(57)【要約】【課題】電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁気特性を簡易にかつ短時間で測定でき、かつ装置の小型化および低コスト化も図れる簡易ベクトル磁気特性測定装置を提供する。【解決手段】主励磁コイル付きの上下の主励磁コアを十字配置した主励磁器と、両主励磁コアの磁極に配設した２対の磁束密度検出コイルを有し、電磁鋼板のＸ、Ｙ方向の磁束密度を測定する磁束密度測定手段と、両主励磁コイルを流れる電流を検出する一対の電流検出部を有し、主励磁器により励磁した電磁鋼板のＸ、Ｙ方向の磁界強度を測定する磁界強度測定手段と、両主励磁コアから発生した磁束の磁束密度波形が、目標の磁束密度波形となるように制御する磁束密度アナログ波形制御手段とを備え、磁束密度アナログ波形制御手段に、磁束密度検出コイルの誘起電圧と目標電圧との電位差から、誘起電圧と目標電圧とが等しくなる電圧を両主励磁コイルに出力する一対の差動増幅回路を設けた。【選択図】図１
2013124989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極となる長さ方向の両端部を除く部分にそれぞれ主励磁コイルが巻回され、かつＵ字形状に屈曲した一対の主励磁コアを、上下に離間した状態で、前記長さ方向の両端部を２次元平面上で直交するＸ、Ｙ方向に向けて十字配置した主励磁器と、
前記一対の主励磁コアの長さ方向の両端部にそれぞれ巻回されて前記一対の主励磁コアの磁束密度を検出する２対の磁束密度検出コイルを有し、かつ前記主励磁器により励磁された電磁鋼板の前記Ｘ、Ｙ方向における磁束密度を測定する磁束密度測定手段と、
前記それぞれの主励磁コイルを流れる電流を検出する一対の電流検出部を有し、かつ前記主励磁器により励磁された前記電磁鋼板のＸ、Ｙ方向における磁界強度を測定する磁界強度測定手段と、
前記２対の磁束密度検出コイルからそれぞれ得られた誘起電圧に基づき、前記それぞれの主励磁コアから発生した磁束の磁束密度波形が、目標の磁束密度波形となるようにアナログ波形で制御する磁束密度アナログ波形制御手段と、
前記主励磁器、前記磁束密度測定手段、前記磁界強度測定手段および前記磁束密度アナログ波形制御手段をそれぞれ制御する制御部とを備え、
前記磁束密度アナログ波形制御手段は、入力された前記磁束密度検出コイルの誘起電圧と制御目標となる目標電圧との電位差から、前記誘起電圧と前記目標電圧とが等しくなる電圧を前記それぞれの主励磁コイルに出力する一対の差動増幅回路を有した簡易ベクトル磁気特性測定装置。
【請求項２】
前記一対の主励磁コアの長さ方向の両端部には、該一対の主励磁コアの幅方向の両側部分に前記主励磁コアの表裏面を貫通する一対のスリットを離間して形成することで、前記一対の主励磁コアの幅方向の中間部にコイル巻回用板片を形成し、
前記磁束密度検出コイルは、前記それぞれのコイル巻回用板片のみに巻回された請求項１に記載の簡易ベクトル磁気特性測定装置。
【請求項３】
磁極となる長さ方向の両端部を除く部分にそれぞれ主励磁コイルが巻回され、かつＵ字形状に屈曲した一対の主励磁コアを、上下に離間した状態で、前記長さ方向の両端部を２次元平面上で直交するＸ、Ｙ方向に向けて十字配置した主励磁器と、
磁極となる長さ方向の両端部を除く部分にそれぞれ補助励磁コイルが巻回されたＵ字形状に屈曲する一対の補助励磁コアを、上下に離間した状態で、かつ前記長さ方向の両端部を２次元平面上で直交するＸ、Ｙ方向に向けて十字配置するとともに、平面視してこの十字の中心部を前記一対の主励磁コアの十字の中心部に一致させて前記主励磁器の内部空間に、該主励磁器と非接触状態で収納される補助励磁器と、
前記一対の主励磁コアの長さ方向の両端部にそれぞれ巻回されて前記一対の主励磁コアの磁束密度を検出する２対の磁束密度検出コイルを有するとともに、前記一対の補助励磁コアの長さ方向の両端部にそれぞれ巻回されて、前記一対の主励磁コアから発生して前記一対の補助励磁コアに鎖交した磁束を検出する２対の補助磁束密度検出コイルを有し、かつ前記主励磁器により励磁された電磁鋼板の前記Ｘ、Ｙ方向における磁束密度を測定する磁束密度測定手段と、
前記それぞれの補助励磁コイルを流れる電流を検出する一対の電流検出部を有し、かつ前記主励磁器により励磁された前記電磁鋼板のＸ、Ｙ方向における磁界強度を測定する磁界強度測定手段と、
前記２対の磁束密度検出コイルからそれぞれ得られた誘起電圧に基づき、前記一対の主励磁コアから発生した磁束の磁束密度波形が、目標の磁束密度波形となるようにアナログ波形を利用して制御する磁束密度アナログ波形制御手段と、
前記２対の補助磁束密度検出コイルからそれぞれ得られた誘起電圧に基づき、前記一対の補助励磁コアから発生した磁束の磁束密度が見かけ上ゼロとなるようなアナログ制御を行う磁束ゼロアナログ制御手段と、
前記主励磁器、前記補助励磁器、前記磁束密度測定手段、前記磁界強度測定手段、前記磁束密度アナログ波形制御手段および前記磁束ゼロアナログ制御手段を制御する制御部とを備え、
前記磁束密度アナログ波形制御手段は、入力された前記磁束密度検出コイルの誘起電圧と制御目標となる目標電圧との電位差から、前記誘起電圧と前記目標電圧とが等しくなる電圧を前記それぞれの主励磁コイルに出力する一対の差動増幅回路を有し、
前記磁束ゼロアナログ制御手段は、入力された前記補助磁束密度検出コイルの誘起電圧とゼロ電圧との電位差から、前記誘起電圧がゼロとなる電圧を前記それぞれの補助励磁コイルに出力する一対の補助差動増幅回路を有した簡易ベクトル磁気特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、板形状の磁性体の２次元平面における磁気特性を簡便に測定するための簡易ベクトル磁気特性測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器に使用される磁性材料を有効活用するため、例えば、非特許文献１に開示されたベクトル磁気特性技術が提案されている。ベクトル磁気特性技術とは、磁束密度と磁界強度とをベクトル量として直接測定し、磁性材料の磁気異方性や磁気損失を正確に評価するものである。非特許文献１には、ベクトル磁気特性技術を利用した簡易２次元磁気特性測定装置が記載されている。簡易２次元磁気特性測定装置は、電磁鋼板の上方に、主励磁器、磁束密度（Ｂ）センサおよび磁界強度（Ｈ）センサをそれぞれ配置したものである。
【０００３】
このうち、主励磁器は、主励磁コイルが巻回された下向きＵ字形状の一対の主励磁コアを、上下に離間して十字配置したものである。また、磁束密度センサは、Ｘ、Ｙ方向に離間して配置した２組の探針を有したものであって、磁界強度センサは、矩形状のベース板にそれぞれの巻き方向が成す角度が９０度になるように２本のコイルを巻いたＨコイルである。主励磁器から発生したＸ、Ｙの２方向からの励磁電圧により、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁束密度が磁束密度センサにより検出される一方、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁界強度が磁界強度センサによって検出される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】榎園正人、田邊郁雄「簡易２次元磁気特性測定装置」日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．４−２（１９９７）、７１３頁〜７１６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載された簡易２次元磁気特性測定装置にあっては、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁界強度を測定するため、Ｈコイルと称される磁界強度センサと、磁界強度センサからの出力電圧（検出信号）を増幅する高性能なプリアンプとが必要であった。そのため、簡易２次元磁気特性測定装置が大型化し、かつ装置コストも高騰していた。
また、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁束密度の測定時には、Ｘ、Ｙ方向の磁束密度波形を、電気機器内の励磁状態を模擬した磁束条件に制御しなければならない。その際、非特許文献１の簡易２次元磁気特性測定装置にあっては、測定された誘起電圧と、目標電圧と、１つ前の励磁電圧とから次の励磁電圧を計算し、誘起電圧が目標電圧に等しくなるまで、磁束密度波形の修正を繰り返し行わなければならなかった。そのため、Ｘ、Ｙ方向の磁束密度の測定に長時間を要していた。
【０００６】
そこで、発明者らは、鋭意研究の結果、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁束密度の測定手段として、非特許文献１のＸ、Ｙ方向に離間して配置した２対の探針を利用したものに代えて、十字配置された一対の主励磁コアの両端部に巻回した２対の磁束密度検出コイルを有するものを採用した。さらに、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁界強度の測定手段として、非特許文献１のＨコイルおよびプリアンプを利用したものに代えて、一対の主励磁コアに巻回したＸ、Ｙ方向の主励磁コイルに流れる電流の検出を行う電流検出部を有するものを採用した。これらの構成によって、簡易ベクトル磁気特性測定装置の小型化が図れるとともに、この装置の低コスト化も可能になることを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
しかも、発明者らは、鋭意研究の結果、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁束密度の測定手段として、非特許文献１のデジタルフィードバック制御によるデジタル波形制御回路を利用したものに代えて、磁束密度アナログ波形制御手段を利用したものを採用すれば、この磁束密度アナログ波形制御手段に、電気機器内の励磁状態を模擬した磁束条件に対応した目標電圧と、磁束密度検出コイルの出力電圧とを入力することで、磁束密度検出コイルの出力電圧を、目標となる電圧波形に短時間で制御可能なことを知見し、この発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、この発明は、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向における磁気特性を簡易にかつ短時間で測定することができるとともに、装置の小型化および低コスト化も図ることができる簡易ベクトル磁気特性測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、磁極となる長さ方向の両端部を除く部分にそれぞれ主励磁コイルが巻回され、かつＵ字形状に屈曲した一対の主励磁コアを、上下に離間した状態で、前記長さ方向の両端部を２次元平面上で直交するＸ、Ｙ方向に向けて十字配置した主励磁器と、前記一対の主励磁コアの長さ方向の両端部にそれぞれ巻回されて前記一対の主励磁コアの磁束密度を検出する２対の磁束密度検出コイルを有し、かつ前記主励磁器により励磁された電磁鋼板の前記Ｘ、Ｙ方向における磁束密度を測定する磁束密度測定手段と、前記それぞれの主励磁コイルを流れる電流を検出する一対の電流検出部を有し、かつ前記主励磁器により励磁された前記電磁鋼板のＸ、Ｙ方向における磁界強度を測定する磁界強度測定手段と、前記２対の磁束密度検出コイルからそれぞれ得られた誘起電圧に基づき、前記それぞれの主励磁コアから発生した磁束の磁束密度波形が、目標の磁束密度波形となるようにアナログ波形で制御する磁束密度アナログ波形制御手段と、前記主励磁器、前記磁束密度測定手段、前記磁界強度測定手段および前記磁束密度アナログ波形制御手段をそれぞれ制御する制御部とを備え、前記磁束密度アナログ波形制御手段は、入力された前記磁束密度検出コイルの誘起電圧と制御目標となる目標電圧との電位差から、前記誘起電圧と前記目標電圧とが等しくなる電圧を前記それぞれの主励磁コイルに出力する一対の差動増幅回路を有した簡易ベクトル磁気特性測定装置である。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、例えば上向きに配置した主励磁器の一対の主励磁コアと、その上方に配置された電磁鋼板とにより閉磁路を構成し、この状態で２対の主励磁コイルに電圧を印加する。これにより、両主励磁コアから発生した磁束は、両主励磁コアを通って各電極にそれぞれ達し、２対の磁束密度検出コイルに誘起電圧が発生する。これらの誘起電圧はデジタル変換後に制御部に送られ、ここで磁束密度演算部による下記式１を利用した演算によって、一対の主励磁コアの磁束密度が求められる。その結果、電磁鋼板の局部的なＸ、Ｙ方向における磁束密度（Ｂ）を簡易に求めることができる。
【００１１】
【数１】
2013124989.tif 000003
ここで、ＶBxとＶByはＸ方向およびＹ方向のＢコイルの誘起電圧、ＮBxとＮByはＸ方向およびＹ方向のＢコイルの巻数、ＳBxとＳByはＸ方向およびＹ方向の主励磁コアの断面積である。
【００１２】
その際、電磁鋼板が使用される実機内で発生する励磁状態を模擬するため、Ｘ、Ｙ方向の磁束密度波形を正弦波に制御し、磁束密度を測定する。具体的には、制御部のストレージに入力された磁束条件に対応した目標の電圧波形をアナログ変換し、これを磁束密度アナログ波形制御手段に入力する。これにより、磁束密度検出コイルの誘起電圧と目標電圧とが差動増幅回路に入力され、この差動増幅回路からは、入力した２つの電圧が等しくなるような電圧が出力される。その結果、磁束密度アナログ波形制御手段では、制御部において設定した目標電圧を１回だけ差動増幅回路に出力すれば、磁束密度検出コイルの誘起電圧は目標電圧と等しくなる。よって、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向における磁束密度を短時間で測定することができる。
【００１３】
また、一対の主励磁コイルに流れる電流（励磁電流）を電流検出部により検出することで、この検出結果が送信された制御部において、下記式２を利用した磁界強度演算部による演算によって、電磁鋼板の局部的なＸ方向およびＹ方向における磁界強度（Ｈ）を簡易に測定することができる。
【００１４】
【数２】
2013124989.tif 000004
ここで、ＩxとＩyはＸ方向およびＹ方向の主励磁コイルに流れる励磁電流、ＮxとＮyはＸ方向およびＹ方向の主励磁コイルの巻数、ＬCXとＬCYはＸ方向およびＹ方向の主励磁コアの磁路長、ＬGXとＬGYはＸ方向およびＹ方向の主励磁コアと電磁鋼板との間の磁路長、ＬSXとＬSYはＸ方向およびＹ方向の電磁鋼板の磁路長である。
これらの構成によって、電磁鋼板のベクトル磁気特性（磁束密度および磁界強度）を簡易に測定することができるとともに、従来の磁界強度センサとプリアンプとが不要となって装置の小型化および低コスト化も図ることができる。
【００１５】
簡易ベクトル磁気特性測定装置とは、磁束密度と磁界強度とをベクトル量として直接測定し、磁性材料（電磁鋼板）の磁気異方性および磁気損失を評価するベクトル磁気特性技術を利用して、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向における磁束密度および磁界強度の測定を簡易化したものである。
電磁鋼板とは磁性および導電性を有した鋼からなる板材である。電磁鋼板の厚さは０．１〜０．５ｍｍである。
主励磁器とは、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁束密度および磁界強度を測定するため、一対の主励磁コイルによりＵ字形ヨークである一対の主励磁コア（ヨーク）の励磁を行う装置である。一対の主励磁コアは、長さ方向をＸ方向に向けたＸ側の主励磁コアと、長さ方向をＹ方向に向けたＹ側の主励磁コアとからなる。Ｘ、Ｙ側の主励磁コアは、薄板を重ね合わせた多層式のものでも、厚肉な単層式のものでもよい。両主励磁コアの素材としては、無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、フェライトコア、アモルファスコアなどを採用することができる。
【００１６】
一対（Ｘ、Ｙ側）の主励磁コア（鉄心、継鉄）は、その長さ方向の両端部が磁極となり、両主励磁コアは上向きのＵ字形状に配置しても、下向きのＵ字形状に配置してもよい。
主励磁コアの長さ方向の両端部とは、主励磁コアのＵ字形状の曲がりを延ばして主励磁コアを細長い板形状としたとき、この板の長さ方向の両端部（磁極）に該当する部分をいう。
一対の主励磁コア上での主励磁コイルの具体的な巻回位置としては、例えば、Ｕ字形状の主励磁コアの屈曲した両側部（脚部）のうち、磁極となる先端部を除いた部分などが挙げられる。その他、各主励磁コアの長さ方向の中間部などでもよい。
主励磁コイルとしては、外径が０．２〜１ｍｍのエナメル線を採用することができる。これにより、コイルは巻き数が増えても嵩張りにくく、結果として主励磁器の小型化が図れる。
また、磁束密度検出コイルとしては、外径が０．１〜０．５ｍｍのエナメル線を採用することができる。
電流検出部としては、主励磁コイルを流れる励磁電流を検出可能なものであれば限定されない。例えば、電流検出用抵抗部を採用することができる。その他、電流プローブなどでもよい。
【００１７】
磁束密度アナログ波形制御手段は、Ｘ方向に長い主励磁コアの磁極側の両端部に配置された一対の（Ｘ側の）磁束密度検出コイルから得られた誘起電圧を、目標の磁束密度波形となるように制御するとともに、Ｙ方向に長い主励磁コアの磁極側の両端部に配置された一対の（Ｙ側の）磁束密度検出コイルから得られた誘起電圧を、目標の磁束密度波形となるように制御するものである。磁束密度アナログ波形制御手段としては、差動増幅回路の他、差動増幅回路から出力された電圧を増幅する電力増幅回路などを有したものを採用することができる。
【００１８】
目標電圧とは、主励磁コアから発生した磁束が目標の磁束密度波形となるように制御する際の指標となる電圧である。
差動増幅回路は、入力された誘起電圧と目標電圧との電位差を、一定係数（差動利得）で増幅して出力する回路である。
制御部は、簡易ベクトル磁気特性測定装置の電気系統の全体を制御するものである。具体的には、主励磁器、磁束密度測定手段、磁界強度測定手段および磁束密度アナログ波形制御手段などを制御するパソコンを採用することができる。制御部（パソコン）は、例えば、各磁束密度検出コイルにより発生したアナログの誘起電圧をデジタルに変換するＡ／Ｄ（アナログデジタル）コンバータ、目標電圧などを記憶するストレージ、このストレージに記憶されたデジタルの目標電圧を磁束密度アナログ波形制御手段に出力するにあたってアナログ変換するＤ／Ａ（デジタルアナログ）コンバータなどを有している。
【００１９】
また、請求項２に記載の発明は、前記一対の主励磁コアの長さ方向の両端部には、該一対の主励磁コアの幅方向の両側部分に前記主励磁コアの表裏面を貫通する一対のスリットを離間して形成することで、前記一対の主励磁コアの幅方向の中間部にコイル巻回用板片を形成し、前記磁束密度検出コイルは、前記それぞれのコイル巻回用板片のみに巻回された請求項１に記載の簡易ベクトル磁気特性測定装置である。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、一対の主励磁コアの長さ方向の両端部のうち、磁束密度検出コイルが巻回される部分を、一対のスリットを介して、主励磁コアの幅方向の中間部に設けたコイル巻回用板片のみとした。これにより、電磁鋼板の磁気特性評価領域が、主励磁器の内部空間の平面視した中央部と対向し、直線的な磁束が発生する狭い領域に限定され、主励磁コアの磁極から発生した磁束と磁気特性評価領域の磁束量とに差異が発生し難い。その結果、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向における磁束密度の測定誤差が減少する。これに対して、主励磁コアの長さ方向の両端部の全域に磁束密度検出コイルを巻回した場合には、主励磁コアから発生した磁束は、磁気特性評価領域のうち、磁束方向と直交する両端部で円弧形状に湾曲する。そのため、主励磁コアの磁極から発生した磁束と磁気特性評価領域の磁束量とに差異が生じ、磁束密度に測定誤差が発生し易い。
【００２１】
主励磁コアの磁極側の端部のうち、コイル巻回用板片が形成される主励磁コアの幅方向の中間部とは、例えば、主励磁コアの磁極側の端部をその幅方向に向かって３等分割した際の中間部分をいう。ただし、この３等分割に限定されない。コイル巻回用板片のうち、主励磁コアの幅方向の両側には、一対のスリットが形成されている。これらのスリットは、磁束密度検出コイルをコイル巻回用板片に巻回する際の巻き溝となる。
【００２２】
さらに、請求項３に記載の発明は、磁極となる長さ方向の両端部を除く部分にそれぞれ主励磁コイルが巻回され、かつＵ字形状に屈曲した一対の主励磁コアを、上下に離間した状態で、前記長さ方向の両端部を２次元平面上で直交するＸ、Ｙ方向に向けて十字配置した主励磁器と、磁極となる長さ方向の両端部を除く部分にそれぞれ補助励磁コイルが巻回されたＵ字形状に屈曲する一対の補助励磁コアを、上下に離間した状態で、かつ前記長さ方向の両端部を２次元平面上で直交するＸ、Ｙ方向に向けて十字配置するとともに、平面視してこの十字の中心部を前記一対の主励磁コアの十字の中心部に一致させて前記主励磁器の内部空間に、該主励磁器と非接触状態で収納される補助励磁器と、前記一対の主励磁コアの長さ方向の両端部にそれぞれ巻回されて前記一対の主励磁コアの磁束密度を検出する２対の磁束密度検出コイルを有するとともに、前記一対の補助励磁コアの長さ方向の両端部にそれぞれ巻回されて、前記一対の主励磁コアから発生して前記一対の補助励磁コアに鎖交した磁束を検出する２対の補助磁束密度検出コイルを有し、かつ前記主励磁器により励磁された電磁鋼板の前記Ｘ、Ｙ方向における磁束密度を測定する磁束密度測定手段と、前記それぞれの補助励磁コイルを流れる電流を検出する一対の電流検出部を有し、かつ前記主励磁器により励磁された前記電磁鋼板のＸ、Ｙ方向における磁界強度を測定する磁界強度測定手段と、前記２対の磁束密度検出コイルからそれぞれ得られた誘起電圧に基づき、前記一対の主励磁コアから発生した磁束の磁束密度波形が、目標の磁束密度波形となるようにアナログ波形を利用して制御する磁束密度アナログ波形制御手段と、前記２対の補助磁束密度検出コイルからそれぞれ得られた誘起電圧に基づき、前記一対の補助励磁コアから発生した磁束の磁束密度が見かけ上ゼロとなるようなアナログ制御を行う磁束ゼロアナログ制御手段と、前記主励磁器、前記補助励磁器、前記磁束密度測定手段、前記磁界強度測定手段、前記磁束密度アナログ波形制御手段および前記磁束ゼロアナログ制御手段を制御する制御部とを備え、前記磁束密度アナログ波形制御手段は、入力された前記磁束密度検出コイルの誘起電圧と制御目標となる目標電圧との電位差から、前記誘起電圧と前記目標電圧とが等しくなる電圧を前記それぞれの主励磁コイルに出力する一対の差動増幅回路を有し、前記磁束ゼロアナログ制御手段は、入力された前記補助磁束密度検出コイルの誘起電圧とゼロ電圧との電位差から、前記誘起電圧がゼロとなる電圧を前記それぞれの補助励磁コイルに出力する一対の補助差動増幅回路を有した簡易ベクトル磁気特性測定装置である。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、例えば上向きに配置した主励磁器の一対の主励磁コアおよび補助励磁器の一対の補助励磁コアと、これらの上方に配置された電磁鋼板との間で閉磁路が構成される。この状態で一対の主励磁コイルに電圧を印加すれば、両主励磁コアから発生した磁束が、両主励磁コアを通って各電極にそれぞれ到達し、２対の磁束密度検出コイルに誘起電圧が発生する。これらの誘起電圧はデジタル変換後に制御部に送られ、ここで前記式１を利用した誘起電圧の演算がなされる。これにより、電磁鋼板の局部的なＸ、Ｙ方向における磁束密度が簡易に求められる。
【００２４】
また、磁界強度の測定にあっては、小型の簡易ベクトル磁気特性測定装置の使用および高い磁束密度条件での磁気特性の測定に際して、主励磁コア内の磁束密度が増加し、主励磁コアの磁気損失も増加する。そのため、測定した励磁電流（磁界強度）には、電磁鋼板だけでなく主励磁コアの磁気特性の影響も含まれる。
そこで、この問題を解消するため、磁束ゼロアナログ制御手段の補助差動増幅回路には、補助磁束密度検出コイルからの出力電圧を入力し、２つの入力端子の一方にはゼロ電圧を入力する（または何も入力しない）。補助差動増幅回路は、入力した２つの電圧が等しくなるような電圧を出力するため、その出力電圧を補助励磁コイルに送ることで、補助励磁コイルは、補助磁束密度検出コイルの誘起電圧が見かけ上ゼロ（零）となるような補助励磁コアの励磁を行う。この状態で、補助励磁コイルに流れる励磁電流を測定すれば、補助励磁コアの磁気特性の影響を受けず、電磁鋼板の磁路長のみから局所的なＸ、Ｙ方向の磁界強度を測定することができる。
【００２５】
補助励磁器とは、主励磁器より小型で、かつ主励磁器によって一対の主励磁コアの励磁を行う電気機器である。一対の補助励磁コア（ヨーク）は、長さ方向をＸ方向に向けたＸ側の補助励磁コアと、長さ方向をＹ方向に向けたＹ側の補助励磁コアとからなる。Ｘ、Ｙ側の補助励磁コアは、薄板を重ね合わせた多層式のものでも、厚肉な単層式のものでもよい。補助励磁コアの素材としては、例えば無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板、フェライトコア、アモルファスコアなどを採用することができる。
一対（Ｘ、Ｙ側）の補助励磁コアは、その長さ方向の両端部が磁極となり、両補助励磁コアは両主励磁コアのＵ字の向き（開口部の方向）と一致させて、上向きのＵ字形状に配置しても、下向きのＵ字形状に配置してもよい。
補助励磁器を主励磁器の内部空間に収納する際には、主励磁器のＸ、Ｙ側の主励磁コアの平面視した中心点と、補助励磁器のＸ、Ｙ側の補助励磁コアの平面視した中心点とが直交する仮想のＸラインと仮想のＹラインとの交差点上で重なるように配置する。また、両主励磁コアの磁極と両補助励磁コアの磁極とは、それぞれの先端面の高さが同一の水平面上に配置されるように構成する。
【００２６】
一対の補助励磁コア上での補助励磁コイルの具体的な巻回位置としては、例えば、Ｕ字形状の補助励磁コアの屈曲した両側部（脚部）のうち、電極となる先部を除いた部分などが挙げられる。その他、各補助励磁コアの長さ方向の中間部でもよい。
補助励磁コイルとしては、外径が０．２〜１ｍｍのエナメル線を採用することができる。これにより、補助励磁コイルは巻き数が増えても嵩張りにくく、結果として主励磁器の小型化が図れる。
補助磁束密度検出コイルとしては、外径が０．１〜０．５ｍｍのエナメル線を採用することができる。
補助励磁コイルから発生した励磁電流を測定する電流検出部としては、補助励磁コイルを流れる励磁電流を検出する電流検出用抵抗部、電流プローブなどを採用することができる。
補助励磁コアの幅は、前記コイル巻回用板片の幅と同一としてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１に記載の発明によれば、Ｘ方向を長さ方向としたＸ側の主励磁コアの両端部に一対のＸ側の磁束密度検出コイルを配設し、かつＹ方向を長さ方向としたＹ側の主励磁コアの両端部に一対のＹ側の磁束密度検出コイルを配設している。そのため、Ｘ、Ｙ側の２対の磁束密度検出コイルにより、Ｘ、Ｙ側の主励磁コアの磁束密度がそれぞれ検出されることで、電磁鋼板のＸ、Ｙの２次元方向における磁束密度を検知することができる。
また、十字配置された一対の主励磁コアに巻回された主励磁コイルを流れる電流を電流検出部により測定するようにしたので、得られた電流値に基づく制御部での演算により、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向における磁界強度を簡易に測定することができる。
以上の構成によって、電磁鋼板のベクトル磁気特性を簡易に測定することができるとともに、従来の測定装置では必須構成体であったＨコイルおよびプリアンプが不要となり、簡易ベクトル磁気特性測定装置の小型化および低コスト化も図ることができる。
【００２８】
さらに、ここでは、電磁鋼板の磁束密度測定手段として、従来のデジタルフィードバック制御方式のデジタル波形制御手段に代えて、差動増幅回路を有し、かつ主励磁コアの磁束密度を目標の磁束密度波形となるように制御する磁束密度アナログ波形制御手段を採用している。これにより、実機内で発生する励磁状態を模擬するため、Ｘ、Ｙ方向の磁束密度の正弦波形を制御して磁束密度を測定するとき、磁束密度検出コイルの誘起電圧と目標電圧とを差動増幅回路に入力し、差動増幅回路から２つの電圧が等しくなるような電圧を主励磁コイルに出力する。その結果、設定した目標電圧を制御部から差動増幅回路に１回だけ出力すれば、磁束密度検出コイルの誘起電圧は目標電圧と等しくなる。よって、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向における磁束密度を短時間で測定することができる。
【００２９】
請求項２に記載の発明によれば、一対の主励磁コアの長さ方向の両端部（磁極部分）のうち、磁束密度検出コイルが巻回される部分を、主励磁コアの幅方向の中間部に設けたコイル巻回用板片のみとした。これにより、電磁鋼板の磁気特性評価領域が、主励磁器の内部空間の平面視した中央部と対向する狭い領域に限定される。その結果、磁束の進行方向に直交する方向への円弧形状の広がりが抑えられ、主励磁コアの磁極から発生した磁束と磁気特性評価領域の磁束量とに差異が生じ難くなり、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向における磁束密度の測定誤差を減少させることができる。
【００３０】
請求項３に記載の発明によれば、十字配置された一対の補助励磁コアの十字の中心部と、十字配置された一対の主励磁コアの十字の中心部とを一致させて、補助励磁器を主励磁器の内部空間に収納させ、この状態で、一対の主励磁コアと、電磁鋼板と、一対の補助励磁コアとの間に形成された閉磁路での磁界強度を測定する。このとき、主励磁コイルの励磁電流の測定値から主励磁コアの磁気特性の影響を排除するため、磁束ゼロアナログ制御手段の補助差動増幅回路に、補助磁束密度検出コイルからの誘起電圧とゼロ電圧とを入力する。これにより、補助差動増幅回路からは、入力した２つの電圧が等しくなるような電圧が補助励磁コイルに出力される。その結果、補助励磁コイルでは、補助磁束密度検出コイルの誘起電圧が見かけ上ゼロとなる補助励磁コアの励磁が行われる。この状態で、Ｘ、Ｙ側の補助励磁コイルにそれぞれ流れる励磁電流を測定し、これらの測定値に基づき、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁界強度を測定すれば、補助励磁コアの磁気特性の影響を受けず、電磁鋼板の局所的なＸ、Ｙ方向の磁界強度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置のブロック図である。
【図２】この発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の分解斜視図である。
【図３】この発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の主励磁器の斜視図である。
【図４】この発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の主励磁器の分解斜視図である。
【図５】この発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の磁束密度アナログ波形制御手段を含む制御系統のフローシートである。
【図６】この発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の主励磁器での磁束の発生状況を示す横断面図である。
【図７】この発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の閉磁路における電流の流れを示す縦断面図である。
【図８】この発明の実施例２に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の主励磁器の斜視図である。
【図９】この発明の実施例２に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の主励磁器での磁束の発生状況を示す横断面図である。
【図１０】この発明の実施例２に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の閉磁路における電流の流れを示す縦断面図である。
【図１１】この発明の実施例３に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置のブロック図である。
【図１２】この発明の実施例３に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の主励磁器および補助励磁器の斜視図である。
【図１３】この発明の実施例３に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の磁束密度アナログ波形制御手段を含む制御系統のフローシートである。
【図１４】この発明の実施例３に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の主励磁器での磁束の発生状況を示す横断面図である。
【図１５】この発明の実施例３に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置の閉磁路における電流の流れを示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。まず、図１〜図７を参照して、この発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置について述べる。
【実施例】
【００３３】
図１〜図４において、１０はこの発明の実施例１に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置（以下、測定装置）で、この測定装置１０は、磁極となる長さ方向の両端部を除く部分にそれぞれ主励磁コイル１１が巻回され、かつＵ字形状に屈曲した一対の主励磁コア１２を、上下に離間した状態で、長さ方向の両端部を２次元平面上で直交するＸ、Ｙ方向に向けて十字配置した主励磁器１３と、主励磁器１３を収納するとともに、電磁鋼板１４が載置される蓋体１５が付いたケーシング１６と、一対の主励磁コア１２の長さ方向の両端部にそれぞれ巻回されて一対の主励磁コア１２の磁束密度を検出する２対の磁束密度検出コイル（磁束密度測定手段）１７と、一対の主励磁コイル１１を流れる電流を検出する一対の電流検出部である電流検出用抵抗部（磁界強度測定手段）１８と、２対の磁束密度検出コイル１７からそれぞれ得られた誘起電圧に基づき、それぞれの主励磁コア１２から発生した磁束の磁束密度波形が、目標の磁束密度波形となるようにアナログ正弦波で制御する磁束密度アナログ波形制御手段２０と、主励磁器１３、磁束密度検出コイル１７を含む磁束密度測定手段、電流検出用抵抗部１８を含む磁界強度測定手段および磁束密度アナログ波形制御手段２０をそれぞれ制御する制御部（パソコン）２１とを備えている。
【００３４】
以下、これらの構成部品を具体的に説明する。
電磁鋼板１４は、磁性および導電性を有した鋼からなる厚さが０．５ｍｍで、一辺が８０ｍｍの正方形の薄板である（図２）。
主励磁器１３は、長さ方向をＸ方向に向けたＸ側の主励磁コア１２と、長さ方向をＹ方向に向け、かつＸ側の主励磁コア１２に比べて屈曲した両側部（脚部）の長さが短いＹ側の主励磁コア１２とを、上下に数ｍｍの隙間をあけ、かつ平面視したとき、それぞれの中心点（主励磁コア１２の長さ方向の中間点でかつその幅方向の中間点）を重ね合わせて十字配置したものである（図２〜図４）。Ｘ、Ｙ側の主励磁コア１２は、方向性電磁鋼板の上向きＵ字形状のヨークで、これらの主励磁コア１２は、多数の薄板を重ね合わせた多層式のものである。
【００３５】
両主励磁コア１２の屈曲した両側部（脚部）のうち、電極となる端部を除いた部分には、２対の主励磁コイル１１がそれぞれ所定の巻数で巻き付けられている。具体的には、例えばＸ側の一対の主励磁コイル１１は、外径が０．４ｍｍの１本のエナメル線をＸ側の主励磁コア１２の一方の屈曲した側部に所定巻数だけ巻回した後、さらにエナメル線の先部を外方へ延出し、Ｘ側の主励磁コア１２の他方に屈曲した側部に、所定の巻数だけ巻回している。なお、図１では、便宜上、１本のエナメル線により構成された一対のＸ側の主励磁コイル１１を、Ｘ側の主励磁コア１２の長さ方向の中間部に、一纏めに巻き付けている。また、Ｘ側の主励磁コア１２の長さ方向の中間部から導出されたエナメル線には、Ｘ側の主励磁コイル１１を流れる電流を検出するＸ側の電流検出用抵抗部（電流検出部）１８が接続されている。図示しないものの、一対のＹ側の主励磁コイル１１と、Ｙ側の主励磁コア１２との関係も同様である。また、Ｙ側の主励磁コア１２から導出されたエナメル線には、Ｙ側の主励磁コイル１１を流れる電流を検出するＹ側の電流検出用抵抗部１８が接続されている。
【００３６】
また、Ｘ、Ｙ側の主励磁コア１２の長さ方向の両端部（磁極側の両端部）には、２対の磁束密度検出コイル（一対のＸ側の磁束密度検出コイル、一対のＹ側の磁束密度検出コイル）１７が、所定の巻数でそれぞれ巻回されている。各対の磁束密度検出コイル１７は、外径が０．２ｍｍの１本のエナメル線からなる。具体的には、１本のエナメル線をＸ側の主励磁コア１２の長さ方向の一端部に所定の巻数だけ巻き付けた後、そこからエナメル線の先部が外方へさらに延出し、Ｘ側の主励磁コア１２の長さ方向の他端部に、所定の巻数だけ巻回されている。図示しないものの、一対のＹ側の磁束密度検出コイル１７と、Ｙ側の主励磁コア１２との関係も同様である。なお、図１では、便宜上、１本のエナメル線により構成された一対のＸ側の磁束密度検出コイル１７を、Ｘ側の主励磁コア１２の長さ方向の一端部に、一纏めに巻き付けた状態で図示している。
【００３７】
主励磁器１３は、Ｘ側およびＹ側の主励磁コア１２が、それぞれ上向きのＵ字形状となるように、ケーシング１６の底板１６ａの上面の中央部に固定されている。ケーシング１６は非磁性体（布ベーク）からなり、かつ平面視して正方形で深さが主励磁器１３の高さと同一となった上面開口式の容器である。また、蓋体１５はケーシング１６と同一素材で、かつ電磁鋼板１４より大判な正方形の板材である。蓋体１５の中央部には、両主励磁コア１２の各磁極を、それぞれの磁極面（先端面）が蓋体１５の表面と等しくなるように収納可能な細長い短冊状の４本の長孔１５ａが、平面視して矩形枠状に配設されている。
【００３８】
次に、図１を参照して、磁束密度アナログ波形制御手段２０を詳細に説明する。
磁束密度アナログ波形制御手段２０は、Ｘ方向に長い主励磁コア１２の磁極側の両端部に配置された一対のＸ側の磁束密度検出コイル１７から得られた誘起電圧を、目標の磁束密度波形となるように制御するとともに、Ｙ方向に長い主励磁コア１２の磁極側の両端部に配置された一対のＹ側の磁束密度検出コイル１７から得られた誘起電圧を、目標の磁束密度波形となるように制御するものである。
磁束密度アナログ波形制御手段２０は、入力されたＸ、Ｙ側の磁束密度検出コイル１７の誘起電圧と、交流電源１９から出力された制御目標となる目標電圧との電位差を一定係数（差動利得）で増幅して、誘起電圧と目標電圧とが等しくなる電圧を出力するＸ、Ｙ側の差動増幅回路２２と、これらの差動増幅回路２２から出力された電圧を一定係数で増幅して、それぞれの主励磁コイル１１に出力するＸ、Ｙ側の電力増幅回路２３とを有している。差動増幅回路２２はオペアンプおよび抵抗などによって構成されている。
【００３９】
次に、図５のフローシートを参照して、制御部２１を具体的に説明する。
制御部２１は、測定装置１０の電気系統の全体を制御するもので、例えば主励磁器１３、磁束密度検出コイル１７を有した磁束密度測定手段、電流検出用抵抗部１８を有した磁界強度測定手段および磁束密度アナログ波形制御手段２０などを、Ａ／Ｄコンバータ３０とＤ／Ａコンバータ３１とを介して制御する。具体的には、制御部２１は、目標電圧などを記憶するストレージと、Ｘ、Ｙ側の磁束密度検出コイル１７から出力された誘起電圧から、一対の主励磁器１３により励磁された電磁鋼板１４のＸ、Ｙ方向における磁束密度を演算する磁束密度演算部と、Ｘ、Ｙ側の電流検出用抵抗部１８によって検出された電流値から、Ｘ、Ｙ側の主励磁器１３により励磁された電磁鋼板１４のＸ、Ｙ方向における磁界強度を演算する磁界強度演算部とを有している。なお、Ａ／Ｄコンバータ３０は、各磁束密度検出コイル１７により発生したアナログの誘起電圧をデジタルに変換するもので、またＤ／Ａコンバータ３１は、ストレージに記憶されたデジタルの目標電圧を磁束密度アナログ波形制御手段２０へ出力する際にアナログ変換するものである。
【００４０】
次に、図１、図２および図５〜図７を参照して、この発明の実施例１に係る測定装置１０を用いて、電磁鋼板１４の磁気測定を行う方法について説明する。
まず、矩形状に切断された電磁鋼板１４をケーシング１６の蓋体１５の上面に載置し、主励磁器１３の一対の主励磁コア１２と電磁鋼板１４との間に閉磁路を形成する（図２）。この状態でＸ、Ｙ側の主励磁コイル１１に所定の交流電圧をそれぞれ印加する（図６および図７）。これにより、Ｘ、Ｙ側の主励磁コア１２では、それぞれ一方のＮ極側の主励磁コア１２から他方のＳ極側の主励磁コア１２に向かって磁束が発生する。この発生した磁束は、両主励磁コア１２を通って各電極にそれぞれ到達し、Ｘ、Ｙ側の磁束密度検出コイル１７に誘起電圧が発生する。これらの誘起電圧はＡ／Ｄコンバータ３０によりデジタル変換された後、制御部２１に送られる。制御部２１では、ストレージに記憶された式１を利用して、磁束密度演算部によるＸ、Ｙ側の主励磁コア１２の磁束密度の演算が行われる。その結果、電磁鋼板１４の局部的なＸ、Ｙ方向における磁束密度（Ｂ）を簡易に求めることができる。
【００４１】
【数３】
2013124989.tif 000005
ここで、ＶBxとＶByはＸ方向およびＹ方向のＢコイルの誘起電圧、ＮBxとＮByはＸ方向およびＹ方向のＢコイルの巻数、ＳBxとＳByはＸ方向およびＹ方向の主励磁コアの断面積である。
【００４２】
その際、電磁鋼板１４が使用される実機内で発生する励磁状態を模擬するため、Ｘ、Ｙ方向の磁束密度正弦波を制御し、前記磁束密度の測定が行われる。具体的には、制御部２１のストレージに入力された磁束条件に対応した目標の電圧波形をＤ／Ａコンバータ３１を用いてアナログ変換し、それを磁束密度アナログ波形制御手段２０に入力する。これにより、Ｘ、Ｙ側の磁束密度検出コイル１７の誘起電圧と目標電圧とが差動増幅回路２２に入力され、この差動増幅回路２２からは、入力した２つの電圧が等しくなるような電圧が出力され、それが電力増幅回路２３により増幅される。その結果、磁束密度アナログ波形制御手段２０では、制御部２１において設定した目標電圧を１回だけ差動増幅回路２２に出力すれば、磁束密度検出コイル１７の誘起電圧は目標電圧と等しくなる。
【００４３】
従来のデジタルフィードバック制御では、Ａ／Ｄコンバータ３０によって制御部２１に取り込まれたＸ、Ｙ側の磁束密度検出コイル１７の誘起電圧ＶＢと、目標電圧Ｖｒと、１つ前の励磁電圧Ｖｅｘとから、次の励磁電圧を計算し、誘起電圧ＶＢが目標電圧Ｖｒに等しくなるまで正弦波形の修正を繰り返し行っていた。この際、１つ前の励磁電圧に基づいて次の励磁電圧が計算されるため、１回の励磁で目標電圧に制御することは不可能であった。すなわち、例えば、交番磁束条件でのベクトル磁気特性測定におけるパラメータを、磁束密度の大きさＢｍａｘと磁束密度ベクトルの傾き角度θＢとし、回転磁束条件でのベクトル磁気特性測定におけるパラメータを、磁束密度の大きさＢｍａｘ、磁束密度ベクトルの傾き角度θＢだけでなく、楕円の長軸と短軸の軸比αとする。ここで、Ｂｍａｘ＝０．１〜１．４Ｔ（０．１Ｔ間隔）、α＝０〜１（０．２間隔）、θＢ＝０〜９０（１０°間隔）の測定条件を設定した場合には、条件数の合計は８４０となる。デジタルフィードバック制御において、１条件の磁束密度波形の修正回数を１０回とすれば、合計８４００回の波形を修正する必要があり、測定時間が膨大となる。
【００４４】
これに対して、実施例１の磁束密度アナログ波形制御手段２０を利用したアナログ波形（正弦波形）制御では、差動増幅回路２２に、磁束密度検出コイル１７の誘起電圧ＶＢと目標電圧Ｖｒを入力することで、差動増幅回路２２からは入力された２つの電圧が等しくなるような電圧が出力される。その結果、アナログ波形制御では、制御部２１で設定した目標電圧を１回だけ出力すれば、磁束密度検出コイル１７の誘起電圧は目標電圧と等しくなる。すなわち、この磁束密度アナログ波形制御手段２０（アナログフィードバック回路）を用いた場合、１条件の測定が１回で終了するため、上述したＢｍａｘ＝０．１〜１．４Ｔ（０．１Ｔ間隔）、α＝０〜１（０．２間隔）、θＢ＝０〜９０（１０°間隔）の測定条件を設定しても、８４０回の測定を行えばよく、従来のデジタルフィードバック制御に比べて、測定時間が１／１０に短縮する。その結果、電磁鋼板１４の局所的なＸ、Ｙ方向における磁束密度を短時間で測定することができる。
【００４５】
また、磁束密度測定時には、Ｘ、Ｙ側の主励磁コイル１１に流れる電流（励磁電流）が、電流検出用抵抗部１８により検出される。得られた検出結果は制御部２１に送信され、ここで制御部２１のストレージに記憶された式２を利用し、磁界強度演算部によって電磁鋼板１４の局部的なＸ方向およびＹ方向における磁界強度が演算される。その結果、電磁鋼板１４の局部的なＸ方向およびＹ方向における磁界強度（Ｈ）を簡易に測定することができる。
【００４６】
【数４】
2013124989.tif 000006
ここで、ＩxとＩyはＸ方向およびＹ方向の励磁電流、ＮxとＮyはＸ方向およびＹ方向の主励磁コイルの巻数、ＬCXとＬCYはＸ方向およびＹ方向の主励磁コアの磁路長、ＬGXとＬGYはＸ方向およびＹ方向の主励磁コアと電磁鋼板（試験体）との間の磁路長、ＬSXとＬSYはＸ方向およびＹ方向の電磁鋼板の磁路長である。
これらの構成によって、電磁鋼板１４のベクトル磁気特性（磁束密度および磁界強度）を簡易に測定することができるとともに、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００４７】
次に、図８〜図１０を参照して、この発明の実施例２に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置（以下、測定装置）１０Ａを説明する。
図８に示すように、実施例２の測定装置１０Ａの特徴は、一対の主励磁コア１２の長さ方向の両端部に、一対の主励磁コア１２の幅方向の両側部分に主励磁コア１２の表裏面を貫通する一対のスリットＳを離間して形成し、かつ一対の主励磁コア１２の幅方向の中間部にコイル巻回用板片３２を現出させ、一対のスリットＳをエナメル線であるコイルの巻き溝として、それぞれのコイル巻回用板片３２のみに磁束密度検出コイル１７を巻回させた点である。なお、コイル巻回用板片３２は、主励磁コア１２の磁極側の端部をその幅方向に向かって３等分割したときの中間部分に配置される。
【００４８】
このように構成したことで、電磁鋼板１４の磁気特性評価領域Ａ１が、主励磁器１３の内部空間の平面視した中央部と対向する狭い領域に限定され、主励磁コア１２の磁極から発生した磁束と磁気特性評価領域Ａ１の磁束量とに差異が発生し難くなる。その結果、電磁鋼板１４の局所的なＸ、Ｙ方向における磁束密度の測定誤差を低減することができる（図９および図１０）。
なお、実施例１の測定装置１０のように、主励磁コア１２の長さ方向の両端部の全域に磁束密度検出コイル１７を巻回した場合、主励磁コア１２から発生した磁束は、磁気特性評価領域Ａのうち、磁束方向と直交する両端部で円弧形状に湾曲する（図６）。そのため、実施例２の測定装置１０Ａの磁気特性評価領域Ａ１に比べて、主励磁コア１２の磁極から発生した磁束と磁気特性評価領域Ａの磁束量とに差異が生じ易く、磁束密度に測定誤差が発生し易くなる。
測定装置１０Ａのセンサ構造によれば、主励磁コア１２に流れる電流から磁界強度が評価される。具体的には、主励磁コア１２と電磁鋼板１４とにより閉磁路が構成され、ここでは主励磁コア１２の磁路長、主励磁コア１２と電磁鋼板１４との間の磁路長、電磁鋼板１４の磁路長を含めた磁界強度が評価される（式２）。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるため、説明を省略する。
【００４９】
次に、図１１〜図１５を参照して、この発明の実施例３に係る簡易ベクトル磁気特性測定装置（以下、測定装置）１０Ｂを説明する。
図１１〜図１３に示すように、実施例３の測定装置１０Ｂは、（１）主励磁器１３の内部空間に、磁極となる長さ方向の両端部を除く部分にそれぞれ補助励磁コイル３３が巻回されたＵ字形状に屈曲するＸ、Ｙ側の一対の補助励磁コア３４を、上下に離間した状態で、かつ長さ方向の両端部を２次元平面上で直交するＸ、Ｙ方向に向けて十字配置するとともに、平面視してこの十字の中心部を一対の主励磁コア１２の十字の中心部に一致させて主励磁器１３の内部空間に、この主励磁器１３と非接触状態で補助励磁器３５を収納した点と、（２）磁束密度測定手段が、一対の補助励磁コア３４の長さ方向の両端部にそれぞれ巻回されて、一対の主励磁コア１２から発生して一対の補助励磁コア３４に鎖交した磁束を検出する２対の補助磁束密度検出コイル３６を有する点と、（３）磁界強度測定手段が、一対の補助励磁コイル３３を流れる電流を検出する一対の電流検出用抵抗部１８Ａを有する点と、（４）制御部２１が、２対の補助磁束密度検出コイル３６からそれぞれ得られた誘起電圧に基づき、一対の補助励磁コア３４から発生した磁束の磁束密度が見かけ上ゼロとなるようなアナログ制御を行う磁束ゼロアナログ制御手段３７を有している点と、（５）制御部２１が、主励磁器１３、補助励磁器３５、磁束密度測定手段、磁界強度測定手段、磁束密度アナログ波形制御手段２０および磁束ゼロアナログ制御手段３７とを制御する点と、（６）磁束ゼロアナログ制御手段３７が、入力された補助磁束密度検出コイル３６の誘起電圧とゼロ電圧との電位差から、誘起電圧がゼロとなる電圧をそれぞれの補助励磁コイル３３に出力する一対の補助差動増幅回路２２Ａを有した点とを特徴としている。
【００５０】
補助励磁器３５は主励磁器１３より小型で、主励磁器１３からの励磁電圧を利用し、Ｘ、Ｙ側の主励磁コア１２の励磁を行う。
一対の補助励磁コアは、それぞれ方向性電磁鋼板からなり、長さ方向をＸ方向に向けたＸ側の補助励磁コア３４と、長さ方向をＹ方向に向けたＹ側の補助励磁コア３４とからなる。Ｘ、Ｙ側の補助励磁コア３４は、薄板を重ね合わせた多層式のものである。これらの補助励磁コア３４は、その長さ方向の両端部が磁極となっている。
補助励磁器３５を主励磁器１３の内部空間に収納する際には、主励磁器１３のＸ、Ｙ側の主励磁コア１２の平面視した中心点ａと、補助励磁器３５のＸ、Ｙ側の補助励磁コア３４の平面視した中心点ｂとが重なるように配置される（図１２）。また、両主励磁コア１２の磁極の端面と両補助励磁コア３４の磁極の端面とは、それぞれの高さが、一対の主励磁コア１２の各磁極の端面と同一の水平面上に配置される。
【００５１】
Ｘ、Ｙ側の補助励磁コア３４上での補助励磁コイル３３の巻回位置は、Ｕ字形状の補助励磁コア３４の長さ方向の中間部である。補助励磁コイル３３としては、外径が０．４ｍｍのエナメル線が採用されている。これにより、補助励磁コイル３３は巻き数が増えても嵩張りにくく、結果として主励磁器１３の小型化が図れる。
【００５２】
両補助励磁コア３４の長さ方向の両側部には、２対の補助励磁コイル３３がそれぞれ所定の巻数で巻き付けられている。具体的には、例えばＸ側の一対の補助励磁コイル３３は、外径が０．２ｍｍの１本のエナメル線をＸ側の補助励磁コア３４の長さ方向の一端部に所定巻数だけ巻回した後、さらにエナメル線の先部を外方へ延出し、Ｘ側の補助励磁コア３４の他方に屈曲した側部に、所定の巻数だけ巻回している。なお、図１１では、便宜上、１本のエナメル線により構成された一対のＸ側の補助励磁コイル３３を、Ｘ側の補助励磁コア３４の長さ方向の中間部に、一纏めに巻き付けている。また、Ｘ側の補助励磁コア３４の長さ方向の中間部から導出されたエナメル線には、Ｘ側の補助励磁コイル３３を流れる電流を検出するＸ側の電流検出用抵抗部（電流検出部）１８Ａが接続されている。図示しないものの、一対のＹ側の補助励磁コイル３３と、Ｙ側の補助励磁コア３４との関係も同様である。また、Ｙ側の補助励磁コア３４から導出されたエナメル線には、Ｙ側の補助励磁コイル３３を流れる電流を検出するＹ側の電流検出用抵抗部（電流検出部）１８Ａが接続されている。Ｘ、Ｙ側の補助励磁コア３４の幅は、Ｘ、Ｙ側のコイル巻回用板片３２の幅と同一としている。
【００５３】
次に、図１１〜図１５を参照して、この発明の実施例３に係る測定装置１０Ｂを用いて、電磁鋼板１４の磁気測定を行う方法について説明する。
まず、矩形状に切断された電磁鋼板１４をケーシング１６の蓋体１５の上面に載置し、主励磁器１３の一対の主励磁コア１２と補助励磁器３５の一対の補助励磁コア３４と電磁鋼板１４との間に閉磁路を形成する。この状態で一対の主励磁コイル１１に電圧を印加することで、両主励磁コア１２から発生した磁束が、両主励磁コア１２を通って各電極にそれぞれ到達し、２対の磁束密度検出コイル１７に誘起電圧が発生する。これらの誘起電圧は、Ａ／Ｄコンバータ３０によりデジタル変換された後、制御部２１に送られ、ここで式１を利用した誘起電圧の演算がなされる。これにより、電磁鋼板１４の局部的なＸ、Ｙ方向における磁束密度が簡易に求められる。
【００５４】
また、磁界強度の測定にあっては、仮に小型の簡易ベクトル磁気特性測定装置を使用したり、高い磁束密度条件で磁気特性を測定した場合には、主励磁コア１２内の磁束密度が増加し、主励磁コア１２の磁気損失も増加してしまうことになる。そのため、測定した励磁電流には、電磁鋼板１４だけでなく主励磁コア１２の磁気特性の影響が含まれる。そこで、実施例３ではこの問題を磁束ゼロアナログ制御手段３７を用いた磁束ゼロ制御により解消している。すなわち、補助差動増幅回路２２Ａには、一方の入力端子に補助磁束密度検出コイル３６からの出力電圧を入力し、他方の入力端子にゼロ電圧を入力する。補助差動増幅回路２２Ａは、入力した２つの電圧が等しくなるような電圧を出力するため、その出力端子から電圧を電力増幅回路２３Ａにより増幅して一対の補助励磁コイル３３に送る。これにより、それぞれの補助励磁コイル３３は、補助磁束密度検出コイル３６の誘起電圧が見かけ上ゼロとなるような補助励磁コア３４の励磁を行う。この状態で、補助励磁コイル３３に流れる励磁電流を測定する。これにより、補助励磁コア３４の磁気特性の影響を受けず、電磁鋼板１４の局所的なＸ、Ｙ方向の磁界強度を測定することができる。
【００５５】
【数５】
2013124989.tif 000007
ここで、ＩxとＩyはＸ方向およびＹ方向の励磁電流、ＮxとＮyはＸ方向およびＹ方向の補助励磁コイルの巻数、ＬSxとＬSyはＸ方向およびＹ方向の電磁鋼板の磁路長である。
前記式２では、磁界強度を算出する際、主励磁コア１２の磁路長、主励磁コア１２と電磁鋼板１４との間の磁路長を含んでいたが、補助励磁コア３４および別途アナログ回路を使用することで、電磁鋼板１４の磁路長のみによって磁界強度を評価することができる。そのため、測定した磁界強度には、主励磁コア１２の磁路長、補助励磁コア３４の磁路長、電磁鋼板１４と補助励磁コア３４との間の磁路長がそれぞれ含まれておらず、磁界強度の測定精度を改善することができる。
すなわち、測定装置１０Ｂのセンサ構造では、主励磁コア１２により励磁を行い、補助励磁コア３４に流れる電流から磁界強度を評価する。主励磁コア１２と電磁鋼板１４とにより閉磁路が構成されると同時に、補助励磁コア３４を設置することで、主励磁コア１２の漏れ磁束が補助励磁コア３４を通り、補助励磁コア３４と電磁鋼板１４とにより閉磁路が形成される。その際、補助励磁コア３４の補助励磁コイル３６を使用し、補助励磁コア３４に鎖交した磁束を打ち消すように励磁を行うことによって、強制的に補助励磁コア３４の磁束をゼロにする。補助励磁コア３４と電磁鋼板１４との閉磁路に着目すると、補助励磁コア３４の磁束がゼロであるため、電磁鋼板１４の磁路長のみから磁界強度を算出可能となり、測定精度を改善することができる（式３）。
その他の構成、作用および効果は、実施例２から推測可能な範囲であるため、説明を省略する。
【符号の説明】
【００５６】
１０、１０Ａ、１０Ｂ  簡易ベクトル磁気特性測定装置、
１１  主励磁コイル、
１２  主励磁コア、
１３  主励磁器、
１４  電磁鋼板、
１７  磁束密度検出コイル（磁束密度測定手段）
１８、１８Ａ  電流検出用抵抗部（電流検出部、磁界強度測定手段）、
２０  磁束密度アナログ波形制御手段、
２１  制御部、
２２  差動増幅回路、
２２Ａ  補助差動増幅回路
３２  コイル巻回用板片、
３３  補助励磁コイル
３４  補助励磁コア
３５  補助励磁器、
３６  補助磁束密度検出コイル（磁束密度測定手段）
３７  磁束ゼロアナログ制御手段、
Ｓ  スリット。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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