JP2013050390A - Magnetic characteristic measurement sensor, and magnetic characteristic measurement method using the same sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石の磁気特性を測定するための磁気特性測定センサー及び同センサーを用いた磁気特性測定方法に関するものである。 The present invention relates to a magnetic property measuring sensor for measuring magnetic properties of a permanent magnet and a magnetic property measuring method using the sensor.
永久磁石は、磁束密度や磁界強度や磁化をパラメーターとして用いて磁気特性が評価される。そして、永久磁石の磁気特性を測定する方法としては、日本工業規格に「永久磁石試験方法」として規格されている(非特許文献1参照。)。 Permanent magnets are evaluated for magnetic properties using magnetic flux density, magnetic field strength, and magnetization as parameters. And as a method of measuring the magnetic characteristic of a permanent magnet, it is standardized as a “permanent magnet test method” in Japanese Industrial Standards (see Non-Patent Document 1).
この日本工業規格で定められた「永久磁石試験方法」によれば、測定対象となる永久磁石と電磁石とで閉磁気回路を構成し、磁束密度を測定するためのBコイルと磁気分極の測定に用いるJコイルと磁界強度を測定するHセンサーとを用いて、永久磁石の磁気特性を測定する。 According to the “permanent magnet test method” defined in the Japanese Industrial Standard, a closed magnetic circuit is constituted by a permanent magnet and an electromagnet to be measured, and the B coil and magnetic polarization for measuring the magnetic flux density are measured. The magnetic characteristics of the permanent magnet are measured using the J coil to be used and the H sensor for measuring the magnetic field strength.
ここで、永久磁石の磁束密度は、永久磁石の周囲にBコイルを巻回し、Bコイルの誘導電圧を積分することで測定する。また、永久磁石の磁化(磁気分極)は、永久磁石の周囲にJコイルを巻回するとともに永久磁石の周囲に巻回していないBコイルをJコイルに互いに電気的に打ち消し合うように接続することでBコイルを空隙補償コイルとして用い、Jコイルの誘導電圧を積分することで測定する。また、磁界強度は、永久磁石の側方近傍にフラットサーチコイルや磁気ポテンショメーターやホールプローブなどのHセンサーを配置して測定する。 Here, the magnetic flux density of the permanent magnet is measured by winding a B coil around the permanent magnet and integrating the induced voltage of the B coil. The magnetization (magnetic polarization) of the permanent magnet is such that the J coil is wound around the permanent magnet and the B coil not wound around the permanent magnet is electrically connected to the J coil so as to cancel each other. The B coil is used as the air gap compensation coil, and the measurement is performed by integrating the induced voltage of the J coil. The magnetic field strength is measured by arranging an H sensor such as a flat search coil, a magnetic potentiometer, or a hall probe near the side of the permanent magnet.
ところが、上記した日本工業規格で定められた「永久磁石試験方法」では、永久磁石の磁界強度や磁化の測定において必ずしも測定誤差が十分小さいものとは言えず、永久磁石の磁界強度や磁化といった磁気特性を正確に評価することが困難であった。 However, the “permanent magnet test method” defined in the above Japanese Industrial Standards does not necessarily have a sufficiently small measurement error in the measurement of the magnetic field strength and magnetization of the permanent magnet. It was difficult to accurately evaluate the characteristics.
そこで、請求項1に係る本発明では、永久磁石の磁気特性を測定するための磁気特性測定センサーにおいて、永久磁石の磁束密度を測定するためのBコイルと、永久磁石の磁界強度の測定に用いるHコイル及び/又は永久磁石の磁化の測定に用いるMコイルとを、永久磁石の周囲に同軸上に巻回することにした。
Therefore, in the present invention according to
また、請求項2に係る本発明では、前記請求項1に係る本発明において、前記Hコイルは、巻数が前記Bコイルと同一であることにした。
Further, in the present invention according to
また、請求項3に係る本発明では、前記請求項1に係る本発明において、前記Mコイルは、断面積と巻数との積が前記Bコイルと同一であることにした。
In the present invention according to
また、請求項4に係る本発明では、永久磁石の磁気特性を磁気特性測定センサーを用いて測定する磁気特性測定方法において、磁気特性測定センサーは、永久磁石の磁束密度を測定するためのBコイルと、永久磁石の磁界強度の測定に用いるHコイル及び/又は永久磁石の磁化の測定に用いるMコイルとを、永久磁石の周囲に同軸上に巻回し、前記Hコイル及び/又はMコイルと前記Bコイルとで永久磁石の磁界強度及び/又は磁化を測定することにした。 According to a fourth aspect of the present invention, in the magnetic property measuring method for measuring the magnetic property of the permanent magnet using the magnetic property measuring sensor, the magnetic property measuring sensor is a B coil for measuring the magnetic flux density of the permanent magnet. And an H coil used for measuring the magnetic field strength of the permanent magnet and / or an M coil used for measuring the magnetization of the permanent magnet are wound coaxially around the permanent magnet, and the H coil and / or M coil and the It was decided to measure the magnetic field strength and / or magnetization of the permanent magnet with the B coil.
そして、本発明では、永久磁石の磁気特性を測定するための磁気特性測定センサーにおいて、永久磁石の磁束密度を測定するためのBコイルと、永久磁石の磁界強度の測定に用いるHコイル及び/又は永久磁石の磁化の測定に用いるMコイルとを、永久磁石の周囲に同軸上に巻回することにより、永久磁石の磁気特性を測定するにあたって永久磁石の磁界強度や磁化の測定誤差を小さくすることができ、永久磁石の磁気特性を従来よりも正確に評価することができる。 In the present invention, in the magnetic property measuring sensor for measuring the magnetic property of the permanent magnet, the B coil for measuring the magnetic flux density of the permanent magnet, the H coil used for measuring the magnetic field strength of the permanent magnet, and / or The M coil used for measuring the magnetization of the permanent magnet is coaxially wound around the permanent magnet to reduce the measurement error of the magnetic field strength and magnetization of the permanent magnet when measuring the magnetic characteristics of the permanent magnet. The magnetic characteristics of the permanent magnet can be evaluated more accurately than before.
以下に、本発明に係る磁気特性測定センサー及び同センサーを用いた磁気特性測定方法の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a specific configuration of a magnetic characteristic measurement sensor and a magnetic characteristic measurement method using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、磁気特性測定センサー1は、所定長さの円柱状に形成した永久磁石の試験片2を挿通させたホルダー3にBコイル4とHコイル5とMコイル6とを巻回している。ここで、Bコイル4は、試験片2の磁束密度を測定するためのコイルであり、Hコイル5は、Bコイル4とともに用いて試験片2の磁界強度を測定するためのコイルであり、Mコイル6は、Bコイル4とともに用いて試験片2の磁化を測定するためのコイルである。
As shown in FIG. 1, the magnetic
ホルダー3は、試験片2を挿通させた円筒状の内側ホルダー7と、内側ホルダー7の外周に装着した円筒状の外側ホルダー8とで構成している。
The
内側ホルダー7は、試験片2を挿通させるために試験片2の径の寸法公差を考慮した内径の中空部9を形成するとともに、外周部にコイル溝10を円周方向に向けて形成している。コイル溝10には、Bコイル4を巻回するとともに、Bコイル4の外周部にHコイル5を絶縁シート11を介して巻回している。これにより、Hコイル5は、試験片2の周囲において試験片2に対してBコイル4と同軸上、かつ、同心円上に配置されている。また、Hコイル5は、巻数がBコイル4と同一となるようにしている。
The
外側ホルダー8は、内側ホルダー7を挿通させるために中空部12を形成するとともに、外周部にコイル溝13を円周方向に向けて形成している。コイル溝13には、Mコイル6を巻回するとともに、Mコイル6の外周部に絶縁シート14を被覆している。Mコイル6は、巻数と断面積との積がBコイル4と同一となるようにしている。この外側ホルダー8は、コイル溝13を内側ホルダー7のコイル溝10の外周部に位置させており、これにより、Mコイル6は、試験片2の周囲において試験片2に対してBコイル4及びHコイル5と同軸上、かつ、同心円上に配置されている。
The
上記磁気特性測定センサー1では、試験片2と各コイル4,5,6とを近接させて配置するとともに、各コイル4,5,6やホルダー3の熱等による変形を防止することで、測定精度をより一層向上させることができる。そのため、上記磁気特性測定センサー1では、ホルダー3(内側ホルダー7、外側ホルダー8)を薄くても強度を確保でき耐熱性に優れたセラミック材で形成し、また、薄くて耐熱性を有する絶縁シート11を介してBコイル4にHコイル5を巻回している。
In the magnetic
磁気特性測定センサー1は、以上に説明したように構成しており、この磁気特性測定センサー1を用いて試験片2の磁気特性を測定することができる。
The magnetic
磁気特性を測定するには、試験片2の伸延方向の略中央部に磁気特性測定センサー1を装着するとともに、日本工業規格で定められた「永久磁石試験方法」と同様に測定対象と試験片2と電磁石とで閉磁気回路を構成し、試験片2の磁束密度や磁化や磁界強度を測定する。
In order to measure the magnetic properties, the magnetic
磁束密度を測定する場合には、試験片2の周囲に巻回したBコイル4の誘導電圧を積分することで測定できる。
When measuring the magnetic flux density, it can be measured by integrating the induced voltage of the
磁化を測定する場合には、試験片2の周囲に同軸上に巻回したBコイル4とMコイル6とを用い、以下に説明するように、Mコイル6を空隙補償コイルとして利用することで測定できる。
When measuring the magnetization, the
まず、それぞれのBコイル4とMコイル6とで得られる磁束密度BB、BMは、磁界強度をH、磁化をM、透磁率をμ0とすると、式1で示される。
この式1を、Bコイル4とMコイル6とで得られる磁束φB、φMで表すと、Bコイル4とMコイル6と試験片2の断面積をそれぞれSB、SM、SSとすると、式2に変形できる。
そして、Bコイル4とMコイル6とを直列接続したときに計測される電圧eBMは、Bコイル4とMコイル6の巻数をそれぞれNB、NMとすると、式3で示される。この式3に上記式2を代入して展開すると、電圧eBMは、式4に変形できる。
ここで、Bコイル4とMコイル6は、巻数と断面積との積が同一(NBSB=NMSM)であることから、式4は、式5と表せる。
したがって、磁化は、式5を積分して変形することで式6を用いて求めることができ、Bコイル4とMコイル6とを直列接続したときに経時的に計測される電圧eBMを積分回路で積分した値から測定することができる。
ここで、磁化は、試験片2に巻回していない空隙補償コイルをBコイル4に互いに電気的に打ち消し合うように接続したときに計測される電圧eから式7を用いて測定することもできる。
しかしながら、直径10mm、長さ20mmの純度99.99%のニッケル、コバルト、鉄からなる試験片2について実際に測定し、理論値との相対的な誤差を算出したところ、式6を用いた場合には、各試験片2について1.3%、2.74%、1.52%であったのに対して、式7を用いた場合には、各試験片2について16.1%、17.2%、14.7%となった。
However, when actual measurement was performed on a
このことから、上記磁気特性測定センサー1のように試験片2の周囲に同軸上に巻回したBコイル4とMコイル6とを用いて測定することにより、測定誤差を小さくできることが示された。
From this, it was shown that the measurement error can be reduced by measuring using the
また、試験片2の端部近傍では反磁界の影響を大きく受けるために、測定誤差が大きくなるおそれがある。そこで、直径10mm、純度99.99%の長さ4mm、10mm、20mm、30mmの試験片2について伸延方向の中央部に磁気特性測定センサー1を装着して実際に測定し、理論値との相対的な誤差を算出したところ、各試験片2について26.7%、7.6%、1.1%、0.9%となった。
Further, the measurement error may be increased because the demagnetizing field is greatly influenced near the end of the
このことから、上記磁気特性測定センサー1を試験片2に装着する場合には、反磁界の影響が無くなるように試験片2の端部から磁気特性測定センサー1をなるべく離して装着する必要があり、長さ20mm以上の試験片2の伸延方向の中央部に装着することが望ましい。
For this reason, when the magnetic
以上のようにして磁化を精度良く測定することができるため、上記磁束密度と磁化とを用いて式8に示される関係式から磁界強度を算出することができる。
また、磁界強度は、試験片2の周囲に同軸上に巻回したBコイル4とHコイル5とを用い、以下に説明するように、Hコイル5を空隙補償コイルとして利用することで測定することもできる。
The magnetic field strength is measured by using the
まず、それぞれのBコイル4とHコイル5とで得られる磁束密度BB、BHは、磁界強度をH、磁化をM、透磁率をμ0とすると、式9で示される。
この式9を、Bコイル4とHコイル5とで得られる磁束ΦB、ΦHで表すと、Bコイル4とHコイル5と試験片2の断面積をそれぞれSB、SH、SSとし、Bコイル4とHコイル5の巻数をそれぞれNB、NHとすると、式10に変形できる。
そして、Hコイル5とBコイル4とでそれぞれ計測される電圧eH、eBの差は、式11で示される。この式11に上記式10を代入して展開すると、電圧eH、eBの差は、式12に変形できる。
ここで、Bコイル4とHコイル5は、巻数が同一(NB=NH)であることから、式12は、式13と表せる。
したがって、磁界強度は、式13を積分して変形することで式14を用いて求めることができ、Hコイル5とBコイル4とでそれぞれ経時的に計測される電圧eH、eBの差を積分回路で積分した値から測定することができる。
以上に説明したように、本発明では、試験片2の磁気特性を測定する磁気特性測定センサー1において、磁束密度を測定するためのBコイル4と、Bコイル4とともに用いて磁界強度を測定するためのHコイル5と、Bコイル4とともに用いて磁化を測定するためのMコイル6とを、試験片2の周囲に同軸上に巻回している。
As described above, in the present invention, in the magnetic
そのため、本発明では、試験片2の磁気特性を測定するにあたって磁界強度や磁化の測定誤差を小さくすることができ、試験片2の磁気特性を従来よりも正確に評価することができる。
For this reason, in the present invention, when measuring the magnetic characteristics of the
特に、本発明では、Hコイル5又はMコイル6とBコイル4とを試験片2の周囲に同軸上、かつ、同心円上に配置することで、磁気特性測定センサー1及び同センサー1を用いた測定システムの小型化を図ることもできる。
In particular, in the present invention, the magnetic
また、本発明では、Hコイル5の巻数をBコイル4の巻数と同一とし、或いは、Mコイル6の断面積と巻数との積をBコイル4の断面積と巻数との積と同一とすることで、経時的に計測される電圧を積分回路で積分することで磁界強度や磁化を容易に測定することができる。
In the present invention, the number of turns of the
1 磁気特性測定センサー 2 試験片
3 ホルダー 4 Bコイル
5 Hコイル 6 Mコイル
7 内側ホルダー 8 外側ホルダー
9 中空部 10 コイル溝
11 絶縁シート 12 中空部
13 コイル溝 14 絶縁シート
DESCRIPTION OF
11
13
Claims (4)
永久磁石の磁束密度を測定するためのBコイルと、永久磁石の磁界強度の測定に用いるHコイル及び/又は永久磁石の磁化の測定に用いるMコイルとを、永久磁石の周囲に同軸上に巻回したことを特徴とする磁気特性測定センサー。 In a magnetic property measurement sensor for measuring the magnetic properties of a permanent magnet,
A B coil for measuring the magnetic flux density of the permanent magnet and an H coil used for measuring the magnetic field strength of the permanent magnet and / or an M coil used for measuring the magnetization of the permanent magnet are wound coaxially around the permanent magnet. Magnetic characteristic measurement sensor characterized by turning.
磁気特性測定センサーは、永久磁石の磁束密度を測定するためのBコイルと、永久磁石の磁界強度の測定に用いるHコイル及び/又は永久磁石の磁化の測定に用いるMコイルとを、永久磁石の周囲に同軸上に巻回し、
前記Hコイル及び/又はMコイルと前記Bコイルとで永久磁石の磁界強度及び/又は磁化を測定することを特徴とする磁気特性測定方法。 In a magnetic property measurement method for measuring the magnetic properties of a permanent magnet using a magnetic property measurement sensor,
The magnetic characteristic measurement sensor includes a B coil for measuring the magnetic flux density of the permanent magnet, an H coil used for measuring the magnetic field strength of the permanent magnet, and / or an M coil used for measuring the magnetization of the permanent magnet. Wound around the same axis,
A magnetic characteristic measuring method, comprising: measuring magnetic field strength and / or magnetization of a permanent magnet with the H coil and / or M coil and the B coil.
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