Measurement of high frequency magnetic properties of electrical steel sheet using prototype Rogowski coil

Yuta SHURI, Daisuke WAKABAYASHI, Mohachiro OKA, Masato ENOKIZONO
<span title="">2020</span> <i title="Japan Society of Applied Electromagnetics and Mechanics"> <a target="_blank" rel="noopener" href="https://fatcat.wiki/container/vv7sq2mc2fbxjh7vn6rc4p3x5y" style="color: black;">Journal of the Japan Society of Applied Electromagnetics and Mechanics</a> </i> &nbsp;
Yuta SHURI (Stu. Mem.), Daisuke WAKABAYASHI ( Mem.), Mohachiro OKA (Mem.), Masato ENOKIZONO (Mem.) In order to develop a high-efficiency, low-loss, small, high-power, high-speed rotating motor, it is necessary to accurately measure the magnetic properties of electrical steel sheets under PWM excitation. A shunt resistor is generally used for measuring magnetic characteristics, but non-contact current measurement is required. However, iron cores are used in commercially available current
more &raquo; ... ent sensors, and it is necessary to consider the effects of core characteristics on high-frequency currents. The authors are focusing on Rogowski coils and developing small current / magnetic field sensors specialized for motor and electrical steel sheet evaluation. In this paper, we make a prototype of Rogowski coil, and report on the evaluation of basic electrical characteristics and the results of application to the measurement of magnetic characteristics of electrical steel sheets under sinusoidal excitation and PWM excitation. Keywords: rogowski coil, current sensor, magnetic field, iron loss, magnetic characteristic measurement, electrical steel sheet. (2019 年 9 月 6 日受付,2020 年 9 月 28 日再受付) 1 はじめに 世界の消費電力の 50%はモータにより消費されてい る。またモータは今後,様々な分野で活用が期待され ている。このことから,高効率・低損失且つ小型高出 力・高速回転モータの開発が求められている。これら の要求と共に高速回転駆動時のモータ巻線に流れる高 周波励磁電流や,それによって磁化される電磁鋼板の 高周波磁気特性の正確な評価が必要となる。特に PWM 励磁下の電磁鋼板の磁気特性を測定するには, 高精度な電流測定が求められる。広く使われているシ ャント抵抗は回路の切断や負荷の増加を考える必要が ある。市販されている電流測定用センサには一般に鉄 心が使用されており,高周波電流では渦電流による影 響がある。そのため,鉄心の薄型化の研究も行われて いる[1]。磁気特性の一般的な測定では励磁コイルに流 れる電流から磁界強度を求め,磁束密度との関係から 鉄損を算出するため,電流振幅誤差に加え位相誤差も 小さくしなければならない。 そこで,著者らはコアレスなロゴスキーコイルに着 目し,モータや電磁鋼板評価に特化した小型な電流・ 磁界センサの開発を行っている[2]。既存市販ロゴスキ ーコイルとの違いについては,ロゴスキーコイルは空 芯で磁気飽和がないため数百A 以上の大電流測定用と して開発されているのが一般的である。本研究では数 A 程度の電流測定を目標とし電磁鋼板の磁気特性測定 用センサとしての活用を目指しているため,ロゴスキ ーコイルについてコイル径や断面積,巻数などを独自 に調整できるように設計試作した。本論文では,ロゴ スキーコイルの基礎的な動作原理を検証するため,ロ ゴスキーコイルを試作しその電気特性の評価及び,応 用として正弦波励磁下や空芯であるため磁気飽和及び 高調波による渦電流損を無視することができる利点を 活かし PWM 励磁下などの電磁鋼板の磁気特性測定に 使用した結果について報告する。 2 測定原理 2.1 ロゴスキーコイルの原理 Fig.1 にロゴスキーコイルの構造を示す。 空芯の環状 コイルで,コイル内部に反しの線を 1 ターン巻いた構 造となっている。被測定対象の電流を囲むように円環 コイルを配置し,電流によって作られるアンペールの 法則に従った磁界強度を検出することができる。ロゴ スキーコイルに誘起される電圧 e によって電流 I は式 (1)で算出することができる[3-4]。ここで,0 は磁 (1) 連絡先: 若林 大輔, 〒870-0397 大分県大分市一木 1727 , 日本文理大学工学部機械電気工学科,
<span class="external-identifiers"> <a target="_blank" rel="external noopener noreferrer" href="https://doi.org/10.14243/jsaem.28.306">doi:10.14243/jsaem.28.306</a> <a target="_blank" rel="external noopener" href="https://fatcat.wiki/release/lrt5lhw77ze3rpwf5ukfsvfywu">fatcat:lrt5lhw77ze3rpwf5ukfsvfywu</a> </span>
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