B-Hアナライザ　FAQ

導入編　Question

測定編　Question

導入編 Answer
Q.B-Hアナライザと直流カーブトレーサの違いは何でしょうか。
A.測定原理は同一です。異なるのは励磁方式です。直流カーブトレーサは、直流電源の出力を数10秒かけて非常に緩やかに正弦波状、あるいは三角波状に可変しながら試料を励磁し、B-H波形を1周期分取得します。一方B-Hアナライザは、内蔵した信号発生器から直流ではなく設定した周波数の正弦波、あるいは方形波を発生させ、それを交流パワーアンプで増幅して試料を励磁し、B-H波形を1周期分取得します。直流カーブトレーサは試料の磁気特性の静特性の測定に適しています。
一方B-Hアナライザは磁気特性の動特性である高周波特性の測定に適しています。
Q.B-Hアナライザとインピーダンスアナライザの違いは何でしょうか。
A.インピーダンスアナライザは、小信号（数十mA）における電子部品のパラメータ測定装置で、磁性部品ではL、Q、R、Z等のパラメータを測定することができます。一方、B-Hアナライザは小信号から大信号（5mA～6A）で、磁性部品のB-Hカーブ、コアロス、透磁率等の軟磁性体の磁気特性値を測定することができます。磁性部品の実際の駆動条件での測定にはB-Hアナライザが適しています。
Q.オシロスコープでもコアロス等の磁気特性値を測定できるものがありますが、B-Hアナライザとの違いは何でしょうか。
A.測定した励磁電流と誘起電圧から、磁界(の強さ)、磁束密度、など磁気特性値を求める機能は同じですが、オシロスコープを用いた測定とB-Hアナライザの測定では以下の2点で大きく異なります。
  1. 励磁電流と誘起電圧の測定分解能
  2. 励磁電流と誘起電圧の位相差補正方法
まず、①の測定分解能ですが、一般的なオシロスコープの測定分解能は8bitです。一方B-Hアナライザは、SY-8218 / SY-8219で16bitを備えています。B-Hアナライザでは高分解能で波形を捉えることができるので、高い測定確度で磁気特性値を得ることができます。

次に②の位相差補正ですが、励磁電流と誘起電圧の位相差はコアロスに多大な影響を与える重要なパラメータです。オシロスコープの測定ではスキュー調整により測定チャネル間の時間差をキャンセル（デスキュー）し、この位相差補正を行っています。しかし、実際には電流プローブの周波数-位相特性が線形でない(群遅延特性が平坦でない)ため、デスキューだけで精密に位相補正することはできません。パワーアナライザの一部にデスキューを備えたものもありますが、同様に精密に位相補正することはできません。

一方B-Hアナライザでは、測定チャネル間の周波数-位相特性を予め測定しておき、周波数ごとに、かつ測定レンジごとに、この位相差を精密に補正しています。従って、B-Hアナライザでは、極めて高い測定確度でコアロスを測定することができます。オシロスコープやパワーアナライザでは測定が困難な、圧粉系材料の極めて小さなコアロスを、B-Hアナライザは測定することができます。
Q.B-Hアナライザで測定できる試料はどんな材質、形状のものですか。
A.軟磁性で、トロイダル、EI、EEコア等、巻線可能な閉磁路形状の試料を測定することができます。さらに、小型単板磁気測定装置SY-956を組合せると、板、シート状の試料も測定することができます。

【参照】測定試料形状例

EIコア

ダストコア

モータ・ステータ

モータ・ロータ

アモルファス・コア

ステータ用積層板

Q.B-Hアナライザで粉末試料は測定できるでしょうか？
A.オプションの空トロイダルコアSY-513に粉末を充填し巻線を施せば測定することができます。
Q.B-Hアナライザで測定できる磁束密度の範囲はどれくらいまででしょうか。
A.正弦波励磁でB-Hカーブが非飽和領域では、最大磁束密度Bmと誘起電圧V2の関係は次式で表されます。

f：測定周波数　Ae：試料の実効断面積　N2：2次巻線数
式
したがって、非飽和領域ではご使用になるB-Hアナライザの検出電圧範囲内のV2に対応するBmまで測定することが可能です。SY-8218、SY-8219ではV2の最大許容値は200Vです。非正弦波励磁、あるいは飽和領域ではこの式が成り立ちませんので注意が必要です。

Q.B-Hアナライザで励磁できる磁界(の強さ)はどれくらいまででしょうか。
A.励磁できる最大磁界Hmは次式で決まります。

I：励磁電流　N1：1次巻線数　Le：平均磁路長
式
励磁電流Iは、ご使用になるパワーアンプに依存します。

Q.B-Hアナライザで測定できる周波数はどれくらいまででしょうか。
A.B-Hアナライザの機種と組合せるオプションによって異なります。B-Hアナライザ単体の機種別の測定周波数は下表となります。組合せるオプションによる測定周波数については、各オプションの説明をご覧下さい。

機種名 測定周波数
SY-8218 10Hz～10MHz
SY-8219 10Hz～1MHz

B-Hアナライザは、性能の上では上記周波数まで測定することができますが、上限周波数については試料のインダクタンスLに注意が必要です。

B-Hアナライザの入力容量Cと試料のインダクタンスLがLC並列共振回路を形成しますので、測定周波数は共振 周波数の1/10以下の周波数になるように使用することが必要です。機種選定時にはこのことも考慮してください。尚、共振周波数fcは次式で計算することができます。
L：試料のインダクタンス　C：測定装置の入力容量（SY-8218 / SY-8219は約18.5pF） N1：1次巻線数　N2：2次巻線数
式 さらに高位相角（≧およそ87°）の試料では共振の影響が大きくなりますので、高位相角の試料を測定する場合は、共振周波数の1/20以下の周波数で測定することを推奨しています。

Q.B-Hアナライザで直流重畳測定はできるでしょうか。
A.SY-8218 / SY-8219をオプションのDCバイアステスタSY-960(SY-961,SY-962)と組み合わせることで測定することができます。試料に直流励磁用の3次巻線を施す必要がないので、従来より遥かに簡単に測定することができます。
Q.B-Hアナライザでパルス励磁測定はできるでしょうか。
A.SY-8218 / SY-8219はDuty50%に限定されますが、標準で10Hz～1MHzで測定することができます。また、オプションのDCバイアステスタSY-960(SY-961,SY-962)と組み合わせることで、可変Duty10～90%で、10kHz～1MHzで測定することができます。
Q.B-Hアナライザで任意波形励磁測定はできるでしょうか。
A.B-Hアナライザ本体のみでは対応していませんが、別途信号発生器をお客様でご準備いただき、B-HアナライザのSYNC OUT端子から出力される内蔵信号同期出力を利用すれば、信号発生器からの任意波形で励磁し測定することができます。弊社でも信号発生器を販売しております。

【参照】信号発生器

Q.B-Hアナライザで飽和磁束密度は測定できるでしょうか。
A.飽和磁束密度に対応する、磁界(の強さ)と誘起電圧がB-Hアナライザの測定範囲内であれば、測定することができます。
Q.B-Hアナライザで透磁率は測定できるでしょうか。
A.SY-8218 / SY-8219では振幅比透磁率と複素透磁率を測定することができます。カーソル測定機能を使用すると、B-Hカーブの任意のポイントでの振幅比透磁率も測定することができます。
Q.B-Hアナライザで温度特性は測定できるでしょうか。
A.オプションの恒温槽スキャナシステムと組み合わせて測定することができます。恒温槽スキャナシステムの主な仕様を下表に示します。

  恒温槽スキャナシステム
SY-320A SY-321A
対応機種 SY-8218 ○
SY-8219 ○
最大測定試料数 20個 41個
温度制御範囲 -30[℃]～+150[℃]
最大測定電流 ±6[A]
最大測定電圧 ±200[V]

尚、恒温槽スキャナシステムと組み合わせた場合は、測定周波数の上限は5MHzとなります。組み合わせるB-Hアナライザあるいは、ご使用になるパワーアンプの測定周波数の上限がこれを下回る場合は、そちらが測定周波数の上限となります。
【参照】恒温槽スキャナシステム

Q.磁気特性の時間変化を測定することができるでしょうか？
A.オプションのソフトウェアであるSY-811連続測定機能をB-Hアナライザに追加すれば測定することができます。試料を励磁した状態を維持し、1min間隔で測定を行い、最大99,999min(約70日間)の磁気特性の時間変化を測定することができます。
Q.B-Hアナライザで自動プログラム測定はできるでしょうか？
A.お手持ちのPCにオプションのリモートコントロールソフトウェアSY-810を組み込めば、B-Hアナライザ単体、あるいは恒温槽スキャナシステム等のオプション機器と組み合わせて、自動プログラム測定を行うことができます。SY-810の主な仕様は以下をご覧下さい。尚、リモートコントロール用の通信コマンドは公開していないので、お客様自身がプログラミングを行い、独自にB-Hアナライザをリモートコントール測定することはできません。

自動測定可能機器 B-Hアナライザ SY-8218/8219
恒温槽スキャナシステム SY-320A/321A
小型単板磁気測定装置 SY-956
DCバイアステスタ SY-960/961/962
測定条件設定数(試料1個当たり) 40 (※ SY-320A/321Aの場合)
温度条件設定数(試料1個当たり) 20 (※ SY-320A/321Aの場合)
測定データの保存形式 CSV
測定画面の保存形式 JPEG / PNG
対応OS Windows 8.1 / 8 / 7 / Vista


Q.専用パワーアンプにはどのようなものがありますか？
A.4象限出力の専用パワーアンプを取り揃えています。下記の対応表を参考に希望機種を選択してください。
Q.専用パワーアンプを使用しないと測定できないのでしょうか？
A.専用パワーアンプを使用しなくても、4象限出力のパワーアンプであれば測定できます。専用パワーアンプはDCオフセット調整を±1Vの範囲で微調することができ、限りなくDCオフセットをゼロに近づけられるよう設計されたパワーアンプです。DCオフセットがあると、意図しない直流重畳の磁気特性を測定することになり、非対称なB-Hカーブが描かれます。専用パワーアンプを使用しない場合は、この点に十分注意が必要です。DCオフセットをゼロできない場合は、オプションのSY-514 LF ACカプラを使用すれば、測定周波数300Hz以上でDCオフセットを完全にゼロにすることができます。
Q.サンプル測定はやってもらえるのでしょうか？
A.有償にて承っております。別途ご相談ください。
測定編 Answer
Q.高周波測定時に巻線数を変えるとコアロス測定値に差違が出るのはなぜでしょうか。
A.差異の原因の1つめはLC並列共振現象の影響が考えられます。共振周波数は巻線数により変化します。コアロス測定は検出電圧、検出電流がB-Hアナライザの測定可能範囲内であれば測定できますが、B-Hアナライザの入力容量Cと試料のインダクタンスLがLC並列共振回路を形成しますので高周波測定時には注意が必要です。測定周波数は共振周波数の1/10以下の周波数になるようにご使用ください。共振周波数fcは次式で計算することができます。

L：試料のインダクタンス　C：B-Hアナライザの入力容量（SY-8218 / SY-8219は約18.5pF） N1：1次巻線数　N2：2次巻線数　
式

さらに高位相角（≧およそ87°）の試料では共振の影響が大きくなりますので、高位相角の試料を測定する場合は、共振周波数の1/20以下の周波数で測定することを推奨しています。

原因の2つめは試料内部の磁界(の強さ)H、あるいは磁束密度Bの不均一性の影響が考えられます。試料の透磁率が低い、形状がトロイダル状でない、あるいは巻線が均一でない場合は、試料内部のH、Bの大きさが試料の位置によって異なることが多々あります。巻線数を変えると、Hの平均励磁位置、あるいはBの平均検出位置が変化し、結果的にコアロスに差異が生じてしまうことがあります。

Q.正弦波励磁でBmの値を大きくしていくと、測定した電流、あるいは電圧波形が正弦波状ではなくなり歪んでしまいます。これはどうしてなのでしょうか。
A.波形歪が発生するのは試料の特性です。磁界（の強さ）Hに対する磁束密度Bの大きさが非線形に変化するようになるためです。特に試料の飽和磁束密度に近づいてくると、波形歪はより顕著に現れます。
Q.測定に適した巻線数はどれくらいでしょうか。
A.巻線数は下記を推奨しています。

励磁コイルN1：3ターン以上
検出コイルN2：1ターン以上でN1≧N2

N1が少ないと必要な磁界(の強さ)に対して大きな電流を必要とし、N2が多いと検出される誘起電圧が増加します。 また、N1 < N2だと、励磁系から見たB-Hアナライザの入力容量が (N2/N1)の2乗倍になり、並列共振周波数fcがN1/N2に低下するので注意が必要です。
Q.試料コイルの巻き方はどのように巻くのが適切なのでしょうか。
A.コイルは、可能な限り試料に等間隔に巻き、コア内の磁界(の強さ)が均一になるよう、あるいは磁束密度の検出箇所が偏らないようにします。特に、検出コイルは試料に密着するように巻き、検出コイルとコアとの間の空隙に、無効な磁束が鎖交しないようにします。励磁コイルと検出コイルが重ってしまう場合は、検出コイルを先に巻き試料に密着させます。励磁コイルと検出コイルの巻線数が同じ場合には、バイファイラ巻きが推奨されます。バイファイラ巻きとは、1次巻線（励磁コイル）と2次巻線（検出コイル）がペアになった巻線で、各々別々に巻線する よりも漏れ磁束を減少させ、1次～2次間の結合係数を改善できます。
【参照】バイファイラ巻き


Q.B-Hアナライザで測定できる磁束密度の範囲はどれくらいまででしょうか。
A.正弦波励磁でB-Hカーブが非飽和領域では、最大磁束密度Bmと誘起電圧V2の関係は次式で表されます。

f：測定周波数　Ae：試料の実効断面積　N2：2次巻線数
式

したがって、非飽和領域ではご使用になるB-Hアナライザの検出電圧範囲内のV2に対応するBmまで測定することが可能です。SY-8218、SY-8219ではV2の最大許容値は200Vです。非正弦波励磁、あるいは飽和領域ではこの式が成り立ちませんので注意が必要です。

目標とする最大磁束密度Bmの値を先に決めて誘起電圧V2の値を計算する場合、飽和の状態によっては実際の誘起電圧V2のピーク値が上記計算値の3～10倍になるので十分に注意してください。試料や機器の破壊を防止するため、最初の測定は、目標とする最大磁束密度Bmの値の50～75%になるように始め、徐々に励磁レベルを大きくするようにしてください。

Q.B-Hアナライザで励磁できる磁界(の強さ)はどれくらいまででしょうか。
A.励磁できる最大磁界(の強さ)Hmは次式で決まります。

I：励磁電流　N1：1次巻線数　Le：実効磁路長
式

励磁電流Iは、ご使用になるパワーアンプに依存します。

Q.材料の鉄損だけでなく、コイル巻線の銅損を含めた損失を測定することはできるでしょうか？
A.2次側の検出コイルを用いない1巻線法で測定すれば、1次側励磁コイル巻線の銅損も含めた損失を測定することができます。B-Hアナライザは1巻線法の測定も行うことができます。
Q.恒温槽スキャナシステムSY-320A/321Aを使った測定で注意する点は何でしょうか？
A.圧粉等の低透磁率、低鉄損の試料を測定する場合は、試料を載置する付属のターンテーブルSY-510/511から、試料を15mm以上離すことをお薦めします。SY-510/511の基材はアルミニウムです。試料から漏れ磁束が生じ、それがSY-510/511に鎖交すると、そこで渦電流損が生じて、鉄損の測定誤差となり正しい測定ができなくなります。

試料が導体の場合は、さらに試料間も15mm以上離すことをお薦めします。同様に試料から漏れ磁束生じ、それが隣接する試料に鎖交すると、渦電流損が生じて正しい測定ができなくなります。
Q.小型単板磁気測定装置SY-956を使った測定で注意する点は何でしょうか？
A.注意点の1つめは、測定ヨークと試料との間にギャップを形成させないことです。ギャップがあると漏れ磁束が発生し、正しい測定ができません。測定前に必ず試料や測定ヨークに異物が付着していないことを確認しましょう。

2つめは、検出コイルであるBコイルと試料との間の空隙を最小にすることです。空隙に地磁気や漏れ磁束など不要な磁束が鎖交すると、正しい測定ができません。比透磁率が低い試料を測定する場合は、特に注意が必要です。
Q.DCバイアステスタSY-960で直流重畳測定できる試料のインダクタンスLはどれくらいでしょうか？
A.SY-960で測定できる試料のインダクタンスLの上限は数10μHです。それ以上のインダクタンスLをもつ試料を測定すると、パワーアンプから供給される交流の一部が試料ではなく、DCバイアスソースSY-961に流れ込んでしまい、正しい測定ができなくなります。
Q.測定するたびに、コアロス等の測定値が大きく変化します。この原因は何が考えられるでしょうか？
A.一般に軟磁性体は温度特性をもっています。特にフェライトは室温付近で磁気特性が不安定です。軟磁性体の正確な磁気特性測定を行うときには、恒温槽で試料を一定温度に保持しながら測定する必要があります。

また、材料によっては、試料温度とは無関係に励磁時間や励磁履歴によって磁気特性が変化するものがあります。オプションの連続測定機能SY-811を追加することによって、最大99,999min(約70日間)の磁気特性の1[min]ごとの時間変化を観測することができます。測定するたびに磁気特性が大きく変化する場合は、SY-811で連続測定を行って、磁気特性が励磁時間によって時間変化していないかを確認してみることをお薦めします。
Q.同じ材料なのに、コアの形状によって磁気特性の測定結果が異なります。この原因は何が考えられるでしょうか？
A.形状によってコア内部の磁束密度分布が変化するためです。磁束はコア内部の磁気抵抗が低い箇所を通過します。そのため、磁束密度分布が不均一となり、局所的に磁束密度が高い箇所が生じ、磁束密度分布が均一な形状の時と異なる挙動を示す場合があります。
Q.コアロスをヒステリシス損、渦電流損、及び残留損に分離したいのですが、どのようにすれば良いでしょうか。
A.アロスの正確な分離法は現在のところ確立していません。 当社で行ったB-HアナライザSY-8218の測定値からコアロスを 分離した例を下記に示しますので、参照下さい。

「B-Hアナライザを用いた電磁鋼板のコアロス分離」についての参考資料

Q.ギャップ付きコアのB-Hカーブを測定するにはどうしたら良いでしょうか。
A.当社は、首都大学東京殿(旧東京都立大学)と共同でギャップ付きコア の磁化曲線の算定方法を研究しています。詳しくは下記をご覧下さい。

「B-Hアナライザを用いたギャップコアの磁化曲線の算定」の資料

Q.複素透磁率はどのように求めるのでしょうか。
A.当社のB-Hアナライザでの算出方法の資料を下記に示しますので、ご参照ください。

「複素透磁率の求め方」の資料