JP2011220692A - ２次元磁気特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板状の磁性材料の面内２次元方向における代表的な磁気特性を従来よりも容易に且つ確実に得ることができるようにする。
【解決手段】複数枚の方向性電磁鋼板を、ＲＤ方向（又はＴＤ方向）が同じになるように積層させたものを試料２００として用いる。そして、試料２００の厚み方向の上端の位置が励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の上端の位置を下回り、且つ、試料２００の厚み方向の下端の位置が励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の下端の位置を上回るように試料２００を配置する。
【選択図】図３

Description

本発明は、２次元磁気特性測定装置に関し、特に、方向性電磁鋼板等の板状の磁性材料の面内２次元方向における磁気特性を測定するために用いて好適なものである。

従来から、２次元磁気特性測定装置を用いて、板状の磁性材料の面内２次元方向における磁気特性のデータを得るようにする技術が提案されている（特許文献１、非特許文献１〜２を参照）。
かかる２次元磁気特性測定装置は、板状の磁性材料を介して、前記面内２次元方向の一方向であるＸ軸方向において相互に対向する位置に配設された励磁用継鉄と、この励磁用継鉄に巻き回され、板状の磁性材料のＸ軸方向を励磁する励磁コイルと、板状の磁性材料を介して、前記面内２次元方向の一方向であって、前記Ｘ軸方向と直交する方向であるＹ軸方向において相互に対向する位置に配設された励磁用継鉄と、この励磁用継鉄に巻き回され、板状の磁性材料のＹ軸方向を励磁する励磁コイルとを備えている。

このような構成の２次元磁気特性測定装置の前記励磁コイルに電力を供給して板状の磁性材料を励磁させ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれにおいて、磁束密度及び磁界を測定する。このとき、板状の磁性材料に形成された穴を通してＹ軸方向に巻き回されたＢｘコイルと、同じく板状の磁性材料に形成された穴を通してＸ軸方向に巻き回されたＢｙコイルとで磁束密度を測定する。また、板状の磁性体の上方又は下方でＹ軸方向に巻き回されたＨｘコイルと、同じく板状の磁性材料の上方又は下方でＸ軸方向に巻き回されたＨｙコイルとで磁界を測定する。このようにして測定した磁束密度及び磁界から、板状の磁性材料の面内２次元方向における磁気特性を得るようにしている。

特開２００７−２９８３３６号公報

M.Enokizono,"Two-dimensional Magnetic Property",JIEE-A,Vol.115,No1,pp.1-8,1998 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

本発明者らは、前述した従来の２次元磁気特性測定装置を用いて、方向性電磁鋼板の面内２次元方向における磁気特性を測定すると、同一の鋼帯から採取した試料を測定しているのにも関わらず、試料によって測定結果が大きくばらつくことがあることを見出した。
そこで、本発明者らは、その原因について検討し、その結果、以下に示すような原因によって、前述した測定結果のばらつきが生じるという知見を今回初めて得た。
２次元磁気特性測定装置では、測定領域における磁束密度の大きさを均一にしなければならない。そのため、２次元磁気特性測定装置では、８０ｍｍ×８０ｍｍの試料においては、測定領域（Ｂｘコイル、Ｂｙコイルの大きさにより定まる領域）を２０ｍｍ×２０ｍｍ程度にしなければならない。一方、方向性電磁鋼板の結晶粒の大きさは１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。したがって、２次元測定装置の測定領域に含まれる結晶粒の数は少なくなる。また、それぞれの結晶粒の方位はわずかに異なる。このため、２次元磁気特性測定装置の測定結果が結晶粒の方位や分布の影響を大きく受けてしまうので、測定領域における磁気特性が試料によって平均化されない。以上のことから、２次元磁気特性測定装置の測定結果が採取した試料によって大きくばらつく。
以上のように、これまでは、２次元磁気特性測定装置における測定領域と、測定対象の結晶粒との関係という観点からの検討がなされておらず、方向性電磁鋼板のような結晶粒の比較的大きな板状の磁性材料の面内２次元方向における代表的な磁気特性を得ることが困難であるという問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、板状の磁性材料の面内２次元方向における代表的な磁気特性を従来よりも容易に且つ確実に得ることができるようにすることを目的とする。

本発明の２次元磁気特性測定装置は、板状の磁性材料を複数積み重ねて構成された試料の面内２次元方向の磁気特性を測定する２次元磁気特性測定装置であって、前記面内２次元方向の一方向であるＸ軸方向において、前記試料を介して相互に対向するように配置された一対のＸ軸励磁用継鉄と、前記Ｘ軸励磁用継鉄に巻き回されたＸ軸励磁コイルと、前記面内２次元方向の一方向であって、前記Ｘ軸方向と直交する方向であるＹ軸方向において、前記試料を介して相互に対向するように配置された一対のＹ軸励磁用継鉄と、前記Ｙ軸励磁用継鉄に巻き回されたＹ軸励磁コイルと、前記試料に対して巻き回され、前記試料の、前記Ｘ軸方向における磁束密度を測定するためのＢｘコイルと、前記試料に対して巻き回され、前記試料の、前記Ｙ軸方向における磁束密度を測定するためのＢｙコイルと、前記試料の、前記Ｘ軸方向における磁界を測定するＨｘコイルと、前記試料の、前記Ｙ軸方向における磁界を測定するＨｙコイルと、を有し、前記試料は、前記板状の磁性材料の面方向が、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向と平行になるように配置され、前記試料を構成する板状の磁性材料は、その圧延方向又は鋳造方向の方位が互いに同じになるように積み重ねられており、前記Ｘ軸励磁用継鉄と前記Ｙ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の高さ方向の長さは、前記試料の厚みを上回り、前記試料の厚み方向の上端の位置が、前記Ｘ軸励磁用継鉄と前記Ｙ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の上端の位置を下回っており、且つ、前記試料の厚み方向の下端の位置が、前記Ｘ軸励磁用継鉄と前記Ｙ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の下端の位置を上回っていることを特徴とする。

本発明によれば、２次元磁気特性測定を行うに際し、板状の磁性材料を、圧延方向又は鋳造方向の方位を合わせて複数積み重ねて試料を構成した。そして、試料の厚み方向の上端の位置が、Ｘ軸励磁用継鉄とＹ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の上端の位置を下回り、且つ、試料の厚み方向の下端の位置が、Ｘ軸励磁用継鉄とＹ軸励磁用継鉄の、試料と対向する面の下端の位置を上回るようにした。したがって、複数の試料それぞれにおける磁束密度の大きさをほぼ均一にして、励磁用継鉄により励磁されたときに磁気特性に寄与する結晶粒の数を増やすことができる。よって、板状の磁性材料の面内２次元方向における代表的な磁気特性を従来よりも容易に且つ確実に得ることができる。

本発明の実施形態を示し、２次元磁気特性測定装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、図１に示す２次元測定装置の試料設置部の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、図２のＡ−Ａ´方向から見た断面の一部と、Ｂ−Ｂ´方向から見た断面の一部を示す図である。 本発明の実施形態を示し、板面に垂直な方向から見た試料の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、励磁用継鉄の先端面の厚みを基準とした試料の厚みと、試料の厚み方向における磁束密度のばらつきとの関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、最大磁束密度と鉄損との関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、傾角と鉄損との関係の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、軸比と鉄損との関係を示す図である。

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。
（２次元磁気特性測定装置１００の概略）
図１は、２次元磁気特性測定装置１００の構成の一例を示す図である。また、図２は、図１に示す２次元測定装置１００の試料設置部１０７の構成の一例を示す図であり、図３は、図２のＡ−Ａ´方向から見た断面の一部（図３（ａ））と、Ｂ−Ｂ´方向から見た断面の一部（図３（ｂ））を示す図である。尚、図１では、図２に示す励磁コイル１０７ｂ、１０７ｄ、励磁用継鉄１０７ｊ、１０７ｌの図示を省略している。また、図１〜図３では、各部を簡略化して示している。
図１において、２次元磁気特性測定装置１００は、制御部１０１と、データ格納部１０２と、Ｘ方向電源１０３と、Ｙ方向電源１０４と、デジタルオシロスコープ１０５と、試料設置部１０７とを有している。

（試料設置部１０７以外の部分の構成）
制御部１０１は、２次元磁気特性測定装置１００を統括制御するものであり、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを備えたマイクロコンピュータを用いて構成される。
データ格納部１０２は、２次元磁気特性測定装置１００で測定された磁束密度Ｂ（＝｛Ｂｘ，Ｂｙ｝）や磁界Ｈ（＝｛Ｈｘ，Ｈｙ｝）等を格納するものであり、例えば、ハードディスクを用いて構成される。
尚、制御部１０１とデータ格納部１０２は、例えば、パーソナルコンピュータ内に配設されている。

Ｘ方向電源１０３は、制御部１０１からの制御に従って、試料２００のＸ軸方向を励磁するために励磁用継鉄１０７ｉ、１０７ｊに巻き回されている励磁コイル１０７ａ、１０７ｂに電力を供給するためのものである（図２を参照）。Ｙ方向電源１０４は、制御部１０１からの制御に従って、試料２００のＹ軸方向を励磁するために励磁用継鉄１０７ｋ、１０７ｌに巻き回されている励磁コイル１０７ｃ、１０７ｄに電力を供給するためのものである（図２を参照）。

デジタルオシロスコープ１０５は、試料２００のＸ軸方向における磁束密度Ｂｘを測定するためのＢｘコイル１０７ｅに誘起される電圧波形、試料２００のＹ軸方向における磁束密度Ｂｙを測定するためのＢｙコイル１０７ｆに誘起される電圧波形、Ｘ方向電源１０３から出力される電圧波形、Ｙ方向電源１０４から出力される電圧波形、試料２００のＸ軸方向における磁界Ｈｘを測定するためのＨｘコイル１０７ｇに誘起される電圧波形、試料２００のＹ軸方向における磁界Ｈｙを測定するためのＨｙコイル１０７ｈに誘起される電圧波形を、それぞれ１ｃｈ〜６ｃｈでモニタするものである。
尚、本実施形態では、以上のようにしてモニタされている値は、１周期の波形をＮ（Ｎは正の整数、例えばＮ＝５１２）分割してサンプリングすることにより得られるデジタル信号に変換されて（ＡＤ変換されて）制御部１０１に出力される。また、本実施形態のように、デジタルオシロスコープ１０５で、Ｘ方向電源１０３から出力される電圧波形と、Ｙ方向電源１０４から出力される電圧波形とをモニタするようにすれば、これらを把握することができるので望ましいが、必ずしもこれらをモニタする必要はない。

（試料設置部１０７の構成）
ここで、図２及び図３を参照しながら、２次元磁気特性測定装置１００に配設された試料設置部１０７の詳細な構成の一例について説明する。
図２及び図３において、本実施形態の試料設置部１０７は、励磁コイル１０７ａ〜１０７ｄと、Ｂｘコイル１０７ｅと、Ｂｙコイル１０７ｆと、Ｈｘコイル１０７ｇと、Ｈｙコイル１０７ｈと、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌと、継鉄１０８とを有している。

励磁コイル１０７ａと１０７ｂは直列又は並列に接続されている。励磁コイル１０７ｃと１０７ｄは直列又は並列に接続されている。
励磁用継鉄１０７ｉと励磁用継鉄１０７ｊは、Ｘ軸方向において、試料２００を介して相互に対向するように配設されている。また、励磁用継鉄１０７ｋと励磁用継鉄１０７ｌは、Ｙ軸方向において、試料２００を介して相互に対向するように配設されている。

励磁コイル１０７ａ〜１０７ｄは、それぞれ励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌに巻き回されている。
Ｂｘコイル１０７ｅは、試料２００の中心点を介してＹ軸方向おいて対向するように設けられた２つの穴を通して巻き回されている。Ｂｙコイル１０７ｆは、試料２００の中心点を介してＸ軸方向おいて対向するように形成された２つの穴を通して巻き回されている。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向おいて対向するように形成された２つの穴の間隔は、それぞれ２０ｍｍ程度である。このようにしたのは、この間隔を２０ｍｍよりも大きくすると、測定領域における磁束密度Ｂの大きさが一定でなくなる虞があるからである。
Ｈｙコイル１０７ｈは、試料２００の上方または下方において、Ｘ軸方向に巻き回されている。Ｈｘコイル１０７ｇは、Ｈｙコイル１０７ｈ上でＹ軸方向に巻き回されている。尚、Ｂｘコイル１０７ｅ及びＢｙコイル１０７ｆの巻き回される順番と、Ｈｘコイル１０７ｇとＨｙコイル１０７ｈの巻き回される順番は、前述したものと逆でもよい。
継鉄１０８は、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌと磁気的に結合されている。

＜励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｊの構成＞
図３に示すように、試料２００内に磁束を集中させるために、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｊの先端は、先細りの形状を有している。さらに、試料２００内の磁束を均一にするために、試料２００と、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌとの間には、０．１ｍｍ程度の隙間が設けられている（図３では当該隙間を広く示している）。
また、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の高さ方向の長さＤ２〜Ｄ５を、試料２００の厚みＤ１よりも大きくしている。更に、当該面３０１〜３０４の高さ方向の中心と、試料２００の厚み方向の中心とが略一致するように、試料２００及び励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌを配置している。

このようにすることにより、試料２００の厚み方向の上端の位置が励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の上端の位置を下回り、且つ、試料２００の厚み方向の下端の位置が励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の下端の位置を上回るようにすることができ、試料２００（を構成する各方向性電磁鋼板のそれぞれ）に適切に磁束を与えることができる。

（試料２００の構成）
本実施形態では、試料２００は、例えば、厚みが０．２３ｍｍである方向性電磁鋼板から、８０ｍｍ×８０ｍｍの矩形の大きさのものを切り取り、切り取った９枚の方向性電磁鋼板を積層させることにより形成される。図４は、板面に垂直な方向から見た試料２００の一例を示す図である。具体的に、図４（ａ）に示す例では、Ｘ軸方向と方向性電磁鋼板のＲＤ（圧延）方向とが一致し、Ｙ軸方向と方向性電磁鋼板のＴＤ（板幅）方向とが一致するように、試料２００として使用する方向性電磁鋼板を切り取るようにしている。そして、このようにして切り取られた９枚の方向性電磁鋼板のＲＤ方向（及びＴＤ方向）が略同じになるようにして、当該９枚の方向性電磁鋼板を積層させる。このとき、方向性電磁鋼板では、通常、ＲＤ方向が磁化容易軸、ＴＤ方向が磁化困難軸となっている。また、９枚の方向性電磁鋼板のＲＤ方向（及びＴＤ方向）を略同じとする際、電磁鋼板の切断精度の範囲内で、できる得る限りの精度でその方向を一致させることが好ましいが、方向性電磁鋼板の各結晶粒の磁化容易方向〔１００〕の圧延方向への集積度は１０°程度であることから、少なくとも１０°以内で９枚の方向性電磁鋼板のＲＤ方向（及びＴＤ方向）を一致させて積層する。そして、前述したように、試料２００の中心点を介してＸ軸方向おいて対向するように、２０ｍｍ間隔で２つの穴２００ａ、２００ｂを形成すると共に、試料２００の中心点を介してＹ軸方向おいて対向するように、２０ｍｍ間隔で２つの穴２００ｃ、２００ｄを形成する。このようにして試料２００が形成される。尚、図４（ａ）において、Ｘ軸とＹ軸とが入れ替わってもよい。

また、試料２００の変形例として、図４（ｂ）に示す例のようにしてもよい。具体的に、図４（ｂ）に示す例では、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）と方向性電磁鋼板のＲＤ（圧延）方向とのなす角度θが４５°になるように、試料２００として使用する方向性電磁鋼板を切り取るようにしている。尚、このようにした場合には、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）と方向性電磁鋼板のＴＤ（板幅）方向とのなす角度も４５°になる。そして、このようにして切り取られた９枚の方向性電磁鋼板のＲＤ方向（及びＴＤ方向）が同じになるようにして、当該９枚の方向性電磁鋼板を積層させる。そして、前述したようにして、穴２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄを形成する。尚、図４（ｂ）においても、Ｘ軸とＹ軸とが入れ替わってもよい。
図４（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）と方向性電磁鋼板のＲＤ（圧延）方向とのなす角度θが４５°になるようにするのは、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）と方向性電磁鋼板のＲＤ（圧延）方向とが一致している、またはＸ軸方向（Ｙ軸方向）と方向性電磁鋼板のＲＤ方向とのなす角度が小さいと、磁束密度の方位がＸ軸方向（Ｙ軸方向）から僅かに傾いている場合、磁束密度Ｂｙ（Ｂｘ）の測定値が小さくなりすぎることがあるからである。特に、ＲＤ（圧延）方向及びＲＤ（圧延）方向から僅かに傾いた方向の磁気特性は重要であるので、この範囲の測定を高精度で行う必要があるためである。ただし、Ｘ軸方向（Ｙ軸方向）と方向性電磁鋼板のＲＤ方向とのなす角度θは、このようにならない範囲で適宜決定することができる。例えば、２０°≦θ≦７０°の範囲にすることができる。また、磁束密度Ｂｙ（Ｂｘ）の測定値が小さくても測定に支障をきたさなければ、図４（ａ）に示すように、θを０°≦θ≦９０°の範囲にしてもよい。
以上のようにして複数枚の方向性電磁鋼板を、ＲＤ方向（又はＴＤ方向）が同じになるように積層させたものを試料２００として用いることにより、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌにより励磁されたときに磁気特性に寄与する結晶粒の数を増やすことができると共に、結晶粒が方向性電磁鋼板の厚み方向に傾いていることによる影響を反映した磁気特性が得られる。

本発明者らは、以上のような２次元磁気特性測定装置１００の試料設置部１０７において、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の高さ方向の長さＤ２〜Ｄ５を、試料２００の厚みＤ１の１．５倍以上、好ましくは３倍以上にし、且つ、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の高さ方向の中心と、試料２００の厚み方向の中心とが略一致する状態にすることを見出した。以下に、これらの根拠について説明する。

まず、「JIS C 2556」の「7.2.2鉄損測定、（２）鉄損の測定、備考２」に、「試験装置の再現性は、方向性電磁鋼板に対しては１％、無方向性電磁鋼板に対しては２％の標準偏差の程度である。」との記載がある。この記載は、励磁電流法による磁気特性試験に関するものであるが、本発明者らは、Ｈコイル法による磁気特性試験に対しても同様である必要があることに着目した。
すなわち、本実施形態の２次元磁気特性測定装置１００による測定は、２次元のＨコイル法による測定であり、更に複数積み重ねて構成された試料に対して行われるものである。よって、試料のＸ軸方向にのみ励磁した条件においては、前記「JIS C 2556」に規定された方法と同等の精度の結果を与えるものでなければならない。

Ｈコイル法では、試料の内部の磁界Ｈ、つまり磁界Ｈと透磁率μとの積である磁束密度Ｂが、試料の厚み方向において一定でないと（分布があると）、試料の内部の磁界Ｈを正しく評価できないことになる。したがって、試料の内部の磁界Ｈ、つまり、試料の厚み方向における磁束密度Ｂの偏差が、前記条件（１％）を満足できる程度に均一であることが必要となる。前述したように、「JIS C 2556」に規定された方法と同等の精度の結果を与えるものであると同時に、試料の厚みを変えることによって測定結果に差異が生じないようにする必要があるためである。

そこで、本願発明者らは、同一の継鉄において、複数積み重ねて構成された試料の厚みを変えたときの、試料の厚み方向の中心の磁束密度の大きさと、試料の表面の磁束密度の大きさとの差異を、電磁場解析を用いて調査した。調査は、Ｘ方向にのみ励磁したときに試料面内の中心２０ｍｍ×２０ｍｍの領域での平均磁束密度が１Ｔとなる条件で行った。
図５は、励磁用継鉄１０７の先端面の厚みを基準とした試料の厚みと、試料の厚み方向における磁束密度のばらつきとの関係の一例を示す図である。
より具体的に図５の横軸は、「（試料の厚み）／（励磁用継鉄１０７の先端の厚み）」を示す。また、図５の縦軸は、「[ΔＢｘ（試料の厚み方向の中心の磁束密度の大きさ−試料の表面の磁束密度の大きさ）／Ｂｘ（試料面内の中心２０ｍｍ×２０ｍｍの領域での平均磁束密度（＝１Ｔ））]×１００」を示す。ここでは、試料面内の中心（図５の「０ｍｍ点」で示すグラフ）と、試料面内の中心からＸ軸方向に１０ｍｍ離れた箇所（図５の「Ｘ＝１０ｍｍ点」で示すグラフ）の２か所について、これらの関係を調査した。

図５に示す結果から、前述した「JIS C 2556」の条件（１％）を満足するためには、励磁用継鉄１０７の先端の厚み（試料２００と対向する面３０１〜３０４の高さ方向の長さＤ２〜Ｄ５）は、試料の厚みＤ１の１．５倍以上（図５の横軸の値が（１／１．５≒０．６７）以下）である必要があることが分かる。また、試料の厚みと励磁用継鉄１０７の厚みとの関係以外の要因で試料の厚み方向における磁束密度Ｂの偏差の精度が悪くなることを考慮すると、前述した「JIS C 2556」の条件（１％）に対して１桁以上小さい方が良いから、励磁用継鉄１０７の先端の厚みＤ２〜Ｄ５は、試料の厚みＤ１の３倍以上（図５の横軸の値が（１／３）≒０．３３以下）であることがより好ましい。

次に、図６〜図８を参照しながら、測定結果について説明する。
図６は、傾角Ｉｎｃと軸比Ａｘｉｓとを共に０とした条件での最大磁束密度Ｂ_maxと鉄損Ｗとの関係の一例を示す図であり、図７は、最大磁束密度Ｂ_maxを１．０［Ｔ］、軸比Ａｘｉｓを０とした条件での傾角Ｉｎｃと鉄損Ｗとの関係の一例を示す図であり、図８は、最大磁束密度Ｂ_maxを１．０［Ｔ］、傾角Ｉｎｃを０とした条件での軸比Ａｘｉｓと鉄損Ｗとの関係を示す図である。尚、ここでは、励磁用継鉄１０７の先端の厚みＤ２〜Ｄ５を、３．２ｍｍとし、試料の厚み（９枚の方向性電磁鋼板の厚みの合計値）Ｄ１を２．０７ｍｍとした。
磁性体の磁化容易軸をＸ軸、磁化困難軸をＹ軸として、交流励磁された磁束密度ベクトルのｘ−ｙ平面における軌跡をとると、当該軌跡が楕円状になったり直線状になったりする。このように、磁束密度ベクトルが楕円状の軌跡をとるものを回転磁界といい、直線状の軌跡をとるものを交番磁界という。最大磁束密度Ｂ_maxは、このような磁気密度ベクトルの１周期における磁束密度の大きさの最大値（最大磁束密度）である。また、傾角Ｉｎｃは、磁束密度ベクトルのｘ−ｙ平面における軌跡を表す楕円の長軸とＸ軸とのなす角度である。また、軸比Ａｘｉｓは、最大磁束密度Ｂ_maxと最小磁束密度Ｂ_min（磁気密度ベクトルの１周期における磁束密度の大きさの最小値）との比（＝Ｂ_min／Ｂ_max）である。

図６〜図８において、何れも図（ａ）は、１枚の方向性電磁鋼板からなる９つの試料それぞれについての測定値と、本実施形態のように９枚の方向性電磁鋼板を、圧延方向の方位を合わせて積み重ねた試料についての測定値とを示す。具体的に図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）において、「１枚測定」とは、背景技術で説明した従来の２次元磁気特性測定装置を用いて１枚の方向性電磁鋼板の面内２次元方向の磁気特性（鉄損）を測定した結果を示し、「９枚組測定」とは、本実施形態の２次元磁気特性測定装置２００を用いて試料２００の面内２次元方向の磁気特性（鉄損）を測定した結果を示す。尚、これらの方向性電磁鋼板は、全て同じもの（同一の鋼帯から切り取った試料）である。
一方、図（ｂ）は、前記９つの試料についての測定値の平均値と、本実施形態のように９枚の方向性電磁鋼板を積み重ねた試料についての測定値とを示す。具体的に図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）において、「１枚測定の９枚平均」とは、図（ａ）に示した９つの「１枚測定」の値の平均を算出した結果を示し、「９枚組測定」とは、図（ａ）に示した「９枚組測定」と同じものである。

図６〜図８に示すように、試料における最大磁束密度Ｂ_max、傾角Ｉｎｃ、及び軸比Ａｘｉｓを変えても、１枚の方向性電磁鋼板からなる９個の試料における鉄損Ｗの平均と、本実施形態のように９枚の方向性電磁鋼板を積層させた試料２００の鉄損Ｗとは、概ね一致している。したがって、本実施形態のようにして９枚の方向性電磁鋼板を積層させた試料２００を用いることにより、１枚の方向性電磁鋼板についての測定データのバラつきを吸収し、方向性電磁鋼板の面内２次元方向における磁気特性の代表的な値を得られることが分かる。

（２次元磁気特性測定装置１００による測定方法）
本実施形態では、以上のようにして構成された２次元磁気特性測定装置１００を用いて、試料２００の面内２次元方向における磁束密度Ｂと磁界Ｈとを測定する。
具体的に説明すると、まず、制御部１０１は、励磁コイル１０７ａ〜１０７ｄに印加する電圧の値（以下、電圧指示値と称す）を、Ｘ方向電源１０３及びＹ方向電源１０４に出力する。
電圧指示値を入力したＸ方向電源１０３及びＹ方向電源１０４は、その電圧指示値に従って、励磁コイル１０７ａ〜１０７ｄに電圧を印加する。励磁コイル１０７ａ〜１０７ｄに印加された電圧は、それぞれ、デジタルオシロスコープ１０５でモニタされる。モニタされた電圧は、ＡＤ変換されて制御部１０１に出力される。これにより、制御部１０１は、励磁コイル１０７ａ〜１０７ｄに印加された電圧を知ることができる。

以上のようにして励磁コイル１０７ａ〜１０７ｄに電圧が印加され、電流が流れると、試料２００がＸ軸方向及びＹ軸方向に励磁される。そうすると、Ｂｘコイル１０７ｅ及びＢｙコイル１０７ｆに誘起される電圧が、それぞれデジタルオシロスコープ１０５でモニタされる。モニタされた電圧は、ＡＤ変換されて制御部１０１に出力される。これにより、制御部１０１は、Ｂｘコイル１０７ｅ及びＢｙコイル１０７ｆに誘起される電圧を知ることができ、Ｂｘコイル１０７ｅ及びＢｙコイル１０７ｆに誘起される電圧を時間積分した値と、Ｂｘコイル１０７ｅ及びＢｙコイル１０７ｆそれぞれの巻数と、Ｂｘコイル１０７ｅ及びＢｙコイル１０７ｆの有効断面積と、を用いて、試料２００のＸ軸方向における磁束密度Ｂｘ及びＹ軸方向における磁束密度Ｂｙを求めることができる。

また、励磁コイル１０７ａ〜１０７ｄに電圧が印加され、電流が流れると、Ｈｘコイル１０７ｇ及びＨｙコイル１０７ｈに電圧が誘起される。このようにしてＨｘコイル１０７ｇ及びＨｙコイル１０７ｈに誘起される電圧は、デジタルオシロスコープ１０５でモニタされる。これにより、制御部１０１は、Ｈｘコイル１０７ｇ及びＨｙコイル１０７ｈに誘起される電圧を知ることができ、Ｈｘコイル１０７ｇ及びＨｙコイル１０７ｈに誘起される電圧を時間積分した値と、Ｈｘコイル１０７ｇ及びＨｙコイル１０７ｈそれぞれの巻数と、Ｈｘコイル１０７ｇ及びＨｙコイル１０７ｈの有効断面積とを用いて、試料のＸ軸方向における磁界Ｈｘ及びＹ軸方向における磁界Ｈｙを求めることができる。

（まとめ）
以上のように本実施形態では、複数枚の方向性電磁鋼板を、ＲＤ方向（又はＴＤ方向）が同じになるように積層させたものを試料２００として用いる。そして、試料２００の厚み方向の上端の位置が励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の上端の位置を下回り、且つ、試料２００の厚み方向の下端の位置が励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の下端の位置を上回るように試料２００を配置する。このようにすることにより、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌにより励磁されたときに磁気特性に寄与する結晶粒の数を増やすことができると共に、結晶粒が方向性電磁鋼板の厚み方向に傾いていることによる影響を反映した磁気特性が得られ、しかも、各方向性電磁鋼板における磁束密度の大きさを可及的に均一にすることができる。したがって、方向性電磁鋼板の面内２次元方向における代表的な磁気特性を従来よりも容易に且つ確実に得ることができる。

尚、本実施形態では、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌは、それぞれ一体のものである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌは、高さ方向において分割された構成のものであってもよい。
また、励磁用継鉄１０７ｉ〜１０７ｌの試料２００と対向する面３０１〜３０４の高さ方向の長さＤ２〜Ｄ５は、前述したようにして試料２００を配置することができれば、それぞれ同じであっても、全部又は一部が異なっていてもよい。
また、試料２００として使用される方向性電磁鋼板の数は、複数であれば９に限定されるものではない。ただし、試料２００として使用される方向性電磁鋼板の数は、前述したようにして試料２００を配置することができる範囲で可及的に多い方が、磁気特性に寄与する結晶粒の数を多くすることができるので好ましい。

また、本実施形態では、試料２００として方向性電磁鋼板を使用した場合を例に挙げて説明したが、試料２００として使用するものは、方向性電磁鋼板に限らず、強磁性体、フェリ磁性体、硬磁性体、軟磁性体、パーマロイ等の板状の磁性材料を用いることができる。ただし、面内２次元方向における磁気特性に異方性があり、２次元磁気特性測定装置１００の測定領域と結晶粒の大きさとが同程度である板状の磁性材料を試料２００として用いた方が、前述した効果を顕著に得ることができるので好ましい。また、本実施形態では、複数枚の方向性電磁鋼板を、ＲＤ方向（又はＴＤ方向）の方位を合わせて積み重ねることにより試料２００を構成する場合を例に挙げて説明したが、圧延材を用いない場合等には、鋳造方向の方位が略同じになるように合わせて複数の板状の磁性材料を積み重ねることにより試料２００を構成する。このとき、方位の合わせ方としては、磁性材料の各結晶粒の方位ばらつきの程度以内とすることが好ましい。
この他、試料２００の面方向の一辺の大きさは８０ｍｍに限定されず、さらに、試料２００の中心点を介して相互に対向する穴の間隔は２０ｍｍに限定されない。

尚、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。

１００ ２次元磁気特性測定装置
１０１ 制御部
１０２ データ格納部
１０３ Ｘ方向電源
１０４ Ｙ方向電源１０４
１０５ デジタルオシロスコープ
１０７ 試料設置部
１０７ａ〜１０７ｄ 励磁コイル
１０７ｅ Ｂｘコイル
１０７ｆ Ｂｙコイル
１０７ｇ Ｈｘコイル
１０７ｈ Ｈｙコイル
１０７ｉ〜１０７ｌ 励磁用継鉄
１０８ 継鉄
２００ 試料
３０１〜３０４ 励磁用継鉄の試料と対向する面

Claims (5)

1. 板状の磁性材料を複数積み重ねて構成された試料の面内２次元方向の磁気特性を測定する２次元磁気特性測定装置であって、
   前記面内２次元方向の一方向であるＸ軸方向において、前記試料を介して相互に対向するように配置された一対のＸ軸励磁用継鉄と、
   前記Ｘ軸励磁用継鉄に巻き回されたＸ軸励磁コイルと、
   前記面内２次元方向の一方向であって、前記Ｘ軸方向と直交する方向であるＹ軸方向において、前記試料を介して相互に対向するように配置された一対のＹ軸励磁用継鉄と、
   前記Ｙ軸励磁用継鉄に巻き回されたＹ軸励磁コイルと、
   前記試料に対して巻き回され、前記試料の、前記Ｘ軸方向における磁束密度を測定するためのＢｘコイルと、
   前記試料に対して巻き回され、前記試料の、前記Ｙ軸方向における磁束密度を測定するためのＢｙコイルと、
   前記試料の、前記Ｘ軸方向における磁界を測定するＨｘコイルと、
   前記試料の、前記Ｙ軸方向における磁界を測定するＨｙコイルと、を有し、
   前記試料は、前記板状の磁性材料の面方向が、前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向と平行になるように配置され、
   前記試料を構成する板状の磁性材料は、その圧延方向又は鋳造方向の方位が互いに略同じになるように積み重ねられており、
   前記Ｘ軸励磁用継鉄と前記Ｙ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の高さ方向の長さは、前記試料の厚みを上回り、
   前記試料の厚み方向の上端の位置が、前記Ｘ軸励磁用継鉄と前記Ｙ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の上端の位置を下回っており、且つ、前記試料の厚み方向の下端の位置が、前記Ｘ軸励磁用継鉄と前記Ｙ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の下端の位置を上回っていることを特徴とする２次元磁気特性測定装置。
2. 前記Ｘ軸励磁用継鉄と前記Ｙ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の高さ方向の長さは、前記試料の厚みの１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の２次元磁気特性測定装置。
3. 前記Ｘ軸励磁用継鉄と前記Ｙ軸励磁用継鉄の、前記試料と対向する面の高さ方向における中心と、前記試料の厚み方向における中心とが略一致していることを特徴とする請求項１又は２に記載の２次元磁気特性測定装置。
4. 前記板状の磁性材料は、方向性電磁鋼板であり、
   前記方向性電磁鋼板は、その磁化容易軸方向が互いに略同じになるように積み重ねられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の２次元磁気特性測定装置。
5. 前記Ｘ軸方向及び前記Ｙ軸方向と、前記磁化容易軸方向とのそれぞれがなす角度がいずれも所定の角度以上であることを特徴とする請求項４に記載の２次元磁気特性測定装置。

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