JP6848538B2 - 磁気特性測定器、磁気特性測定システム、および磁気特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気特性測定器、磁気特性測定システム、および磁気特性測定方法に関し、特に、電磁鋼板等の軟質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。

電磁鋼板等の軟質磁性材料の磁気特性を測定する方法として、非特許文献１に記載されているようにエプスタイン試験器を用いる方法がある。

ＪＩＳ Ｃ ２５５０−１：２０１１「電磁鋼帯試験方法 第１部 エプスタイン試験器による電磁鋼帯の磁気特性の測定方法」 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」

しかしながら、非特許文献１に記載の方法では、一次コイルおよび二次コイルの巻き方と長さ（コイル幅）に制限がある。このため、高磁場（例えば、磁界強度が１００００Ａ／ｍ以上）において、電磁鋼板等の軟質磁性材料の交流磁気特性を測定することができない。
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、高磁場における電磁鋼板の交流磁気特性を測定することができるようにすることを目的とする。

本発明の磁気特性測定器は、正方形の４つの辺を構成するように配置され、軟質磁性材料からなる試験片が内部に配置される巻枠と、前記巻枠の前記４つの辺に対応する領域のそれぞれにおいて前記巻枠に対して巻き回されるコイルであって、交流の励磁電流である第１の励磁電流が流れる第１の一次コイルと、前記巻枠の前記４つの辺に対応する領域のそれぞれにおいて前記巻枠に対して前記第１の一次コイルと略同軸になるように巻き回されるコイルであって、前記試験片が励磁されることにより誘起される電圧である二次電圧を検出する二次コイルと、前記第１の一次コイルおよび前記二次コイルよりも外側に、前記第１の一次コイルおよび前記二次コイルと略同軸になるように、前記巻枠の前記４つの辺に対応する領域のそれぞれに配置されるコイルであって、第２の励磁電流が流れる第２の一次コイルと、を有し、前記第１の一次コイルおよび前記第２の一次コイルは、同時刻における前記第１の励磁電流および前記第２の励磁電流により発生する磁界の向きが同じになるように巻き回されることを特徴とする。

本発明の磁気特性測定システムは、前記磁気特性測定器を用いて、前記試験片の磁気特性を測定する磁気特性測定方法であって、前記第１の励磁電流、前記第２の励磁電流、および前記二次電圧に基づく前記試験片の磁気特性を導出する磁気特性導出工程を有することを特徴とする。

本発明の磁気特性測定方法は、前記磁気特性測定器を用いて、前記試験片の磁気特性を測定することを特徴とする。

本発明によれば、高磁場における電磁鋼板の交流磁気特性を測定することができる。

磁気特性試験器の構成の参考例を示す図である。 磁気特性測定器の構成の一例を示す図である。 磁気特性測定システムの構成の一例を示す図である。

前述したように非特許文献１に記載の方法では、一次コイルおよび二次コイルの巻き方と長さ（コイル幅）に制限がある。具体的に非特許文献１には、一次コイルおよび二次コイルを１９０ｍｍ以上の長さに均一に分布させて巻くことと、各コイルの巻回数を総巻回数の１／４とすることとが規定されている。そこで、高磁場における電磁鋼板の交流磁気特性を測定することができるようにするために、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器に対し、１次コイルの巻回数を増やすことが考えられる。尚、非特許文献１では、一次コイルおよび二次コイルの巻回数は、励磁電源、測定機器、および周波数に合わせて設定してもよいとされている（ただし、非特許文献１では、総巻回数として７００回が推奨されている）。

図１は、磁気特性試験器の構成の参考例を示す図である。図１（ａ）は、磁気特性試験器の平面図（上から見た図）を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。尚、各図のＸ、Ｙ、Ｚ座標は、各図の向きの関係を示すものである。○の中に●が示されているものは、紙面の奥側から手前側に向かう方向を示す。○の中に×が示されているものは、紙面の手前側から奥側に向かう方向を示す。

図１（ａ）および図１（ｂ）において、磁気特性試験器は、４つの一次コイルＮ₁と、４つの二次コイルＮ₂と、巻枠Ｆとを有する。尚、図１（ａ）では、一次コイルＮ₁および二次コイルＮ₂の領域のうち、巻枠Ｆに重なる部分の領域の図示を省略している。４つの一次コイルＮ₁は直列に接続され、全体として１つの一次コイルＮ₁になる。４つの二次コイルＮ₂も直列に接続され、全体として１つの二次コイルＮ₂になる。

図１（ａ）および図１（ｂ）に記載の磁気特性試験器は、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器に対し、一次コイルＮ₁のみを変更したものである。非特許文献１に記載のように、巻枠Ｆは長方形の断面をもち、巻枠Ｆ内には空間が形成される（図１（ｂ）を参照）。図１（ａ）に示すように、巻枠Ｆは、正方形の４つの辺を構成するように配置され、巻枠Ｆの各辺を構成する部分に、二次コイルＮ₂が一次コイルＮ₁よりも巻枠Ｆ側になるように、一次コイルＮ₁および二次コイルＮ₂が巻枠Ｆに対して巻き回される（即ち、一次コイルＮ₁および二次コイルＮ₂は、巻枠Ｆにより支えられる）。巻枠Ｆの内部には、磁気特性の測定対象の電磁鋼板（試験片Ｓ）が複数配置される。また、非特許文献１に記載されているように、複数の電磁鋼板（試験片Ｓ）は、その端部が一枚ずつ交互に重なり合うようにして、正方形に組まれ、全体として、長さと断面積の等しい４つの辺を構成する。

前述したように非特許文献１には、巻枠Ｆの各辺を構成する領域に位置する各一次コイルＮ₁の巻回数が同じになるようにすることが規定されている。また、非特許文献１には、試験片Ｓの内側の縁が形成する正方形の辺の長さが２２０ｍｍに規定されている。これらの規定を守った上で、一次コイルＮ₁の巻回数を増やせば、高磁場における試験片Ｓの交流磁気特性を測定することができる。そこで、一次コイルＮ₁の巻回数を増やすと、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、一次コイルＮ₁を１９０ｍｍ以上の長さに均一に分布させることができない。このため、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す磁気特性試験器では、高磁場における試験片Ｓの交流磁気特性を測定することはできるが、非特許文献１に記載の条件と異なる条件で試験片Ｓの交流磁気特性を測定することになる。

以上の知見の下、本発明者らは、低磁場においては、非特許文献１に記載の条件で試験片Ｓの交流磁気特性を測定することができ、且つ、高磁場における試験片Ｓの交流磁気特性も測定することができる技術を見出した。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。

（磁気特性測定器）
図２は、本実施形態の磁気特性測定器１００の構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、磁気特性測定器１００の平面図（上から見た図）を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
図２（ａ）および図２（ｂ）において、磁気特性測定器１００は、４つの第１の一次コイルＮ_1Oと、４つの第２の一次コイルＮ_1Aと、４つの二次コイルＮ₂と、巻枠Ｆとを有する。尚、図２（ａ）では、第１の一次コイルＮ_1O、第２の一次コイルＮ_1A、および二次コイルＮ₂の領域のうち、巻枠Ｆに重なる部分の領域の図示を省略している。４つの第１の一次コイルＮ_1Oは直列に接続され、全体として１つの一次コイルＮ₁になる。４つの第２の一次コイルＮ_1Aも直列に接続され、全体として１つの第２の一次コイルＮ_1Aになる。４つの二次コイルＮ₂も直列に接続され、全体として１つの二次コイルＮ₂になる。

図１（ａ）を参照しながら説明したように、巻枠Ｆは、正方形の４つの辺を構成するように配置される。巻枠Ｆの各辺を構成する部分に、二次コイルＮ₂が第１の一次コイルＮ_1Oよりも巻枠Ｆ側になるように、第１の一次コイルＮ_1Oおよび二次コイルＮ₂が巻き回される（即ち、第１の一次コイルＮ_1Oおよび二次コイルＮ₂は、巻枠Ｆにより支えられる）。非特許文献１に記載されているように、第１の一次コイルＮ_1Oおよび二次コイルＮ₂は、巻枠Ｆに対して１９０ｍｍ以上の長さに均一に分布させて巻かれる。また、巻枠Ｆの各辺に位置する各第１の一次コイルＮ_1Oの巻回数は同じである。同様に、巻枠Ｆの各辺に位置する各二次コイルＮ₂の巻回数も同じである。前述したように各第１の一次コイルＮ_1Oは直列に接続される。各二次コイルＮ₂も直列に接続される。巻枠Ｆの内部には、磁気特性の測定対象の電磁鋼板（試験片Ｓ）が複数配置される。また、複数の電磁鋼板（試験片Ｓ）は、その端部が一枚ずつ交互に重なり合うようにして、正方形に組まれ、全体として、長さと断面積の等しい４つの辺を構成する。電磁鋼板は、方向性電磁鋼板であっても、無方向性電磁鋼板であってもよい。また、電磁鋼板以外の軟磁性材料（からなる板）を試験片Ｓとして用いてもよい。

以上のように第１の一次コイルＮ_1O、二次コイルＮ₂、および巻枠Ｆは、非特許文献１に記載のものと同じである。ただし、第１の一次コイルＮ_1O、二次コイルＮ₂、および巻枠Ｆは、非特許文献１に記載と同じものである必要はない。例えば、非特許文献１に記載の規格が変更されれば、その変更に合わせて第１の一次コイルＮ_1O、二次コイルＮ₂、および巻枠Ｆも変更することができる。また、第１の一次コイルＮ_1O、二次コイルＮ₂、および巻枠Ｆを、非特許文献１に対応するその他の規格に合わせたものとすることができる。また、各規格の主旨を逸脱しない範囲で第１の一次コイルＮ_1O、二次コイルＮ₂、および巻枠Ｆの構成を当該規格に対し変更してもよい。

第２の一次コイルＮ_1Aは、巻枠Ｆの各辺を構成する部分のそれぞれに対して配置される。第２の一次コイルＮ_1Aは、第１の一次コイルＮ_1Oよりも外側に、第１の一次コイルＮ_1Oおよび二次コイルＮ₂と略同軸となるように巻き回される。即ち、巻枠Ｆが構成する同じ辺に位置する第１の一次コイルＮ_1O、二次コイルＮ₂、および第２の一次コイルＮ_1Aは、略同軸となる（図２（ｂ）を参照）。従って、図２（ａ）に示すように、第２の一次コイルＮ_1Aのコイル幅（コイルの軸の方向（各辺に沿う方向）の長さ）は、第１の一次コイルＮ_1Oのコイル幅よりも小さい。尚、第１の一次コイルＮ_1O、二次コイルＮ₂、および第２の一次コイルＮ_1Aの軸は、それらの長手方向（図２（ｂ）に示す例ではＹ軸方向）に垂直な断面（図２（ｂ）に示す例ではＸ−Ｚ断面）における重心の位置を通り、且つ、当該長手方向に延びる軸である。

また、４つの第２の一次コイルＮ_1Aは、直列に接続され、全体として１つの第２の一次コイルＮ_1Aになる。このようにして接続された第２の一次コイルＮ_1Aの巻方向と、当該第２の一次コイルＮ_1Aと略同軸の第１の一次コイルＮ_1Oの巻方向とが同じになるようにする。即ち、例えば、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aの軸に沿う２つの方向（図２（ｂ）に示す例ではＹ軸の正負の方向）のうち一方の方向（例えばＹ軸の正の方向（紙面の手前側から奥側の方向））に向かって第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aを辿った場合に、第１の一次コイルＮ_1Oが右回りである場合には、第２の一次コイルＮ_1Aも右回りとなる。従って、同時刻において、第１の一次コイルＮ_1Oに流れる励磁電流により発生する磁界の向きと、第２の一次コイルＮ_1Aに流れる励磁電流により発生する磁界の向きは、同じになる。

また、本実施形態では、第２の一次コイルＮ_1Aの巻回数（総巻回数）は、第１の一次コイルＮ_1Oの巻回数（総巻回数）よりも多い。第２の一次コイルＮ_1Aの巻回数（総巻回数）は、第１の一次コイルＮ_1Oの巻回数（総巻回数）の２倍以上が好ましく、３倍以上がより好ましい。

また、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、第２の一次コイルＮ_1Aに対する巻枠はなく、第２の一次コイルＮ_1Aは、第１の一次コイルＮ_1Oとの間に空隙が形成されるように配置される。第１の一次コイルＮ_1Oと第２の一次コイルＮ_1Aとの間には、断熱部材Ｈが配置される。断熱部材Ｈは、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aの温度上昇を抑制するためのものであり、非磁性且つ非電導性の断熱性を有する材料により構成される。断熱部材Ｈにより、第２の一次コイルＮ_1Aに大きな交流電流が流れることにより第２の一次コイルＮ_1Aの温度が高くなることを抑制すると共に、第２の一次コイルＮ_1Aの発熱によって、第１の一次コイルＮ_1Oの温度が高くなることを抑制することができる。断熱部材Ｈを構成する材料や断熱部材Ｈの厚みは、このような目的を達成することができる範囲で適宜決定することができる。

また、本実施形態では、巻枠Ｆの各辺に位置する各第２の一次コイルＮ_1Aの巻回数は同じであるのが好ましい。非特許文献１に記載の条件に合わせることができるからである。ただし、巻枠Ｆの各辺に位置する各第２の一次コイルＮ_1Aの巻回数は異なっていてもよい。また、各第２の一次コイルＮ_1Aは、均一に分布されているのが好ましい。非特許文献１に記載の条件に合わせることができるからである。ただし、第２の一次コイルＮ_1Aの巻回数は多くなるので、第２の一次コイルＮ_1Aは、必ずしも均一に巻き回されていなくてもよい。この場合、第２の一次コイルＮ_1Aの巻幅（図２（ｂ）に示す例では、Ｙ軸方向の長さ）は、巻枠Ｆから遠くなるほど小さくなる。

（磁気特性測定システム）
図３は、磁気特性測定システムの構成の一例を示す図である。
図３において、磁気特性測定システムは、磁気特性測定器１００と、発振器２１０と、振幅調整器２２０、２３０と、電圧計２４０と、電流計２５０、２６０と、送風機２７０と、処理装置３００と、を有する。

発振器２１０は、交流電力（交流電圧）を出力（発振）する。
振幅調整器２２０は、例えば電力増幅器を有し、後述する処理装置３００からの指示に基づいて、発振器２１０から出力された交流電圧であって、第１の一次コイルＮ_1Oの両端に印加される交流電圧の振幅を調整する。振幅調整器２２０で振幅が調整された交流電圧は、第１の一次コイルＮ_1Oの両端に印加される。尚、この交流電圧は、試験片Ｓに対する励磁電圧である。この励磁電圧に応じて第１の一次コイルＮ_1Oには励磁電流が流れる。

振幅調整器２３０は、例えば電力増幅器を有し、後述する処理装置３００からの指示に基づいて、発振器２１０から出力された交流電圧であって、第２の一次コイルＮ_1Aの両端に印加される交流電圧の振幅を調整する。振幅調整器２２０で振幅が調整された交流電圧は、第２の一次コイルＮ_1Aの両端に印加される。尚、この交流電圧は、試験片Ｓに対する励磁電圧である。この励磁電圧に応じて第２の一次コイルＮ_1Aには励磁電流が流れる。

前述したように、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aの巻方向は同じである。また、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aを発振器２１０に対し並列に接続し、発振器２１０から出力された交流電圧を、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aのそれぞれに並列に印加する。このようにすることにより、第１の一次コイルＮ_1Oに流れる励磁電流により発生する磁界と、第２の一次コイルＮ_1Aに流れる励磁電流により発生する磁界の、同時刻における方向が同じになる。即ち、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aに印加される交流電圧の位相は同じになる（同期する）。

電圧計２４０は、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aに流れる励磁電流により発生する磁界により二次コイルＮ₂の両端に誘起される電圧（二次コイルＮ₂により検出される電圧）を測定する。以下の説明では、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aに流れる励磁電流により発生する磁界により二次コイルＮ₂の両端に誘起される電圧を、必要に応じて二次電圧と称する。
電流計２５０は、第１の一次コイルＮ_1Oに流れる励磁電流を測定する。以下の説明では、第１の一次コイルＮ_1Oに流れる励磁電流を、必要に応じて元励磁電流と称する。
電流計２６０は、第２の一次コイルＮ_1Aに流れる励磁電流を測定する。以下の説明では、第２の一次コイルＮ_1Aに流れる励磁電流を必要に応じて第２の励磁電流と称する。図３から明らかなように、元励磁電流と第２の励磁電流は別の電流であり、同一の経路を通らない。

送風機２７０は、少なくとも第２の一次コイルＮ_1Aに対して送風を行う。送風機２７０により、第２の一次コイルＮ_1Aを強制的に冷却することができ、第２の一次コイルＮ_1Aの温度上昇をより確実に抑制することができる。本実施形態では、送風機２７０は、第２の一次コイルＮ_1Aと巻枠Ｆとの間の領域を含む領域に対し、概ね第２の一次コイルＮ_1Aの軸の方向（図２（ｂ）に示す例では、Ｙ軸方向）に風を送る。従って、第２の一次コイルＮ_1Aだけでなく、第１の一次コイルＮ_1Oおよび二次コイルＮ₂についても送風機２７０により強制的に冷却される。

処理装置３００は、二次電圧、元励磁電流、および第２の励磁電流を入力として、振幅調整器２２０、２３０を制御することと、試験片Ｓの交流磁気特性を導出して出力することとを行う。本実施形態の処理装置３００は、デジタル処理を行う。二次電圧、元励磁電流、および第２の励磁電流は、アナログの信号であるが、これらはデジタル信号に変換されているものとして、以下の処理装置３００の説明を行う。以下に、処理装置３００が有する機能の一例を説明する。処理装置３００のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、信号処理回路、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、および各種のインターフェースを用いることにより実現される。

第１の磁界強度導出部３０１は、電流計２５０により測定された元励磁電流（の瞬時値）Ｉ_1O（ｔ）［Ａ］と、第１の一次コイルＮ_1Oの巻回数ｎ_1Oと、試験片Ｓの磁路長ｌ［ｍ］とに基づいて、以下の（１）式により、第１の磁界強度（の瞬時値）Ｈ_1O（ｔ）［Ａ／ｍ］を導出する（ｔは時刻を表す）。
Ｈ_1O（ｔ）＝ｎ_1O×Ｉ_1O（ｔ）÷ｌ ・・・（１）
第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）は、元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）により試験片Ｓの内部に発生する磁界強度に対応する。

第２の磁界強度導出部３０２は、電流計２６０により測定された第２の励磁電流（の瞬時値）Ｉ_1A（ｔ）［Ａ］と、第２の一次コイルＮ_1Aの巻回数ｎ_1Aと、試験片Ｓの磁路長ｌ［ｍ］とに基づいて、以下の（３）式により、第２の磁界強度（の瞬時値）Ｈ_1A（ｔ）［Ａ／ｍ］を導出する（ｔは時刻を表す）。
Ｈ_1A（ｔ）＝ｎ_1A×Ｉ_1A（ｔ）÷ｌ ・・・（２）
第２の磁界強度Ｈ_1A（ｔ）は、第２の励磁電流Ｉ_1A（ｔ）により試験片Ｓの内部に発生する磁界強度に対応する。

判定部３０３は、第１の磁界強度導出部３０１により導出された第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が、予め設定された磁界強度以上であるか否かを判定する。本実施形態では、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器で測定が可能な磁界強度（磁界の強さ）の上限値に基づいて、磁界強度の上限値を予め設定する。例えば、１００００Ａ／ｍを磁界強度の上限値として予め設定することができる。磁界強度の上限値は、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器で測定が可能な磁界強度（磁界の強さ）の上限値であっても、余裕を見て、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器で測定が可能な磁界強度（磁界の強さ）の上限値を下回る値としてもよい。

尚、判定部３０３は、第１の磁界強度導出部３０１により導出された第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）を用いずに、（１）式により、第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）を導出してもよい。このようにする場合、判定部３０３は、元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）を入力する構成となる。また、予め設定された磁界強度に対応する元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）を、元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）の上限値として（１）式により予め求めておいて判定部３０３に設定してもよい。このようにする場合、判定部３０３は、電流計２５０により測定された元励磁電流（の瞬時値）Ｉ_1O（ｔ）が、元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）の上限値以上になったか否かを判定することができる。電流計２５０により測定された元励磁電流（の瞬時値）Ｉ_1O（ｔ）が、元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）の上限値以上であることと、第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が、予め設定された磁界強度以上であることとは等価だからである。

振幅制御部３０４は、判定部３０３による判定の結果に基づいて、振幅調整器２２０、２３０に対し、振幅調整器２２０、２３０で調整する振幅を指示する。振幅制御部３０４が有する機能の具体例を説明する。
まず、振幅制御部３０４は、第１の磁界強度導出部３０１により導出された第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が、予め設定された磁界強度以上でない場合、振幅調整器２３０に対して、第２の一次コイルＮ_1Aに励磁電圧を印加しないこと（励磁電圧の振幅を０（ゼロ）にすること）を指示する。これにより、振幅調整器２３０からは励磁電圧が出力されない。

また、振幅制御部３０４は、第１の磁界強度導出部３０１により導出された第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が、予め設定された磁界強度以上でない場合、振幅調整器２２０に対して、前回の指示のときよりも、予め設定された大きさだけ大きな振幅を指示する。これにより、振幅調整器２２０は、前回よりも予め設定された大きさだけ大きな振幅の励磁電圧を第１の一次コイルＮ_1Oに対して印加する。

本実施形態では、以上のようにすることにより、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器で測定可能な磁界強度の上限値よりも小さな磁界強度が試験片Ｓに発生する場合、第２の一次コイルＮ_1Aに第２の励磁電流Ｉ_1Oを流さずに、元励磁電流Ｉ_1Aのみによって試験片Ｓを励磁する。従って、この場合、磁気特性測定器１００は、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器と同じようにして試験片Ｓを励磁する。

その後、第１の磁界強度導出部３０１により導出された第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が、予め設定された磁界強度以上になると、振幅制御部３０４は、振幅調整器２３０に対して、前回の指示のときよりも、予め設定された大きさだけ大きな振幅を指示する。これにより、振幅調整器２３０は、前回よりも予め設定された大きさだけ大きな振幅の励磁電圧を第２の一次コイルＮ_1Aに対して印加する。尚、振幅制御部３０４は、励磁電圧を第２の一次コイルＮ_1Aに対して印加することを振幅調整器２３０に最初に指示する場合、前回の指示値は０（ゼロ）である。

また、振幅制御部３０４は、第１の磁界強度導出部３０１により導出された第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が、予め設定された磁界強度以上になると、振幅調整器２２０に対して、前回の指示のときと同じ振幅を指示する。これにより、振幅調整器２２０は、前回と同じ大きさの振幅の励磁電圧を第１の一次コイルＮ_1Oに対して印加する。

本実施形態では以上のようにすることにより、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器で測定可能な磁界強度の上限値よりも大きな磁界強度が試験片Ｓに発生するような過剰な元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）が、第１の一次コイルＮ_1Oに流れることを防止することができる。即ち、第１の一次コイルＮ_1Oに流れる元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）の大きさは、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器で測定可能な磁界強度を発生するのに必要な大きさに維持される。そして、試験片Ｓは、第１の一次コイルＮ_1Oに流れる元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）による磁界と、第２の一次コイルＮ_1Aに流れる第２の励磁電流Ｉ_1A（ｔ）による磁界とを加算した磁界により励磁される。前述したように、元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）により発生する磁界と、第２の励磁電流Ｉ_1A（ｔ）により発生する磁界の、同時刻における方向は同じになる。よって、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器よりも大きな磁界で試験片Ｓを励磁させることができる。

磁界強度加算部３０５は、第１の磁界強度導出部３０１により導出された時刻ｔの第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）と、第２の磁界強度導出部３０２により導出された当該時刻ｔの第２の磁界強度Ｈ_1A（ｔ）とを加算する。以下の説明では、磁界強度加算部３０５で加算された磁界強度を、必要に応じて合成磁界強度Ｈ_t（ｔ）と称する。尚、第２の励磁電流Ｉ_1A（ｔ）が第２の一次コイルＮ_1Aに流れていない場合、第２の磁界強度導出部３０２により導出される第２の磁界強度Ｈ_1A（ｔ）は０（ゼロ）である。この場合、第２の磁界強度導出部３０２により第２の磁界強度Ｈ_1A（ｔ）は導出されない。従って、この場合、合成磁界強度Ｈ_t（ｔ）は、第１の磁界強度導出部３０１により導出された時刻ｔの第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）となる。

磁束密度導出部３０６は、電圧計２４０により測定された二次電圧Ｖ₂（ｔ）と、磁界強度加算部３０５により導出された合成磁界強度Ｈ_t（ｔ）とに基づいて、試験片Ｓの内部の磁束密度Ｂ（ｔ）（の瞬時値）を導出する。本実施形態では、この際、磁束密度導出部３０６は、二次コイルＮ₂内の空隙の磁束密度を数値演算により補償する。
具体的に磁束密度導出部３０６は、二次電圧Ｖ₂［Ｖ］と、二次コイルＮ₂の巻回数ｎ₂と、二次コイルＮ₂の断面積（軸に垂直な方向の断面積（コイルがつくるループの面積））Ｓ₂［ｍ²］と、二次コイルＮ₂内の試験片Ｓの断面積（二次コイルＮ₂の軸に垂直な方向の断面積）Ｓ_S［ｍ²］とに基づいて、以下の（３）式および（４）式に基づいて、試験片Ｓの内部の磁束密度（の瞬時値）Ｂ（ｔ）［Ｔ］を導出する。
Ｖ₂（ｔ）＝−ｎ₂×ｄφ（ｔ）／ｄｔ ・・・（３）
φ（ｔ）＝Ｂ（ｔ）×Ｓ_S＋Ｂ_a（ｔ）×Ｓ₂ ・・・（４）
ここで、φは、二次コイルＮ₂を貫く磁束（の瞬時値）［ｗｂ］、Ｂ_a（ｔ）は、二次コイルＮ₂内の空隙の磁束密度（の瞬時値）である。

また、磁束密度導出部３０６は、磁界強度加算部３０５により導出された合成磁界強度Ｈ_t（ｔ）と、真空の透磁率μ₀［Ｈ／ｍ］と、空気の比透磁率μ_sと基づいて、以下の（５）式の計算を行うことにより、二次コイルＮ₂内の空隙の磁束密度（の瞬時値）Ｂ_a（ｔ）［Ｔ］を導出する。
Ｂ_a（ｔ）＝μ₀×μ_s×Ｈ_t（ｔ） ・・・（５）
二次コイルＮ₂内の空隙の磁束密度Ｂ_a（ｔ）は、第２のコイルＮ₂内の空隙に起因して発生する磁束密度に対応する。尚、磁束密度導出部３０６は、空気の比透磁率μ_sを１に近似して（５）式の計算を行ってもよい。

そして、磁束密度導出部３０６は、以下の（６）式のように、二次コイルＮ₂を貫く磁束φから、二次コイルＮ₂内の空隙の磁束（Ｂ_a（ｔ）×Ｓ₂）を減算した値を、試験片Ｓの内部の磁束密度Ｂ（ｔ）として導出する。
Ｂ（ｔ）＝（φ−Ｂ_a（ｔ）×Ｓ₂）／Ｓ_S ・・・（６）

本実施形態では、以上のような数値演算により空隙補償を行う。非特許文献１では、相互誘導器の測定結果を用いて空隙補償を行うが、本実施形態では、相互誘導器を用いずに空隙補償を行う。本実施形態の磁気特性測定器１００では、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aにより励磁コイルが構成されるため、励磁コイルの構成が、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器よりも複雑になる。このため、相互誘導器を用いた空隙補償のための構成が複雑になると共に、励磁電流が大きくなることにより、相互誘導器における空隙補償コイルからの漏れ磁束が大きくなる虞がある。そこで、本実施形態では、（５）式および（６）式により、空隙補償を行う。

磁気特性導出部３０７は、磁束密度導出部３０６により導出された試験片Ｓの内部の磁束密度Ｂ（ｔ）と、磁界強度加算部３０５により導出された合成磁界強度Ｈ_t（ｔ）とに基づいて、試験片Ｓの直流磁気特性または交流磁気特性を導出する。例えば、磁気特性導出部３０７は、試験片Ｓの内部の磁束密度Ｂ（ｔ）と、合成磁界強度Ｈ_t（ｔ）とに基づいて、試験片Ｓの磁化特性曲線、試験片Ｓのヒステリシス曲線、試験片Ｓの透磁率、試験片Ｓの皮相電力、および試験片Ｓの鉄損の少なくとも何れか１つを、試験片Ｓの直流磁気特性または交流磁気特性として導出することができる（尚、試験片Ｓのヒステリシス曲線の面積は、試験片Ｓの鉄損に対応し、試験片Ｓの磁化特性曲線の微分値は、試験片Ｓの透磁率に対応する）。

出力部３０８は、磁気特性導出部３０７により導出された試験片Ｓの直流磁気特性または交流磁気特性の情報を出力する。試験片Ｓの直流磁気特性または交流磁気特性の情報の出力形態としては、例えば、コンピュータディスプレイへの表示、外部装置への送信、および処理装置３００の内部・外部の記憶媒体への記憶の少なくとも何れか１つを採用することができる。

（まとめ）
以上のように本実施形態では、磁気特性測定器１００は、第１の一次コイルＮ_1Oとは別の第２の一次コイルＮ_1Aを有する。第２の一次コイルＮ_1Aは、第１の一次コイルＮ_1Oよりも外側に、第１の一次コイルＮ_1Oと間隔を有した状態で、第１の一次コイルＮ_1Oと略同軸となり、且つ、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aに流れる電流により発生する磁界の向きが同時刻において同じになるように配置される。従って、低磁場においては、非特許文献１に記載の条件と異なる条件で試験片Ｓの交流磁気特性を測定することができると共に、高磁場における試験片Ｓの交流磁気特性を測定することができる。

（変形例）
本実施形態では、第１の一次コイルＮ_1Oと略同軸の第２の一次コイルＮ_1Aが１つである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、第１の一次コイルＮ_1Oと略同軸の第２の一次コイルＮ_1Aは複数あってもよい。この場合、それら複数の第２の一次コイルＮ_1Aは、第１の一次コイルＮ_1Oおよび二次コイルＮ₂と略同軸となるように巻き回される。また、複数の第２の一次コイルＮ_1Aのうち、第１の一次コイルＮ_1Oに最も近い位置にある第２の一次コイルＮ_1Aは、本実施形態で説明したように、第１の一次コイルＮ_1Oとの間に空隙が形成されるように配置するのが好ましい。また、相互に隣り合う２つの第２の一次コイルＮ_1Aの間にも空隙が形成されるようにするのが好ましい。複数の第２の一次コイルＮ_1Aの巻回数は、同じであっても異なっていてもよい。また、複数の第２の一次コイルＮ_1Aは、直列に接続されても並列に接続されてもよい。複数の第２の一次コイルＮ_1Aを直列に接続した場合には、第２の一次コイルＮ_1A（全体）の巻回数を増やすことができる。複数の第２の一次コイルＮ_1Aを並列に接続した場合には、第２の一次コイルＮ_1Aに流す励磁電流の大きさを大きくしても第２の一次コイルＮ_1Aの発熱を抑制することができる。第２の一次コイルＮ_1Aの電流密度を低くすることができるからである。

また、本実施形態では、第１の一次コイルＮ_1Oと第２の一次コイルＮ_1Aとの間に断熱部材Ｈを配置することと、送風機２７０により第２の一次コイルＮ_1Aを強制的に冷却することとを行う場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これらの少なくとも何れか一方を行わなくてもよい。断熱材Ｈを設けない場合、第２の一次コイルＮ_1Aと第１の一次コイルＮ_1Oとの間の空隙が断熱層となる。この空隙（第２の一次コイルＮ_1Aの内周端と第１の一次コイルＮ_1Oの外周端との距離）は、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aの温度上昇を抑制する観点から、適宜設定される。送風機２７０を用いる場合には、送風機２７０による第２の一次コイルＮ_1Aの冷却効果を考慮して、この空隙を設定することができる。尚、第２の一次コイルＮ_1Aの発熱が第１の一次コイルＮ_1Oの温度に与える影響が小さい場合には、第２の一次コイルＮ_1Aと第１の一次コイルＮ_1Oとの間の空隙はなくてもよいし、送風機２７０を用いなくてもよい。また、送風機２７０に替わり、液体などの冷媒により第２の一次コイルＮ_1Aを強制的に冷却してもよい。

また、本実施形態では、１つの発振器２１０を用いて第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aに励磁電流（元励磁電流、第２の励磁電流）を流す場合を例に挙げて説明した。しかしながら、第１の一次コイルＮ_1Oに元励磁電流を流す発振器と、第２の一次コイルＮ_1Aに第２の励磁電流を流す発振器とを別々に設けてもよい。尚、この場合、各発振器から発生させる交流電圧を同期させれば（各発振器から発生させる交流電圧の位相を揃えれば）、本実施形態の磁気特性測定器１００を前述したようにして動作させることできる。また、各発振器から発生する交流電圧の位相を１８０°ずらせば、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aの巻方向を逆にしても、第１の一次コイルＮ_1Oおよび第２の一次コイルＮ_1Aに流れる電流により発生する磁界の向きが同時刻において同じになる。

本実施形態のように、（５）式および（６）式により空隙補償を行えば、相互誘導器を用いる場合よりも容易に且つ正確に空隙補償ができるので好ましい。しかしながら、このような空隙補償を行わずに、非特許文献１に記載のように相互誘導器を用いた空隙補償を行ってもよい。この場合、相互誘導器には第２の励磁電流を流す第２の二次コイルを巻くことにより空隙補償を行う。
また、本実施形態では、処理装置３００に含まれる各部３０１〜３０８は、必ずしも１つの装置（処理装置３００）で実現されなくてもよい。例えば、判定部３０３および振幅制御部３０４は、処理装置３００とは別の処理装置に含まれていてもよい。

また、本実施形態では、非特許文献１に記載のエプスタイン試験器で測定が可能な磁界強度（磁界の強さ）の上限値に基づいて、磁界強度の上限値を予め設定し、振幅調整器２２０は、第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が、当該予め設定された磁界強度以上になると、前回の指示のときのときと同じ振幅の励磁電圧を第１の一次コイルＮ_1Oに印加する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、振幅調整器２２０は、第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が、当該予め設定された磁界強度以上になると、前回の指示のときよりも予め設定された大きさだけ小さな振幅の励磁電圧を第１の一次コイルＮ_1Oに印加してもよい。このようにしても、第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が予め設定された磁界強度以上になっている場合に第１の一次コイルＮ_1Oに印加される励磁電圧の振幅が、第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）が予め設定された磁界強度以上になっていない場合に第１の一次コイルＮ_1Oに印加される励磁電圧の振幅以下になる。従って、第１の一次コイルＮ_1Oに過剰な励磁電流（元励磁電流）が流れることを抑制することができる。
また、本実施形態では、試験片Ｓが電磁鋼板である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、試験片Ｓは、電磁鋼板以外の軟質磁性材料からなる試験片であってもよい。

また、非特許文献１では、（１）式および（２）式のようにして磁界強度を導出する場合の磁路長ｌを一定値とする。しかしながら、高磁場においては、第１の一次コイルＮ_1Oの間の磁束の漏れにより、実効磁路長が短くなる。そこで、（１）式および（２）式のようにして磁界強度を導出することに加え、以下のようにして磁界強度を導出することもできる。即ち、巻枠Ｆの４つの辺を構成する領域の少なくとも１つの領域のうち、その中央を含む一部の領域に穴部（または凹部）を設け、非特許文献２に記載のＨコイルを、当該穴部（または凹部）に配置し、当該Ｈコイルにより検出された電圧に基づいて、試験片Ｓの内部に発生する磁界強度を導出することもできる。このとき、Ｈコイルの軸の方向は、巻枠Ｆが構成する４つ辺のうち、当該Ｈコイルが配置される辺に配置される第１の一次コイルＮ_1Oの軸の方向と略平行になるようにする（図２（ｂ）に示す例では、Ｙ軸方向）。巻枠Ｆの４つの辺を構成する領域の少なくとも隣接する２つの領域にＨコイルを配置して導出される磁界強度は、無方向性鋼板の鉄損の異方性を導出するために用いることができる。

尚、以上説明した本発明の実施形態のうち処理装置３００が行う処理は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、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。

（請求項との関係）
以下に、請求項と実施形態の対応関係の一例を説明する。尚、請求項の記載が実施形態の記載に限定されないことは、変形例などに記載した通りである。
＜請求項１＞
巻枠は、例えば、巻枠Ｆを用いることにより実現される。
試験片は、例えば、試験片Ｓを用いることにより実現される。
第１の励磁電流は、例えば、元励磁電流Ｉ_1O（ｔ）を用いることにより実現される。
第１の一次コイルは、例えば、第１の一次コイルＮ_1Oを用いることにより実現される。
二次電圧は、例えば、二次電圧Ｖ₂を用いることにより実現される。
二次コイルは、例えば、二次コイルＮ₂を用いることにより実現される。
第２の励磁電流は、例えば、第２の励磁電流Ｉ_1A（ｔ）を用いることにより実現される。
第２の一次コイルは、例えば、第２の一次コイルＮ_1Aを用いることにより実現される。
＜請求項３＞
空隙に配置される部材であって、断熱性を有する材料により構成された部材は、例えば、断熱部材Ｈを用いることにより実現される。
＜請求項６＞
磁気特性測定器は、例えば、磁気特性測定器１００を用いることにより実現される。
磁気特性導出手段は、例えば、磁気特性導出部３０７を用いることにより実現される。
＜請求項７＞
冷却手段は、例えば、送風機２７０を用いることにより実現される。
＜請求項８＞
試験片における第１の磁界強度は、例えば、第１の磁界強度Ｈ_1O（ｔ）を用いることにより実現される。
第１の磁界強度導出手段は、例えば、第１の磁界強度導出部３０１を用いることにより実現される。
試験片における第２の磁界強度は、例えば、第２の磁界強度Ｈ_1A（ｔ）を用いることにより実現される。
合成磁界強度は、例えば、合成磁界強度Ｈ_t（ｔ）を用いることにより実現される。
磁界強度加算手段は、例えば、磁界強度加算部３０５を用いることにより実現される。
試験片における磁束密度は、例えば、試験片Ｓの内部の磁束密度Ｂ（ｔ）を用いることにより実現される。
磁束密度導出手段は、例えば、磁束密度導出部３０６を用いることにより実現される。
＜請求項９＞
第１の印加手段は、例えば、発振器２１０および振幅調整器２２０を用いることにより実現される。
第１の励磁電圧は、例えば、第１の一次コイルＮ_1Oの両端に印加される励磁電圧を用い
ることにより実現される。
第２の印加手段は、例えば、発振器２１０および振幅調整器２３０を用いることにより実現される。
第２の励磁電圧は、例えば、第２の一次コイルＮ_1Aの両端に印加される励磁電圧を用いることにより実現される。
＜請求項１０＞
判定手段は、例えば、判定部３０３を用いることにより実現される。

１００：磁気特性測定器、２１０：発振器、２２０、２３０：振幅調整器、２４０：電圧計、２５０、２６０：電流計、２７０：送風機、３００：処理装置、３０１：第１の磁界硬度導出部、３０２：第２の磁界強度導出部、３０３：磁界強度判定部、３０４：振幅制御部、３０５：磁界強度加算部、３０６：磁束密度導出部、３０７：磁気特性導出部、３０８：出力部、Ｆ：巻枠、Ｈ：断熱部材、Ｎ_1O：第１の一次コイル、Ｎ_1A：第２の一次コイル、Ｎ₂：二次コイル、Ｓ：試験片

Claims (11)

1. 正方形の４つの辺を構成するように配置され、軟質磁性材料からなる試験片が内部に配置される巻枠と、
   前記巻枠の前記４つの辺に対応する領域のそれぞれにおいて前記巻枠に対して巻き回されるコイルであって、交流の励磁電流である第１の励磁電流が流れる第１の一次コイルと、
   前記巻枠の前記４つの辺に対応する領域のそれぞれにおいて前記巻枠に対して前記第１の一次コイルと略同軸になるように巻き回されるコイルであって、前記試験片が励磁されることにより誘起される電圧である二次電圧を検出する二次コイルと、
   前記第１の一次コイルおよび前記二次コイルよりも外側に、前記第１の一次コイルおよび前記二次コイルと略同軸になるように、前記巻枠の前記４つの辺に対応する領域のそれぞれに配置されるコイルであって、第２の励磁電流が流れる第２の一次コイルと、を有し、
   前記第１の一次コイルおよび前記第２の一次コイルは、同時刻における前記第１の励磁電流および前記第２の励磁電流により発生する磁界の向きが同じになるように巻き回されることを特徴とする磁気特性測定器。
2. 前記第１の一次コイルは、前記二次コイルよりも外側に配置され、
   前記第１の一次コイルと前記第２の一次コイルとの間に空隙があることを特徴とする請求項１に記載の磁気特性測定器。
3. 前記空隙に配置される部材であって、断熱性を有する材料により構成された部材を更に有することを特徴とする請求項２に記載の磁気特性測定器。
4. 前記第２の一次コイルの巻回数は、前記第１の一次コイルの巻回数よりも多いことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の磁気特性測定器。
5. 前記第１の一次コイル、前記二次コイル、前記巻枠は、それぞれ、ＪＩＳ Ｃ ２５５０−１：２０１１に規定される一次コイル、二次コイル、巻枠であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気特性測定器。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の磁気特性測定器と、
   前記第１の励磁電流、前記第２の励磁電流、および前記二次電圧に基づいて、前記試験片の磁気特性を導出する磁気特性導出手段と、を有することを特徴とする磁気特性測定システム。
7. 前記第２の一次コイルを強制的に冷却する冷却手段を更に有することを特徴とする請求項６に記載の磁気特性測定システム。
8. 前記第１の励磁電流に基づいて、前記試験片における第１の磁界強度を導出する第１の磁界強度導出手段と、
   前記第２の励磁電流に基づいて、前記試験片における第２の磁界強度を導出する第２の磁界強度導出手段と、
   同時刻における前記第１の磁界強度および前記第２の磁界強度を加算した磁界強度である合成磁界強度を導出する磁界強度加算手段と、
   前記二次電圧に基づいて、前記試験片における磁束密度を導出する磁束密度導出手段と、を更に有し、
   前記磁気特性導出手段は、前記試験片における磁束密度と前記合成磁界強度とに基づいて、前記試験片の磁気特性を導出することを特徴とする請求項６または７に記載の磁気特性測定システム。
9. 前記第１の一次コイルに印加される交流電圧である第１の励磁電圧を前記第１の一次コイルに印加する第１の印加手段と、
   前記第２の一次コイルに印加される交流電圧である第２の励磁電圧を前記第２の一次コイルに印加する第２の印加手段と、を更に有し、
   前記第１の印加手段は、前記第１の励磁電流により発生する磁界強度が予め設定された磁界強度以上である場合には、前記第１の励磁電流により発生する磁界強度が予め設定された磁界強度以上でない場合に前記第１の一次コイルに印加される交流電圧の振幅以下の振幅を有する前記第１の励磁電圧を前記第１の一次コイルに印加し、
   前記第２の印加手段は、前記第１の励磁電流により発生する磁界強度が予め設定された磁界強度以上でない場合には、前記第２の励磁電圧を前記第２の一次コイルに印加せず、前記第１の励磁電流により発生する磁界強度が予め設定された磁界強度以上である場合に、前記第２の励磁電圧を前記第２の一次コイルに印加することを特徴とする請求項６〜８の何れか１項に記載の磁気特性測定システム。
10. 前記第１の励磁電流、または、前記第１の励磁電流に基づいて導出される前記試験片における磁界強度に基づいて、前記第１の励磁電流により発生する磁界強度が予め設定された磁界強度以上であるか否かを判定する判定手段を更に有することを特徴とする請求項９に記載の磁気特性測定システム。
11. 請求項１〜５の何れか１項に記載の磁気特性測定器を用いて、前記試験片の磁気特性を測定する磁気特性測定方法であって、
    前記第１の励磁電流、前記第２の励磁電流、および前記二次電圧に基づく前記試験片の磁気特性を導出する磁気特性導出工程を有することを特徴とする磁気特性測定方法。

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