薄 手 電 磁 鋼 板 の 応 力 下 磁 気 特 性 の 測 定
沓 掛 暁 史 ・ 城 門 由 人 ・ 池 田 哲
電 磁 力 担 当
M e a s u r e m e n t o f m a g n e t i c p r o p e r t i e s o f t h i n e l e c t r i c a l s t e e l s h e e t
u n d e r t e n s i l e a n d c o m p r e s s i v e s t r e s s
A k i f u m i K U T S U K A K E ・ Y u k i h i t o K I D O ・ T e t s u I K E D A
E l e c t r o m a g n e t i c S e c t i o n
要 旨
モ ー タ や ト ラ ン ス な ど の 電 気 機 器 の 効 率 に 影 響 す る 電 磁 鋼 板 は ， そ れ に 掛 か る 応 力 に よ っ て 磁 気 特 性 が 変 化 す
る こ と が 知 ら れ て い る ． 高 効 率 機 器 の 開 発 に お い て ， 応 力 下 で の 電 磁 鋼 板 の 磁 気 特 性 は 材 料 の 選 定 や 電 磁 界 解 析
時 の 条 件 に 活 用 す る な ど 重 要 な デ ー タ と な る ． 本 報 で は ， 板 厚 が0 . 2 m mで あ る 薄 手 の 無 方 向 性 電 磁 鋼 板 の 単 板 試
料 を 対 象 に ， 引 張 お よ び 圧 縮 応 力 下 で の 磁 気 特 性 を 測 定 し た 事 例 に つ い て 報 告 す る ．
1. はじめに
電磁鋼板の磁気特性は，電磁力応用機器の性能や効率
に大きく関与する．よって，高効率高出力機器の設計開
発では，機器に最適な磁気特性を有する鋼種を選択する
ため，また実機特性に近い高精度な磁界解析を行うため
に，電磁鋼板の正確な磁気特性が必要となる．また，電
気機器の製造過程では加工やカシメ，焼き嵌めなどの影
響で電磁鋼板に様々な応力が加わり，その結果磁気特性
が変化するため，応力下での磁気特性の測定に関する研
究 開 発 が 盛 んに 行 わ れて い る
(1) ～ (3)
． 我 々 も， 引 張 お よ
び圧縮応力下の電磁鋼板の正確な磁気特性が測定可能な
応力負荷型単板磁気試験器を開発
(4)
し，県内外企業から
の磁気特性測定依頼に活用している．
一方，電気機器の低損失化のために，電磁鋼板は薄手
化の傾向がある．例えば，無方向性電磁鋼板はこれまで
板厚が0.5mmや0.35mmの鋼板が主に使われてきたが，
近年は 0.2mm や0.15mm，0.1mm の鋼板が電気機器に利用
されるようになった．さらには，板厚が 0.025mm 以下の
アモルファス金属材料やナノ結晶材料を用いた機器も製
品 化 さ れ て い る ． よ り 高 性 能 な 電 気 機 器 の 開 発 過 程 で
は，これら薄板の応力下での磁気特性が求められる．し
かし，磁気特性の測定時に試料の変形がないように応力
を印加すること，特に圧縮応力を印加することは，板厚
が薄くなればなるほど難しくなる．
本稿では，薄手の電磁鋼板として板厚 0.2mm の無方向
性電磁鋼板を対象に，引張応力および圧縮応力を印加し
て磁気特性を測定した事例について報告する．
2. 応力負荷型単板磁気特性試験器
2.1. 応力負荷型単板磁気試験器（S-SST）の概要
応 力 下 の磁 気 特性 の 測定 に 用い た の は， Fig． 1（ a）
に示す単板磁気試験器で，我々は応力負荷型単板磁気試
験器（Stress load type-Single Sheet Tester）と呼ん
で い る ． 試 料 は 短 冊 状 で ， 当 所 に は 試 料 幅 100mm と
30mmに対応する試験器があるが，本報では30mm幅の試
料と試験器を使用した．この場合の試料長は，305mm で
ある．以下，この単板磁気試験器を S-SST と表記する．
S-SST は ， JIS
(5)
で 示 さ れ る 縦 型 複 ヨ ー ク 式 の 単 板 磁
気 試 験器 を 基本 構造 とし て いる ． Fig． 1（ b） は， 試 料
への磁界の印加（励磁）および磁界を検出するコイルユ
ニットの断面図である．S-SST の励磁コイルには，ポリ
フ ェ ニ レ ン サ ル フ ァ イ ド 製 コ イ ル 枠 の 長 手 方 向 全 域 の
195mm長に平角銅線1.0×1.0mmを計8層，計1142回の
巻線を施した．7層目と8層目は，励磁コイル内の磁界
強度分布を均一にするための補償コイルである．各層の
巻線は，直列に接続した．磁気特性の測定領域は，均一
な磁界強度が得られる励磁コイルの長手方向中央部分の
100mm である．ここに発生する均一な磁界強度領域に，
磁束密度測定用の B コイルと空隙補償コイル，磁界強度
測定用の H コイルを配置した．
ヨ ー ク に は ， 低 鉄 損 の 方 向 性 電 磁 鋼 板 （ 23ZDKH90 相
当品）を用いた．ヨークの寸法は，試料寸法に合わせて
幅 30mm， 磁 極 間 の 内 寸 が 230mm で 外 寸 が 280mm と し
た．
B コ イ ル に は ， ポ リ ウ レ タ ン 銅 線 （ UEW） φ0.1mm を
20回，測定領域長100mmの間に1層均一に巻線を施し
平成26年度 研究報告 大分県産業科学技術センター
た．Bコイルの空隙補償は，Hコイル枠にHコイルとは
別に巻線したコイルを逆相に接続して行った．
S-SSTは，磁界強度の測定法としてHコイル法と励磁
電流法の両手法を扱うことができる．H コイル法は原理
的に，励磁電流法に比べより正確な測定を行える．H コ
イルは，幅 90mm×長さ 140mm×厚さ 1mm のガラスエポキ
シ製のHコイル巻枠にUEWφ0.04mmを1666回，測定領
域長100mmの間に1層均一に巻線した．Hコイルの誘起
電圧を安定して取得するため，同一 H コイル巻枠に巻い
た空隙補償コイルと H コイルをエポキシ系樹脂で固めて
いる．無応力下での測定は通常，Fig.1（b）のように試
料を挟み込むように配置した 2 つの H コイルを用いる
が，本報では試料上方に配置した H コイルのみを使用し
た．その理由は，試料下方の H コイルが配置される箇所
（Fig.1(b)中のHコイル1の部分）に，圧縮時の試料変
形防止のためのセラミックス板を挿入したためである．
圧縮および引張応力は，試料の両端を金属板でクラン
プし，片側を固定，反対側をエアシリンダによって微動
させることによって印加する．応力値は，固定側に設置
したロードセル（エー・アンド・デイ LC-1205）により
計測した．
2.2. 磁気特性測定システム
Fig．2 は，測定系のブロック図である．S-SST の励磁
には，D/A 変換器（横河電機 WE7282）と電力増幅器（高
砂製作所AA2000XG2）を，Bコイルと Hコイルの誘起電
圧 の 取 得 に は ， A/D 変 換 器 （ 横 河 電 機 WE7275） を 用 い
た．なお，取得波形のノイズ低減のため，A/D 変換後の
取得波形に対して励磁周波数の高次高調波をソフトウェ
アにより除去した．励磁電流検出用のシャント抵抗は，
1.0Ω（アルファ・エレクトロニクス PSBX1R000B））と
した．
3. 薄手電磁鋼板の応力下磁気特性
3.1. 測定条件
電磁鋼板の磁気特性は，磁束正弦波条件下で測定され
る
(5)
．測定時の収束条件は，磁束密度波形の振幅率を目
標値の 0.05%以下，ひずみ率を 0.5%以下とした．励磁周
波数は 50Hz として，磁気特性の比較範囲は最低磁束密
度 0.1T から最大 1.8T まで，0.05T 刻みで測定した．
応力の印加条件は，引張応力および圧縮応力ともに最
大 60MPa とした．
3.2. 測定結果
Fig.3は，板厚0.2mmの無方向性電磁鋼板の引張およ
び圧縮応力下での磁気特性の測定例である．図中の凡例
において，正の応力は引張応力を，負の応力は圧縮応力
を示す．無応力は0MPa である．Fig.3（a）～（c）は，
それぞれ磁化特性と鉄損特性，1.8T，1.0T および 0.5T
における応力－鉄損特性を示す．これらから，引張応力
印 加 時 に は 磁 気 特 性 が 改 善 （ 透 磁 率 が 増 加 ， 鉄 損 が 減
少）し，圧縮応力印加時には磁気特性が劣化（透磁率が
減少，鉄損が増加）することが分かる．このような測定
によって，今回用いた電磁鋼板の場合，60MPa 圧縮時の
損 失 は ，応 力 印加 無 し（ 0MPa） の 時 に比 べ て数 十 %増 加
す る こ と など が 明 らか に なる． ま た ， 1.0T 時 の ヒ ス テ
リ シ ス ル ープ を Fig.3（ d） に 示 す ． 応力 の 影 響に よ っ
て，ヒステリシスループの傾きの変化が確認できる．ま
た同図では分かりにくいが，圧縮応力が増加すると保持
力も増加することなども分かる． ヨーク
コイルユニット 応力負荷機構
（a）S-SST の外観写真
100mm
195mm Bコイル 試料
空隙補償コイル 励磁コイル
Hコイル2
Hコイル 1
（b）コイルユニットの構造図
Fig．1 30mm 幅試料用の応力負荷型単板磁気試験器
（S-SST）
S-SST 空隙補償コイル
シャント抵抗器
Bコイル
D/A 変換器 パワーアンプ
励磁 コイル
PC USB
Hコイル2
Hコイル1
A/D 変換器
Fig．2 磁気特性測定系のブロック図
平成26年度 研究報告 大分県産業科学技術センター
4. まとめ
本報では，薄手電磁鋼板の応力下磁気特性の測定事例
として，板厚 0.2mm の無方向性電磁鋼板の測定結果を示
した．圧縮応力が印加し難くなる薄板に対して，今回の
測定試料では圧縮応力60MPa で応力下の磁気特性測定が
可能であることを確認した．
今後は，無方向性電磁鋼板だけでなく，方向性電磁鋼
板を含めた各種の薄手電磁鋼板や 0.025mm 以下の薄帯試
料等について応力下の磁気特性を測定し，S-SST の応力
印加の適用範囲を明らかにする．また，より大きい圧縮
応力を印加可能な機構等を検討し，S-SST の適用範囲を
拡げ産業界のニーズに対応していく．
参考文献
(1) 谷 ， 大 穀 ， 中 野 ， 有 田 ， 山 口 ， 都 出 ： 「 応 力 下 に
お け る 無 方 向 性 電 磁 鋼 板 の 鉄 損 特 性 」 ， 日 本 応 用
磁気学会誌，Vol.30，No.2，pp.196-200(2006)
(2) 藤 倉 ， 開 道 ， 久 保 田 ： 「 電 磁 鋼 板 の 応 力 下 の 磁 気
特性」，電気学会マグネティックス研資，MAG-07-31，pp.25-28(2007)
(3) 千 田 ， 藤 田 ， 本 田 ， 黒 木 ， 八 木 ： 「 無 方 向 性 電 磁
鋼 板 の 応 力 下 で の 磁 気 特 性 と 磁 区 構 造 」 ， 電 気 学
会論文誌 A，Vol.131，No.10，pp.884-890(2011)
(4) 沓掛，城門，池田，榎園:「電力用磁性材料の評価
測定技術」，平成25年 電気学会 基礎・材料・共
通部門大会資料，13-A-p-2，pp.7-12(2013)
(5) 日 本 工 業 規 格 : 「 電 磁 鋼 板 単 板 磁 気 特 性 試 験 方
法」，JIS C2556(1996)
0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1
1 .2
1 .4
1 .6
1 .8
2
磁界強度, H[A/ m]
磁
束
密
度
,
B
[
T
]
+60M Pa +40M Pa +20M Pa 0M Pa -20M Pa -40M Pa -60M Pa
0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1
1 .2
1 .4
1.6
1.8
2
0
鉄
損
,
W
[
W
/
k
g
]
磁束密度, B[T]
+60M Pa +40M Pa +20M Pa 0M Pa -20M Pa -40M Pa -60M Pa
（a） 磁化特性 （b） 鉄損特性
- 60
-4 0
-20
0
2 0
40
60
0
応力, σ[MPa]
鉄
損
,
W
[
W
/
k
g
]
0.5 T 1.0 T 1.5 T
0
-1
0
1
磁界強度, H[A/m]
磁
束
密
度
,
B
[
T
]
+60MPa
+20MPa
0MPa
-20MPa
-60MPa
（c） 応力－鉄損特性 （d） ヒステリシスループ (1.0T)
Fig．3 板厚 0.2mm の無方向性電磁鋼板の応力下磁気特性の測定結果
平成26年度 研究報告 大分県産業科学技術センター
