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あいねまつかた
4 years ago
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1 Ⅰ-5. 磁気工学実験 1. はじめにビデオテープになぜ映像が映るの? テープに記録されるデータには色信号, 明るさの輝度信号, 音声信号の3つがあるこれらのデータをテープに記録するのは磁気記録と呼ばれる方法である. 磁気テープへの記録は磁気ヘッドのコイルに電流を流して先端にある狭いギャップに磁界を発生させることで実現されている発生した磁界によってテープの磁性層は磁化されデータが記録されるさてこうした技術はどのような原理に基づいて行なわれているのだろうか? 回転ビデオドラム音声トラック磁気ヘッド映像情報 ( 幅.58mm) Fig.1 ビデオテープにおける磁気記録形式 2. 目的電流の作る磁界及び磁化される物質 ( 磁性体 ) の特性を理解する 3. 基礎理論 3-1. 電流の作る磁界電流が流れるとその周囲には磁界が生じるその大きさはビオサバールの法則およびアンペアの周回路の法則により求められる両法則を用いて円形コイル内部に生じる磁界の強さ H は次式で表される H = N I [ A/ ] ( 式 1) m (N :1m あたりのコイルの巻数,I : コイルの電流 ) 例えば 1cm あたり 2 回巻いてあるコイルに電流 I =15A を流すとコイル内部には H =2/.1 15=3 [A/m] の磁界が発生すると考えられる I Fig.2 コイル内部に発生する磁界

2 3-2. 磁性体磁界の中に入れたときに磁気モーメントを示すような物質を磁性体 (Mag-netic substance) という物質が磁気モーメントを持つことを磁化するというが特に強く磁化する磁性体を強磁性体というこれに対して精密な測定装置を用いなければ磁化の程度を観測できないような物質を弱磁性体という Fig.3 磁性体の磁化鉄のような強磁性体は小さな永久磁石が群れをなして並んでおり磁区を形成しているそこで一度磁界をかけるとこの磁界を取り去っても内部に磁束が残るこれは磁区が完全に元の状態に戻らなくてもエネルギー的に安定になってしまうからである強磁性体には鉄のほかコバルトニッケルマンガンおよびそれらを含む化合物などがある磁界磁界 a) 外部磁界なし b) 外部磁界小 c) 外部磁界大 Fig.4 Fig.3 強磁性体の磁化このほかに強磁性体と同様に強く磁化されるフェライトをフェリ磁性体アルミニウムのようにわずかしか磁化されない常磁性体および銅, 金のように強磁性体と反対の向きにきわめてわずかに磁化される反磁性体がある

3 B 3-3. 磁化曲線 Fig.5 のようにコイル内部に鉄心をおきここに流れる電流を次第にから増加させて鉄心の磁界 H( 磁化力 ) を強めていくと B は Fig.6 のように次第に増加するしかし磁化力 H を強めるに従って B の増加が少なくなり飽和してしまうこの現象を磁気飽和という鉄心電流 I 磁気飽和磁化力 H Fig.5 励磁コイル Fig.6 の変化 Fig.6 のような B と磁化力 H との関係を示す曲線を磁化曲線または BH 曲線という一度飽和状態に達してから磁化力 H を次第に弱めていくと B はもとの経路を通らずに Fig.7 のように変化して H をにしても B はにならないこの Br を残留というまた B をにするためには逆向きに磁化力 Hc を加えなければならないこの磁化力 Hc を保磁力というこのようにが磁化の経過状態によって異なる値をとることを磁気ヒステリシスといいこの一巡する閉曲線をヒステリシス曲線という一般に保磁力 Hc の大きな強磁性体は永久磁石に適した磁性体となる Fig.7 磁気ヒステリシス

4 4. 実験装置磁気回路実習装置 KMC-5N( 励磁コイル, 磁気センサプローブ, 鉄心試料 ) 5. 実験 5-1. 空心コイルの磁化曲線の測定励磁コイルを空心にして磁気センサプローブ P2 を差し込む次に I を変化して対応する B を測定する < 詳細手順 > 1) 磁気回路実習装置と励磁コイルを接続するにはまず赤いコードを使用して本体の CURRENT OUTPUT 赤と励磁コイル 1T 間を接続する次に黒いコードを使用して本体の CURRENT OUTPUT 黒と励磁コイル間を接続する 2) コの字型をした金具を励磁コイルから外し磁気センサプローブ P-2 を励磁コイル中央の穴へ挿し込む KMC-5N 本体プローブ P-2 励磁コイル Fig.8 実験回路の構成 1 下図の15へセンサプローブのコネクタを接続するコネクタは壊れやすいので扱いに注意すること次に16の PROBE スイッチを P2 側へしておく Fig.9 磁気回路実習装置の操作パネル

5 3)1 の POWER スイッチが OFF であることを確認して本体電源コードのプラグをコンセントに差込む次に8のスイッチが MANUAL 9の調整つまみがであることを確認する 4)1の POWER スイッチを ON にするまず 9の調整つまみにより4のメーターがとなるよう調整する次に11のガウスメーターがとなるよう13の ZERO ADJ. つまみで調節するこの時 12の RANGE は.2 の状態にしておくこと 5)9 のつまみを回すとが変化しコイル内部で発生する磁界が4のメーターより読取れるの値をから4A まで1A 毎に設定した場合のガウスメーター 11の値を読取れ但し 12の RANGE の選択が適切であるかどうかをよく考えガウスメーターの針が操作中に振り切れないよう十分注意すること 6)9のつまみによりの値を4A から-4A まで1A 毎に設定した場合のガウスメーターの値を読取る次に-4A からA まで1A 毎に設定した場合のガウスメーターの値を読取る表 1. 空心コイル内部の磁界 )1 の POWER スイッチを OFF にし磁気センサプローブを取り外す

6 5-2. 鉄心試料の B-H 曲線の測定励磁コイルの空心部に鉄心試料 ( 純鉄, フェライト, アルニコ ) を入れの変化に対するを測定する < 詳細手順 > 1) 鉄心試料の1つを励磁コイル中央の穴へ入れるそのままでは下へ落ちてしまうのでコの字形の金具で横から固定する次に磁気センサプローブ P-1 を励磁コイル上部の溝に沿って Fig.4 のように横から挿入する磁気センサプローブ P-1 には極性がありプローブ先の白い点が目印となるこの白い点を必ず上向きにすること Fig.1 鉄心試料の B-H 曲線の測定 2) 本体パネル Fig2 の16 PROBE スイッチを P1 側にする次に 12の RANGE が.5 9の調節つまみがであることを確認して 1の POWER スイッチを ON にする 3)9 のつまみでのメーター 4がになるよう調節し続いてセンサプローブを励磁コイルより引き抜いて励磁コイルより遠ざけるこのときガウスメーターの値がとなるよう ZERO ADJ. のつまみ13で調節する 4) センサプローブを磁気コイルへ戻しガウスメーターの値を記録する 5) をから4A まで1A 毎に設定していきその都度ガウスメーターの値を記録する但しはから4A までプラス方向に値を変化させていき途中で減らすことのないように注意する ( 途中で減らしてしまった場合はA から再び測定を行うこと ) また必要に応じて12の RANGE

7 を切り変えること RANGE を切り替えた場合には POWER スイッチを ON にしたまま一旦センサプローブを引き抜きセンサプローブを励磁コイルより遠ざけてガウスメーターの値がとなるよう13の ZERO ADJ. で調整すること * ゼロ調整を行わない場合測定器による誤差が多く含まれてしまう 6) を4から-4A まで1A 毎に設定しその都度ガウスメーターの値を記録する但しはマイナス方向に変化させていくこと RANGE を切り替えた場合には先の説明のとおりゼロ調整を行うこと 7) を-4から4A まで1A 毎に設定しその都度ガウスメーターの値を記録する但しはプラス方向に変化させていくこと RANGE を切り替えた場合には先の説明のとおりゼロ調整を行うこと 8)POWER スイッチを OFF にしセンサプローブ及び鉄心試料を励磁コイルから取り外す次に対象とする試料を変え同様の測定を計 3 回 (1つの試料に対しては1 回 ) 行う表 2. 鉄心試料の磁化特性試料 1:

8 試料 2: 試料 3: 課題 1) 空心コイルの磁化曲線を1 枚のグラフ用紙に表せ例 : 軸のスケールを忘れずに!

9 2) 空心コイルに 4A の電流を加えた時コイル内部に発生する磁界を式 1 によって求め測定した値と比較せよヒント : B = μ H [Wb/m 2 7 ], μ ( 透磁率 ) を 4π 1 とする 3)3 つの鉄心試料について測定した磁化特性の結果を1 枚のグラフ用紙に重ねて表せなお下図のデータを参考に試料 1-3を区別せよ純鉄アルニコフェライト空心 Fig.11 各鉄心試料の B-H 曲線 4) 日常生活において磁気がどのような形で利用されているか具体例を示せ? ( 例. 炊飯器の感応リードスイッチ ) 5) ビオサバールの法則について説明せよ 7. 参考図書 1) 加藤哲男, 磁気磁性体材料, 日刊工業新聞社,1991 2) 内山普他, 磁性体材料, コロナ社,198

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. 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 ) 軟磁性体と硬磁性体の特色と応用先