14. 磁性材料の特性試験 1. 実験の目的磁性材料のヒステリシス曲線について学び エプスタイン装置を用い けい素鋼板の鉄損を測定する これらの実験を通して磁性材料の特性について さらに実際の電気機器で磁性材料がどのような使い方をされているのかについて理解を深める 2. 予備レポートの提出以下の項目

１４．磁性材料の特性試験

１ ． 実 験 の 目 的 磁 性 材 料 の ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 につ い て 学 び 、 エ プ ス タ イ ン 装 置 を 用 い 、 けい 素 鋼 板 の 鉄 損 を 測 定 す る 。 こ れ ら の 実 験 を通 し て 磁 性 材 料 の 特 性 に つ い て 、 さ ら に 実際 の 電 気 機 器 で 磁 性 材 料 が ど の よ う な 使 い方 を さ れ て い る の か に つ い て 理 解 を 深 め る 。 ２ ． 予 備 レ ポ ー ト の 提 出 以 下 の 項 目 を 調 べ 、 予 備 レ ポー ト と し て 、 実 験 開 始 前 ま で に 提 出 す る 。 1) 強磁性体、常磁性体、反磁性体の違い 2) 軟磁性体と硬磁性体の特色と応用先 3) 残留磁束密度、保磁力とは ３ ． 実 験 ３ ． １ 直 流 B-H 特性の測定 鉄 な ど の （ 強 ） 磁 性 体 を 磁 石 に 近 づけ る と 、 鉄 は 磁 石 に 引 き 寄 せ ら れ る 。 こ れ は 鉄が 磁 石 に よ っ て 磁 化 さ れ た た め で 、磁 石 の N 極を 鉄 に 近 づ け る と 鉄 は S 極 を 、ま た 磁 石 の S 極 を 近 づ け る と 鉄 は N 極を 示 し 、そ の 結 果 引 き つ け 合 う 力 が 働 く 。 こ の N 極 、 S 極 の も と と な るも の は 、 N 極 、 S 極 が 対 に な っ て 形 成 さ れ る 磁気 モ ー メ ン ト で あ り 、 材 料 の 磁 気 特 性 の 基 本 とな る 。 磁 気 モ ー メ ン ト を そ の 発 生 起 源 で 分 別 する と 、 図 １(a)に 示 す よ う に 、主 に 電 子 の 軌 道 運動 に 伴 う 軌 道 磁 気 モ ー メ ン ト と 、 自 転 運 動 に よる ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト に 分 け ら れ る 。 こ の うち 材 料 の 磁 性 は 後 者 の ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト の影 響 を 強 く 受 け る 。こ の ス ピ ン 磁 気 モ ー メ ン ト を 図 １(c) の よ う な 小 磁 石 に 見 立 て る と 、 磁 性 体中 に は 多 数 の 小 磁 石 が 詰 ま っ て い る と 考 え る こと が で き る 。こ れ に 磁界 を 加 え る（ 磁 石 を 近 づ け る）と 、 磁 性 体 中 の 小 磁 石 は 容 易 に そ の 方 向 を変 え る こ と が 想 像 で き る 。そ こ で 、磁 性 体 に 磁 界 H を印 加 し た 場 合 の B-H 曲 線 を 図 ２ に 示 す 。こ れ に 関 連 し て 、 磁 化 過 程 に お け る 小 磁 石 の 向き を 図 ３ に 示 す 。図 中 の 点 O で は 磁 性 体 は 消 磁さ れ て お り 、 小 磁 石 （ 磁 気 モ ー メ ン ト ） の 向 きは バ ラ バ ラ で あ る た め 、 そ の ベ ク ト ル 和 は ゼ ロで あ る 。 こ れ に 磁 界 を 印 加 す る と 、点 a の よ うに 一 部 の 小 磁 石 が 磁 界 の 方 向 に 向 き 始 め る 。 さら に 磁 界 の 強 さ を 大 き く す る と 、 点 b の よ う にす べ て の H B O a b c d e 図 ２ 磁 性 体 のB-H 特 性 原子核 _電子 公転 自転 (a)電 子 の 公 転 運 動 と 自 転 運 動 電子 電流 I 磁界 電流 I 自転方向

N

S

(b)電 子 の 自 転 (c)自 転 に よ る 磁 界 図 １ 電 子 の 運 動 に よ る 磁 場

小 磁 石 は 磁 界 の 方 向 に 揃 う 。 こ の状 態 か ら 、 磁 界 の 強 さ を 減 じ て い き 磁 界 の大 き さ を ゼ ロ （ 点 c） と し て も 、 小 磁 石 の 一 部 は 磁 界 の 方 向 に 向 い た ま ま 保 持 さ れ る 。 こ れ に こ れ ま で と 逆 方 向 の 磁 界 を 加 え る と、 点 d で よ う や く 小 磁 石 の 方 向 は バ ラ バ ラ とな る 。 さ ら に 磁 界 を 加 え て い く と、す べ て の 小 磁 石 は 磁 界 の 方 向 に 向 く（ 点 e）。この よ う に 、磁 界 の 方 向 ・ 大 き さ を 変 え る と 、 磁 性体 の 磁 束 密 度 は 元 の 特 性 を た ど る こ と な く特 異 な 曲 線 を 描 く 。 こ の よ う な 曲 線 の こ と をヒ ス テ リ シ ス 曲 線 （ 履 歴 曲 線 ） と 呼 ぶ 。 本実 験 で は 、 強 磁 性 体 の B-H 特 性 が ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 を 描 く こ と を 確 認 す る 。 3.1-1 測定装置と測定の原理について 図 ４ に 測 定 装 置 の 概 略 図 を 示 す 。図 中 の バ イ ポ ー ラ 電 源 と は つ ま み を 回 す だ けで 、 出 力 電 圧 を ＋ に も － に も 連 続 的 に 変え る こ と が で き る 電 源 装 置 で あ る 。 測 定 に用 い る 磁 性 材 料 と し て 炭 素 鋼 と け い 素 鋼 を 用い る 。 こ れ ら の 測 定 試 料 は リ ン グ 形 状 を して お り 、 こ れ に 一 次 コ イ ルN1と 二 次 コ イ ルN2が 一 様 に 巻 い て あ る。一 次 コ イ ル に 電 流I を 流 す と 、 ア ン ペ ー ル の 法 則 よ り 磁 界 H が 発 生 す る 。

I

l

N

H

₌

1 _{[A/m] ・・・(1)} こ の 磁 界 が 磁 性 材 料 に 印 加 さ れる と 、磁 束

F

が 磁 性 材 料 内 を 貫 く 。こ の 磁 束 が 磁 性 材 料 中 を 通 り 二 次 コ イ ル を 貫 く と 、電磁 誘 導 の 法 則 よ り 二 次 コ イ ル の 両 端 に 電 圧e が 生 じ る 。

dt

d

N

e

=

₂

F

[V] ・ ・ ・(2) こ れ を 時 間 t で 積 分 す る と ₂

(

₀

)

0 2 0

×

=

ò

F

=

F

-

F

ò

t t t

N

d

N

dt

e

・ ・ ・(3) を 得 る 。式 中 に お い て 、

F

_tお よ び

F

₀は それ ぞ れ 時 刻 t = t お よ び t = 0 に お け る 磁 束 を 示 し て い る 。初 期 条 件 と し て t = 0 に お け る 磁 束

F

₀が

F

₀

=

0

で あ る と す る と 、時 間 t = t に お け る 磁 束

F

_tは

F

_t

=

ò

t

e

×

dt

N

0 2

1

[Wb] ・ ・ ・(4) と な る 。 す な わ ち 、 電圧 e を 時 間 で積 分 す る こ と で 磁 束 が 求 め ら れ る 。 ま た測 定 試 料 の 断 面 積 を S と す る と 、 式(4)よ り 磁 束 密 度 Btは 8 2 2

_´

₁₀

-F

=

SN

N

B

t t [T] ・ ・ ・(5) 点O 点a 点b H H H=0 点c 点d 点e H=0 H H 点O 点a 点b H H H=0 点c 点d 点e H=0 H H 図 ３ 磁 化 過 程 に お け る 小 磁 石の 向 き

で 表 さ れ る 。 実 験 で 用 い る 磁 束 計は 積 分 器 で あ り 、 上 述 の 式 展 開 で 得 ら れ る磁 束 の 値 を 表 示 し て く れ る 。 3.1-2 測定方法 本 実 験 で は 、炭 素 鋼 とけ い 素 鋼 を 測 定 試 料 と し 、 こ れ ら の 直 流 B-H 特 性 を 測 定 す る 。 (1) バ イ ポ ー ラ 電 源 の 設 定 ※ ① 図 ４ の よ う に 結 線 す る。

※ ② バ イ ポ ー ラ 電 源 の AMPLIFIER・ POWER SUPPLY 切 替 え ス イ ッ チ を POWER SUPPLY に す る 。METER ス イ ッ チ ・ POWER ス イ ッ チ・ OUTPUT ス イ ッ チ を そ れ ぞ れ ON に す る 。 ※ ③AMPLITUDE つ ま み を 調 節 し て デ ジ タ ル 電 圧 計 の 指 示 値 を 0.05 mV 以 下 に す る 。 (2) 試 料 の 消 磁 ※ ④ 測 定 試 料 を 取 り 外 し て、 図 ５ の よ う に 結 線 す る 。 ※ ⑤VR（ 単 相 誘 導 電 圧 調 整 器 ）を 最 小 目 盛 の 位 置 に し て 、KS（ 開 閉 器 ）を 閉 じ る 。 VR を 調 節 し て 交 流 電 流 計 の 指 示 値 を 、0A→5A→0A と 変 化 さ せ 、最 後 に KS を 開 く 。 こ れ を ３ 回 繰 り 返 す 。 エレクトロニック 磁束計 X－Y レコーダ バイポーラ電源 入力 出力 _Y軸 X軸 N2 + － I + － デジタルメータ N₁ + － 分流器 0.01Ω 摺動抵抗器 測定試料 + － + － + － 図 ４ 直 流 B-H 特 性 測 定 装 置 の 概 略 図 N₂ N₁ 測定試料

A

VR （単相 誘導 電圧 調整器） + AC 100V KS（開閉器） 開放 or 無負荷 図 ５ 消 磁 回 路

(3) 試料のセット ※ ⑥ 測 定 試 料 を セ ッ ト し 直し て 、 も う 一 度 図 ４ の よ う に 結 線 す る 。 (4) 測 定 計 器 の 設 定 ※ ⑦ 磁 束 計 の SHORT ス イ ッ チ を 押 し て 右 に 回 し ロ ッ ク す る 。 測 定 レ ン ジを ・炭 素 鋼 の 場 合 は 1×103 kMx ・け い 素 鋼 の 場 合 は 3×104 kMx に す る 。 ⑧ 磁 束 計 の POWER ス イ ッ チ を ON に す る。（ 指 針 が 大 き く 振 れ 、数 秒 後 に 0 に な る。） ⑨X－Y レ コ ー ダ の POWER ス イ ッ チ を ON に す る 。 ⑩X－Y レ コ ー ダ の Y 軸 レ ン ジ （ 下 の つ ま み ） を 0.25 mV/cm に す る 。（ 上 の つ ま み は 中 央 ）

⑪X－Y レ コ ー ダ の Y 軸 、X 軸 の INPUT ス イ ッ チ を MEAS に す る 。 ⑫X－Y レ コ ー ダ の X レ ン ジ （ 下 の つ ま み ） を

・炭 素 鋼 の 場 合 は 5mV/cm

・け い 素 鋼 の 場 合 は 1mV/cm に す る。（ 上 の つ ま み は 中 央 ）

⑬X－Y レ コ ー ダ の TIME BASE の MEAS ス イ ッ チ を 押 す 。 ※ ⑭X－Y レ コ ー ダ の CHART ス イ ッ チ を HOLD 側 に す る 。 ※ ⑮ 磁 束 計 の ZERO ADJUST つ ま み で 指 示 値 を 0 に あ わ せ る 。 ※ ⑯SHORT ス イ ッ チ の ロ ッ ク を は ず す 。 ※ ⑰X－Y レ コ ー ダ の Y 軸 、X 軸 の POSITION つ ま み で ペ ン 先 の 位 置を 記 録 用 紙 の 中 央 に 合 わ せ て 、PEN ス イ ッ チ を DOWN 側 に す る 。 (5) 測 定 の 開 始 ※ ⑱ バ イ ポ ー ラ 電 源 の AMPLITUDE つ ま み を 回 し 、 電 流 計 の 指 示 値 を 、 ・炭 素 鋼 の 場 合 は 0A→＋ 5A→0A→－ 5A→0A→+5A

・け い 素 鋼 の 場 合 は 0A→＋ 1A→0A→－ 1A→0A→+1A

と 変 化 さ せ る。（ こ の 操 作 で ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 が 得 ら れ る。）

＊ た だ し 、電 流 は 、分 流 器 の 両 端 の 電 圧（mV）測定し、これを電流に換算して 確 認 す る こ と 。

＊ バ イ ポ ー ラ 電 源 の 電 流 計 は 精度 が 粗 い た め 、こ れ を 計 測 値 と し て 採 用 し な い。 ※ ⑲X－Y レ コ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を UP 側 に し 、CHART ス イ ッ チ を RELEASE 側

に す る 。

※ ⑳X－Y レ コ ー ダ の 記 録 紙 を 引 き 出 し カ ッ ト す る 。

※21バ イ ポ ー ラ 電 源の AMPLITUDE つ ま み を 左 に 回 し、電 流 計 の 指 示 値 を 0 に す る 。

３ ． ２ エ プ ス タ イ ン 装 置 に よる 交 流 B-H 特性と鉄損の測定 ３ ． ２ ． １ 交 流 磁 界 に お け る B-H 曲線について 3.2.1-1 測定装置と測定の原理について 図 ６ に 交 流 B-H 特 性 を 測 定 す る 装 置 を 示 す 。 交 流 電 源 装 置 は 、 出 力 電 圧 を 0～ 240 V、 周 波 数 を 0～ 500Hz の 範 囲 で 変 化 させ る こ と が 可 能 な 装 置 で あ る 。 測 定 に 用い る エ プ ス タ イ ン 装 置 は、幅 3 cm、長 さ 28 cm の 短 冊 状 の 形 状 を し た 試 料 を 図 ７ の よ う に積 み 上 げ 、 こ れ に 同 じ 巻 数 の 一 次 コ イ ル と二 次 コ イ ル を 巻 き 付 け た も の で あ る 。 一 次 側 の コ イ ル に 交 流 電 流

I

_c（ 一次 コ イ ル 電 流 ） を 流 す と 、 交 流 磁 界

H ¢

が 発 生 す る 。

I

_c

l

N

H

¢

=

¢

1 _{[A/m] ・ ・ ・(6)} 表 １ 測 定 試 料 （ 炭 素 鋼 ） の 諸元 諸元 試料 材質 １次コイル巻数 ２次コイル巻数 リング内径(cm) リング外径(cm) 平均磁路長(cm) 直径(cm) 断面積(cm2) 表 ２ 測 定 試 料 （ け い 素 鋼 ） の諸 元 諸元 試料 材質 １次コイル巻数 ２次コイル巻数 外枠寸法(cm) 内枠寸法(cm) 平均磁路長(cm) 積厚(cm) 断面積(cm2) デジタル 磁束計 _X－Y レコーダ 交流可変 電源装置 入力 出力 Y軸 X軸 + － トランス ジューサ エプスタイン装置 デジタルパワーテスタ P_C S_C P₀ S₀ 3 2 + － + － + － + － 図 ６ 交 流 B-H 特 性 測 定 装 置 の 概 略 図 試 験 片 の 積 み 方 ・ ・ ・ 無 方 向 性 図 ７ エ プ ス タ イ ン 装 置 の 鉄 心の 構 成

式 中 の

l¢

は 実 効 磁 路 長 で 、 本 実 験に お い て は

¢l

=

0

.

94

[m]で あ る 。 磁 束 電 圧 計 は 電 磁 誘 導 に よ っ て二 次 コ イ ル に 発 生 し た 電 圧 を 測 定 す る 装 置で あ る 。 試 料 の 断 面 積 を

S¢

と す る と

D

l

m

S

¢

¢

=

¢

4

[m 2_{]・ ・ ・(7)} で 表 さ れ る 。 式 中 の

m¢

は 試 料 の 質 量 を 、

l

は 試 料 の 長 さ で 、 本 実 験 で は

l

=

0

.

28

[m]で あ る 。

D¢

は 試 料 の 密 度 で あ る 。 二 次 側 コ イ ル に 誘 起 さ れ る 電 圧 の 実 効 値

V

_f を 磁 束 密 度 の 波 高 値

B¢

を 用 い て 表 す と 、

S

B

fN

V

_f

=

2

p

₂

¢

¢

[V] ・ ・ ・(8) を 得 る 。 こ の 式 よ り 試 料 内 を 貫く 磁 束 密 度

B¢

が 求 め ら れ

S

fN

V

B

f

¢

=

¢

2

2

p

[T] ・ ・ ・(9) と 表 さ れ る 。 印 加 す る 交 流 の １ 周 期 ご と に描 き 出 さ れ る B-H 特 性 は、ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 を 一 周 す る よ う に 変 化 す る。磁 界

H ¢

を 変 化 さ せ る と 、ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 の 大 き さ が 変 化 す る。交 流 磁 化 曲 線 は こ の 磁 界

H ¢

を 変 化 さ せて 、図 の 点 を 多 数 プ ロ ッ ト し た も の に 相 当 す る 。交 流 に お け るB-H 特 性 試 験 で は 、後 に 述 べ る 渦 電 流 や 周 波 数 な ど の 影 響 に よ り 、ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 の 形 は 直 流 B-H 特 性 の と き と は 異 な る 。 3.2.1-2 測定方法 測 定 を 行 う 前 に 下 表 に 記 した エ プ ス タ イ ン 装 置 の 諸 元 を 調 べ る 。 A．周波数 60 Hz における B-H 特性の測定 ① 図 ６ の よ う に 結 線 す る 。

※ ② 交 流 可 変 電 源 の POWER ス イ ッ チ を ON に し 、OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を ２ 個 と も 左 に 回 し 、INITIAL ツ マ ミ を 60 Hz に し 、 SET ボ タ ン （ 黄 色 ） を 押 す 。

③ デ ジ タ ル パ ワ ー ハ イ テ スタ の POWER ス イ ッ チ を ON に し 、 V12キ ー を 押 す。（ ２

回 目 以 降 は 押 さ な い ）

※ ④X－ Y レ コ ー ダ の グ ラ フ 用 紙 を セ ッ ト し て 、 POWER ス イ ッ チ を ON に す る 。 ⑤X－ Y レ コ ー ダ の SERVO ス イ ッ チ を ON に し 、START、RESET ス イ ッ チ を START

側 に す る 。 ⑥X－ Y レ コ ー ダ の X 軸 レ ン ジ を 0.5 mV/cm に し 、X 軸 TIME、OFF、MEAS ス イ ッ 表 ３ エ プ ス タ イ ン 装 置 の 諸 元 諸元 試料 試料の質量 m 試料の密度 D ' 一次コイル巻数 N1 二次コイル巻数 N2 実効磁路長 l ' 0.94 [m] 試料の長さ l 0.28 [m]

チ を MEAS 側 に す る 。

⑦X－Y レ コ ー ダ の Y 軸 レ ン ジ を 50 mV/cm に し 、Y 軸 OFF、MEAS ス イ ッ チ を MEAS 側 に す る 。

⑧X－ Y レ コ ー ダ の X 軸 、Y 軸 POSITION ツ マ ミ で 、ペ ン 先 を グ ラ フ 用 紙 の 左 角 よ り 上 へ 3 cm、 右 へ 4 cm の 位 置 に す る 。

※ ⑨X－ Y レ コ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を 押 し 、 ペ ン を DOWN の 状 態 に す る 。

⑩ 交 流 可 変 電 源 の OUTPUT ス イ ッ チ を ON に し 、OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を ゆ っ く り 右 に 回 し 、 デ ジ タ ル 電 圧 計 の指 示 値 を 62 V に す る。（ こ の 操 作 で 60 Hz の 交 流 B-H 特 性 が 得 ら れ る ） ※ ⑪X－ Y レ コ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を 押 し 、 ペ ン を UP の 状 態 に す る 。 ※ ⑫ 交 流 可 変 電 源 の OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を 左 に 回 し 、 デ ジ タ ル 電 圧 計の 指 示 値 を 最 小 に し 、OUTPUT ス イ ッ チ を OFF に す る 。 B．周波数 50 Hz における B-H 特性の測定 ⑬ 交 流 可 変 電 源 の INITIAL ツ マ ミ を 50 Hz に し 、 SET ボ タ ン （ 黄 色 ） を 押 す 。 ※ ⑭X－ Y レコ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を 押 し 、 ペ ン を DOWN の 状 態 に す る 。

※ ⑮ 交 流 可 変 電 源 の OUTPUT ス イ ッ チ を ON に し 、OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を ゆ っ く り 右 に 回 し 、 デ ジ タ ル 電 圧 計 の指 示 値 を 54 V に す る。（ こ の 操 作 で 50 Hz の 交 流 B-H 特 性 が 得 ら れ る ） ※ ⑯X－ Y レ コ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を 押 し 、 ペ ン を UP の 状 態 に す る 。 ※ ⑰X－ Y レ コ ー ダ の グ ラ フ 用 紙 を 取 り 出 す 。 ※ ⑱ 交 流 可 変 電 源 の OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を 左 に 回 し 、 デ ジ タ ル 電 圧 計 の指 示 値 を 最 小 に し 、OUTPUT ス イ ッ チ を OFF に す る 。 ２ 回 目 以 降 は ※ 印 の 操 作 の み を行 う 。 ３ ． ２ ． ２ 鉄 損 （ 交 流 磁 気 特性 ） の 測 定 3.2.2-1 測定装置と測定の原理について 図 ８ に 鉄 損 測 定 に 用 い る 装 置 の 概 略 図 を 示 す 。 エ プ ス タ イ ン 装 置 に 直 流 電 圧 （f=0Hz の 場 合 ） を 印 加 す る と 、 電 力 計 （デ ジ タ ル パ ワ ー ハ イ テ ス タ ） の 指 示 値 は コイ ル の 抵 抗 に よ る ジ ュ ー ル 損 失 を 表 す 。 一 方、 交 流 電 圧 を 印 加 す る と 、 直 流 の 場 合 と 同じ 大 き さ の 電 流 を 流 し て い る に も か か わ ら ず、 電 力 計 の 指 示 値 は ジ ュ ー ル 損 失 分 よ り 大き な 値 を 示 す 。 こ の 原 因 は 交 番 磁 界 に よ っ て鉄 芯 中 に エ ネ ル ギ ー 損 失 が 生 じ た た め で 、こ の 損 失 は S0 X－Y レコーダ 交流可変 電源装置 入力 出力 Y軸 X軸 + － エプスタイン装置 デジタルパワーハイテスタ P_C SC P0 電力 電圧 電圧 電流 左1端子 左2端子 右5端子 右4端子 V₁₂ CH 1 + CH 1 － CH 2 + CH 2 － + － + －

鉄 損 と 呼 ば れ る 。 鉄 損 は さ ら に ヒ ス テ リ シ ス 損 と渦 電 流 損 と に 分 け ら れ る 。 ヒ ス テ リ シ ス 損は ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 の 面 積 と 周 波 数 に 比 例 する 。 一 方 、 渦 電 流 損 は 電 磁 誘 導 に よ っ て 発生 し た 電 流 が 鉄 芯 中 を 流 れ る こ と に よ っ て生 じ る ジ ュ ー ル 損 の こ と で 、 周 波 数 の ２ 乗 に比 例 す る 。 エ プ ス タ イ ン 装 置 に よ る 鉄 損 測定 の 基 本 原 理 は 電 力 計 法 と 呼 ば れ て お り 、銅 損 を 除 い て 鉄 損 の み を 測 定 で き る よ う に 工夫 さ れ て い る 。 具 体 的 に は エ プ ス タ イ ン 装置 の 二 次 コ イ ル と 一 次 コ イ ル を 鎖 交 す る 磁 束が 同 じ に な る よ う に な っ て い る 。 そ の た め、 電 磁 誘 導 に よ っ て 誘 起 さ れ る 電 圧 は 二 次 コイ ル 側 、 一 次 コ イ ル 側 に 関 わ ら ず 同 じ 値 にな り 、 二 次 電 流 は 0 と 見 な せ る た め 、 巻 線 抵 抗に よ る 電 圧 降 下 は 二 次 コ イ ル に 生 じ な い。 従 っ て 、 二 次 コ イ ル の 電 圧 と 一 次 コ イ ル の電 流 か ら 算 出 さ れ る 電 力 は 銅 損 を 含 ま ず 、鉄 損 の み と な る 。 測 定 に お け る 注 意 点 と し て、 電 力 計 は 低 力 率 で も 正 確 な 測 定 が で き るも の を 使 用 し な け れ ば な ら な い 。 3.2.2-2 測定方法 A．周波数 60 Hz における鉄損の測定 ① 図 ８ の よ う に 結 線 す る 。

※ ② 交 流 可 変 電 源 の POWER ス イ ッ チ を ON に し 、OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を ２ 個 と も 左 に 回 し 、INITIAL ツ マ ミ を 60 Hz に し 、 SET ボ タ ン （ 黄 色 ） を 押 す 。

③ デ ジ タ ル パ ワ ー ハ イ テ スタ の POWER ス イ ッ チ を ON に し 、V12キ ー と 2 /0.2 A キ

ー を 押 す。（ ２ 回 目 以 降 は 押 さ な い ）

※ ④X－ Y レ コ ー ダ の グ ラ フ 用 紙 を セ ッ ト し て 、 POWER ス イ ッ チ を ON に す る 。 ⑤X－ Y レ コ ー ダ の SERVO ス イ ッ チ を ON に し 、START、RESET ス イ ッ チ を START

側 に す る 。

⑥X－ Y レ コ ー ダ の X 軸 レ ン ジ を 50 mV/cm に し 、X 軸 TIME、OFF、MEAS ス イ ッ チ を MEAS 側 に す る 。

⑦X－Y レ コ ー ダ の Y 軸 レ ン ジ を 5 mV/cm に し 、Y 軸 OFF、MEAS ス イ ッ チ を MEAS 側 に す る 。

⑧X－ Y レ コ ー ダ の X 軸 、Y 軸 POSITION ツ マ ミ で 、ペ ン 先 を グ ラ フ 用 紙 の 左 角 よ り 上 へ 3 cm、 右 へ 4 cm の 位 置 に す る 。

※ ⑨X－ Y レ コ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を 押 し 、 ペ ン を DOWN の 状 態 に す る 。

⑩ 交 流 可 変 電 源 の OUTPUT ス イ ッ チ を ON に し 、OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を ゆ っ く り 右 に 回 し 、 デ ジ タ ル 電 圧 計 の指 示 値 を 60 V に す る。（ こ の 操 作 で 60 Hz の 鉄 損 － 磁 束 密 度“Pi－B”曲 線 が 得 ら れ る ） ※ ⑪X－ Y レ コ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を 押 し 、 ペ ン を UP の 状 態 に す る 。 ※ ⑫ 交 流 可 変 電 源 の OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を 左 に 回 し 、 デ ジ タ ル 電 圧 計の 指 示 値 を 最 小 に し 、OUTPUT ス イ ッ チ を OFF に す る 。 B．周波数 50 Hz における鉄損の測定 ⑬ 交 流 可 変 電 源 の INITIAL ツ マ ミ を 50 Hz に し 、 SET ボ タ ン （ 黄 色 ） を 押 す 。 ※ ⑭X－ Y レコ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を 押 し 、 ペ ン を DOWN の 状 態 に す る 。

※ ⑮ 交 流 可 変 電 源 の OUTPUT ス イ ッ チ を ON に し 、OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を ゆ っ く り 右 に 回 し 、 デ ジ タ ル 電 圧 計 の指 示 値 を 55 V に す る。（ こ の 操 作 で 50 Hz の 鉄 損 － 磁 束 密 度“Pi－B”曲 線 が 得 ら れ る ）

※ ⑯X－ Y レ コ ー ダ の PEN ス イ ッ チ を 押 し 、 ペ ン を UP の 状 態 に す る 。 ※ ⑰X－ Y レ コ ー ダ の グ ラ フ 用 紙 を 取 り 出 す 。 ※ ⑱ 交 流 可 変 電 源 の OUTPUT LEVEL ツ マ ミ を 左 に 回 し 、 デ ジ タ ル 電 圧 計 の指 示 値 を 最 小 に し 、OUTPUT ス イ ッ チ を OFF に す る 。 ２ 回 目 以 降 は ※ 印 の 操 作 の み を行 う 。 ４ ． 特 性 曲 線 に つ い て 今 回 の 実 験 で は 、 各 種 ト ラ ン スジ ュ ー サ （ 電 流 、 電 圧 、 電 力 ） や 直 流 分 圧器 を 使 用 し て い る た め 、 各 曲 線 の 縦 軸 と 横軸 は 下 記 の よ う に 計 算 し て 決 め る 。 ４ ． １ 直 流 B-H 特性 4.1.1 炭素鋼の B-H 特性 a) 横 軸 の 磁 界 H は 式(1)で 計 算 す る 。 た だ し 、 電 流 I は 1 cm あ た り 0.5 A で あ る 。 b) 縦 軸の 磁 束 密 度 B は 式(5)で 計 算 す る。た だ し、N2Φ は 1 cm あ た り 5×104 Mx であ る 。 4.1.2 けい素鋼の B-H 特性 a) 横 軸 の 磁 界 H は 式(1)で 計 算 す る 。 た だ し 、 電 流 I は 1 cm あ た り 0.1 A で あ る 。 b) 縦 軸 の磁 束 密 度 B は 式(5)で 計 算 す る。た だ し、N2Φ は 1 cm あ た り 150×104 Mx で あ る 。 ４ ． ２ 交 流 B-H 特性 a) 横軸の磁界 H’は式(6)で計算する。 た だ し 、 電 流 Icは 1 cm あ た り ・ 60 Hz の 場 合 0.1 A ・50 Hz の 場 合 0.09 A で あ る 。 b) 縦 軸 の磁 束 密 度 B’は 式(9)で 計 算 す る。た だ し 、Vfは 周 波 数 に 関 わ ら ず 、1 cm あ た り 5 V で あ る 。 ４ ． ３ 鉄 損 － 磁 束 密 度 特 性 a) 縦 軸 の 鉄 損 は 周 波 数 に 関 わ ら ず 、1 cm あ た り 0.5 W で ある 。 b) 横 軸の 磁 束 密 度 は 交 流 B-H 特 性 の 計 算 と 同 様 で あ る 。 ５ ． 考 察 お よ び 検 討 事 項 (4-1) け い 素 鋼 板 を 用 い る と 、 う ず 電 流 が 減 少 す る の は な ぜ か 。 (4-2) 厚 い 鋼 材 よ り も 薄 い 鋼 材 を 積 み 重 ね た 場 合 、 鉄 損 が 減 少 す る の は なぜ か 。 (4-3) 磁 性 材 料 が 使 わ れ て い る 身 近 な も の を 挙 げ 、 そ の 原 理 な ど を 調 べ よ。 (4-4) 高 透 磁 率 材 料 の ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 は ど の よ う な 形 が 望 ま し い か 。 (4-5) 永 久 磁 石 材 料 の ヒ ス テ リ シ ス 曲 線 は ど の よ う な 形 が 望 ま し い か 。