JP2011226840A - Method and device for measurement of magnetic characteristic - Google Patents

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Akira Miura
明 三浦
Takashi Aiba
隆 愛場
Eiju Mizumura
栄寿 水村
Koichi Nakajo
孝一 中條
Kenji Terai
健二 寺井
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and device for measurement of magnetic characteristics capable of correlating and appropriately displaying dynamically changing magnetic characteristics and loss measurement information of various magnetic materials.SOLUTION: In the method and device for measurement of magnetic characteristics, a B-H curve is obtained by exciting a target magnetic material with the use of an AC exciting signal and measuring a flux density B and a field intensity H, and loss measurement information of the target magnetic material in a chronological order is arranged and displayed along the time base of the B-H curve.

Description

本発明は、磁気特性測定方法および磁気特性測定装置に関し、詳しくは、高周波領域における各種磁性材料の動的磁気特性評価に適した磁気特性測定方法および磁気特性測定装置の改良に関するものである。   The present invention relates to a magnetic characteristic measuring method and a magnetic characteristic measuring apparatus, and more particularly to an improvement of a magnetic characteristic measuring method and a magnetic characteristic measuring apparatus suitable for dynamic magnetic characteristic evaluation of various magnetic materials in a high frequency region.

磁性材料は、各種の産業分野で、いろいろな用途に広く用いられている。たとえばハイブリッドカーにおける各種の動力駆動源としてのモータや直流電力を交流電源に変換するインバータは、磁性材料を重要基礎部品として構成されている。   Magnetic materials are widely used for various applications in various industrial fields. For example, motors as various power drive sources in hybrid cars and inverters that convert DC power into AC power supply are composed of magnetic materials as important basic components.

ところが、省エネルギーや環境保護などの視点からも注目されているハイブリッドカーでは、モータやインバータから発生する「うなり音」が、車内の快適性を阻害する耳障りな騒音として指摘されている。これは、アクセルと連動して変化する駆動周波数領域に、耳障りな騒音として感じる周波数成分が含まれていることに起因している。   However, in hybrid cars that are attracting attention from the viewpoints of energy saving and environmental protection, “growing noises” generated by motors and inverters have been pointed out as annoying noises that impair the comfort in the vehicle. This is due to the fact that frequency components that are felt as annoying noise are included in the drive frequency region that changes in conjunction with the accelerator.

すなわち、金属に磁界を加えることにより、金属には「磁歪」といわれる10−6mを単位とするような微小な伸縮が発生する。この磁歪は、周囲の空気を振動させて、「磁気歪音」といわれる音を発生させるが、駆動周波数によっては前述のような高周波の「うなり音」になり、ハイブリッドカーの利用者に不快感を与えてしまう。 That is, when a magnetic field is applied to the metal, a minute expansion and contraction of 10 −6 m called “magnetostriction” occurs in the metal. This magnetostriction vibrates the surrounding air and generates a sound called “magnetostriction sound”. However, depending on the driving frequency, it becomes a high-frequency “beat sound” as described above, which is uncomfortable for hybrid car users. Will be given.

一方、磁性材料を用いた部品・装置の小型化・大容量化・高効率化のために、汎用のインバータでは数10KHzから数100KHzへ、UPS(無停電電源装置)では数10MHzを目指して、駆動周波数の高周波化が加速されつつある。   On the other hand, in order to reduce the size, capacity, and efficiency of parts and devices using magnetic materials, aiming at several tens KHz to several hundreds KHz for general-purpose inverters and tens of MHz for UPS (Uninterruptible Power Supply), Increasing driving frequency is being accelerated.

また、インバータの駆動にあたっては、正弦波駆動に代えて、正弦波信号に所定の振幅を有しパルス幅が正弦波の変化分に応じて変化するように調整されたパルス幅信号を重畳させるとともに、パルス幅信号のゼロレベルラインをたとえば正弦波信号周期の1/12の間隔で段階的に変化させた擬似正弦波信号で駆動することも行われている。   In driving the inverter, instead of the sine wave drive, the sine wave signal is superimposed with a pulse width signal having a predetermined amplitude and adjusted so that the pulse width changes according to the change of the sine wave. The zero level line of the pulse width signal is also driven by a pseudo sine wave signal that is changed stepwise at an interval of 1/12 of the sine wave signal period, for example.

この場合、インバータの出力電圧の変化が非常に小さいため、半導体素子のスイッチング損失を大幅に小さくできる。また、インバータの出力波形が擬似正弦波であるため、後段の平滑フィルタを不要にしたり、容量を大幅に小さくできることから、フィルタ回路での損失も低減できる。   In this case, since the change in the output voltage of the inverter is very small, the switching loss of the semiconductor element can be greatly reduced. Further, since the output waveform of the inverter is a pseudo sine wave, a subsequent smoothing filter is not required, and the capacity can be greatly reduced, so that the loss in the filter circuit can be reduced.

さらに、磁性材料を用いた電源の実際の励磁状態に着目すると、正弦波励磁よりも矩形波励磁がほとんどになっている。ところが、矩形波は高次の高調波成分を含むことから、正弦波励磁に比べてヒステリシス損と渦電流損の和で表される鉄損が増加し、周波数が高くなるとその違いはさらに大きくなる。   Furthermore, when attention is paid to the actual excitation state of a power source using a magnetic material, the rectangular wave excitation is almost more than the sine wave excitation. However, since the square wave contains higher-order harmonic components, the iron loss represented by the sum of hysteresis loss and eddy current loss increases as compared to sinusoidal excitation, and the difference becomes even greater as the frequency increases. .

ここで、鉄損は、磁性材料の鉄心(コア)にコイルを巻いて交流で磁化した時に失われる電気エネルギーであって、コイルの導線の抵抗によって失われる電気エネルギーである銅損と合わせて、電動機や発電機、変圧器などの電気機械の効率を低下させる。   Here, iron loss is electrical energy lost when a coil is wound around an iron core (core) of a magnetic material and magnetized by alternating current, and combined with copper loss, which is electrical energy lost due to the resistance of the coil lead wire, Reduce the efficiency of electric machines such as electric motors, generators and transformers.

ヒステリシス損は、鉄心の磁区が交番磁界によって磁界の向きを変えるときの損失であり、この損失はループ状になるヒステリシス曲線(B−H曲線)で表され、その大きさはこのヒステリシス曲線の輪に囲まれた部分の面積に比例する。   The hysteresis loss is a loss when the magnetic domain of the iron core changes the direction of the magnetic field by an alternating magnetic field, and this loss is represented by a loop-like hysteresis curve (BH curve), the magnitude of which is a circle of this hysteresis curve. It is proportional to the area of the part surrounded by.

渦電流損は、鉄心の中に発生する渦電流によって生じるものであり、前述のように高周波になるほど渦電流損の比率が大きくなる。このような渦電流を流れにくくするために、透磁率が高くて導電率は低い材料を使ったり、渦電流の大きさは板厚の2乗に比例することに着目して両面に絶縁加工を施した薄い材料を重ねて使うなどの対策がとられる。   Eddy current loss is caused by eddy current generated in the iron core, and the ratio of eddy current loss increases as the frequency becomes higher as described above. In order to make it difficult for such eddy currents to flow, use a material with high permeability and low conductivity, or insulate both sides with attention to the fact that the magnitude of eddy current is proportional to the square of the plate thickness. Measures such as using thin materials applied in layers are taken.

これら各種磁性材料の研究開発や製造検査にあたっては、測定対象磁性材料の磁気特性および各種損失情報を含む所望の測定項目の測定結果が、効率よく高精度に得られることが望ましい。   In research and development and manufacturing inspection of these various magnetic materials, it is desirable that the measurement results of desired measurement items including the magnetic characteristics and various loss information of the magnetic material to be measured can be obtained efficiently and with high accuracy.

図5は、従来から一般的に行われている磁性材料の静的な磁気特性測定方法の説明図であり、(A)は励磁信号の一例を示し、(B)は(A)の励磁信号で励磁することにより求められる静的なB−H曲線の一例を示している。   5A and 5B are explanatory diagrams of a conventional method for measuring static magnetic properties of a magnetic material that is generally performed. FIG. 5A shows an example of an excitation signal, and FIG. 5B shows an excitation signal of FIG. Shows an example of a static BH curve obtained by exciting at.

図5において、励磁信号は(A)に示すように交流の基本波成分のみであり、B−H曲線は(B)に示すようにメジャーループのみである。(B)に示すような静的なB−H曲線に基づいて定常状態での鉄損などの特性値を求めるとともに、実使用環境での特性値も推定している。   In FIG. 5, the excitation signal is only an AC fundamental wave component as shown in (A), and the BH curve is only a major loop as shown in (B). A characteristic value such as iron loss in a steady state is obtained based on a static BH curve as shown in (B), and a characteristic value in an actual use environment is also estimated.

図6は、磁性材料の実使用環境における動作説明図であり、(A)は励磁信号の一例を示し、(B)は(A)の励磁信号で励磁した場合のB−H曲線の一例を示している。   6A and 6B are diagrams for explaining the operation in an actual use environment of a magnetic material, where FIG. 6A shows an example of an excitation signal, and FIG. 6B shows an example of a BH curve when excited by the excitation signal of FIG. Show.

図6において、実使用環境における励磁信号には、(A)に示すように、交流の基本波成分に高周波成分が重畳されている。そして、B−H曲線には、(B)に示すように、交流の基本波成分に対応したメジャーループと、このメジャーループの内側に一部分が連結された高周波成分に起因した複数のマイナーループが表れている。   In FIG. 6, the excitation signal in the actual use environment has a high frequency component superimposed on an alternating fundamental wave component as shown in FIG. In the BH curve, as shown in (B), there are a major loop corresponding to the fundamental component of the alternating current, and a plurality of minor loops caused by high-frequency components partially connected inside the major loop. Appears.

特許文献1には、PWMインバータの出力周期のすべてに渡って、スイッチングリプルによる鉄損のみを正確に算定するリアクトル損失測定方法が開示されていて、メジャーループと動的マイナーループについても記載されている。   Patent Document 1 discloses a reactor loss measurement method that accurately calculates only the iron loss due to switching ripple over the entire output period of the PWM inverter, and also describes a major loop and a dynamic minor loop. Yes.

特開2008−122210号JP 2008-122210 A

しかし、静的なB−H曲線に基づいて実使用環境での特性値を推定する従来の方法によれば、高周波成分に起因する複数のマイナーループが及ぼす測定対象とする磁性材料の動的な磁気特性を適切に反映させることは困難であり、誤差が大きくなるという問題点があった。   However, according to the conventional method of estimating the characteristic value in the actual use environment based on the static BH curve, the dynamics of the magnetic material to be measured exerted by a plurality of minor loops caused by high frequency components It is difficult to appropriately reflect the magnetic characteristics, and there is a problem that an error becomes large.

このような問題点の解決方法として、励磁信号にオフセットを付加して静的なマイナーループを測定する方法や、実使用環境を模擬した励磁信号で励磁して測定する方法なども提案されているが、測定結果の表示は従来と同様なB−H曲線による表示であって測定対象とする磁性材料の動的な特性を適切に表示することは困難であり、損失情報を関連付けて表示することもできない。   As a method for solving such problems, a method for measuring a static minor loop by adding an offset to the excitation signal and a method for measuring by exciting with an excitation signal simulating an actual use environment have been proposed. However, the display of the measurement result is the display by the BH curve similar to the conventional one, and it is difficult to appropriately display the dynamic characteristics of the magnetic material to be measured, and the loss information is displayed in association with it. I can't.

本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、動的に変化する各種磁性材料の磁気特性および損失測定情報を相互に関連付けて適切に表示できる磁気特性測定方法および磁気特性測定装置を提供することにある。   The present invention pays attention to such a conventional problem, and the purpose thereof is a magnetic characteristic measurement method capable of appropriately displaying the magnetic characteristics and loss measurement information of various magnetic materials that change dynamically in association with each other. And providing a magnetic property measuring apparatus.

このような課題を達成する請求項1の発明は、測定対象磁性材料を交流励磁信号で励磁して磁束密度Bと磁界の強さHを測定することによりB−H曲線を求め、前記測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報を前記B−H曲線の時間軸に沿って配列表示することを特徴とする磁気特性測定方法である。   The invention of claim 1 which achieves such a problem is to obtain a BH curve by exciting a magnetic material to be measured with an alternating current excitation signal and measuring a magnetic flux density B and a magnetic field strength H to obtain the BH curve. It is a magnetic characteristic measuring method characterized by arranging and displaying time-series loss measurement information of a magnetic material along the time axis of the BH curve.

請求項2の発明は、請求項1に記載の磁気特性測定方法において、前記B−H曲線を時系列的に複数求め、これら複数のB−H曲線を時間軸に沿って離散的に配列表示するとともに、前記測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報を前記各B−H曲線の時間軸に沿って配列表示することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the magnetic characteristic measuring method according to the first aspect, a plurality of the BH curves are obtained in time series, and the plurality of BH curves are discretely displayed along the time axis. In addition, the time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is arranged and displayed along the time axis of each BH curve.

請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載の磁気特性測定方法において、前記交流励磁信号は基本波成分に高周波成分が重畳されたものであり、前記B−H曲線は前記高周波成分に起因した複数のB−H曲線のマイナーループを含むことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the magnetic characteristic measuring method according to the first or second aspect, the AC excitation signal includes a high frequency component superimposed on a fundamental wave component, and the BH curve is the high frequency component. It includes a minor loop of a plurality of BH curves caused by components.

請求項4の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載された磁気特性測定方法において、前記損失測定情報は、前記測定対象磁性材料の微小形状変化を光学的に検出する光変位検出信号に基づく磁歪測定情報であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the magnetic characteristic measuring method according to any one of the first to third aspects, the loss measurement information is an optical displacement that optically detects a minute shape change of the magnetic material to be measured. It is magnetostriction measurement information based on a detection signal.

請求項5の発明は、
測定対象磁性材料を交流励磁信号で励磁する励磁手段と、
励磁された前記測定対象磁性材料の磁束密度Bと磁界の強さHを測定し、時間軸に沿った複数のB−H曲線を生成するB−H曲線生成手段と、
前記測定対象磁性材料の時系列的な損失情報を測定する損失情報測定手段と、
前記複数のB−H曲線を時間軸に沿って離散的に配列表示するとともに、前記測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報を前記各B−H曲線の時間軸に沿って配列表示する3次元表示手段、
とで構成されたことを特徴とする磁気特性測定装置である。
The invention of claim 5
Excitation means for exciting the magnetic material to be measured with an AC excitation signal;
BH curve generating means for measuring magnetic flux density B and magnetic field strength H of the excited magnetic material to be measured, and generating a plurality of BH curves along the time axis;
Loss information measuring means for measuring time-series loss information of the magnetic material to be measured;
The plurality of BH curves are discretely arranged and displayed along a time axis, and time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is arranged and displayed along the time axis of each BH curve. 3D display means,
And a magnetic characteristic measuring device characterized by comprising:

請求項6の発明は、請求項5に記載の磁気特性測定装置において、前記交流励磁信号は基本波成分に高周波成分が重畳されたものであり、前記B−H曲線は前記高周波成分に起因した複数のB−H曲線のマイナーループを含むことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the magnetic property measuring apparatus according to the fifth aspect, the AC excitation signal is a signal in which a high frequency component is superimposed on a fundamental wave component, and the BH curve is caused by the high frequency component. It includes a minor loop of a plurality of BH curves.

請求項7の発明は、請求項5または請求項6に記載の磁気特性測定装置において、前記損失情報測定手段は、前記測定対象磁性材料の微小形状変化を光学的に検出する光変位検出手段であることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the magnetic characteristic measuring apparatus according to the fifth or sixth aspect, the loss information measuring unit is an optical displacement detecting unit that optically detects a minute shape change of the magnetic material to be measured. It is characterized by being.

これらにより、動的に変化する各種磁性材料の磁気特性および磁歪測定情報を、時系列的に相互に関連付けて適切に表示できる。   As a result, the magnetic characteristics and magnetostriction measurement information of various magnetic materials that change dynamically can be appropriately displayed in association with each other in time series.

本発明に基づく表示形態の一実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one Example of the display form based on this invention. 本発明に基づく表示形態の他の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other Example of the display form based on this invention. 本発明に基づく表示形態の他の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other Example of the display form based on this invention. 本発明の一実施例を示す構成説明図である。It is a configuration explanatory view showing an embodiment of the present invention. 従来から一般的に行われている磁性材料の静的な磁気特性測定方法の説明図である。It is explanatory drawing of the static magnetic characteristic measuring method of the magnetic material generally performed conventionally. 磁性材料の実使用環境における動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing in the actual use environment of a magnetic material.

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図1は本発明に基づく表示形態の一実施例を示す説明図である。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of a display form according to the present invention.

図1において、(A)では、測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報としての磁歪測定情報の大きさを線分の長さで表すようにして、図5(B)に示した静的なB−H曲線のメジャーループの時間軸に沿って、離散的に配列表示されている。一方、(B)では、測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報としての磁歪測定情報の振幅の大きさを線分の長さで表すようにして、時間軸に沿って連続する動的なB−H曲線上に離散的に配列表示されている。   In FIG. 1, in (A), the magnitude of magnetostriction measurement information as time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is represented by the length of a line segment, and the static shown in FIG. Are arrayed discretely along the time axis of a major loop of a typical BH curve. On the other hand, in (B), the magnitude of the amplitude of magnetostriction measurement information as time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is represented by the length of the line segment, and the dynamics continuously along the time axis. Discretely arranged on a BH curve.

図2は本発明に基づく表示形態の他の実施例を示す説明図である。   FIG. 2 is an explanatory view showing another embodiment of the display form according to the present invention.

図2において、(A)では、測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報としての磁歪測定情報の大きさを線分の濃淡階調で表すようにして、図5(B)に示した静的なB−H曲線のメジャーループの時間軸に沿って、離散的に表示されている。一方、(B)では、測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報としての磁歪測定情報の振幅の大きさを線分の濃淡階調で表すようにして、図6(B)に示したメジャーループの内側に一部分が連結された高周波成分に起因した複数のマイナーループが表れている動的なB−H曲線の時間軸に沿って、離散的に表示されている。   2A, the magnitude of magnetostriction measurement information as time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is shown in FIG. It is displayed discretely along the time axis of the major loop of the static BH curve. On the other hand, in (B), the magnitude of the amplitude of magnetostriction measurement information as time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is shown in FIG. It is displayed discretely along the time axis of a dynamic BH curve in which a plurality of minor loops appear due to high-frequency components partially connected inside the major loop.

これらの表示形態によれば、B−H曲線と損失測定情報としての磁歪測定情報が時系列的に相互に関連付けられて表示されるので、たとえば前述のような「磁気歪音」とB−H曲線との相互関係を視覚的に把握でき、「磁気歪音」を軽減するための各種の対策を講じた場合の効果を表示画面上で直観的に確認できる。   According to these display forms, the BH curve and the magnetostriction measurement information as the loss measurement information are displayed in association with each other in time series. For example, “magnetostriction sound” and BH as described above are displayed. It is possible to visually grasp the correlation with the curve and intuitively confirm the effect when various measures are taken to reduce "magnetostriction" on the display screen.

図3は、動的なB−H曲線の表示例であり、(A)は時間軸Tの方向に沿ってB−H曲線が閉じることなく螺旋状に連続する例を示し、(B)は測定周期ごとに閉じた複数のB−H曲線が時間軸Tの方向に沿って配列表示された例を示している。これら図3のB−H曲線にも図1や図2に示す本発明に基づく表示形態を適用することにより、B−H曲線と損失測定情報としての磁歪測定情報を時系列的に相互に関連付けて表示できる。   FIG. 3 is a display example of a dynamic BH curve. FIG. 3A shows an example in which the BH curve continues spirally along the direction of the time axis T without closing, and FIG. An example is shown in which a plurality of BH curves closed for each measurement cycle are arranged and displayed along the direction of the time axis T. By applying the display form based on the present invention shown in FIGS. 1 and 2 to the BH curve in FIG. 3 as well, the BH curve and magnetostriction measurement information as loss measurement information are correlated in time series. Can be displayed.

図4は、本発明に基づく磁気特性測定装置の一実施例を示す構成説明図である。図4において、測定対象磁性材料1は、励磁信号発生部2aにより、所定の励磁信号で励磁される。このような励磁信号発生部2aとしては、たとえば任意の波形を出力できる任意波形発生器やファンクションジェネレータを用いてもよい。   FIG. 4 is a structural explanatory view showing an embodiment of the magnetic property measuring apparatus according to the present invention. In FIG. 4, the magnetic material 1 to be measured is excited by a predetermined excitation signal by the excitation signal generator 2a. As such an excitation signal generator 2a, for example, an arbitrary waveform generator or a function generator capable of outputting an arbitrary waveform may be used.

電流測定部2bは励磁状態における測定対象磁性材料1に流れる電流を検出コイルを介して測定し、電圧測定部2cは励磁状態において測定対象磁性材料1に印加される電圧を検出コイルを介して測定する。これらの測定データは、測定時刻データとともに測定データ格納部2gに逐次格納される。これら電流測定部2bおよび電圧測定部2cとしては、たとえばデジタルオシロスコープを用いてもよい。   The current measurement unit 2b measures the current flowing through the measurement target magnetic material 1 in the excited state via the detection coil, and the voltage measurement unit 2c measures the voltage applied to the measurement target magnetic material 1 in the excitation state via the detection coil. To do. These measurement data are sequentially stored in the measurement data storage unit 2g together with the measurement time data. For example, a digital oscilloscope may be used as the current measuring unit 2b and the voltage measuring unit 2c.

損失情報測定部2dは、励磁状態における測定対象磁性材料1の磁歪による微小な形状変化を測定するものであり、たとえば光変位計を用いる。励磁状態における測定対象磁性材料1の振動波や音波は、電流波形と相似した波形になる。光変位計を用いれば、振動センサやマイクで測定する場合に比べて、より広帯域に渡り、振動や音の成分を検出測定できる。これらの測定データも、測定時刻データとともに測定データ格納部2gに逐次格納される。   The loss information measurement unit 2d measures a minute shape change due to magnetostriction of the magnetic material 1 to be measured in an excited state, and uses, for example, an optical displacement meter. The vibration wave and sound wave of the magnetic material 1 to be measured in the excited state have a waveform similar to the current waveform. If an optical displacement meter is used, vibration and sound components can be detected and measured over a wider band than in the case of measuring with a vibration sensor or microphone. These measurement data are also sequentially stored in the measurement data storage unit 2g together with the measurement time data.

測定対象パラメータ格納部2eには、測定対象磁性材料1の断面積、磁路長などのパラメータが格納されている。   The measurement target parameter storage unit 2e stores parameters such as the cross-sectional area and magnetic path length of the magnetic material 1 to be measured.

操作入力部2fは、作業者が装置に対して一連の測定に必要な命令や指示を入力するためのインタフェースである。   The operation input unit 2f is an interface for an operator to input commands and instructions necessary for a series of measurements to the apparatus.

磁束密度演算部2hは、次式に示す所定の演算式に基づいて、磁束密度Bを算出する。
磁束密度B=Integ(C1)/(K1*K2)
ここで、
Integは積分演算を表し、
C1は電圧測定部2cで測定された電圧であり、
K1はピックアップコイル(Bコイル)の巻数であり、
K2は測定対象磁性材料1の断面積である。
The magnetic flux density calculator 2h calculates the magnetic flux density B based on a predetermined arithmetic expression shown in the following expression.
Magnetic flux density B = Integ (C1) / (K1 * K2)
here,
Integ represents an integral operation,
C1 is a voltage measured by the voltage measuring unit 2c,
K1 is the number of turns of the pickup coil (B coil),
K2 is the cross-sectional area of the magnetic material 1 to be measured.

磁界強度演算部2iは、次式に示す所定の演算式に基づいて、磁界強度Hを算出する。
磁界強度H=C2*K4/K3
ここで、
C2は電流測定部2bで測定された電流であり、
K3は測定対象磁性材料1の磁路長であり、
K4は主巻線(Hコイル)の巻数である。
The magnetic field strength calculation unit 2i calculates the magnetic field strength H based on a predetermined calculation formula shown in the following formula.
Magnetic field strength H = C2 * K4 / K3
here,
C2 is the current measured by the current measuring unit 2b,
K3 is the magnetic path length of the magnetic material 1 to be measured,
K4 is the number of turns of the main winding (H coil).

B−H曲線生成部2jは、測定データ格納部2gに格納されている測定データと磁束密度演算部2hおよび磁界強度演算部2iの演算結果に基づき、図1から図3に示すような表示を行うためのB−H曲線を生成する。   The BH curve generation unit 2j displays the display as shown in FIGS. 1 to 3 based on the measurement data stored in the measurement data storage unit 2g and the calculation results of the magnetic flux density calculation unit 2h and the magnetic field strength calculation unit 2i. Generate a BH curve to do.

鉄損演算部2kは、たとえばB−H曲線生成部2jで生成されたB−H曲線に基づき、測定対象磁性材料1の鉄損を演算する。   The iron loss calculation unit 2k calculates the iron loss of the magnetic material 1 to be measured based on, for example, the BH curve generated by the BH curve generation unit 2j.

B−H曲線関連情報重畳部2mは、B−H曲線生成部2jで生成されたB−H曲線に、損失情報測定部2dで測定された測定対象磁性材料1の時系列的な磁歪情報や、鉄損演算部2kで算出された鉄損を、たとえば図1や図2に示すような所望の形態で表示するように、重畳する。   The BH curve related information superimposing unit 2m adds time series magnetostriction information of the measurement target magnetic material 1 measured by the loss information measuring unit 2d to the BH curve generated by the BH curve generating unit 2j. The iron loss calculated by the iron loss calculation unit 2k is superimposed so as to be displayed in a desired form as shown in FIGS. 1 and 2, for example.

B−H曲線3次元表示生成部2nは、B−H曲線生成部2jで生成され(X−Y)軸上で2次元に表示されるB−H曲線を、図3に示すように時間軸T(Z軸)に沿って展開表示するための表示画面を生成する。   The BH curve three-dimensional display generation unit 2n generates a BH curve generated by the BH curve generation unit 2j and displayed two-dimensionally on the (XY) axis, as shown in FIG. A display screen for expanding and displaying along T (Z axis) is generated.

なお、このB−H曲線3次元表示生成部2nは、必要に応じて、たとえば図2(B)に示すB−H曲線における複数のマイナーループを時間軸に沿って分離表示するように処理することもできる。   The BH curve three-dimensional display generation unit 2n performs processing so as to separate and display a plurality of minor loops in the BH curve shown in FIG. 2B, for example, along the time axis as necessary. You can also.

さらに、B−H曲線3次元表示生成部2nは、必要に応じて、B−H曲線の3次元表示画像を任意の角度で回転表示するように処理することもできる。これにより、X−Y、X−Z、Y−Z,X−Y−Zなどの特定の関係にのみ注目した表示観測も行える。   Furthermore, the BH curve three-dimensional display generation unit 2n can perform processing so as to rotate and display the three-dimensional display image of the BH curve at an arbitrary angle as necessary. Thereby, display observation that focuses only on a specific relationship such as XY, XZ, YZ, and XYZ can also be performed.

表示部2pは、各部で生成された各画像を図1から図3に示すような所望の表示形態で表示するものであり、たとえば液晶などの平面型表示パネルを用いる。   The display unit 2p displays each image generated by each unit in a desired display form as shown in FIGS. 1 to 3, and uses, for example, a flat display panel such as a liquid crystal.

制御部2qは、装置全体の動作を統括制御するものであり、たとえばバスBを介して装置を構成する各部と相互に接続されている。なお、各部が単体の独立した装置で構成されている場合には、バスBは装置相互を接続するネットワークとして機能することになる。   The control unit 2q controls the overall operation of the apparatus, and is connected to each part of the apparatus via the bus B, for example. When each unit is configured by a single independent device, the bus B functions as a network connecting the devices.

図4の構成によれば、従来はX−Y平面でのトレース情報として表示されていた測定結果を、その値が観測された時間情報をZ軸として付加された3次元のトレース情報として表示することができ、B−H曲線と損失測定情報としての磁歪測定情報が時系列的に相互に関連付けられて表示されるので、たとえば前述のような「磁気歪音」とB−H曲線との相互関係を表示画面上で直観的に確認できる。   According to the configuration of FIG. 4, the measurement result that has been conventionally displayed as trace information on the XY plane is displayed as three-dimensional trace information with the time information at which the value was observed added as the Z axis. Since the BH curve and magnetostriction measurement information as loss measurement information are displayed in a time series relationship with each other, for example, the “magnetostriction sound” as described above and the BH curve are mutually displayed. The relationship can be confirmed intuitively on the display screen.

なお、上記実施例では、ハイブリッドカーのモータやインバータから発生する「うなり音」に注目して説明したが、測定対象はこれに限るものではなく、電磁調理器や高周波焼入れ装置、柱上やスイッチング電源などで用いられる各種のトランス、工場や家庭で用いられる各種モータなどの磁性材料の動的磁気特性評価にも有効である。   In the above-described embodiment, the description has been made by paying attention to the “beat noise” generated from the motor or inverter of the hybrid car. It is also effective for dynamic magnetic property evaluation of magnetic materials such as various transformers used in power supplies and various motors used in factories and homes.

以上説明したように、本発明によれば、高周波領域における各種磁性材料の動的磁気特性評価に適した磁気特性測定方法および磁気特性測定装置を実現できる。   As described above, according to the present invention, a magnetic characteristic measuring method and a magnetic characteristic measuring apparatus suitable for dynamic magnetic characteristic evaluation of various magnetic materials in a high frequency region can be realized.

1 測定対象磁性材料
2a 励磁信号発生部
2b 電流測定部
2c 電圧測定部
2d 損失情報測定部
2e 測定対象パラメータ格納部
2f 操作入力部
2g 測定データ格納部
2h 磁束密度演算部
2i 磁界強度演算部
2j B−H曲線生成部
2k 鉄損演算部
2m B−H曲線関連情報重畳部
2n B−H曲線3次元表示生成部
2p 表示部
2q 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic material to be measured 2a Excitation signal generation part 2b Current measurement part 2c Voltage measurement part 2d Loss information measurement part 2e Measurement object parameter storage part 2f Operation input part 2g Measurement data storage part 2h Magnetic flux density calculation part 2i Magnetic field strength calculation part 2j B -H curve generation unit 2k Iron loss calculation unit 2m BH curve related information superimposition unit 2n BH curve three-dimensional display generation unit 2p display unit 2q control unit

Claims (7)

測定対象磁性材料を交流励磁信号で励磁して磁束密度Bと磁界の強さHを測定することによりB−H曲線を求め、
前記測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報を前記B−H曲線の時間軸に沿って配列表示することを特徴とする磁気特性測定方法。
A magnetic material to be measured is excited with an AC excitation signal, and a magnetic flux density B and a magnetic field strength H are measured to obtain a BH curve.
A method for measuring magnetic characteristics, characterized in that time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is arranged and displayed along the time axis of the BH curve.
前記B−H曲線を時系列的に複数求め、
これら複数のB−H曲線を時間軸に沿って離散的に配列表示するとともに、前記測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報を前記各B−H曲線の時間軸に沿って配列表示することを特徴とする請求項1に記載の磁気特性測定方法。
Obtaining a plurality of BH curves in time series;
A plurality of BH curves are discretely arranged and displayed along the time axis, and time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is arranged and displayed along the time axes of the BH curves. The magnetic property measuring method according to claim 1.
前記交流励磁信号は基本波成分に高周波成分が重畳されたものであり、前記B−H曲線は前記高周波成分に起因した複数のB−H曲線のマイナーループを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気特性測定方法。   2. The AC excitation signal is obtained by superimposing a high frequency component on a fundamental wave component, and the BH curve includes a plurality of BH curve minor loops resulting from the high frequency component. Or the magnetic characteristic measuring method of Claim 2. 前記損失測定情報は、前記測定対象磁性材料の微小形状変化を光学的に検出する光変位検出信号に基づく磁歪測定情報であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載された磁気特性測定方法。   The loss measurement information is magnetostriction measurement information based on an optical displacement detection signal for optically detecting a minute shape change of the magnetic material to be measured. Magnetic property measurement method. 測定対象磁性材料を交流励磁信号で励磁する励磁手段と、
励磁された前記測定対象磁性材料の磁束密度Bと磁界の強さHを測定し、時間軸に沿った複数のB−H曲線を生成するB−H曲線生成手段と、
前記測定対象磁性材料の時系列的な損失情報を測定する損失情報測定手段と、
前記複数のB−H曲線を時間軸に沿って離散的に配列表示するとともに、前記測定対象磁性材料の時系列的な損失測定情報を前記各B−H曲線の時間軸に沿って配列表示する3次元表示手段、
とで構成されたことを特徴とする磁気特性測定装置。
Excitation means for exciting the magnetic material to be measured with an AC excitation signal;
BH curve generating means for measuring magnetic flux density B and magnetic field strength H of the excited magnetic material to be measured, and generating a plurality of BH curves along the time axis;
Loss information measuring means for measuring time-series loss information of the magnetic material to be measured;
The plurality of BH curves are discretely arranged and displayed along a time axis, and time-series loss measurement information of the magnetic material to be measured is arranged and displayed along the time axis of each BH curve. 3D display means,
A magnetic property measuring apparatus characterized by comprising:
前記交流励磁信号は基本波成分に高周波成分が重畳されたものであり、前記B−H曲線は前記高周波成分に起因した複数のB−H曲線のマイナーループを含むことを特徴とする請求項5に記載の磁気特性測定装置。   6. The AC excitation signal is obtained by superimposing a high frequency component on a fundamental wave component, and the BH curve includes a plurality of BH curve minor loops resulting from the high frequency component. The magnetic characteristic measuring apparatus described in 1. 前記損失情報測定手段は、
前記測定対象磁性材料の微小形状変化を光学的に検出する光変位検出手段であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の磁気特性測定装置。
The loss information measuring means includes
7. The magnetic characteristic measuring apparatus according to claim 5, wherein the magnetic characteristic measuring device is an optical displacement detecting means for optically detecting a minute shape change of the magnetic material to be measured.
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