(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性部材で形成された導体板を積層して構成される積層コアの前記導体板の表面の部分領域を囲むように配置された２つの微小導通部からなる２組の微小導通部ペアであって、かつ、前記微小導通部ペアの２つの微小導通部間を結ぶ線分が直交するように配置された２組の微小導通部ペア、及び、前記２組の微小導通部ペアの各々に対して設けられ、かつ、前記微小導通部ペアの微小導通部の各々に一端が接続された薄膜導体で形成された２つの第１接続線からなる２組の接続線ペアを含む探針センサと、
前記導体板の表面の前記部分領域を囲むように配置された薄膜導体で形成された第２接続線を含む探りコイルセンサと、を含み
前記探針センサ及び前記探りコイルセンサの出力を、前記導体板の表面の部分領域における３軸方向の各々の磁束密度を計測するための出力とする磁束密度センサ。
【請求項２】
前記薄膜導体の厚みを１マイクロメートル以下とした請求項１に記載の磁束密度センサ。
【請求項３】
前記薄膜導体をスパッタリング、又はメッキとした請求項１又は請求項２に記載の磁束密度センサ。
【請求項４】
前記第１接続線の各々をＬ字型とした請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の磁束密度センサ。
【請求項５】
前記導体板の一方の表面に、前記探針センサにおける前記接続線ペアが配置され、
前記導体板の他方の表面に、前記探りコイルセンサにおける第２接続線が配置された請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の磁束密度センサ。
【請求項６】
前記探針センサの前記接続線ペアは、導体板の表面上に設けられた絶縁皮膜上に配置され、
前記探りコイルセンサの前記第２接続線は、前記導体板の表面上に設けられた絶縁皮膜上に配置された請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の磁束密度センサ。
【請求項７】
前記導体板の一方の表面に、前記探針センサにおける前記接続線ペアが配置され、
前記探針センサ上に設けられた絶縁皮膜上に、前記探りコイルセンサにおける第２接続線が配置された請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の磁束密度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁束密度センサに係り、特に、磁束密度を計測するための磁束密度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁束密度検出のための従来手法としては、例えば、探りコイルによって磁束密度を測定する方法が知られている。この方法は、電磁鋼板に穴あけ加工を施し、検出範囲を断面とするコイルの誘導電圧により磁束密度を測定する方法である。
【０００３】
また、ＭＲ素子、又はホール素子によって磁界を測定する方法が知られている（特許文献１〜３参照）。この方法は、磁気抵抗効果を用いたＭＲ素子の電圧変化、又はホール効果による起電力を測定し、磁束密度を測定する方法である。
【０００４】
また、多層のプリント基板上に構成したコイルによって測定する方法が知られている（特許文献４参照）。この方法は、コイルを貫通する電流が作る磁界を、プリント基板上に検出用トロイダルコイルにて検出する方法である。
【０００５】
また、積層コア間に設置したプリント基板上に構成した薄膜コイルによって測定する方法が知られている（非特許文献１参照）。この方法は薄膜コイルを電磁鋼板と平行に形成し、電磁鋼板を貫通する磁束を検出する方法である。
【０００６】
また、探針法を用いた磁束密度を検出する方法が知られている（特許文献５及び非特許文献２参照）。
【０００７】
また、薄膜コイルと探針法を用いた多方向磁束密度を検出する方法が知られている（非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２６９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２９１１号公報
【特許文献３】特開２０１０−８５３３８号公報
【特許文献４】特開２００９−８５６２０号公報
【特許文献５】特開２０１１−１３３３８３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】平成26年電気学会全国大会  5-005
【非特許文献２】川崎製鉄技報 35 (2003) 1, 21-27
【非特許文献３】電気学会論文誌D、130(9), 1087-1093, 2010-09-01
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、探りコイルによって磁束密度を測定する方法では、電磁鋼板に穴あけ加工が必要であり、除去された部位の影響や、線材太さによるコイル形状の影響を受けてしまう、という課題があった。また、コイル線径分の厚みにより、積層コアの電磁鋼板間でセンサ厚みによる磁気回路への影響を及ぼすという課題もあった。
【００１１】
また、特許文献１〜３の技術では、センサ素子を駆動するための電源が必要となり、また、センサが厚く、積層コアの電磁鋼板間に影響なく設置することが困難である、という課題があった。
【００１２】
また、特許文献４の技術では、電流の流れる電線を対象とし、電磁鋼板に流入する様な磁束は検出できない、という課題があった。
【００１３】
また、非特許文献１の技術では、電磁鋼板を貫通する磁束のみ検出可能で、電磁鋼板内部の磁束検出はできない、という課題があった。
【００１４】
また、特許文献５及び非特許文献２の技術では、探針を用いるため、電磁鋼板表面とセンサ間の空隙分の誤差を含みやすく、電磁鋼板表面に探針を立てるためのスペースが必要となる、という課題があった。
【００１５】
また、非特許文献３の技術では、各方向検出用センサが並んで配置されるため、同一評価領域の検出が出来ない、という課題があった。
【００１６】
本発明では、上記問題点を解決するために成されたものであり、導体板の表面の部分領域における３軸方向の各々の磁束密度を計測することができる磁束密度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、第１の発明に係る磁束密度センサは、導電性部材で形成された導体板を積層して構成される積層コアの前記導体板の表面の部分領域を囲むように配置された２つの微小導通部からなる２組の微小導通部ペアであって、かつ、前記微小導通部ペアの２つの微小導通部間を結ぶ線分が直交するように配置された２組の微小導通部ペア、及び、前記２組の微小導通部ペアの各々に対して設けられ、かつ、前記微小導通部ペアの微小導通部の各々に一端が接続された薄膜導体で形成された２つの第１接続線からなる２組の接続線ペアを含む探針センサと、前記導体板の表面の前記部分領域を囲むように配置された薄膜導体で形成された第２接続線を含む探りコイルセンサと、を含み前記探針センサ及び前記探りコイルセンサの出力を、前記導体板の表面の部分領域における３軸方向の各々の磁束密度を計測するための出力とするように構成されている。
【００１８】
また、第１の発明に係る磁束密度センサにおいて、前記薄膜導体の厚みを１マイクロメートル以下としてもよい。
【００１９】
また、第１の発明に係る磁束密度センサにおいて、前記薄膜導体をスパッタリング、又はメッキとしてもよい。
【００２０】
また、第１の発明に係る磁束密度センサにおいて、前記第１接続線の各々をＬ字型としてもよい。
【００２１】
また、第１の発明に係る磁束密度センサにおいて、前記導体板の一方の表面に、前記探針センサにおける前記接続線ペアが配置され、前記導体板の他方の表面に、前記探りコイルセンサにおける第２接続線が配置されるようにしてもよい。
【００２２】
また、第１の発明に係る磁束密度センサにおいて、前記探針センサの前記第１接続線ペアは、導体板の表面上に設けられた絶縁皮膜上に配置され、前記探りコイルセンサの前記第２接続線は、前記導体板の表面上に設けられた絶縁皮膜上に配置されるようにしてもよい。
【００２３】
また、第１の発明に係る磁束密度センサにおいて、前記導体板の一方の表面に、前記探針センサにおける前記接続線ペアが配置され、前記探針センサ上に設けられた絶縁皮膜上に、前記探りコイルセンサにおける第２接続線が配置されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の磁束密度センサによれば、積層コアの導体板の表面の部分領域を囲むように配置された２つの微小導通部からなる２組の微小導通部ペア、及び、微小導通部ペアの微小導通部の各々に一端が接続された薄膜導体で形成された２組の接続線ペアを含む探針センサと、導体板の表面の部分領域を囲むように配置された薄膜導体で形成された第２接続線を含む探りコイルセンサと、を用いて、導体板の表面の部分領域における３軸方向の各々の磁束密度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】積層コアにおける磁束密度センサの構成の一例を示す図である。
【図２】積層コアにおける磁束密度センサにより得られた電圧から、磁束密度を計測するための各装置の一例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る磁束密度センサにおける探針センサの概略図である。
【図４】第１の実施の形態に係る磁束密度センサにおける探りコイルセンサの概略図である。
【図５】第１の実施の形態に係る磁束密度センサにおける探針センサ及び探りコイルセンサの透視図である。
【図６】第１の実施の形態に係る磁束密度センサの断面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る磁束密度センサにおける探針センサ及び探りコイルセンサの透視図である。
【図８】第２の実施の形態に係る磁束密度センサの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜本発明の実施の形態に係る磁束密度センサの概要＞
【００２７】
本発明の実施の形態に係る磁束密度センサは、図１に示すように、モータや変圧器などで使用される電磁鋼板１０を積層して構成する積層コア１２において、積層コアを構成する１枚又は複数枚の電磁鋼板の表面において、積層方向である板厚方向（Ｚ軸方向）、及び積層方向に対して垂直な板面方向に直交する２方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）の磁束密度を検出するための磁束密度センサ１００を配置する。そして、図２に示すように、磁束密度センサ１００から出力された電圧を、センサ引き出し線１８を介して電圧測定装置（オシロスコープ）１４により計測し、コンピュータ１６が、得られた電圧に基づいて物性値として磁束密度を算出することにより、積層コア１２の３次元的な磁束密度を計測する。また、継時的に磁束密度を計測していくことにより、磁束密度分布を計測することができる。
【００２８】
なお、本発明の実施の形態では、電磁鋼板を積層して構成される積層コアにおける電磁鋼板の表面上に磁束密度センサを形成する場合を例に説明するが、導電性部材で形成された導体板であれば、どのような素材の表面上であっても磁束密度センサを形成することができることはいうまでもない。
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
＜本発明の第１の実施の形態に係る磁束密度センサの構成＞
【００３１】
本発明の第１の実施の形態に係る磁束密度センサの構成について説明する。図３及び図４に示すように、本発明の実施の形態に係る磁束密度センサ１００は、探針センサ１２０と、探りコイルセンサ１３０とを備えている。
【００３２】
図３に示すように、探針センサ１２０は、絶縁皮膜２６によって覆われた電磁鋼板１０の一方の表面上に設けられ、探針センサ１２０は、微小導通部２０と、接続線２２と、出力線接続用ランド２４と、を含んで構成されている。
【００３３】
図４に示すように、探りコイルセンサ１３０は、絶縁皮膜３６によって覆われた電磁鋼板１０の他方の表面上に設けられ、探りコイルセンサ１３０は、接続線３２と、出力線接続用ランド３４と、を組み合わせて構成されている。
【００３４】
図５に電磁鋼板１０を裏面からみた透視図を示す。また、図６は、図５における電磁鋼板１０のＡ-Ａ’断面図を表している。図５及び図６に示されるように、電磁鋼板１０の一方の表面に探針センサ１２０を形成し、他方の表面に探りコイルセンサ１３０を形成する。電圧測定装置１４によって、探針センサ１２０の出力電圧を計測し、コイルセンサ１３０の出力電圧を計測することで、コンピュータ１６により、３方向の磁束密度を検出する。
【００３５】
次に、探針センサ１２０及び探りコイルセンサ１３０の各々の構成を説明する。
【００３６】
探針センサ１２０を構成する４つの微小導通部２０は、図３に示すように、絶縁皮膜２６で覆われた電磁鋼板１０の表面の部分領域を囲むように配置されている。２つの微小導通部２０からなる２組の微小導通部ペアは、当該微小導通部ペアの２つの微小導通部２０間を結ぶ線分が直交するように配置されている。微小導通部２０の各々は、図４に示すように、電磁鋼板１０の表面に接するように配置されている。このようにＸ軸方向に対する２つの微小導通部２０と、Ｙ軸方向に対する２つの微小導通部２０と、を組み合わせた２組の微小導通部ペアを配置することで、電磁鋼板の部分領域におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の磁束密度を計測することができる。
【００３７】
探針センサ１２０を構成する接続線２２は、図３に示すように、４つの微小導通部２０の各々に対して設けられている。２組の微小導通部ペアに対応して、２組の接続線ペアが設けられており、１つの接続線ペアの接続線２２は、対応する微小導通部ペアの微小導通部２０の各々に一端が接続される。接続線２２は、厚さ１マイクロメートルの薄膜導体で形成されたＬ字型の接続線である。本実施の形態では、２つのＬ字型の接続線２２からなる２組の接続線ペアを、電磁鋼板１０の中央の部分領域に十字型に配置する。
【００３８】
また、接続線２２は、図６に示すように、電磁鋼板１０の表面上に設けられた絶縁皮膜２６の上に配置されている。絶縁皮膜２６には、ボリイミド絶縁物を用いる。そして、接続線２２は、微小導通部２０側でない端部に出力線接続用ランド２４を備え、出力線接続用ランド２４は、センサ引き出し線１８を介して、電圧測定装置１４に接続される。なお、本実施の形態では、薄膜導体としてスパッタリングを用いるが、メッキを用いてもよい。薄膜導体として用いるスパッタリング、又はメッキは、積層鋼板間に介在しても影響が少ないという特徴がある。
【００３９】
探りコイルセンサ１３０を構成する接続線３２は、図４に示すように、絶縁皮膜３６で覆われた電磁鋼板１０の表面の部分領域を囲むように配置された薄膜導体で形成されている。そして接続線３２の両端部に、出力線接続用ランド３４を備え、出力線接続用ランド３４には電磁鋼板１０の部分領域におけるＺ軸方向の電圧を計測するための出力線が接続される。なお、本実施の形態では、接続線３２を１ターン設けているが、これに限定されるものではなく、複数ターン設けてもよい。
【００４０】
＜本発明の第１の実施の形態に係る磁束密度センサの作用＞
【００４１】
本発明の第１の実施の形態に係る磁束密度センサの作用について説明する。
【００４２】
探針センサ１２０の出力線接続用ランド２４から出力された電圧が、電圧測定装置１４によって測定され、また、探りコイルセンサ１３０の出力線接続用ランド３４から出力された電圧が、電圧測定装置１４によって測定される。
【００４３】
そして、コンピュータ１６によって、電圧測定装置１４によって測定された、探針センサ１２０の出力電圧値に基づいて、電磁鋼板１０の中央の部分領域におけるＸ軸方向及びＹ軸方向の磁束密度を算出する。また、コンピュータ１６によって、電圧測定装置１４によって測定された、探りコイルセンサ１３０の出力電圧値に基づいて、電磁鋼板１０の中央の部分領域におけるＺ軸方向の磁束密度を算出する。
【００４４】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る磁束密度センサ１００によれば、積層コアの電磁鋼板１０の表面の部分領域を囲むように配置された２つの微小導通部２０からなる２組の微小導通部ペアと、微小導通部２０の各々に一端が接続された薄膜導体で形成された２組の接続線ペアとを含む探針センサ１２０と、電磁鋼板１０の表面の部分領域を囲むように配置された薄膜導体で形成された接続線２２を含む探りコイルセンサ１３０とを用いて、磁束密度センサ１００を構成することにより、電磁鋼板１０の表面の部分領域における３軸方向の各々の磁束密度を計測することができる。
【００４５】
＜本発明の第２の実施の形態に係る磁束密度センサの構成＞
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る磁束密度センサの構成について説明する。なお、第１の実施の形態の磁束密度センサ１００と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態では、以下に説明するように、探針センサ１２０と、探りコイルセンサ１３０とを、電磁鋼板１０の一方の表面上に多層構造で形成する点が、第１の実施の形態と異なっている。
【００４８】
図７の透視図に示すように、第２の実施の形態に係る磁束密度センサ１００は、電磁鋼板１０の一方の表面に、探針センサ１２０と、探りコイルセンサ１３０とを配置している。
【００４９】
図７に示すように、探針センサ１２０は、絶縁皮膜２６によって覆われた電磁鋼板１０の一方の表面上に設けられ、微小導通部２０と、接続線２２と、出力線接続用ランド２４と、を含んで構成されている。探りコイルセンサ１３０は、絶縁皮膜３６によって覆われた探針センサ１２０の上に設けられ、接続線３２と、出力線接続用ランド３４と、を組み合わせて構成されている。
【００５０】
図８は、図７における電磁鋼板１０のＢ-Ｂ’断面図を表している。図７及び図８に示されるように、絶縁皮膜２６によって覆われた電磁鋼板１０の一方の表面上に探針センサ１２０が配置されている。そして、探針センサ１２０の上を絶縁皮膜３６で覆い、絶縁皮膜３６で覆われた上に接続線３２を配置するように探りコイルセンサ１３０を形成する。電圧測定装置１４によって、探針センサ１２０の出力電圧を計測し、コイルセンサ１３０の出力電圧を計測することで、コンピュータ１６により、３方向の磁束密度を検出する。
【００５１】
なお、第２の実施の形態に係る磁束密度センサの他の構成及び作用は、第１の実施の形態の磁束密度センサ１００と同様であるため詳細な説明を省略する。
【００５２】
以上説明したように、第２の実施の形態に係る磁束密度センサ１００によれば、積層コアの電磁鋼板１０の表面の部分領域を囲むように配置された２つの微小導通部２０からなる２組の微小導通部ペアと、微小導通部２０の各々に一端が接続された薄膜導体で形成された２組の接続線ペアとを含む探針センサ１２０と、探針センサ１２０の上に形成された、電磁鋼板１０の表面の部分領域を囲むように配置された薄膜導体で形成された接続線２２を含む探りコイルセンサ１３０とを用いて、磁束密度センサ１００を構成することにより、電磁鋼板１０の表面の部分領域における３軸方向の各々の磁束密度を計測することができる。
【００５３】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００５４】
例えば、上述した実施の形態では、接続線２２はＬ字型の接続線としたが、これに限定されるものではなく、２組の接続線ペアとして配置できれば、どのような形状の接続線としてもよい。
【００５５】
また、上述した実施の形態では、２つのＬ字型の接続線２２からなる２組の接続線ペアを、中央の部分領域に十字型に配置したが、これに限定されるものではなく、左右上下の部分領域に配置してもよく、また接続線２２の形状に応じて十字型でない配置であってもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１０   電磁鋼板
１２   積層コア
１４   電圧測定装置
１６   コンピュータ
１８   センサ引き出し線
２０   微小導通部
２２、３２    接続線
２４、３４    出力線接続用ランド
２６   絶縁皮膜
３６   絶縁皮膜
１００ 磁束密度センサ
１２０ 探針センサ
１３０ コイルセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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