JPH03221886A - 鉄損の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄損の測定方法に関するものであり、特に低
透磁率の磁心材の鉄損測定に適するものである。

［従来の技術］ 最近、磁気記録装置やスイッチング電源装置の需要が増
加しているが、これらの製品の中でトランスやコイル等
の部品は、全体に占めるコストも高く、重要部品となっ
ている。小型、低損失のトランス、コイルを設計するた
めには、磁心材の鉄損特性を把握する必要がある。

従来の鉄損測定方法を第４図に示す。図中、１は高周波
電圧の発振器であり、その発振出力を増幅する増幅器を
含む。この発振器１により、磁心付きコイル２に巻かれ
ている１次巻線ａに通電し、磁心付きコイル２の磁心を
励磁する。３は電流検出のための抵抗である。この抵抗
３に発生する電圧と、２次巻線すに発生する電圧が、波
形記憶装Ｗ４に記憶されて、コンピュータ５によって演
算処理される。

ここで、磁心付きコイル２の磁心の単位体積当たりの鉄
損Ｗ　ｃ　（単位Ｗ／ｍ’）は、次式て表される。

上式において、Ｎ１は１次巻線ａの巻数、Ｎ２は２次巻
線すの巻数、■は磁心の体積、１１は１次巻線ａに流れ
る電流、Ｅｌは抵抗３の両端電圧、Ｅ２は２次巻線すの
電圧、Ｒは抵抗３の抵抗値である。

また、Ｔは発振器１による発振波形の周期であり、発振
周波数をｆとすると、Ｔ＝１／ｆの関係がある。

■式の積分値はコンピュータ５で演算されることが一般
的であるが、波形記憶装置４とコンピュータ５を用いる
代わりに、乗算型電圧計を用いてアナログ的に電圧の積
分を行う測定方法もある。また、１次電流■１を検出す
る方法としては、抵抗３を用いる方法以外に、電流プロ
ーブを用いる方法もある。

また、第５図に示すように、２次巻線１〕の電圧Ｅ２を
検出せずに、１次巻線ａの電圧Ｅ、を代わりに検出する
方法も提案されている。この方法では２次巻線すを設け
る必要が無いので、前述の方法と比べると簡略ではある
が、１次巻線ａによる銅損も合わせた損失を測定してし
まう。さらに、発振器］の発振周波数が高くなると、１
次巻線ａに流れる電流りと１次巻線ａの電圧Ｅ１との間
に位相差を生しることがあるので、これをコンピュータ
を使って補正することも提案されている（信学技報ＰＥ
８６−２７参照）。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の鉄損測定方法は広く使われており、測定装置も市
販されている。フェライトのような高透磁率材料の鉄損
を測定する場合には、上述の鉄損測定方法の測定精度は
比較的高く、測定値の１言頼性は高い。しかしながら、
ギャップ付きのフェライト磁心や一部のダスＩ−コアの
ような低透磁率材料の鉄損を測定する場合には、力率の
低い状態ては、測定精度が劣化することが知られている
。これは、ＩＩ、Ｅ２の大きさ（例えば実効値）に比Ｉ
＆で、（１／Ｔ）Ｓご１１Ｅ２ｄｔの値が著しく小さく
なるためであり５測定時の条件や積分の計算精度によっ
て測定値が変動することがあった。具体的に言えば、抵
抗３の抵抗値、１次巻線ａ及び２次巻線）〕の巻数Ｎｌ
、Ｎ２、波形記憶装置４の記憶ビット数などによって、
鉄損の測定値が変動することかあつた。

このような低力率の状態て鉄損を正確に測定する方法と
して、第６図に示すような方法（電気学会マグネティス
研究会資料ＭＡＧ−８８−１７８参照）が提案されてい
る。この方法では、１次巻線ａのインダクタンスと測定
周波数で共振を生しるコンデンサ６を直列的に配置する
ことにより、■、どＥｌの位相をほぼ同じにさせて、測
定時の力率を向上させようとするものである。１次巻線
ａのインダクタンスをし、コンデンサ６の容量をＣどす
ると、２ｘｆ＝１／（ＬＣ）”という関係が成り立つよ
・うにコンデンサ６の容量Ｃ又は発振器１の測定周波数
ｆを設定する。この方法により、ギャップ付き磁心の鉄
損を正確に測定することが可能どなった。Ｉ７かしなが
ら、この方法は、１次巻線方式にしか適用できないため
に、１次巻線ａの抵抗による銅損及びコンデンサ６によ
る損失をきわせた損失しか直接に測定できない。このた
めに、単位電流当たりの鉄損の小さい磁心材の測定は困
難になるという欠点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、低力率の状態で弓 も磁心利の鉄損を精度良く測定てきる鉄損測定方法を提
供することにある９ ［課題を解決するための手段］ 本発明による鉄損の測定方法では、第１図に示すように
、磁心付きコイル２の他に空心コイル７を使用し、電力
供給を行う１次側ては、磁心（−１きコイル２の１次巻
線ａと空心コイル７の１次巻線Ｃとは、同方向に巻いた
ものを直列に接続する。また、電圧検出を行う２次側で
は、磁心イ＝ｊきコイル２の２次巻線）Ｊと空心コイル
７の２次巻線ｄとは、逆方向に巻いたものを直列に接続
する。１次巻線ａとＣを逆方向に巻いて、２次巻線１）
とｄを同方向に巻いても、同様の結果を得ることができ
る。こうすれば、磁心付きコイル２の２次巻線すに発生
する電圧Ｅ２と、空心コイル７の２次巻線ｄに発生ずる
電圧Ｅ２’とは逆方向となり、これらを合成した電圧Ｅ
３は、Ｅ２よりもその絶対値は著しく小さくなり、さら
にＥ３のは相は１次電流１１とほぼ同相となる。

ここて、空心コイル７の寸法及び１次巻線Ｃと２次巻線
ｄの巻数Ｎ、’、Ｎ２“は、Ｅ２＋Ｅ２″ができるたけ
小さくなるように設計することが望ましい。

−例として、空心コイル７の寸法を磁心付きコイル２と
同一とし、１次巻線Ｃの巻数Ｎ、′は磁心付きコイル２
の１次巻線ａの巻数Ｎ１と等しくし、２次巻線ｄの巻数
Ｎ２′については、磁心付きコイル２の２次巻ｉｌｌ　
１３の巻数Ｎ２に比透磁率を乗じた巻数とする。つまり
、磁心付きコイル２の比透磁率をμ丁・とすると、Ｎ２
′−μｒＮ２とする。このようにすれば、空心コイル７
に励磁される磁場が、磁心付きコイル２と同じとなり、
２次巻線１）　、　ｄに誘起される電圧Ｅ２．Ｅ、’が
、磁心付きコイル２と空心コイル７とでほぼ同じどなる
。

なお、第１図では、理解しやすいように、磁心付きコイ
ル２の１次巻線ａと２次巻線ｂ、空心コイル７の１次巻
線Ｃと２次巻線ｄを分割巻きとしているが、実際の測定
では、漏れ磁束を少なくするために、１次巻線と２次巻
線を全体に均一に巻く必要がある。また、２次巻線側で
磁心付きコイル２と空心コイル７の２次巻線す、ｄの接
続点Ｓを、波形記憶装置４に結線しているのは、磁心付
きコイル２の２次電圧Ｅ２を時間積分することにより、
磁心付きコイル２に誘起される磁束密度Ｂを鉄損Ｗｃと
同時に測定するためてあり、鉄損のみを測定する場合は
上記の結線は不必要である。２次巻線す、ｄの接続点Ｓ
を波形記憶装置４に結線しない回路構成でも、磁場（電
流）に対する鉄損の関係を知ることが可能である。

また、１次巻線方式による測定回路例を第２図に示した
。この回路構成では、２次巻線す、ｄを省略し、波形記
憶装置４で２次巻線す、ｃｌの電圧Ｅ２Ｅ２”を記憶す
る代わりに、１次巻線ａ、ｅの電圧ＥＥｌ′を記憶する
。１次巻線ａ、ｃは逆方向に巻いた状態で直列に接続す
る。ただし、このときは、磁心付きコイル２ど空心コイ
ル７の巻線抵抗による銅損を含んだ損失を測定すること
になる。

［作用］ 第１図に示す測定回路を用いた場合に、低力率ても磁心
付きコイル２の鉄損が精度良く測定できる理由を、第３
図のムク１−ル図を用いて説明する。

第１図に示す測定回路における１次巻線ａ、ｃに流れる
１次電流■、と、２次巻線１）、ｄに発生する２次電圧
Ｅ　２　、　Ｅ　２′をベクトルとして第３図に示して
いる。ここて、鉄損Ｗｅは次式で表される。

Ｗｅ””　Ｉ　、　　Ｅ２／Ｖ １１１ＸＩＥ２ＩＣＯ３θ／Ｖ　　　、、−■上式にＪ
３いて、■は磁心体積、１１・Ｅ２はベクトル■１とＥ
２の内積、ＩＩＩＩ、１Ｅ２１はベクトル１．、Ｅ２の
絶対値、θはノ＼りトル■；とＥ２のなす角である。今
、問題としているのは５θが９０度に近く、力率ｃｏｓ
θが著しく小さい状態である。

このとき、ベクトルエ１とＥ２の内積工、・Ｅ２は、絶
対値ｌ１１１，１Ｅ２１に比べて小さくなり、鉄損Ｗｃ
の測定精度は悪くなってしまう。

一方、空心コイル７では、鉄損は発生しないがら、原理
的に、空心コイル７の２次電圧Ｅ２’ど１次電流１．ど
がなす角は９０度であり、ベクトルＬとＥ２′の内積は
Ｉ＋’　Ｅ２””０である。ここで、第１図のように配
線すれば、２次電圧Ｅ２とＥ２は逆方向となる。したが
って、第３図に示すように、Ｅ３＝Ｅ２＋Ｅ２’は、Ｅ
２．Ｅ２”と比べて小さくなるが、Ｅ、と１１とのなす
角θ′は、θに比べて著しく小さく、力率ｃｏｓθ′は
、ｃＯ８θよりも大きくなる。

工１・Ｅ３−１．・Ｅ２−＋−Ｉ、・Ｅ２■１・Ｅ２ となるから、■１・Ｅ２の代わりにＸｌ・Ｅ３を測定す
れば、力率ｃｏｓθ′が高い状態で精度良く、鉄損を求
めることが可能となる。

［実施例］ 本発明による鉄損の測定方法の一実施例どして、トーキ
ン製ダス）へコアＨＰ　−１２について、本発明の測定
法及び従来法で鉄損を測定した。この磁心はトロイダル
形状で、寸法は平均磁路長が５２゜１５ｍｍ、断面積が
２５．４ｍｍ２で、比透磁率はμｒ−１００である。周
波数ｆ−１００ｋＨｚ、励磁磁場Ｈｍ−８００Ａ／ｍ、
誘起磁束密度Ｂ＝０．ＩＴ、磁束正弦波の条件で鉄損を
測定した。なお、本実施例の測定法では、磁心付きコイ
ルと同寸法の空心コイルを用いて、その２次電圧が磁心
付きコイルの２次電圧とほぼ同じようになるように巻線
を施した。第４図に示す従来法による測定結果を第１表
に、本発明による測定結果を第２表に示した。

鉄損の測定値の単位はｋＷ／ｍ３である。この表に示さ
れた測定結果を見れば明らかなように、従来法では、巻
数Ｎ、、Ｎ２によって鉄損Ｗｃの測定値が大きく変化し
ているのに対して、本発明による測定法では、巻数Ｎ、
、Ｎ、Ｎ、°、Ｎ２′による測定値の変動は僅かであり
、鉄損が精度良く測定されていることが分かる。

第１表 １ 第２表 ［発明の効果］ 本発明にあっては、上述のように、磁心付きコイルの励
磁電流と巻線電圧との内積に基づいて磁心の鉄損を測定
する方法において、鉄損を有さない空心コイルに磁心付
きコ、イルと同じ励磁電流を通電し、磁心付きコイルの
巻線電圧と空心コイルの巻線電圧とを逆極性となるよう
に合成した電圧と励磁電流との内債に基づいて磁心の鉄
損を測定１？ するものであるから、低透磁率材料の測定のような低力
率状態での鉄損測定を精度良く行うことができるという
効果がある９

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測定方法を実施するための測定回路の
回路図、第２図は本発明の測定方法を実施するための他
の測定回路の回路図、第３図は本発明の動作説明図、第
４図は従来例の回路図、第５図は他の従来例の回路図、
第６図は別の従来例の回路図である。 １は発振器、２は磁心付きコイル、３は抵抗、４は波形
記憶装置、５はコンピュータ、７は空心コイルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　磁心付きコイルの励磁電流と巻線電圧との内積
   に基づいて磁心の鉄損を測定する方法において、鉄損を
   有さない空心コイルに磁心付きコイルと同じ励磁電流を
   通電し、磁心付きコイルの巻線電圧と空心コイルの巻線
   電圧とを逆極性となるように合成した電圧と励磁電流と
   の内積に基づいて磁心の鉄損を測定することを特徴とす
   る鉄損の測定方法。