JP2019066405A - 単板磁気特性試験器 - Google Patents

Abstract

【課題】 弾性変形させた試験片や塑性変形された試験片の磁気特性を正確に測定することができる単板磁気特性試験器を提供する。【解決手段】 可撓性を有する巻線枠２００の外周面に、励磁コイル３００が外側、磁束密度検出コイル４００が内側になるように励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００を螺旋状に配置する。ヨーク１００は、試験片Ｓと接触する磁極面の位置と向きとを可変にすることができる。巻線枠２００は、その一端と他端とを貫くように形成された中空領域を有する。この中空領域に挿入された試験片Ｓの形状に合わせて巻線枠２００を変形し、試験片Ｓの一端側の板面の領域と他端側の板面の領域とをヨーク１００の磁極面に合わせた状態とする。その状態で、励磁コイル３００に励磁電流を流し、磁束密度検出コイル４００の両端に発生する誘導起電力を測定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、単板磁気特性試験器に関し、特に、電磁鋼板等の軟磁性材料の磁気特性を測定するために用いて好適なものである。

電磁鋼板等の軟磁性材料の磁気特性を測定するために単板試験器が用いられる。単板試験器は、単板磁気特性試験器や、単板磁気試験器等とも称される。以下では、単板試験器を単板磁気特性試験器と称する。非特許文献１には、単板磁気特性試験器の巻枠として、形状が、長手方向において貫通する中空の直方体の形状であり、長さが、単板磁気特性試験器の大きさ等に応じて定められた長さである巻枠が記載されている。巻枠は、巻線枠等とも称される。以下の説明では、巻枠を巻線枠と称する。

非特許文献１に記載の技術では、巻線枠には、一次コイルおよび二次コイルが巻き回される。一次コイルは、励磁コイル等とも称される。以下の説明では、一次コイルを励磁コイルと称する。二次コイルは、磁束密度検出コイルや、Ｂコイル等とも称される。以下の説明では、二次コイルを磁束密度検出コイルと称する。

単板磁気特性試験器では、巻線枠の中空領域に単板の試験片（１枚の軟磁性材料の板）を配置すると共に、試験片とヨークとで閉磁路が構成されるようにする。そして、励磁コイルに励磁電流を流して試験片を励磁することにより試験片に発生する磁束密度を、磁束密度検出コイルに誘起される誘導起電力に基づいて求める。尚、以下の説明では、軟磁性材料の板を、必要に応じて、軟磁性体板と称する。

ＪＩＳ Ｃ ２５５６：２０１５「単板試験器による電磁鋼帯の磁気特性の測定方法」

ところで、軟磁性体板は、平坦化処理されて内部歪が少ない状態で出荷されるが、製品において、軟磁性体板が、弾性変形される状態、または、塑性変形がある状態で使用されると、軟磁性体板の磁気特性が劣化することが知られている。例えば、カットコアやユニコア等の巻鉄心は、軟磁性体板を局部的に曲げることにより構成されるため、このような巻鉄心では、塑性変形がある状態で軟磁性体板が使用される。

しかしながら、非特許文献１に記載の技術では、１枚の軟磁性体板を試験片として用いるが、平坦な試験片を前提として巻線枠の寸法が決められていると共に、ヨークの２つの磁極面が同一の平面上に配置される。このため、弾性変形させた試験片や、塑性変形された試験片を巻線枠に配置することが容易ではない。このため、弾性変形させた試験片の磁気特性を測定することや、塑性変形された試験片の磁気特性を測定することが容易ではない。

そこで、試験片の曲部を間に挟む２つの平坦な部分にそれぞれ巻線枠を配置することが考えられる。しかしながら、このようにすると、各巻線枠に配置されたコイル間での磁束の漏れが大きくなる虞がある。従って、弾性変形させた試験片の磁気特性を測定することや、塑性変形された試験片の磁気特性を正確に測定することが容易ではない。また、ヨークの２つの磁極面のなす角度が、試験片の曲げ角度に応じた角度となるようにヨークを成形することが考えられる。しかしながら、このようにすると、試験片の曲げ角度が所定の角度である場合にしか、ヨークの磁極面と試験片とを合わせることがない。試験片の曲げ角度が所定の角度でない場合には、試験片を弾性変形させてヨークの磁極面と試験片とを合わせなければならない。例えば、ヨークの２つの磁極面のなす角度を９０°にした場合、塑性変形された試験片の曲げ角度が８０°であると、ヨークの磁極面と試験片とを合わせるために、当該試験片の曲がり部を更に１０°曲げて当該軟磁性体を弾性変形させなければならない。従って、当該試験片の曲がり部の塑性変形による磁気特性の劣化のみを正確に評価することが容易ではない。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、弾性変形させた試験片や塑性変形された試験片の磁気特性を正確に測定することができる単板磁気特性試験器を提供することを目的とする。

本発明の単板磁気特性試験器は、１枚の磁性体板で構成される試験片であって、板面が曲げられた状態の試験片の磁気特性を測定する単板磁気特性試験器であって、一端と他端とを貫く中空領域を有する巻線枠と、前記試験片と磁気的に結合され、前記試験片と閉磁路を形成するヨークと、前記試験片を取り巻くように前記巻線枠に対して巻き回されるコイルであって、前記試験片を励磁するための励磁コイルと、前記試験片を取り巻くように前記巻線枠に対して前記励磁コイルよりも内側に巻き回されるコイルであって、前記励磁された前記試験片の内部の磁束密度を検出するための磁束密度検出コイルと、を有し、前記試験片は、前記中空領域に挿入され、前記巻線枠は、可撓性を有し、前記試験片の曲げ形状に応じて曲げられることを特徴とする。

本発明によれば、弾性変形させた試験片や塑性変形された試験片の磁気特性を正確に測定することができる単板磁気特性試験器を提供することができる。

図１は、単板磁気特性試験器の構成の一例を示す図である。 図２は、試験片の形状の一例を示す図である。 図３は、ヨークの構成の一例を示す図である。 図４は、第１ヨーク部の断面の一例を示す図である。 図５は、第２ヨーク部および第３ヨーク部の配置の第１の例を示す図である。 図６は、第２ヨーク部および第３ヨーク部の配置の第２の例を示す図である。 図７は、巻線枠、励磁コイルおよび磁束密度検出コイルの構成の一例を示す図である。 図８は、巻線枠の構成の一例を示す図である。 図９は、励磁コイルおよび磁束密度検出コイルの巻き方の一例を示す図である。 図１０は、単板磁気特性試験器の構成の変形例を示す図である。 図１１は、変形例のヨークの構成を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。尚、各図において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、各図の向きの関係を示すものであり、○の中に●を付しているものは、紙面の奥側から手前側に向かう方向を示し、○の中に×を付しているものは、紙面の手前側から奥側に向かう方向を示す。
図１は、単板磁気特性試験器の構成の一例を示す図である。図２は、試験片Ｓの形状の一例を示す図である。試験片Ｓは、１枚の軟磁性体板（例えば、方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板）である。本実施形態では、試験片Ｓの平面形状は長方形である。図２（ａ）は、試験片Ｓの板厚部分を示す図であり、図２（ｂ）は、試験片Ｓの板面部分を示す図である。

単板磁気特性試験器において、試験片Ｓは、その板面が曲げられた状態になる。図２に示す例では、試験片Ｓは、曲げ稜線が、試験片Ｓの短手方向に沿って、試験片Ｓの短手方向の一端から他端まで延びるように、試験片Ｓの長手方向の中央付近において曲げられる。尚、曲げは、屈曲であっても湾曲であってもよい。ただし、試験片Ｓにねじりが生じないようにするのが好ましい。また、図２に示す例では、曲げ位置が一箇所である場合を例に挙げて示すが、曲げ位置は複数であってもよい。また、変形は、塑性変形であって弾性変形であってもよい。

図１において、本実施形態の単板磁気特性試験器は、図２に示すようにして曲げられた状態の試験片Ｓの磁気特性を測定する。単板磁気特性試験器は、ヨーク１００と、巻線枠２００と、励磁コイル３００と、磁束密度検出コイル４００とを有する。
ヨーク１００は、試験片Ｓと磁気的に結合され、ヨーク１００と試験片Ｓとで閉磁路が形成される。

巻線枠２００には、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００が巻き回される。巻線枠２００は、その長手方向の両端を貫くように形成された中空領域を有する。巻線枠２００の中空領域に試験片Ｓが挿入される。このようにして試験片Ｓが巻線枠２００の中空領域に配置されると、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００は、試験片Ｓを取り巻くようになる。

励磁コイル３００には、試験片Ｓを取り巻くように配置されるコイルであり、試験片Ｓを励磁するための励磁電流が流れるコイルである。磁束密度検出コイル４００は、試験片Ｓを取り巻くように配置されるコイルであり、励磁された試験片Ｓの内部の磁束密度を検出するためのコイルである。磁束密度検出コイル４００の両端に誘起される誘導起電力から、試験片Ｓの内部の磁束密度が求められる。

ここで、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００のコイル軸（コイルがつくるループの中心を通る仮想線）は、略同軸であるのが好ましく、同軸であるのがより好ましい。励磁コイル３００から発生する磁束が大きく且つ均一な領域に磁束密度検出コイル４００を配置することができるからである。また、励磁コイル３００のコイル軸と、試験片Ｓの軸（試験片Ｓの中心を通り、試験片Ｓの長手方向に沿う仮想線）と、が略一致するのが好ましく、一致するのがより好ましい。励磁コイル３００から発生する磁束が大きく且つ均一な領域に試験片Ｓを配置することができるからである。

次に、本実施形態のヨーク１００について説明する。
図１において、ヨーク１００は、第１ヨーク部１１０、第２ヨーク部１２０、第３ヨーク部１３０、第１取付部１４０、および第２取付部１５０を有する。図３は、ヨーク１００の構成の一例を示す図であり、図１のＡ方向からヨーク１００を見た様子を示す図である。図４は、第１ヨーク部１１０の断面の一例を示す図（図１のＩ−Ｉの部分で切った場合の第１ヨーク部１１０の断面図）である。

第１ヨーク部１１０は、形状および板厚が同一の複数の軟磁性体板１１１を用いて構成される（図３および図４では、表記の都合上、１つの軟磁性体板にのみ符号１１１を付している）。また、第１ヨーク部１１０は、補強板１６１、１６２を有し、複数の軟磁性体板１１１を挟むように２枚の補強板１６１および１６２が配置される。補強板は非磁性を有する。これら複数の軟磁性体板と補強板の平面形状は長方形であり、その長手方向の両側に穴が１つずつ形成される。図４に示すように、これら複数の軟磁性体板は、当該軟磁性体板の板厚と略同じ長さの間隔を有して板面同士が相互に対向するように配置される。このようにして複数の軟磁性体板と補強板が配置されると、当該軟磁性体板と補強板に形成されている穴により、当該軟磁性体板と補強板の長手方向の両側に、当該軟磁性体板と補強板の板厚方向に貫通する貫通穴が形成される。補強板１６１および１６２は、後述するように、ボルトで押し付ける際に変形しない強度を有する。補強板１６１および１６２は、例えば、オーステナイトステンレスやチタンを用いて構成される。

第２ヨーク部１２０は、形状および板厚が同一の複数の第１軟磁性体板１２１と、形状および板厚が同一の複数の第２軟磁性体板１２２とを有する（図３では、表記の都合上、１つの第１軟磁性体板、第２軟磁性体板にのみ符号１２１、１２２を付している）。第１軟磁性体板１２１の平面形状は正方形である。第２軟磁性体板１２２の平面形状は長方形である。第２軟磁性体板１２２の板面の短辺の長さと第１軟磁性体板１２１の板面の一辺の長さは略同じである。第２ヨーク部１２０を構成する第１軟磁性体板１２１および第２軟磁性体板１２２の板厚と、第１ヨーク部１１０を構成する軟磁性体板１１１の板厚は、略同じである。図３に示すように、第２ヨーク部１２０は、第１軟磁性体板１２１の板面の一辺と、第２軟磁性体板１２２の板面の短辺とが重なり、且つ、第１軟磁性体板１２１および第２軟磁性体板１２２の板厚方向（Ｘ軸方向）の両端に第２軟磁性体板１２２が配置されるように、第１軟磁性体板１２１と第２軟磁性体板１２２とが交互に配置された状態で一体にされることにより構成される。図４に示すように、第２ヨーク部１２０の第２軟磁性体板１２２の数は、第１ヨーク部１１０の軟磁性体板１１１の間に形成される隙間の数と同数である。

図３に示すように、第２ヨーク部１２０の長手方向（Ｚ軸方向）の一端面は平坦な磁極面（試験片Ｓと接触される領域）になる。図３に示す例では、第２軟磁性体板１２２の長手方向（Ｚ軸方向）の両端のうち、第１軟磁性体板１２１が配置される側の端の領域が、平坦な磁極面になる。一方、第２ヨーク部１２０の長手方向の他端面は凹凸面になる。図３に示す例では、第２軟磁性体板１２２の長手方向の両端のうち、第１軟磁性体板１２１が配置されていない側の領域は、凹凸が繰り返された形状（いわゆる櫛歯状）になる。

尚、図１と図３における第２ヨーク部１２０の位置の関係を明示するために、図１および図３において、第２ヨーク部１２０の各位置１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄを示している。
第３ヨーク部１３０は、第２ヨーク部１２０と同じ構成を有する。
第１取付部１４０は、ボルト、ナット、ワッシャ等を有する。第２取付部１５０は、第１取付部１４０と同じ構成を有する。

図１および図４に示すように、第１ヨーク部１１０を構成する軟磁性体板１１１と補強板１６１および１６２の長手方向の一側（Ｙ軸の負の方向側）において当該軟磁性体板１１１と補強板１６１および１６２の板厚方向（Ｘ軸方向）に貫通する貫通穴に第１取付部１４０のボルトが挿入される。同様に、第１ヨーク部１１０を構成する軟磁性体板１１１と補強板１６１および１６２の長手方向の他側（Ｙ軸の正の方向側）において当該軟磁性体板１１１の板厚方向に貫通する貫通穴に第２取付部１５０のボルトが挿入される。ボルトの先端側にはナットが取り付けられる。ボルトとナットは、非磁性を有する。このとき、例えば、ボルトと軟磁性体板１１１とが接触しないようにし、ボルトの頭部および軟磁性体板１１１の間と、ナットおよび軟磁性体板１１１の間に、それぞれ絶縁ワッシャと絶縁スリーブを配置することにより、ボルトおよびナットと軟磁性体板１１１とが絶縁された状態にする。尚、第１取付部１４０を構成するボルトおよびナット等を、非磁性且つ絶縁性を有する材料で構成してもよい。

ヨーク１００を構成する際には、まず、図１および図３に示すように、第１ヨーク部１１０の隙間に、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の、第２軟磁性体板１２２の第１軟磁性体板１２１よりも突き出ている領域（前述した櫛歯状の凸部）を挿入する。そして、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０を第１ヨーク部１１０に挿入した状態で、第１ヨーク部１１０を構成する軟磁性体板１１１の板面に対して、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０を構成する軟磁性体板１２１、１２２の板面を摺動させて、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の位置および向きを変える。

このようにして第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の位置および向きを変えることにより、第２ヨーク部１２０の磁極面、第３ヨーク部１３０の磁極面が、それぞれ、試験片Ｓの長手方向の一端、他端の領域における板面と合わさると、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０をその状態に保持して、第１取付部１４０および第２取付部１５０により、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０が挿入された第１ヨーク部１１０を締め付ける。これにより、第１ヨーク部１１０に対し第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０が固定される。

尚、図１では、第１ヨーク部１１０を構成する軟磁性体板１１１の長手方向（Ｙ軸方向）の両側の合計２箇所に第１取付部１４０および第２取付部１５０を取り付けることにより、第１ヨーク部１１０に対し第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０が固定されるようにする場合を例に挙げて示した。しかしながら、固定部の位置および数は、このようなものに限定されない。例えば、第１ヨーク部１１０を構成する軟磁性体板１１１の長手方向（Ｙ軸方向）の中央の位置にも固定部が取り付けられるようにして、第１ヨーク部１１０に対し第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０をより確実に固定することができるようにしてもよい。また、第１ヨーク部１１０に対し第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０を固定することができれば、必ずしもボルトおよびナットを用いる必要はない。例えば、第１ヨーク部１１０を構成する複数の軟磁性体板１１１のうち、当該軟磁性体板１１１の板厚方向（Ｘ軸方向）の両端に位置する軟磁性体板１１１の板面を、非磁性且つ絶縁性を有する板状の部材を使って押し付けるようにしてもよい。

また、ここでは、１枚おきに隙間を有するように（隙間の両側にある軟磁性体板１１１の数が１となるように）板面が相互に対向する状態で複数の軟磁性体板１１１を配置することにより第１ヨーク部１１０を構成する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしも隙間は１枚おきに形成する必要はなく、複数枚おきに形成してもよいし、隙間の両側にある軟磁性体板１１１の数を場所により異ならせてもよい。また、隙間は、複数枚の軟磁性体板の板厚の和と略同じ長さとしてもよい。この場合、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の前述した櫛歯状の１つの凸部を構成する第２軟磁性体板の板厚の和が、第１ヨーク部１１０に形成される隙間の長さと略同じになるようにする。

図５は、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の配置の第１の例を示す図である。図５（ａ）は、第１ヨーク部１１０と第２ヨーク部１２０とのなす角度θ１と、第１ヨーク部１１０と第３ヨーク部１３０とのなす角度θ２とが同じである場合の第１ヨーク部１１０における第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の配置を示す。図５（ｂ）は、第１ヨーク部１１０と第２ヨーク部１２０とのなす角度θ１と、第１ヨーク部１１０と第３ヨーク部１３０とのなす角度θ２とが異なる場合の第１ヨーク部１１０における第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の配置を示す。

図５（ｂ）に示す状態は、図５（ａ）に示す状態に対し、第２ヨーク部１２０を第３ヨーク部１３０から遠ざかる方向に回動させた状態である。このように、第２ヨーク部１２０の磁極面と第３ヨーク部１３０の磁極面とがなす角度θｔを変えることができる。

図６は、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の配置の第２の例を示す図である。図６（ａ）は、第１ヨーク部１１０と第２ヨーク部１２０との距離が相対的に遠い場合の第１ヨーク部１１０における第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の配置を示す。図６（ｂ）は、第１ヨーク部１１０と第２ヨーク部１２０との距離が相対的に近い場合の第１ヨーク部１１０における第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の配置を示す。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第２ヨーク部１２０の磁極面と第３ヨーク部１３０の磁極面とがなす角度θｔを変えずに、第２ヨーク部１２０の磁極面と第３ヨーク部１３０の磁極面との距離を変えることができる。
この他、例えば、図５（ａ）の状態に対し、第２ヨーク部１２０を第３ヨーク部１３０から遠ざかる方向に回動させると共に、第３ヨーク部１３０を第２ヨーク部１２０から遠ざかる方向に回動させることもできる。逆に、図５（ａ）の状態に対し、第２ヨーク部１２０を第３ヨーク部１３０に近づける方向に回動させると共に、第３ヨーク部１３０を第２ヨーク部１２０に近づける方向に回動させることもできる。また、図５（ａ）の状態に対し、第２ヨーク部１２０を第３ヨーク部１３０から遠ざかる方向に回動させると共に、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の少なくとも何れか一方を、第１ヨーク部１１０を構成する軟磁性体板の長手方向に移動させることもできる。

このように、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０が第１ヨーク部１１０に挿入されている状態で、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の少なくとも何れか一方について、第１ヨーク部１１０を構成する軟磁性体板１１１の板面に沿う方向におおいて、平行移動および回動の少なくとも何れか一方を行うことができる。従って、試験片Ｓの長さおよび形状に合わせて、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の磁極面の位置および向きを調節することができる。

次に、本実施形態の巻線枠２００、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００について説明する。
図７は、巻線枠２００、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００の構成の一例を示す図である。巻線枠２００、励磁コイル３００、磁束密度検出コイル４００、および試験片Ｓの、第３ヨーク部１３０側の領域の構成は、第２ヨーク部１２０側の領域の構成と同じであるので、図７では、巻線枠２００、励磁コイル３００、磁束密度検出コイル４００、および試験片Ｓの、第２ヨーク部１２０側の領域のみを示す。また、図７では、第２ヨーク部１２０の磁極面付近の領域も示す。図７は、これらの領域を、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００のコイル軸を通るように、試験片Ｓの板厚方向に沿って切った場合の断面を示す。図８は、巻線枠２００の構成の一例を示す図である。具体的に図８（ａ）は、図７のII−IIの部分で切った場合の巻線枠２００の断面図であり、図８（ｂ）は、図７のIII−IIIの部分で切った場合の巻線枠２００の断面図である。図９は、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００の巻き方の一例を示す図である。以下、図７〜図９を参照しながら、本実施形態の巻線枠２００、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００について説明する。

巻線枠２００は、巻線枠本体部２１０および固定部２２０を有する。
巻線枠本体部２１０は、可撓性を有する。本実施形態では、巻線枠本体部２１０を蛇腹状として、巻線枠本体部２１０が可撓性を有するようにしている。また、蛇腹の凹部および凸部はそれぞれ螺旋状になっている。巻線枠本体部２１０は、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂を用いて構成される。この場合、例えば、蛇腹の凸部の領域に硬質のポリ塩化ビニル樹脂を用い、その他の領域に軟質のポリ塩化ビニル樹脂を用いることにより、蛇腹の凸部が変形しにくくなるようにすることができる。また、例えば、巻線枠本体部２１０（蛇腹）の内部に、螺旋に沿って非磁性の針金を埋め込むことにより、巻線枠本体部２１０が曲げられた状態になると巻線枠本体部２１０がその状態を保持するようにすることができる。

励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００は、可撓性の絶縁被覆で覆われた撚線の電線を用いて構成される。磁束密度検出コイル４００は、巻線枠本体部２１０の蛇腹の凹部の螺旋状の領域に沿って配置される。これにより磁束密度検出コイル４００は、図９に示すように、巻線枠本体部２１０に螺旋状に巻き回される。励磁コイル３００は、磁束密度検出コイル４００よりも巻線枠本体部２１０の外周側において、巻線枠本体部２１０の蛇腹の凹部の螺旋状の領域に沿って配置される。これにより励磁コイル３００も磁束密度検出コイル４００と同様に、巻線枠本体部２１０に螺旋状に巻き回される。

巻線枠本体部２１０には、その長手方向（励磁コイル３００も磁束密度検出コイル４００のコイル軸の方向）において貫通する中空領域が形成される。図８（ａ）に示すように、巻線枠本体部２１０をその長手方向に垂直な方向に沿って切った場合の断面において、巻線枠本体部２１０の中空領域は、長方形の領域となる。この長方形の長辺が試験片Ｓの板面と対向し、短辺が試験片Ｓの板厚部分と対向するようにする。また、この長方形の長辺の長さは、試験片Ｓの板面の短辺の長さ（幅）として想定される長さよりも長い範囲で可及的に短いのが好ましく、短辺の長さは、試験片Ｓの板厚として想定される長さよりも長い範囲で可及的に短いのが好ましい。試験片Ｓと磁束密度検出コイル４００との間の領域の面積を小さくすることができるので、磁束密度検出コイル４００の両端に発生する誘導起電力に、この領域を貫く磁束に基づく成分が含まれることを抑制することができるからである。

巻線枠本体部２１０の長手方向の端部には固定部２２０が取り付けられる。固定部２２０は、可撓性を有しない。固定部２２０は、固定部本体２２１、第３取付部２２２、および第４取付部２２３を有する。固定部本体２２１は、非磁性且つ絶縁性を有し、且つ、後述するようにして試験片Ｓを押さえ付けても変形しない強度を有する材料を用いて構成される。例えば、固定部本体２２１は、ガラスエポキシ樹脂やフェノール樹脂を用いて構成される。図７および図８（ａ）に示すように、固定部本体２２１は、巻線枠本体部２１０の中空領域と連通する中空領域を有する。この中空領域は、巻線枠本体部２１０の長手方向に沿う方向において、固定部本体２２１を貫くように形成される。また、巻線枠本体部２１０の長手方向に沿う方向に垂直に切った場合の断面において、巻線枠本体部２１０の中空領域と固定部本体２２１の中空領域は、略同じ長方形の領域となる。これら長方形の領域が合うように、固定部本体２２１は、巻線枠本体部２１０の長手方向の端部に着脱不能に取り付けられる。

図７および図８（ａ）に示すように、固定部本体２２１には、その中空領域に対して垂直な方向に２つのねじ穴が形成される。これら２つのねじ穴は、試験片Ｓの板面を介して相互に対向する位置に配置される。
第３取付部２２２および第４取付部２２３は、同じ構成を有する。第３取付部２２２および第４取付部２２３は、ねじと板とを有する。固定部２２０のねじ穴に挿入された状態のねじの先端に、板が取り付けられる。この板の板面は、試験片Ｓの板面と略平行な状態になるようにする。ねじと板は、一体となっており、非磁性且つ絶縁性を有し、後述するようにして試験片Ｓを押さえ付けても変形しない強度を有する材料を用いて構成される。第３取付部２２２および第４取付部２２３は、例えば、ガラスエポキシ樹脂やフェノール樹脂を用いて構成される。

図７および図８（ａ）に示すように、巻線枠本体部２１０および固定部２２０の中空領域に試験片Ｓを挿入し、第２ヨーク部１２０の磁極面と試験片Ｓの板面とを合わせた後、試験片Ｓを間に挟んだ状態で第３取付部２２２および第４取付部２２３の板で試験片Ｓの板面をその上下から押さえ付けるように第３取付部２２２および第４取付部２２３のねじを回すことにより、巻線枠２００に試験片Ｓ（の一端側の領域）が取り付けられる。

巻線枠本体部２１０の他端にも、固定部２２０、第３取付部２２２および第４取付部２２３と同じ構成の固定部２２０、第３取付部２２２および第４取付部２２３が取り付けられる。第３ヨーク部１３０の磁極面と試験片Ｓの板面とを合わせた後、試験片Ｓを間に挟んだ状態で第３取付部２２２および第４取付部２２３の板で試験片Ｓの板面をその上下から押さえ付けるように第３取付部２２２および第４取付部２２３のねじを回すことにより、巻線枠２００に試験片Ｓ（の他端側の領域）が取り付けられる。

試験片Ｓを弾性変形させる場合には、試験片Ｓを弾性変形させずに巻線枠本体部２１０および固定部２２０の中空領域に挿入した後、試験片Ｓを弾性変形させ、その状態で、第３取付部２２２および第４取付部２２３を用いて巻線枠本体部２１０に試験片Ｓを取り付けることができる。一方、塑性変形された試験片Ｓの磁気特性を測定する場合には、塑性変形された試験片Ｓの形状に合わせて巻線枠本体部２１０を曲げることにより試験片Ｓを巻線枠本体部２１０および固定部２２０の中空領域に挿入することができる。

以上のようにして試験片Ｓが巻線枠本体部２１０に取り付けられた後、第２ヨーク部１２０、第３ヨーク部１３０の磁極面と試験片Ｓの板面とが合うように、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の少なくとも何れか一方を動かす。そして、第２ヨーク部１２０、第３ヨーク部１３０の磁極面と試験片Ｓの板面とが合った状態で、励磁コイル３００に励磁電流を流し、磁束密度検出コイル４００の両端に発生する誘導起電力を測定する。この誘導起電力に基づいて、試験片Ｓの内部の磁束密度を導出する。

尚、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の磁極面と、試験片Ｓの板面とを合わせて、第２ヨーク部１２０および第３ヨーク部１３０の位置決めをした後に、前述したようにして巻線枠本体部２１０に試験片Ｓを挿入し、巻線枠２００に試験片Ｓを取り付けてもよい。

巻線枠本体部２１０および固定部２２０は、巻線枠本体部２１０および固定部２２０が動かないように不図示の保持部により保持される。また、第２ヨーク部１２０、第３ヨーク部１３０の磁極面と試験片Ｓの板面とが合わさった状態がより確実に継続されるように、試験片Ｓを間に挟んだ状態で不図示の押付部により第２ヨーク部１２０の磁極面、第３のヨーク部１３０の磁極面をそれぞれ押さえ付けるようにするのが好ましい。この押付部は、非磁性且つ絶縁性を有する材料を用いて構成される。また、試験片Ｓの板面の領域のうち、第２ヨーク部１２０の磁極面と接触する領域の反対側の領域と、第３ヨーク部１２０の磁極面と接触する領域の反対側の領域を磁極面とするヨーク部をヨーク部１１０が有するようにし、試験片Ｓの板面をヨーク部の磁極面で上下から挟み込むようにしてもよい。このようにする場合も、各ヨーク部の磁極面を、試験片Ｓの板面に密着させるようにするのが好ましい。

以上のように本実施形態では、可撓性を有する巻線枠２００の外周面に、励磁コイル３００が外側、磁束密度検出コイル４００が内側になるように励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００を螺旋状に配置する。ヨーク１００は、試験片Ｓと接触する磁極面の位置と向きとを可変にすることができる。巻線枠２００は、その一端と他端とを貫くように形成された中空領域を有する。この中空領域に挿入された試験片Ｓの形状に合わせて巻線枠２００を変形し、試験片Ｓの一端側の板面の領域と他端側の板面の領域とをヨーク１００の磁極面に合わせた状態とする。その状態で、励磁コイル３００に励磁電流を流し、磁束密度検出コイル４００の両端に発生する誘導起電力を測定する。従って、試験片Ｓの板面を曲げる場合であっても、１つの巻線枠２００に励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００を巻き回すことができる。従って、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００における磁束の漏れを低減することができる。また、巻線枠本体部２１０第２ヨーク部１２０、および第３ヨーク部１３０により調整できる範囲内であれば、試験片Ｓの曲げ角度を自由に調整することができる。よって、弾性変形させた試験片や塑性変形された試験片の磁気特性を正確に測定することができる単板磁気特性試験器を提供することができる。

本実施形態では、ヨーク１００が、相互に分離された３つのヨーク部（第１ヨーク部１１０、第２ヨーク部１２０、および第３ヨーク部１３０）で構成される場合を例に挙げて説明した。しかしながら、図５および図６を参照したようにしてヨーク部の磁極面の位置および向きを調整することができれば、必ずしもこのようにしてヨークを構成する必要はない。

図１０は、単板磁気特性試験器の構成の変形例を示す図である。本変形例の単板磁気特性試験器は、ヨーク１０００と、巻線枠２００と、励磁コイル３００と、磁束密度検出コイル４００とを有する。図１１に示す単板磁気特性試験器と図１に示した単板磁気特性試験器とでは、ヨーク１００、１０００が異なり、巻線枠２００、励磁コイル３００、および磁束密度検出コイル４００は同じである。

ヨーク１０００は、試験片Ｓと磁気的に結合され、ヨーク１０００と試験片Ｓとで閉磁路が形成される。
図１０において、ヨーク１０００は、第４ヨーク部１０１０、第５ヨーク部１０２０、第６ヨーク部１０３０、第７ヨーク部１０４０、およびヒンジ部１０５１〜１０５３を有する。図１１は、ヨーク１０００の構成の一例を示す図である。具体的に図１１（ａ）は、ヨーク１０００の平面図を示し、図１１（ｂ）は、図１０のIV−IVの部分で切った場合のヨーク１０００の断面図を示す。

第４ヨーク部１０１０は、平面形状が、長方形に対し短辺の１つを湾曲した凹形状とした形状を有する第１軟磁性体板１０１１と、平面形状が、長方形に対し短辺の１つを湾曲した凸形状とした形状を有する第２軟磁性体板１０１２とを、それらの板厚方向の両端が第１軟磁性体板１０１１となるように、当該長方形の長辺を合わせて交互に積み重ねて一体とすることにより構成される（図１１（ｂ）では、表記の都合上、１つの第１軟磁性体板、第２軟磁性体板にのみ符号１０１１、１０１２を付している）。これら第１軟磁性体板１０１１および第２軟磁性体板１０１２の板厚は同じである。また、第２軟磁性体板１０１２の凸形状となっている領域には穴が形成されており、第１軟磁性体板１０１１および第２軟磁性体板１０１２が積み重ねられることにより、第２軟磁性体板１０１２の凸形状となっている領域には、第１軟磁性体板１０１１および第２軟磁性体板１０１２の板厚方向に貫通する貫通穴が形成される。

第５ヨーク部１０２０は、平面形状が、長方形に対し短辺の１つを湾曲した凹形状とし他の１つを湾曲した凸形状とした形状を有する複数の軟磁性体板１０２１を、当該凹形状と当該凸形状とが交互に配置されるように、当該長方形の長辺を合わせて積み重ねて一体とすることにより構成される（図１１（ｂ）では、表記の都合上、１つの軟磁性体板にのみ符号１０２１を付している）。複数の軟磁性体板１０２１の板厚は同じである。また、軟磁性体板１０２１の凸形状となっている領域には穴が形成されており、前述したようにして複数の軟磁性体板１０２１が積み重ねられることにより、軟磁性体板１０２１の凸形状となっている領域には、それぞれ、軟磁性体板１０２１の板厚方向に貫通する貫通穴が形成される。

第６ヨーク部１０３０は、第５ヨーク部１０２０と同じ構成を有する。
第７ヨーク部１０４０は、平面形状が、長方形に対し短辺の１つを湾曲した凹形状とした形状を有する第１軟磁性体板１０４１と、平面形状が、長方形に対し短辺の１つを湾曲した凸形状とした形状を有する第２軟磁性体板１０４２とを、それらの板厚方向の両端が第２軟磁性体板１０４２となるように、当該長方形の長辺を合わせて交互に積み重ねて一体とすることにより構成される（図１１（ｂ）では、表記の都合上、１つの第１軟磁性体板、第２軟磁性体板にのみ符号１０４１、１０４２を付している）。これら第１軟磁性体板１０４１および第２軟磁性体板１０４２の板厚は同じである。また、第２軟磁性体板１０４２の凸形状となっている領域には穴が形成されており、第１軟磁性体板１０４１および第２軟磁性体板１０４２が積み重ねられることにより、第２軟磁性体板１０４２の凸形状となっている領域には、第１軟磁性体板１０４１および第２軟磁性体板１０４２板の板厚方向に貫通する貫通穴が形成される。

第５ヨーク部１０２０を構成する軟磁性体板１０２１の凸形状となっている領域に形成された貫通穴と、第６ヨーク部１０３０を構成する軟磁性体板１０３１の凸形状となっている領域に形成された貫通穴とが合うように第５ヨーク部１０２０および第６ヨーク部１０３０は組み合わされ、当該貫通孔にヒンジ部１０５２が挿入される。

第４ヨーク部１０１０を構成する第２軟磁性体板１０１２の凸形状となっている領域に形成された貫通穴と、第５ヨーク部１０２０を構成する軟磁性体板１０２１の凸形状となっている領域に形成された貫通穴のうち、ヒンジ部１０５２が挿入されない貫通穴とが合うように第４ヨーク部１０１０および第５ヨーク部１０２０は組み合わされ、当該貫通孔にヒンジ部１０５１が挿入される。

第７ヨーク部１０４０を構成する第２軟磁性体板１０４２の凸形状となっている領域に形成された貫通穴と、第６ヨーク部１０３０を構成する軟磁性体板１０３１の凸形状となっている領域に形成された貫通穴のうち、ヒンジ部１０５２が挿入されない貫通穴とが合うように第６ヨーク部１０３０および第７ヨーク部１０４０は組み合わされ、当該貫通孔にヒンジ部１０５３が挿入される。

ヒンジ部１０５１〜１０５３は、非磁性且つ絶縁性を有し、第４ヨーク部１０１０、第５ヨーク部１０２０、第６ヨーク部１０３０、および第７ヨーク部１０４０が動いても変形しない強度を有する材料を用いて構成される。例えば、ヒンジ部１０５１〜１０５３は、ガラスエポキシ樹脂やフェノール樹脂を用いて構成される。
以上のようにして構成されるヨーク１０００の長手方向の両端面（第４ヨーク部１０１０、第７ヨーク部１０４０を構成する第１軟磁性体板１０１１、１０４１および第２軟磁性体板１０１２、１０４２の短辺のうち凹凸が形成されていない方の辺により構成される端面）が磁極面になる。

ヒンジ部１０５１を回動軸として第４ヨーク部１０１０および第５ヨーク部１０２０が回動し、ヒンジ部１０５２を回動軸として第５ヨーク部１０２０および第６ヨーク部１０３０が回動し、ヒンジ部１０５３を回動軸として第６ヨーク部１０３０および第７ヨーク部１０４０が回動する。これにより、図１等に示したヨーク１００と同様に、第４ヨーク部１０１０の磁極面と第７ヨーク部１０４０の磁極面とがなす角度を変えたり、第４ヨーク部１０１０の磁極面と第７ヨーク部１０４０の磁極面とがなす角度を変えずに、第４ヨーク部１０１０の磁極面と第７ヨーク部１０４０の磁極面との距離を変えたりすることができる。

以上のようにヨークは、図１等に示したヨーク１００のように複数の分離した部分を有していても、図１０等に示したヨーク１０００のように一体のものとしてもよい。尚、図１０等に示したようにしてヒンジ部を用いて複数のヨーク部を回動可能に連結する場合、ヒンジ部の数を多くすれば、磁極面の調整範囲を広げることができる。また、ヨーク部の数が３つであると、２つの磁極面のなす角度を変えずに、当該２つの磁極面の距離を変えることができない。従って、ヨーク部の数は４つ以上であるのが好ましい。

また、本実施形態では、巻線枠２００が蛇腹状の領域を有する場合を例に挙げて説明した。前述したように、励磁コイル３００および磁束密度検出コイル４００のコイル軸に垂直な方向に切った場合の巻線枠２００（巻線枠本体部２１０）の中空領域の形状を、短辺に比べて長辺の長さが極端に長い長方形とするのが好ましい。磁束密度検出コイル４００と試験片Ｓとの間の領域を狭くすることができるからである。そこで、巻線枠本体部２１０を蛇腹状にすれば、巻線枠本体部２１０が曲げられることにより当該長方形が変形することを、当該変形を抑制するための特別な構成を付加することなく抑制することができるので好ましい。しかしながら、巻線枠２００は、試験片Ｓの曲げ形状に合わせて曲がるように可撓性を有し、その曲がった状態が保持されるようにしていれば、必ずしも、蛇腹状の部分を有していなくてもよい。例えば、巻線枠本体部の形状を、その長手方向の一端および他端を貫くように形成された中空領域を有する直方体形状としてもよい。この場合、例えば、当該直方体を、試験片Ｓの板面と平行な２つの第１部分と、試験片Ｓの板面と垂直な２つの第２部分とに分離し、当該直方体が曲げられることに応じて第１部分が第２部分に対して摺動するようにすることで、中空領域の形状の変形を抑制することができる。

尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の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ものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００、１０００：ヨーク、１１０：第１ヨーク部、１２０：第２ヨーク部、１３０：第３ヨーク部、１４０：第１取付部、１５０：第２取付部、２００：巻線枠、２１０：巻線枠本体部、２２０：固定部、２２２：第３取付部、２２３：第４取付部、３００：励磁コイル、４００：磁束密度検出コイル、１０１０：第４ヨーク部、１０２０：第５ヨーク部、１０３０：第６ヨーク部、１０４０：第７ヨーク部、１０５１〜１０５３：ヒンジ部

Claims (9)

1. １枚の磁性体板で構成される試験片であって、板面が曲げられた状態の試験片の磁気特性を測定する単板磁気特性試験器であって、
   一端と他端とを貫く中空領域を有する巻線枠と、
   前記試験片と磁気的に結合され、前記試験片と閉磁路を形成するヨークと、
   前記試験片を取り巻くように前記巻線枠に対して巻き回されるコイルであって、前記試験片を励磁するための励磁コイルと、
   前記試験片を取り巻くように前記巻線枠に対して前記励磁コイルよりも内側に巻き回されるコイルであって、前記励磁された前記試験片の内部の磁束密度を検出するための磁束密度検出コイルと、を有し、
   前記試験片は、前記中空領域に挿入され、
   前記巻線枠は、可撓性を有し、前記試験片の曲げ形状に応じて曲げられることを特徴とする単板磁気特性試験器。
2. 前記巻線枠の前記中空領域を囲む領域には、蛇腹状の領域があり、
   前記励磁コイルおよび前記磁束密度検出コイルは、前記蛇腹状の凹部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の単板磁気特性試験器。
3. 前記ヨークは、前記試験片と接触する面である磁極面の位置および向きを変えられることを特徴とする請求項１または２に記載の単板磁気特性試験器。
4. 前記ヨークは、複数のヨーク部を有し、
   前記複数のヨーク部のうちの少なくとも２つの前記ヨーク部は、前記磁極面を有し、
   前記ヨーク部は、複数の軟磁性体板を用いて構成され、
   前記ヨーク部を構成する前記軟磁性体板の板面と、他の前記ヨーク部を構成する前記軟磁性体板の板面とが相互に接触し、
   前記ヨーク部を動かすことにより、当該ヨーク部を構成する前記軟磁性体板の板面と、他の前記ヨーク部を構成する前記軟磁性体板の板面との接触する領域が変わることを特徴とする請求項３に記載の単板磁気特性試験器。
5. 前記ヨークは、第１ヨーク部、第２ヨーク部、および第３ヨーク部を有し、
   前記第１ヨーク部、前記第２ヨーク部、および前記第３ヨーク部を構成する前記軟磁性体板の板厚は略同じであり、
   前記第１ヨーク部は、１枚おきまたは複数枚おきに隙間を有するように板面が相互に対向する状態で配置された複数の前記軟磁性体板を有し、
   前記第２ヨーク部および前記第３ヨーク部は、その一端面が平坦な前記磁極面となり、当該磁極面と対向する位置にある他端面が前記隙間に応じた凹凸面となるように板面が相互に対向する状態で配置された複数の前記軟磁性体板を有し、
   前記第２ヨーク部および前記第３ヨーク部を構成する前記軟磁性体板の凹凸面の凸部が、前記第１ヨーク部に形成される前記隙間に入れられることにより、前記第２ヨーク部および前記第３ヨーク部を構成する前記軟磁性体板の板面と、前記第１ヨーク部を構成する前記軟磁性体板の板面とが接触することを特徴とする請求項４に記載の単板磁気特性試験器。
6. 前記励磁コイルおよび前記磁束密度検出コイルは、可撓性を有する絶縁被覆が施された電線を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の単板磁気特性試験器。
7. 塑性変形された前記試験片が前記巻線枠の中空領域に挿入される際に、当該塑性変形された試験片の形状に応じて前記巻線枠が変形することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の単板磁気特性試験器。
8. 前記巻線枠の中空領域に挿入された前記試験片が弾性変形されることに応じて前記巻線枠が変形することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の単板磁気特性試験器。
9. 前記巻線枠の中空領域に挿入された前記試験片を前記巻線枠に固定する固定手段を更に有することを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の単板磁気特性試験器。

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