(57)【要約】【課題】板状磁性材料の形状に起因した磁気異方性を取り除いて、板状磁性材料そのものの磁気特性を測定する。【解決手段】空隙を挟んで一方向に対極する一対の磁化部Ｘと、空隙を挟んで前記方向と直交する方向に対極する一対の磁化部Ｙとを具備し、磁化部Ｘ及びＹはそれぞれ一対の励磁用継鉄１ｘ、１ｙと該励磁用継鉄１ｘ、１ｙを周回する励磁用コイル３とで構成され、二対の励磁用継鉄１ｘ、１ｙの先端部で囲まれる空隙に板状磁性材料４を置いて磁界を印加して、板状磁性材料４の板面内の二次元磁気特性を測定する磁気測定装置において、励磁用継鉄１ｘ、１ｙの先端が円弧形であり、二対の励磁用継鉄１ｘ、１ｙの先端が円形を成すように前記空隙を囲むようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙を挟んで一方向すなわちｘ方向に対極する一対の第１の磁化部と、前記空隙を挟んで前記ｘ方向と直交する方向すなわちｙ方向に対極する一対の第２の磁化部とを具備し、該第１及び第２の磁化部はそれぞれ一対の対極する励磁用継鉄と該励磁用継鉄を周回する励磁用コイルとで構成され、前記二対の励磁用継鉄の先端部で囲まれる前記空隙に板状磁性材料を置いて磁界を印加して、該板状磁性材料の板面内の二次元磁気特性を測定する磁気測定装置であって、
前記励磁用継鉄の先端が円弧形であり、前記二対の励磁用継鉄の先端が円形を成すように前記空隙を囲むことを特徴とする磁気特性測定装置。
【請求項２】
少くとも前記第１及び第２の磁化部の対極する励磁用継鉄の先端部が前記ｘ及びｙ方向に平行な方向に分割された複数の部材で構成されており、且つ前記板状磁性材料を前記複数の部材の間に固定することを特徴とする請求項１に記載の磁気特性測定装置。
【請求項３】
前記板状磁性材料を前記励磁用継鉄の先端部表面に接触させて固定することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試験材である板状磁性材料の磁気特性を測定する装置に関するものであり、特に板状磁性材料の面内二次元方向における磁気特性を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気機器の低鉄損化及び高効率化の手段として、電気機器の鉄心の鉄損の軽減が挙げられている。その一つのアプローチとして、鉄心の磁気特性を正確に把握し、それをどのような形状で使用するかという構造上の改良が考えられる。
【０００３】
近年では、鉄心等用の板状磁性材料の、回転磁気特性を含む二次元磁気特性の測定が可能な二次元磁気特性測定装置を用いて二次元磁気特性を評価する技術が提案されている（非特許文献１および２を参照のこと）。ここで二次元磁気特性は、板状磁性材料全体の磁束密度Ｂと磁界Ｈとをベクトル量として把握できるので、板状磁性材料の絶対的評価法として位置づけられており、この技術により板状磁性材料の詳細な磁気特性が明らかにされてきている。
【０００４】
以下、図９及び図１０を参照して、二次元磁気特性測定装置の概要を説明する。二次元磁気特性測定装置の平面図である図９に示すように、図中で横方向ｘ方向に対極する一対の励磁用継鉄５０１ｘと、縦方向ｙ方向に対極する一対の励磁用継鉄５０１ｙとが配置され、各励磁用継鉄５０１ｘ、５０１ｙが略四角形をなす継鉄５０２によって磁気的に結合する。各励磁用継鉄５０１ｘ、５０１ｙには励磁用コイル５０３が巻き付けられている。励磁用継鉄５０１ｘ、５０１ｙと励磁用コイル５０３とで磁化部が形成される。
【０００５】
励磁用継鉄５０１ｘ、５０１ｙに囲まれる空隙位置に被測定材である正方形の板状磁性材料５０４が配置される。板状磁性材料５０４内に磁束密度を集中させるために、励磁用継鉄５０１ｘの側面をｙ方向に見た図１０に示すように、各励磁用継鉄５０１ｘ、５０１ｙの先端の両面（ｚ方向側の面）に傾斜が設けられている。また、板状磁性材料５０４内の磁束密度をできる限り均一にするために、板状磁性材料５０４と各励磁用継鉄５０１ｘ、５０１ｙとの間には隙間５０５が形成されることもある。
【０００６】
板状磁性材料５０４の中央部付近の領域（中央部領域と記す）には４つの穴が、それぞれ対向する２つの穴を結んだ線が直交するように形成されている。板状磁性材料５０４内の磁束密度のｘ成分Ｂｘとｙ成分Ｂｙをそれぞれ検出するために、ホルマール線等の被覆銅線を中央部領域の４つの穴の各対向する穴を通してｘ方向及びｙ方向に互いが直交するように数ターン巻いて、ＢｘコイルとＢｙコイルとからなるＢコイル５０６を設ける。更に、磁界強度のｘ成分Ｈｘとｙ成分Ｈｙをそれぞれ検出するために、板状磁性材料５０４の中央部領域（板面）の上方又は下方には、ベークライト等の絶縁性樹脂部材に被覆銅線を巻いて互いに直交するＨｘコイルとＨｙコイルとからなるＨコイル５０７（図１０）が配置される。
【０００７】
このような構成の二次元磁気特性測定装置において、励磁用コイル５０３に電力を供給して板状磁性材料５０４を励磁しｘ方向及びｙ方向のそれぞれにおいて、磁束密度ベクトルＢ及び磁界ベクトルＨを測定することで、板状磁性材料５０４の面内二次元磁気特性を得ることができる。
【０００８】
また、板状磁性材料の中央部領域に設けられたＢコイル５０６の代わりに、被覆銅線を板状磁性材料全体でｘ方向及びｙ方向に互いが直交するように数ターン巻いて全体Ｂｘコイルと全体Ｂｙコイルからなる全体Ｂコイルを設け、
（ａ）全体Ｂコイルで測定される、板状磁性材料の全体で平均化された磁束密度ベクトルＢａｖｅが所定の磁束密度ベクトルになるように制御された励磁電圧を各励磁用コイルへ印加し、
（ｂ）局所磁気センサを用いて、板状磁性材料の局所磁束密度ベクトルＢと磁界ベクトルＨとを測定して、板状磁性材料の磁気特性分布を得る技術も提案されている（非特許文献３を参照のこと）。
ここで局所磁気センサには、上記のＨコイルと、上記のＢコイルの代わりに磁束密度を測定するＢ探芯とが用いられている。
【０００９】
更にまた、全体Ｂコイルで測定される平均化された磁束密度ベクトルＢａｖｅの代わりに、局所磁気センサで測定される局所磁束密度ベクトルＢが所定の磁束密度ベクトルになるように励磁電圧を制御して、板状磁性材料の磁気特性分布を測定する技術も提案されている（特許文献１参照）。
【００１０】
一方、磁性材料の磁気異方性を測定する方法として、トルク計による方法が良く知られている（例えば非特許文献４参照）。しかし、この方法によれば、磁性材料を円板又は球状などの対象性のよい形の試料に加工して測定するものであるが、準静的に直流磁場中で試料に発生するトルクを測定するものであり、磁束密度ベクトルＢや磁界ベクトルＨ、並びにこれらの二次元的な関係を測定する方法ではなく、また磁性材料における磁束密度ベクトルＢや磁界ベクトルＨの分布を測定できる方法ではない。
【００１１】
【特許文献１】特願２００５−０７３３３７号公報
【非特許文献１】M. Enokizono, “Two-dimensional Magnetic Property”, JIEE-A, Vol. 115, No1, pp. 1-8, 1998.
【非特許文献２】K. Fujisaki, Y. Nemoto, S. Sato, M. Enokizono and H. Shimoji, “2-D vector Magnetic method in comparison with conventional method”, 7th International WorkShop on 1&2-Dimensional Magnetic Measurement and Testing Proceeding, edited by J. Sievert (PTB-E-81). pp. 159-166, 2002.
【非特許文献３】榎園、田邉、「方向性けい素鋼板の局所二次元磁気特性」日本応用磁気学会誌，22巻，901-904頁, 1998.
【非特許文献４】近角聡信他編集「磁性体ハンドブック」768-769頁, 1984(第5刷)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来の二次元磁気測定装置では板状磁性材料は正方形で円対称でないため、板状磁性材料が磁気異方性を有する場合、板状磁性材料そのものの磁気特性を測定できない、つまり、板状磁性材料の形状の影響を含んだ磁気特性しか測定できないという問題があった。
【００１３】
磁気異方性を有する板状磁性材料では磁化容易軸と磁化困難軸が存在するが、磁束密度ベクトルＢが磁化容易軸又は磁化困難軸と平行でない場合、板状磁性材料の磁気異方性のために磁束密度ベクトルＢと磁界ベクトルＨとは平行とならない。一方、板状磁性材料の磁気特性が面内で均一である場合でも、板状磁性材料の形状が正方形で円対称でないために、磁束密度ベクトルＢ及び磁界ベクトルＨは面内で均一とならなかった。例えば図１１は、従来の二次元磁気測定装置で磁気特性が面内で異方性がない板状磁性材料の磁気特性を評価したときの、磁界ベクトルの大きさを明暗で表した磁界強度の分布図である。ここで、磁界ベクトルはＨコイルを移動させながら測定した。図１１からわかるように、面内に異方性がない板状磁性材料であっても、磁界強度は均一になっていない。
【００１４】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、板状磁性材料の形状に起因した磁気異方性を取り除いて、板状磁性材料そのものの磁気特性を測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の磁気測定装置は、空隙を挟んで一方向すなわちｘ方向に対極する一対の第１の磁化部と、前記空隙を挟んで前記方向と直交する方向すなわちｙ方向に対極する一対の磁化部とを具備し、該第１及び第２の磁化部はそれぞれ一対の対極する励磁用継鉄と該励磁用継鉄を周回する励磁用コイルとで構成され、前記二対の励磁用継鉄の先端部で囲まれる前記空隙に板状磁性材料を置いて磁界を印加して、該板状磁性材料の板面内の二次元磁気特性を測定する磁気測定装置であって、前記励磁用継鉄の先端が円弧形であり、前記二対の励磁用継鉄の先端が円形を成すように前記空隙を囲む点に特徴を有する。
【００１６】
また、本発明の磁気測定装置の他の特徴とするところは、少くとも前記第１及び第２の磁化部の対極する励磁用継鉄の先端部が前記ｘ及びｙ方向に平行な方向に分割された複数の部材で構成されており、且つ前記板状磁性材料を前記複数の部材の間に固定して測定する点にある。
【００１７】
さらに、本発明の磁気測定装置の他の特徴とするところは、前記板状磁性材料を前記励磁用継鉄の先端部表面に接触させて固定する点にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、板状磁性材料に接する励磁用継鉄の先端の形状を円弧とすることによって、板状磁性材料の形状に起因して生じる磁気異方性の影響を取り除いて、より正確に板状磁性材料そのものの磁気特性を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態を図を用いて具体的に説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明における第１の実施の形態の磁気測定装置の概略構成を示す上面図である。ｘ方向に対極する一対の励磁用継鉄１ｘと、ｙ方向に対極する一対の励磁用継鉄１ｙとが配置され、各励磁用継鉄１ｘ、１ｙが略四角形をなす継鉄２によって磁気的に結合している。各励磁用継鉄１ｘ、１ｙには励磁用コイル３が巻きつけられている。各励磁用継鉄１ｘ、１ｙの対極する先端の形状は円弧形であり、励磁用継鉄１ｘ、１ｙの先端で囲まれる円形の空隙には試験材である円板形の板状磁性材料４が置かれる。
【００２１】
本実施の形態の磁気特性測定装置の概略側面図を図２に示す。板状磁性材料４内に磁束を集中させるために、図２、図３に示すように、各励磁用継鉄１ｘ、１ｙの先端の両面（ｚ方向側の面）に傾斜が設けられている。ｙ方向に対極する一対の励磁用継鉄１ｙと、各励磁用継鉄１ｘ、１ｙを磁気的に結合している略四角形をなす継鉄２は省略されている。図３は、励磁用継鉄１ｘ、１ｙの一例を示す斜視図である。
【００２２】
また、各励磁用継鉄１ｘ、１ｙから板状磁性材料４内に磁束がより一様に流れ込む又は流れ出すように、特に各励磁用継鉄１ｘ、１ｙの板状磁性材料４に相対する部分、又は板状磁性材料４の各励磁用継鉄１ｘ、１ｙに相対する部分の凸凹が大きくて、板状磁性材料４と各励磁用継鉄１ｘ、１ｙとが一様に接触し難い場合には、板状磁性材料４と各励磁用継鉄１ｘ、１ｙとの間に隙間５を設けてもよい。また、上記従来の二次元磁気特性測定装置と同様に、互いに直行するように板状磁性材料４の中央部領域に板状磁性材料４に設けられた穴を通して被覆銅線を巻いて作られたＢｘコイルとＢｙコイルからなるＢコイル６が板状磁性材料４の中央部領域に設けられ、互いに直交するようにベークライトに被覆銅線を巻いて作られたＨｘコイルとＨｙコイルからなるＨコイル７が板状磁性材料４の上方に配置されている。
【００２３】
ここには隙間５が形成されている例を示したが、隙間５が形成されることに限定するものではない。
【００２４】
また、隣接するｘ方向の励磁継鉄１ｘとｙ方向の励磁継鉄１ｙとは、それぞれの先端の側面部分８で互いに接触させることも可能であり、また接触させないように間隙を設けることも可能である。後述する磁束密度を定義するパラメータ等の測定条件によって、隣接する励磁継鉄１ｘと励磁継鉄１ｙとを接触させるか否かを選択することが可能である。
【００２５】
磁気測定装置の全体は、図１、図２、及び図３に示す磁気測定装置と、図４に示すＡＤ変換器９、コンピュータ１０、コンピュータに組み込まれたプログラム、ＤＡ変換器１１、及びパワーアンプ１２からなる。ＡＤ変換器９は、Ｂコイル６及びＨコイル７で検出されたアナログ誘起磁束及び磁界電圧波形をデジタル化する。コンピュータ１０は、組み込まれたプログラムを用いて、デジタル化された誘起磁束及び磁界電圧波形の処理を行うと共に、励磁電圧波形を計算する。ＤＡ変換器１１は、計算されたデジタル励磁電圧波形をアナログ化し、パワーアンプ１２に出力する。パワーアンプ１２は、アナログ化された励磁電圧波形を増幅して励磁用コイル３に印加する。
【００２６】
磁気特性測定は正弦波磁束密度条件下で行われる。つまり、出力で任意の磁束密度ベクトルＢのｘ方向とｙ方向の成分ＢｘとＢｙが正弦波となるように励磁用コイル３への印加電圧の波形を制御される。これにより、磁束密度ベクトルＢと磁界ベクトルＨとの関係が一意的に定まることになる。なお、パワーアンプ１２は所謂ＣＣモードで用いても良い。
【００２７】
測定の際は、まず任意の磁束密度を定義するパラメータを入力し、設定磁束電圧波形と誘起磁束電圧波形との差分を励磁電圧波形に加えることという波形制御を、設定磁束電圧波形と誘起磁束電圧波形の差が設定した値より小さくなるまで繰り返し行う。波形制御が終了した後に、磁束密度ベクトルＢと磁界ベクトルＨとを測定する。ここで、磁束密度ベクトルの軌跡が一般的な楕円となる場合、その楕円は、パラメータである最大磁束密度Ｂｍａｘ、軸比Ａｘｉｓ、傾き角Ｉｎｃ、及び周波数ｆで定義できる。図５は、最大磁束密度Ｂｍａｘ、軸比Ａｘｉｓ、傾き角Ｉｎｃで定義された回転磁束である。最大磁束密度Ｂｍａｘは磁束密度の大きさの最大値であり、軸比Ａｘｉｓは短軸の長さＢｍｉｎと長軸の長さＢｍａｘの比（短軸の長さＢｍｉｎ／長軸の長さＢｍａｘ）であり、傾き角Ｉｎｃは長軸のあるしてい特定の軸（一般にはｘ軸）からの角度である。更に、磁束密度ベクトルの軌跡である楕円のｘ及びｙ方向成分はそれぞれ正弦波とすることができ、その正弦波の周波数がｆである。また、軸比Ａｘｉｓが零のときは交番磁束となる。したがって、これらのパラメータで一般的な回転磁束及び交番磁束を定義することができる。
【００２８】
以上の実施の形態の磁気測定装置を用いて、面内で磁気異方性の無い板状磁性材料の磁気特性を評価したときの磁界ベクトルの大きさを明暗で表した磁界強度の分布図を図６に示す。ここで、磁界ベクトルはＨコイルを移動させながら測定した。図１１の分布図とは異って、磁界強度は面内で均一となっている。
【００２９】
以上述べたように実施の形態の磁気測定装置において、励磁用継鉄１ｘ、１ｙの先端の形状が円弧形であるため、板状磁性材料の形状に起因した異方的な磁気特性を排除して測定することができる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態の磁気測定装置の励磁用継鉄１０１ｘ（１０１ｙ）の一例を示す斜視図である。励磁用継鉄１０１ｘ（１０１ｙ）は、第１の実施の形態と同様、各励磁用継鉄１０１ｘ（１０１ｙ）の対極する先端の形状は円弧形であり、励磁用継鉄の全体がｚ方向に分割された全体分割励磁用継鉄１０１ｘＵ（１０１ｙＵ）、１０１ｘＬ（１０１ｙＬ）からなる。励磁用継鉄１０１ｘ、１０１ｙに囲まれる位置に、正方形の板状磁性材料１０４が置かれ、全体分割励磁用継鉄１０１ｘＵ（１０１ｙＵ）、１０１ｘＬ（１０１ｙＬ）で挟んで固定される。この場合は、板状磁性材料１０４は円形に加工する必要がなく、従来の正方形への加工でよいことから、板状磁性材料１０４の準備が簡単である。
【００３１】
板状磁性材料１０４内に磁束を集中させるために、図７に示すように、各励磁用継鉄１０１ｘ、１０１ｙの先端の両面（ｚ方向側の面）に傾斜が設けられている。
【００３２】
また、各励磁用継鉄１０１ｘ、１０１ｙから板状磁性材料１０４内に磁束がより一様に流れ込む又は流れ出すように、特に各励磁用継鉄１０１ｘ、１０１ｙの板状磁性材料１０４に相対する部分、又は板状磁性材料１０４の各励磁用継鉄１０１ｘ、１０１ｙに相対する部分の凸凹が大きく、板状磁性材料１０４と各励磁用継鉄１０１ｘ、１０１ｙとが一様に接触し難い場合には、板状磁性材料１０４と各励磁用継鉄１０１ｘ、１０１ｙとの間に隙間を設けてもよい。
【００３３】
しかし、本実施形態では、板状磁性材料と励磁用継鉄の先端部分を面で接触させることができるため、板状磁性材料１０４と各励磁継鉄１０１ｘ、１０１ｙとが一様に接触し易い。したがって、１．５Ｔを超える高磁束密度での測定を行う場合などには、各励磁継鉄１０１ｘ、１０１ｙと板状磁性材料１０４との磁束の流れを阻害する要因となる隙間はむしろ設けない方が好ましい。
【００３４】
（第３の実施の形態）
図８は、第３の実施の形態の磁気測定装置の励磁用継鉄２０１ｘ（２０１ｙ）の一例を示す見取図である。励磁用継鉄２０１ｘ（２０１ｙ）は、第１の実施の形態と同様、各励磁用継鉄２０１ｘ（２０１ｙ）の対極する先端の形状は円弧形であり、励磁用継鉄の一部がｚ方向に分割可能された部分分割励磁用継鉄２０１ｘＦ（２０１ｙＦ）、２０１ｘＢ（２０１ｙＢ）からなる。第２の実施の形態と同様、励磁用継鉄２０１ｘ、２０１ｙに囲まれる位置に、正方形の板状磁性材料２０４が置かれ、部分分割励磁用継鉄２０１ｘＦ（２０１ｙＦ）、２０１ｘＢ（２０１ｙＢ）で挟んで固定される。
【００３５】
第２及び第３の実施の形態では、分割した継鉄を使用して正方形の板状磁性材料の磁気特性を計測する例を示したが、第１の実施の形態においても、円形の空隙を形成する継鉄の先端部の表面で、正方形の板状磁性材料の周辺を支持して固定するようにすれば、板状磁性材料の磁気特性を測定することができる。この場合も、板状磁性材料の形状を円形に加工する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態の磁気測定装置の概略構成を示す上面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の磁気測定装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の磁気測定装置の励磁用継鉄の一例を示す見取図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の磁気測定装置の電気的構成を示す図である。
【図５】一般的な回転磁束の概念の一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の磁気測定装置で、面内で磁気異方性が無い板状磁性材料の磁気特性を評価したときの磁界ベクトルの大きさを明暗で表した磁界強度の分布図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態の磁気測定装置の励磁用継鉄の一例を示す見取図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の磁気測定装置の励磁用継鉄の一例を示す見取図である。
【図９】従来の磁気測定装置の概略構成を示す上面図である。
【図１０】従来の磁気測定装置の概略構成を示す側面図である。
【図１１】従来の磁気測定装置で磁気特性が面内で均一な磁気異方性を有する板状磁性材料の磁気特性を評価したときの磁界ベクトルの大きさを明暗で表した磁界強度の分布図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ｘ    励磁用継鉄
１ｙ    励磁用継鉄
２    継鉄
３    励磁用コイル
４    板状磁性材料
５    隙間
６    Ｂコイル
７    Ｈコイル
８    励磁用継鉄先端の側面
９    ＡＤ変換器
１０    コンピュータ
１１    ＤＡ変換器
１２    パワーアンプ
１０４    板状磁性材料
１０１ｘ    励磁用継鉄
１０１ｙ    励磁用継鉄
１０１ｘＵ、１０１ｘＬ    全体分割励磁用継鉄
１０１ｙＵ、１０１ｙＬ    全体分割励磁用継鉄
２０４    板状磁性材料
２０１ｘ    励磁用継鉄
２０１ｙ    励磁用継鉄
２０１ｘＦ、２０１ｘＢ    部分分割励磁用継鉄
２０１ｙＦ、２０１ｙＢ    部分分割励磁用継鉄
５０１ｘ    励磁用継鉄（ｘ方向）
５０１ｙ    励磁用継鉄（ｙ方向）
５０２    
５０３    励磁用コイル
５０４    板状磁性材料
５０５    隙間
５０６    Ｂコイル５０６
５０７    Ｈコイル
【図１】
2007298336.tif 000003
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図６】
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【図１１】
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