, and normal magnetic measurement is possible. In addition, it is possible to measure magnetostriction by attaching a reflecting mirror to a sample and measuring the variation of the reflecting mirror with laser light, or by attaching a strain gauge to the sample.

上述した実施例1と実施例2を組み合わせることや、ヒーターの形状等を変更することにより、試料の幅方向と長さ方向の温度分布を同時に制御することが可能となる。   By combining the first embodiment and the second embodiment described above, or by changing the shape of the heater, the temperature distribution in the width direction and the length direction of the sample can be controlled simultaneously.

図10は、実施例3における測定治具の概略を示す図である。1は試料、10は高温部、および11は凹凸化防止治具をそれぞれ表す。   FIG. 10 is a diagram illustrating an outline of a measurement jig in the third embodiment. Reference numeral 1 denotes a sample, 10 denotes a high temperature part, and 11 denotes an unevenness prevention jig.

板厚0.3mmの電磁鋼板を幅100mm、長さ100mmに切り出した試料1の裏面の中央に温度計および直径10mmの円形のヒーター(図示せず)を取り付けた。試料裏面の温度計の値が50℃になるようにヒーターの電流を制御した。室温の雰囲気内の試料では、試料中央の高温部10が熱膨張により膨らもうとするため、試料面内でほぼ等方的な圧縮応力が働く。   A thermometer and a circular heater (not shown) having a diameter of 10 mm were attached to the center of the back surface of Sample 1 obtained by cutting a 0.3 mm thick electromagnetic steel sheet to a width of 100 mm and a length of 100 mm. The heater current was controlled so that the value of the thermometer on the back of the sample was 50 ° C. In the sample in the atmosphere at room temperature, the high temperature portion 10 in the center of the sample tends to swell due to thermal expansion, so that substantially isotropic compressive stress acts in the sample surface.

試料の反り(浮き上がり)を防止するために、図10に示す十字型の凹凸化防止治具で、試料を拘束した。このようにした試料に外部から磁場を与えた状態で、ビッター法等により磁区構造を観察(磁区幅やランセット磁区の個数密度等の測定)することは比較的容易に可能である。   In order to prevent the sample from warping (raising), the sample was restrained with a cross-shaped uneven projection preventing jig shown in FIG. It is relatively easy to observe the magnetic domain structure (measurement of magnetic domain width, number density of lancet magnetic domains, etc.) by a bitter method or the like in a state in which a magnetic field is applied to the sample from the outside.

なお、上述の実施形態において示した各部の形状および構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその趣旨および主要な特徴から逸脱することがなければ、さまざまな形で実施することができる。   It should be noted that the shapes and structures of the respective parts shown in the above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is limitedly interpreted by these. Must not be done. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit and main features thereof.

実施例1における測定装置の概略を示す図である。1 is a diagram showing an outline of a measuring apparatus in Example 1. FIG. 図1のA-A’線での断面図である。It is sectional drawing in the A-A 'line of FIG. 図1のB-B’線での断面図である。It is sectional drawing in the B-B 'line | wire of FIG. 実施例1における試料1の温度分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a temperature distribution of Sample 1 in Example 1. 試料中央の温度を一定とし、ヨーク温度を変化させた場合の磁歪変化を示す図である。It is a figure which shows the magnetostriction change when the temperature of the sample center is made constant and the yoke temperature is changed. 実施例2における測定装置の概略を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an outline of a measuring apparatus in Example 2. 図6のA-A’線での断面図である。It is sectional drawing in the A-A 'line of FIG. 図6のB-B’線での断面図である。It is sectional drawing in the B-B 'line of FIG. 実施例2における試料1の温度分布を示す図である。6 is a diagram showing a temperature distribution of Sample 1 in Example 2. FIG. 実施例3における測定治具の概略を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an outline of a measurement jig in Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 試料
2 励磁コイルおよび検出コイル
3 ヨーク
4 ヨーク下側ヒーター
5 試料上側ヒーター
6 ヨーク下側ヒーター
7 ヨーク下側温度計
8 試料上側温度計
9 ヨーク下側温度計
10 高温部
11 凹凸化防止治具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample 2 Excitation coil and detection coil 3 Yoke 4 Yoke lower heater 5 Sample upper heater 6 Yoke lower heater 7 Yoke lower thermometer 8 Sample upper thermometer 9 Yoke lower thermometer 10 High temperature part 11 Unevenness prevention jig

Claims (11)

試料を励磁することができ、かつ前記試料の物性を測定する磁気的測定装置において、
前記試料の温度分布を制御する装置を備えたことを特徴とする磁気的測定装置。
In a magnetic measuring apparatus capable of exciting a sample and measuring physical properties of the sample,
A magnetic measuring device comprising a device for controlling the temperature distribution of the sample.
試料を励磁することができ、かつ前記試料の物性を測定する磁気的測定装置において、
励磁方向における前記試料の温度分布を制御する装置を備えたことを特徴とする磁気的測定装置。
In a magnetic measuring apparatus capable of exciting a sample and measuring physical properties of the sample,
A magnetic measuring device comprising a device for controlling the temperature distribution of the sample in the excitation direction.
請求項1または請求項2に記載の磁気的測定装置において、
前記試料の励磁した部分の励磁方向の中央部および両端部の温度を制御することを特徴とする磁気的測定装置。
In the magnetic measuring device according to claim 1 or 2,
A magnetic measuring device for controlling the temperature of the central portion and both end portions in the exciting direction of the excited portion of the sample.
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、
前記試料の一部分あるいは全ての周囲に巻線を配置し、該巻線に電流を流すことにより試料を励磁することを特徴とする磁気的測定装置。
The magnetic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 3,
A magnetic measuring apparatus, wherein a winding is arranged around a part or all of the sample, and the sample is excited by passing a current through the winding.
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、
前記試料の一部または全てを含んだ磁気回路を構成することを特徴とする磁気的測定装置。
The magnetic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A magnetic measuring apparatus comprising a magnetic circuit including a part or all of the sample.
請求項5に記載の磁気的測定装置において、
前記試料をヨークと接することにより磁気回路を構成し、前記試料の励磁した部分における励磁方向の中央部および前記ヨークの温度を制御することを特徴とする磁気的測定装置。
The magnetic measurement device according to claim 5,
A magnetic measuring apparatus comprising: a magnetic circuit configured by contacting the sample with a yoke; and controlling the temperature of the central portion of the excitation direction and the yoke in the excited portion of the sample.
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、
励磁した試料の磁気特性を測定することを特徴とする磁気的測定装置。
The magnetic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A magnetic measuring device for measuring magnetic properties of an excited sample.
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、
励磁した試料の磁気歪みを測定することを特徴とする磁気的測定装置。
The magnetic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A magnetic measuring device for measuring magnetostriction of an excited sample.
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の磁気的測定装置において、
励磁した試料の磁区構造を測定することを特徴とする磁気的測定装置。
The magnetic measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A magnetic measuring apparatus for measuring a magnetic domain structure of an excited sample.
試料を励磁することができ、かつ前記試料の物性を測定する磁気的測定方法において、
前記試料の温度分布を制御することにより応力を試料に付与することを特徴とする磁気的測定方法。
In a magnetic measurement method capable of exciting a sample and measuring physical properties of the sample,
A magnetic measurement method, wherein stress is applied to a sample by controlling a temperature distribution of the sample.
試料を励磁することができ、かつ前記試料の物性を測定する磁気的測定方法において、
励磁方向における前記試料の温度分布を制御することにより応力を試料に付与するとを特徴とする磁気的測定方法。
In a magnetic measurement method capable of exciting a sample and measuring physical properties of the sample,
A magnetic measurement method, wherein stress is applied to a sample by controlling a temperature distribution of the sample in an excitation direction.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102998636A (en) * 2012-11-28 2013-03-27 苏州博德自动化科技有限公司 Magnetic steel polarity detection device for motor magnetic steel automatic magnetizing machine
JP2020041959A (en) * 2018-09-13 2020-03-19 Jfeスチール株式会社 Magnetic measurement method and magnetic measurement device

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