(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石の外周に装着して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、
永久磁石の試験片(２)を挿通させる中空部(９)を形成し外周部の中央部の円周方向にコイル溝(１０)を形成した円筒状でセラミック製の内側ホルダー(７)を備え、前記内側ホルダー(７)のコイル溝(１０)に、永久磁石の磁束密度を測定するためのＢコイル(４)と、前記Ｂコイル(４)の外周に絶縁シート(１１)を介して永久磁石の磁界強度の測定に用いるＨコイル(５)とを巻回し、前記内側ホルダー(７)を挿通して収容する中空部(１２)を形成し外周部の中央部の円周方向にコイル溝(１３)を形成した円筒状でセラミック製の外側ホルダー(８)を備え、前記外側ホルダー(８)のコイル溝(１３)に永久磁石の磁化の測定に用いるＭコイルを巻回し、前記Ｍコイル(６)の外周に絶縁シート(１４)を配置し、前記Ｂコイル(４)と前記Ｈコイル(５)と前記Ｍコイル(６)とは互いに同軸状に巻回し且つ前記Ｂコイル(４)と前記Ｈコイル(５)は巻数を同一にすると共に、前記Ｂコイル(４)と前記Ｍコイル(６)を直列に接続し且つ巻数及び断面積との積を同一にして、永久磁石の磁束密度と磁界強度と磁化とを測定することを特徴とする磁気特性測定センサー。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気特性測定センサーを永久磁石の試験片２の伸延方向の中央部の外周に装着し、前記磁気特性測定センサーの前記Ｂコイル(４)の誘導電圧を積分して磁束密度を測定し、前記Ｂコイル(４)と前記Ｍコイル(６)を直列に接続し経時的に測定した電圧を積分した値から磁化を測定し、前記Ｂコイル(４)と前記Ｈコイル(５)の各々で経時的に測定した電圧の差を積分した値から磁界強度を測定することを特徴とする磁気特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本工業規格  ＪＩＳ  Ｃ２５０１  「永久磁石試験方法」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴とするところは、次の(1)〜(2)の通りである。
(1)  永久磁石の外周に装着して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、 
永久磁石の試験片２を挿通させる中空部９を形成し外周部の中央部の円周方向にコイル溝１０を形成した円筒状でセラミック製の内側ホルダー７を備え、前記内側ホルダー７のコイル溝１０に、永久磁石の磁束密度を測定するためのＢコイル４と、前記Ｂコイル４の外周に絶縁シート１１を介して永久磁石の磁界強度の測定に用いるＨコイル５とを巻回し、前記内側ホルダー７を挿通して収容する中空部１２を形成し外周部の中央部の円周方向にコイル溝１３を形成した円筒状でセラミック製の外側ホルダー８を備え、前記外側ホルダー８のコイル溝１３に永久磁石の磁化の測定に用いるＭコイル６を巻回し、前記Ｍコイルの外周に絶縁シート１４を配置し、前記Ｂコイル４と前記Ｈコイル５と前記Ｍコイル６とは互いに同軸状に巻回し且つ前記Ｂコイル４と前記Ｈコイル５は巻数を同一にすると共に前記Ｂコイル４と前記Ｍコイル６の巻数及び断面積との積を同一にして、永久磁石の磁束密度と磁界強度と磁化とを測定することを特徴とする磁気特性測定センサー。
(2)  前記(1)に記載の磁気特性測定センサーを永久磁石の試験片２の伸延方向の中央部の外周に装着し、前記磁気特性測定センサーの前記Ｂコイル４の誘導電圧を積分して磁束密度を測定し、前記Ｂコイル４と前記Ｍコイル６を直列に接続し経時的に測定した電圧を積分した値から磁化を測定し、前記Ｂコイル４と前記Ｈコイル５の各々で経時的に測定した電圧の差を積分した値から磁界強度を測定することを特徴とする磁気特性測定方法。
【発明の効果】
【００１１】
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状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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る磁気特性測定センサーを示す正面断面図。
【図２】同側面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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と同軸状、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。
【００１７】
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と同軸状、かつ、同心円上に配置されている。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
磁化を測定する場合には、試験片２の周囲に同軸状に巻回した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。
【００２３】
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。
【数１】
0005576840.tif 000002
【００２４】
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。
【数２】
0005576840.tif 000003
【００２５】
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。
【数３】
0005576840.tif 000004
【００２６】
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。
【数４】
0005576840.tif 000005
【００２７】
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。
【数５】
0005576840.tif 000006
【００２８】
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。
【数６】
0005576840.tif 000007
【００２９】
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。
【００３０】
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の周囲に同軸状に巻回した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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【数７】
0005576840.tif 000008
【００３４】
また、磁界強度は、試験片２の周囲に同軸状に巻回した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。
【００３５】
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。
【数８】
0005576840.tif 000009
【００３６】
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。
【数９】
0005576840.tif 000010
【００３７】
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。
【数１０】
0005576840.tif 000011
【００３８】
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。
【数１１】
0005576840.tif 000012
【００３９】
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。
【数１２】
0005576840.tif 000013
【００４０】
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の周囲に同軸状に巻回している。 
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【符号の説明】
【００４４】
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
【図１】
0005576840.tif 000014
【図２】
0005576840.tif 000015