JP2018163053A - Magnetic property analysis system and magnetic property analysis method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately derive hysteresis loss and eddy current loss of a magnetic material even when the density of a magnetic flux generated in the magnetic material is not a sine wave.SOLUTION: A waveform correction part 613 performs correcting an indication waveform of an excitation voltage according to the difference between a measured waveform and a target waveform of an induction voltage until the measured waveform of the induction voltage is converged to the target waveform. A convergence determination part 614 determines that the measured waveform of the induction voltage is converged to the target waveform when a value using an integrated value for one cycle of the absolute value of difference values at the time instances between the measured waveform and target waveform of the induction voltage is equal to or less than a reference value. An analysis part 116 obtains a magnetic flux density vector and an eddy current vector generated in a measurement sample S by applying, to an excitation coil 102, the indication waveform of the excitation voltage when the measured waveform of the induction voltage is converged to the target waveform, by executing three-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equations.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、磁気特性解析システムおよび磁気特性解析方法に関し、特に、磁性材料の磁気特性を解析するために用いて好適なものである。   The present invention relates to a magnetic property analysis system and a magnetic property analysis method, and is particularly suitable for use in analyzing magnetic properties of a magnetic material.

電気機器の鉄心(コア)に使用される電磁鋼板等の磁性材料を設計するため等の目的で、磁性材料の磁気特性(例えば、磁束密度、磁界強度、および鉄損)を測定することが行われている。非特許文献1、2には、電磁鋼板からなる試験片に発生する磁束密度の波形が正弦波に近くなる条件で試験片の磁気特性を測定することが記載されている。   Measuring magnetic properties (for example, magnetic flux density, magnetic field strength, and iron loss) of magnetic materials for the purpose of designing magnetic materials such as electromagnetic steel sheets used for iron cores (cores) of electrical equipment. It has been broken. Non-Patent Documents 1 and 2 describe that the magnetic properties of a test piece are measured under the condition that the waveform of magnetic flux density generated in the test piece made of an electromagnetic steel sheet is close to a sine wave.

しかしながら、実際の電気機器の磁性材料に発生する磁束密度の波形は、高調波成分を含む波形となっており、正弦波にならない。例えば、インバータで駆動されるモータにおいては、モータに使用されるコア(ステータコアおよびロータコア)の形状、モータの極数、およびインバータの駆動条件等に起因して、コアに発生する磁束密度の波形は、高調波成分を含む複雑な波形になる。   However, the waveform of the magnetic flux density generated in the magnetic material of an actual electric device is a waveform including a harmonic component and does not become a sine wave. For example, in a motor driven by an inverter, the waveform of the magnetic flux density generated in the core due to the shape of the core (stator core and rotor core) used in the motor, the number of poles of the motor, the drive conditions of the inverter, etc. , It becomes a complex waveform containing harmonic components.

そこで、目標磁束密度が正弦波以外であっても、当該目標磁束密度に近い条件で磁性材料を励磁する技術として、特許文献1に記載の技術がある。特許文献1では、磁性材料の磁束密度を測定し、測定した磁性材料の磁束密度に対応する磁界強度を導出する。そして、導出した磁界強度と、目標磁界強度との誤差の割合に、目標励磁電圧を乗算した値を、励磁電圧の修正量とする。また、磁性材料の磁束密度と目標磁束密度とを比較した結果に基づいて磁性材料の磁束密度が収束しているか否かを判定する。この判定の結果、磁性材料の磁束密度が収束していない場合に、前記修正量を用いて更新された目標励磁電圧で磁性材料を励磁する。このような動作を、磁性材料の磁束密度が収束するまで繰り返し行う。   Therefore, even if the target magnetic flux density is other than a sine wave, there is a technique described in Patent Document 1 as a technique for exciting a magnetic material under conditions close to the target magnetic flux density. In Patent Document 1, the magnetic flux density of a magnetic material is measured, and the magnetic field strength corresponding to the measured magnetic material magnetic flux density is derived. Then, a value obtained by multiplying the ratio of the error between the derived magnetic field strength and the target magnetic field strength by the target excitation voltage is set as a correction amount of the excitation voltage. Further, it is determined whether or not the magnetic flux density of the magnetic material has converged based on the result of comparing the magnetic flux density of the magnetic material with the target magnetic flux density. If the magnetic flux density of the magnetic material has not converged as a result of this determination, the magnetic material is excited with the target excitation voltage updated using the correction amount. Such an operation is repeated until the magnetic flux density of the magnetic material converges.

特開2016−114387号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-114387

JIS C 2550−1:2011「電磁鋼帯試験方法 第1部 エプスタイン試験器による電磁鋼帯の磁気特性の測定方法」JIS C 2550-1: 2011 "Electromagnetic steel strip test method Part 1 Method for measuring magnetic properties of electromagnetic steel strip with Epstein tester" JIS C 2556:2015「単板試験器による電磁鋼帯の磁気特性の測定方法」JIS C 2556: 2015 “Measuring method of magnetic properties of electromagnetic steel strip using single plate tester” 中田高義、高橋則雄著、「電気工学の有限要素法 第2版」、森北出版株式会社、1986年4月Takayoshi Nakata, Norio Takahashi, “Fine Element Method of Electrical Engineering 2nd Edition”, Morikita Publishing Co., Ltd., April 1986 北尾 純士、外6名、「プレイモデルのヒステリシス磁界解析への適用に関する検討」、電気学会 静止器・回転機合同研究会資料、SA‐12−16、RM−12−16、p.89−p.94、2012年Junji Kitao, 6 others, “Study on application of play model to hysteresis magnetic field analysis”, Electrotechnical Institute of Static and Rotating Machine Joint Research Materials, SA-12-16, RM-12-16, p. 89-p. 94, 2012 JIS C 2552:2014「無方向性電磁鋼帯」JIS C 2552: 2014 “Non-oriented electrical steel strip”

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、鉄損の内訳としてヒステリシス損と渦電流損との比率を求めることができない。また、磁束密度と目標磁束密度との差の絶対値を用いた誤差率の、一周期にわたる全てのサンプリングタイミングにおける算術平均値が閾値以下である場合に、磁性材料の磁束密度が収束したと判定する。この場合、磁束密度と目標磁束密度との差の絶対値が平均化されるため、目標磁束密度の波形の形によっては、磁束密度を高精度に目標磁束密度に近づけることが容易ではない。このため、磁性材料に発生する磁束密度が正弦波でない場合に、当該磁性材料の鉄損の内訳(ヒステリシス損および渦電流損)を精度よく導出することができない慮がある。   However, the technique described in Patent Document 1 cannot determine the ratio of hysteresis loss and eddy current loss as a breakdown of iron loss. Also, it is determined that the magnetic flux density of the magnetic material has converged when the arithmetic average value of the error rate using the absolute value of the difference between the magnetic flux density and the target magnetic flux density is less than or equal to the threshold value at all sampling timings over one cycle. To do. In this case, since the absolute value of the difference between the magnetic flux density and the target magnetic flux density is averaged, depending on the waveform shape of the target magnetic flux density, it is not easy to bring the magnetic flux density close to the target magnetic flux density with high accuracy. For this reason, when the magnetic flux density which generate | occur | produces in a magnetic material is not a sine wave, there exists a possibility that the breakdown (hysteresis loss and eddy current loss) of the iron loss of the said magnetic material cannot be derived | led-out accurately.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、磁性材料に発生する磁束密度が正弦波でない場合でも当該磁性材料のヒステリシス損および渦電流損を高精度に導出することができるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and even when the magnetic flux density generated in a magnetic material is not a sine wave, the hysteresis loss and eddy current loss of the magnetic material can be derived with high accuracy. The purpose is to be able to.

本発明の磁気特性解析システムは、磁性材料からなる測定試料を励磁するための励磁コイルに励磁電圧を印加する印加手段と、前記測定試料が励磁されることにより第1のコイルに誘起される誘起電圧を検出する検出手段と、前記誘起電圧の目標波形を取得する取得手段と、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束していないと判定されると、前記誘起電圧の測定波形と、前記誘起電圧の目標波形との差に基づいて、前記励磁電圧を修正する修正手段と、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束しているときに前記修正手段により修正されている前記励磁電圧で前記測定試料を励磁した場合の、前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を導出し、導出した数値解に基づいて、前記測定試料におけるヒステリシス損および渦電流損を特定する情報を導出する解析手段と、を有し、前記印加手段は、前記修正手段により前記励磁電圧が修正されると、当該修正された前記励磁電圧を前記励磁コイルに印加し、前記判定手段により、前記誘起電圧の測定波形が、前記誘起電圧の目標波形に収束したと判定されるまで、前記修正手段による前記励磁電圧の修正と、前記印加手段による前記励磁電圧の印加と、前記検出手段による前記誘起電圧の検出とが繰り返し行われ、前記判定手段は、前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値、または、前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、複数の周波数成分のそれぞれにおける振幅の差に基づいて、前記誘起電圧の測定波形が、前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定することを特徴とする。   The magnetic characteristic analysis system of the present invention includes an application means for applying an excitation voltage to an excitation coil for exciting a measurement sample made of a magnetic material, and induction induced in the first coil by exciting the measurement sample. Detection means for detecting a voltage; acquisition means for acquiring a target waveform of the induced voltage; determination means for determining whether or not the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage; and the determination means If it is determined that the measured waveform of the induced voltage has not converged to the target waveform of the induced voltage, the excitation voltage is determined based on the difference between the measured waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage. And when the measurement sample is excited with the excitation voltage corrected by the correction means when the measurement waveform of the induced voltage converges to the target waveform of the induced voltage Analyzing means for deriving a numerical solution of magnetic flux density vector and eddy current vector in a three-dimensional space of the measurement sample and deriving information for identifying hysteresis loss and eddy current loss in the measurement sample based on the derived numerical solution When the excitation voltage is corrected by the correction unit, the application unit applies the corrected excitation voltage to the excitation coil, and the determination unit measures the induced voltage measurement waveform. Until the excitation voltage is determined to have converged to the target waveform of the induced voltage, the correction of the excitation voltage by the correction means, the application of the excitation voltage by the application means, and the detection of the induced voltage by the detection means. Repeatedly, the determination means calculates the absolute value of the difference between the measured waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage at mutually corresponding times. Based on the integrated value of the period, or the amplitude difference in each of a plurality of frequency components of the measured waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage, the measured waveform of the induced voltage becomes the target of the induced voltage. It is characterized by determining whether or not the waveform has converged.

本発明の磁気特性解析方法は、磁性材料からなる測定試料を励磁するための励磁コイルに励磁電圧を印加する印加工程と、前記測定試料が励磁されることにより第1のコイルに誘起される誘起電圧を検出する検出工程と、前記誘起電圧の目標波形を取得する取得工程と、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定する判定工程と、前記判定工程により、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束していないと判定されると、前記誘起電圧の測定波形と、前記誘起電圧の目標波形との差に基づいて、前記励磁電圧を修正する修正工程と、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束しているときに前記修正工程により修正されている前記励磁電圧で前記測定試料を励磁した場合の、前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を導出し、導出した数値解に基づいて、前記測定試料におけるヒステリシス損および渦電流損を特定する情報を導出する解析工程と、を有し、前記印加工程は、前記修正工程により前記励磁電圧が修正されると、当該修正された前記励磁電圧を前記励磁コイルに印加し、前記判定工程により、前記誘起電圧の測定波形が、前記誘起電圧の目標波形に収束したと判定されるまで、前記修正工程による前記励磁電圧の修正と、前記印加工程による前記励磁電圧の印加と、前記検出工程による前記誘起電圧の検出とが繰り返し行われ、前記判定工程は、前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値、または、前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、複数の周波数成分のそれぞれにおける振幅の差に基づいて、前記誘起電圧の測定波形が、前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定することを特徴とする。   The magnetic characteristic analysis method of the present invention includes an application step of applying an excitation voltage to an excitation coil for exciting a measurement sample made of a magnetic material, and induction induced in the first coil by exciting the measurement sample. A detection step of detecting a voltage; an acquisition step of acquiring a target waveform of the induced voltage; a determination step of determining whether or not the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage; and the determination step If it is determined that the measured waveform of the induced voltage has not converged to the target waveform of the induced voltage, the excitation voltage is determined based on the difference between the measured waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage. And a step of exciting the measurement sample with the excitation voltage corrected by the correction step when the measurement waveform of the induced voltage converges to the target waveform of the induced voltage. An analysis process for deriving numerical solutions of magnetic flux density vectors and eddy current vectors in a three-dimensional space of the measurement sample, and deriving information for identifying hysteresis loss and eddy current loss in the measurement sample based on the derived numerical solutions; In the application step, when the excitation voltage is corrected by the correction step, the corrected excitation voltage is applied to the excitation coil, and the measurement waveform of the induced voltage is determined by the determination step. The excitation voltage is corrected by the correction step, the excitation voltage is applied by the application step, and the induced voltage is detected by the detection step until it is determined that the induced voltage has converged to the target waveform. The determination step includes one cycle of the absolute value of the difference between the measurement waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage at mutually corresponding times. Or the measured waveform of the induced voltage becomes the target waveform of the induced voltage based on the difference in amplitude of each of the plurality of frequency components of the measured waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage. It is characterized by determining whether it has converged.

本発明によれば、磁性材料に発生する磁束密度が正弦波でない場合の当該磁性材料のヒステリシス損および渦電流損を高精度に導出することができる。   According to the present invention, the hysteresis loss and eddy current loss of the magnetic material when the magnetic flux density generated in the magnetic material is not a sine wave can be derived with high accuracy.

磁気特性解析システムの構成の第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of a structure of a magnetic characteristic analysis system. 磁気特性解析方法の構成の第1の例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the 1st example of a structure of the magnetic characteristic analysis method. PWMインバータの出力電圧の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of the output voltage of a PWM inverter. 磁束密度の波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of magnetic flux density. 異なる変調率でPWMインバータを動作した場合の鉄損を比較した結果の一例示す図である。It is a figure which shows an example of the result of having compared the iron loss at the time of operating a PWM inverter with a different modulation factor. 磁気特性解析システムの構成の第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of a structure of a magnetic characteristic analysis system. 磁気特性解析方法の構成の第2の例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the 2nd example of a structure of a magnetic characteristic analysis method. IPMモータの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of an IPM motor. 発明例における、誘起電圧の測定波形と目標波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement waveform of an induced voltage, and a target waveform in the example of an invention.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
まず、第1の実施形態を説明する。
図1は、磁気特性解析システムの構成の一例を示す図である。図2は、磁気特性解析システムを用いた磁気特性解析方法の一例を説明するフローチャートである。本実施形態の磁気特性解析システムは、電気機器のコアを励磁する励磁巻線に所定の励磁電圧を印加した場合に当該コアの所定の領域(位置)に生じる磁束密度が、測定試料Sに発生するように測定試料Sを励磁する。測定試料Sとして用いられる磁性材料と電気機器のコアに使用される磁性材料は、同じ種類の磁性材料である。すなわち、製造工程において不可避的に発生するばらつきを除いて、同じ成分の原材料から同じ製造工程を経て製作されたもので、両者の違いは電気機器のコア形状に成形されているか、測定システムに応じた形状に成形されているか、のみである。従って、両者は同じ磁気特性を有する。特に、電気機器のコアに使用される磁性材料を板状とする場合、測定試料Sとして用いられる磁性材料の板厚と電気機器のコアに使用される磁性材料の板厚とを同じにする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a magnetic characteristic analysis system. FIG. 2 is a flowchart for explaining an example of a magnetic property analysis method using the magnetic property analysis system. In the magnetic characteristic analysis system of this embodiment, a magnetic flux density generated in a predetermined region (position) of the core is generated in the measurement sample S when a predetermined excitation voltage is applied to the excitation winding for exciting the core of the electrical device. The measurement sample S is excited as described above. The magnetic material used as the measurement sample S and the magnetic material used for the core of the electric device are the same type of magnetic material. In other words, it is manufactured from the raw materials of the same component through the same manufacturing process, except for inevitably occurring variations in the manufacturing process. The difference between the two depends on the measurement system or whether it is molded into the core shape of the electrical equipment. It is only molded into a different shape. Therefore, both have the same magnetic characteristics. In particular, when the magnetic material used for the core of the electric device is plate-shaped, the thickness of the magnetic material used as the measurement sample S and the thickness of the magnetic material used for the core of the electric device are the same.

尚、電気機器は、例えば、モータに代表される回転電機や、変圧器や、変流器や、変成器や、リアクトル等、動作の際にコアが励磁される電気機器であれば、どのような電気機器であってもよい。また、本実施形態では、磁性材料が電磁鋼板である場合を例に挙げて説明する。ただし、磁性材料は、電磁鋼板に代表される軟磁性材料等、コアとして使用される磁性材料であればどのようなものであってもよい。   In addition, as long as the electrical equipment is an electrical equipment whose core is excited during operation, such as a rotating electrical machine represented by a motor, a transformer, a current transformer, a transformer, a reactor, etc. It may be a simple electrical device. In the present embodiment, a case where the magnetic material is an electromagnetic steel plate will be described as an example. However, the magnetic material may be any magnetic material used as a core, such as a soft magnetic material typified by an electromagnetic steel plate.

本実施形態では、磁束密度の目標波形(目標となる波形(磁束密度と時間との関係))と測定波形(測定された波形)とを比較し、測定波形が目標波形に合うように測定試料Sを励磁する。
測定試料Sの形状は、電気機器のコアを構成する磁性材料よりも単純な形状であるとする。例えば、非特許文献1に記載のエプスタイン試験器にセットされる試験片、非特許文献2に記載の単板試験器にセットされる試験片、またはリング状の試料を、測定試料Sとすることができる。
In this embodiment, the target waveform of magnetic flux density (target waveform (relationship between magnetic flux density and time)) is compared with the measured waveform (measured waveform), and the measurement sample is adjusted so that the measured waveform matches the target waveform. Excites S.
The shape of the measurement sample S is assumed to be a simpler shape than the magnetic material constituting the core of the electric device. For example, a test piece set in the Epstein tester described in Non-Patent Document 1, a test piece set in a single plate tester described in Non-Patent Document 2, or a ring-shaped sample is used as the measurement sample S. Can do.

図1において、磁気特性解析システムは、励磁電源101と、励磁コイル102と、サーチコイル103と、電圧計104と、演算装置110と、を有する。
励磁電源101は、励磁電圧を励磁コイル102に印加する。励磁電圧の波形は、後述する演算装置110内の波形修正部114により決定された一周期分の波形を周期的にくり返す波形である。この励磁電圧により励磁コイル102には、励磁電流が流れる。励磁電源101は、例えば、任意波形発生器と、パワーアンプとを用いて構成される。
In FIG. 1, the magnetic characteristic analysis system includes an excitation power source 101, an excitation coil 102, a search coil 103, a voltmeter 104, and an arithmetic device 110.
The excitation power supply 101 applies an excitation voltage to the excitation coil 102. The waveform of the excitation voltage is a waveform that periodically repeats the waveform for one cycle determined by the waveform correction unit 114 in the arithmetic unit 110 described later. An exciting current flows through the exciting coil 102 by this exciting voltage. The excitation power source 101 is configured using, for example, an arbitrary waveform generator and a power amplifier.

励磁コイル102は、測定試料Sを励磁するためのコイルであり、励磁コイル102は、測定試料Sを囲むように巻き回される。なお、測定試料Sが単板である場合、励磁コイル102は、測定試料Sと磁気的に結合されるヨークを囲むように巻き回しても良い。   The excitation coil 102 is a coil for exciting the measurement sample S, and the excitation coil 102 is wound around the measurement sample S. When the measurement sample S is a single plate, the excitation coil 102 may be wound around a yoke that is magnetically coupled to the measurement sample S.

サーチコイル103は、いわゆるBコイルと称されるものであり、測定試料Sが励磁されることにより誘起される誘起電圧を検出するためのコイルである。サーチコイル103は、測定試料Sを囲むように巻き回される。すなわち、サーチコイル103は、測定試料Sが励磁されることにより発生する磁束を囲むように巻き回される。   The search coil 103 is a so-called B coil, and is a coil for detecting an induced voltage induced when the measurement sample S is excited. The search coil 103 is wound around the measurement sample S. That is, the search coil 103 is wound so as to surround a magnetic flux generated when the measurement sample S is excited.

電圧計104は、サーチコイル103の両端の電圧(誘起電圧)を測定する。
演算装置110は、電圧計104で測定された誘起電圧を、所定のサンプリング周期に基づいて時系列データとして取得する。また、演算装置110は、励磁電圧の波形を生成して励磁電源101に指示すると共に測定試料Sの磁気特性(ヒステリシス損および渦電流損を特定する情報)を導出する。
The voltmeter 104 measures the voltage (induced voltage) across the search coil 103.
The arithmetic device 110 acquires the induced voltage measured by the voltmeter 104 as time series data based on a predetermined sampling period. Further, the arithmetic unit 110 generates an excitation voltage waveform and instructs the excitation power source 101 to derive the magnetic characteristics (information specifying the hysteresis loss and eddy current loss) of the measurement sample S.

(演算装置110の構成および磁気特性解析方法)
以下に、演算装置110が有する機能の一例を説明する。演算装置110のハードウェアは、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、および各種のインターフェースを備える情報処理装置や、専用のハードウェアを用いることにより実現される。
(Configuration of Arithmetic Device 110 and Magnetic Characteristic Analysis Method)
Below, an example of the function which the arithmetic unit 110 has will be described. The hardware of the arithmetic device 110 is realized by using, for example, an information processing device including a CPU, ROM, RAM, HDD, and various interfaces, and dedicated hardware.

<目標波形取得部111、S201>
目標波形取得部111は、誘起電圧の目標波形(誘起電圧の各時刻における目標値)として一周期分の目標波形を取得する。さらに、目標波形取得部111は、磁束密度の目標波形(磁束密度の各時刻における目標値)として一周期分の目標波形を取得する。誘起電圧および磁束密度の目標波形を取得する方法の一例として、以下の2つの方法を説明する。
<Target waveform acquisition unit 111, S201>
The target waveform acquisition unit 111 acquires a target waveform for one cycle as a target waveform of the induced voltage (a target value of the induced voltage at each time). Furthermore, the target waveform acquisition unit 111 acquires a target waveform for one cycle as a target waveform of the magnetic flux density (a target value at each time of the magnetic flux density). The following two methods will be described as an example of a method for obtaining target waveforms of induced voltage and magnetic flux density.

まず、第1の方法について説明する。
磁気特性を解析したい電気機器のコアの所定の領域(磁気特性を解析したい領域)にサーチコイルを巻き回す。そして、電気機器のコアを励磁する励磁巻線に所定の励磁電圧を印加することにより当該サーチコイルに誘起される誘起電圧(当該サーチコイルの両端の電圧)を測定する。尚、サーチコイルを巻き回す領域は、磁気特性を解析したい領域と厳密に一致している必要はない。例えば、電気機器の構造上、磁気特性を解析したい領域と厳密に一致する領域にサーチコイルを巻き回すことができないことがあるからである。この場合、磁気特性を解析したい領域に可及的に近い領域にサーチコイルを巻き回す。
First, the first method will be described.
A search coil is wound around a predetermined region (region where magnetic properties are to be analyzed) of the core of the electrical device whose magnetic properties are to be analyzed. Then, an induced voltage (voltage across the search coil) induced in the search coil is measured by applying a predetermined excitation voltage to the excitation winding that excites the core of the electric device. It should be noted that the region around which the search coil is wound does not need to exactly match the region where the magnetic characteristics are to be analyzed. This is because, for example, the search coil may not be wound around a region that exactly matches a region where magnetic characteristics are desired to be analyzed due to the structure of the electric device. In this case, the search coil is wound around a region as close as possible to a region where magnetic characteristics are to be analyzed.

ここで、誘起電圧をV(t)[V]とする。サーチコイルの巻回数をN[回]とする。磁束をφ(t)[wb]とする。磁束密度をB(t)[T]とする。サーチコイル内の電磁鋼板の断面積をS[m2]とする。そうすると、以下の(1)式および(2)式が成り立つ。
V(t)=−N×dφ(t)/dt ・・・(1)
φ(t)=B(t)×S ・・・(2)
Here, the induced voltage is V (t) [V]. The number of turns of the search coil is N [times]. Let the magnetic flux be φ (t) [wb]. The magnetic flux density is B (t) [T]. Let S [m 2 ] be the cross-sectional area of the electrical steel sheet in the search coil. Then, the following expressions (1) and (2) are established.
V (t) = − N × dφ (t) / dt (1)
φ (t) = B (t) × S (2)

ここで、測定試料Sに対するサーチコイル103と、電気機器に対するサーチコイルとでは、巻回数および面積が異なる(場合が多い)。従って、この違いに応じて、電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧の各時刻における値を、測定試料Sに対するサーチコイル103に誘起される誘起電圧の各時刻における値に換算する必要がある。具体的には、測定試料Sに対するサーチコイル103の巻回数、サーチコイル103内の電磁鋼板の断面積をそれぞれNA、SAとする。電気機器に対するサーチコイルの巻回数、サーチコイル内の電磁鋼板の断面積をそれぞれNM、SMとする。電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧をVM(t)とする。そうすると、誘起電圧の目標波形VA(t)は、以下の(3)式により算出される。
A(t)={(NA×SA)÷(NM×SM)}×VM(t) ・・・(3)
尚、電磁鋼板の断面積は、サーチコイルの軸の方向(測定試料Sが励磁されることにより測定試料Sに発生する磁束による磁路の方向)に垂直な方向に電磁鋼板を切った断面の面積である。
Here, the number of turns and the area of the search coil 103 for the measurement sample S and the search coil for the electric device are different (in many cases). Therefore, according to this difference, it is necessary to convert the value of the induced voltage induced in the search coil for the electric device at each time into the value of the induced voltage induced in the search coil 103 for the measurement sample S at each time. . Specifically, the number of turns of the search coil 103 with respect to the measurement sample S and the cross-sectional area of the electromagnetic steel plate in the search coil 103 are N A and S A , respectively. The number of turns of the search coil for the electric device and the cross-sectional area of the electromagnetic steel sheet in the search coil are N M and S M , respectively. V M (t) is an induced voltage induced in the search coil for the electric device. Then, the target waveform V A (t) of the induced voltage is calculated by the following equation (3).
V A (t) = {(N A × S A ) ÷ (N M × S M )} × V M (t) (3)
The cross-sectional area of the electromagnetic steel sheet is a cross section obtained by cutting the electromagnetic steel sheet in a direction perpendicular to the axial direction of the search coil (the direction of the magnetic path due to the magnetic flux generated in the measurement sample S when the measurement sample S is excited). It is an area.

また、電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧をV(t)とし、電気機器に対するサーチコイルの巻回数をNとして、電気機器に対するサーチコイル内の電磁鋼板の断面積をSとして、(1)式および(2)式により、電気機器のコアの所定の領域における磁束密度の目標波形B(t)を一周期分求め、磁束密度の目標波形とする。
尚、電磁鋼板の断面積は、サーチコイルの軸の方向(測定試料Sが励磁されることにより測定試料Sに発生する磁束による磁路の方向)に垂直な方向に電磁鋼板を切った断面の面積である。
Further, the induced voltage induced in the search coil for the electric device is V (t), the number of turns of the search coil for the electric device is N, and the cross-sectional area of the electrical steel sheet in the search coil for the electric device is S (1 ) And (2), the target waveform B (t) of the magnetic flux density in a predetermined region of the core of the electric device is obtained for one period, and is set as the target waveform of the magnetic flux density.
The cross-sectional area of the electromagnetic steel sheet is a cross section obtained by cutting the electromagnetic steel sheet in a direction perpendicular to the axial direction of the search coil (the direction of the magnetic path due to the magnetic flux generated in the measurement sample S when the measurement sample S is excited). It is an area.

ここで、測定時のノイズを低減するため、以上のようにして演算された誘起電圧に含まれる高次の高調波成分を除去した上で(3)式による計算を行うのが好ましい。例えば、以上のようにして演算された誘起電圧の波形に対して高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)を行い、例えば20次以上の高調波成分のスペクトルを除去した上で、フーリエ逆変換を行う。これにより、誘起電圧の目標波形に含まれる高次の高調波成分を除去することができる。さらに、磁束密度の目標波形に含まれる高次の高調波成分を除去した上で(1)式および(2)式の計算を行ってもよい。   Here, in order to reduce noise at the time of measurement, it is preferable to perform calculation according to equation (3) after removing higher-order harmonic components contained in the induced voltage calculated as described above. For example, fast Fourier transform is performed on the waveform of the induced voltage calculated as described above, and, for example, the spectrum of the harmonic component of the 20th order or higher is removed, and then inverse Fourier transform is performed. As a result, higher-order harmonic components included in the target waveform of the induced voltage can be removed. Further, calculation of the equations (1) and (2) may be performed after removing higher-order harmonic components contained in the target waveform of the magnetic flux density.

目標波形取得部111は、例えば、このようにして誘起電圧および磁束密度の目標波形を演算する外部の演算装置から、誘起電圧および磁束密度の目標波形を受信することにより、誘起電圧および磁束密度の目標波形を取得することができる。また、目標波形取得部111は、電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧を入力して、誘起電圧および磁束密度の目標波形を演算することにより、誘起電圧および磁束密度の目標波形を取得することもできる。この他、目標波形取得部111は、誘起電圧および磁束密度の目標波形のデータを記憶する記憶媒体から、誘起電圧および磁束密度の目標波形のデータを読み出すことにより、誘起電圧および磁束密度の目標波形を取得することもできる。   For example, the target waveform acquisition unit 111 receives the target waveform of the induced voltage and the magnetic flux density from the external calculation device that calculates the target waveform of the induced voltage and the magnetic flux density in this way, thereby obtaining the induced voltage and the magnetic flux density. A target waveform can be acquired. In addition, the target waveform acquisition unit 111 receives the induced voltage induced in the search coil for the electric equipment, and calculates the target waveform of the induced voltage and the magnetic flux density, thereby acquiring the target waveform of the induced voltage and the magnetic flux density. You can also. In addition, the target waveform acquisition unit 111 reads the target waveform data of the induced voltage and the magnetic flux density by reading the target waveform data of the induced voltage and the magnetic flux density from the storage medium that stores the data of the target waveform of the induced voltage and the magnetic flux density. You can also get

次に、第2の方法について説明する。
磁気特性を解析したい電気機器のコアを励磁する励磁巻線に所定の励磁電圧を印加することにより当該コアの所定の領域に発生する磁束密度ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づく二次元数値解析(コアを構成する電磁鋼板の板面に平行な方向の面に対する数値解析(即ち、二次元空間における数値解析))を実行することにより求める。尚、このようにして求められる磁束密度ベクトルは、コアを構成する電磁鋼板の板面方向の成分を有し、板厚方向の成分を有しない。数値解析は、コンピュータにより実行される。
Next, the second method will be described.
Two-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equations for the magnetic flux density vector generated in a predetermined region of the core by applying a predetermined excitation voltage to the excitation winding that excites the core of the electrical device whose magnetic characteristics are to be analyzed ( It is obtained by performing a numerical analysis (that is, a numerical analysis in a two-dimensional space) on a plane in a direction parallel to the plate surface of the electrical steel sheet constituting the core. In addition, the magnetic flux density vector calculated | required in this way has a component of the plate | board surface direction of the magnetic steel plate which comprises a core, and does not have a component of a plate | board thickness direction. Numerical analysis is performed by a computer.

数値解析としては、例えば、有限要素法を用いることができる。例えば、電磁鋼板の形状、微小領域(いわゆるメッシュ)の大きさ、B−H曲線(磁束密度Bと磁界強度Hとの関係を表す曲線)のデータ、および励磁条件(例えば、各時刻における励磁電圧の大きさ)を、数値解析の解を求めるための物理量のパラメータとして採用される。即ち、これらのパラメータを考慮に入れて、マックスウェルの方程式の数値解として、微小領域ごとに磁束密度ベクトルが得られる。   As the numerical analysis, for example, a finite element method can be used. For example, the shape of a magnetic steel sheet, the size of a minute region (so-called mesh), data of a BH curve (curve representing the relationship between the magnetic flux density B and the magnetic field strength H), and excitation conditions (for example, excitation voltage at each time) Is used as a parameter of a physical quantity for obtaining a solution of numerical analysis. That is, taking these parameters into consideration, a magnetic flux density vector can be obtained for each minute region as a numerical solution of Maxwell's equations.

磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeを計算するための基礎方程式は、一般に、以下の(4)式〜(7)式で与えられる。 The basic equations for calculating the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e are generally given by the following equations (4) to (7).

Figure 2018163053
Figure 2018163053

(4)式〜(7)式において、μは、透磁率[H/m]であり、Aは、ベクトルポテンシャル[T・m]であり、σは、導電率[S/m]であり、J0は、励磁電流密度[A/m2]であり、φは、スカラーポテンシャル[V]である。
(4)式および(5)式を連立して解いて、ベクトルポテンシャルAとスカラーポテンシャルφを求めた後、(6)式、(7)式から、磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeが計算される。
尚、このようにして磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルを求める方法は、非特許文献3に記載されているように公知の技術で実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
そして、以上のようにして得られた電気機器のコアの所定の領域における一周期分の磁束密度ベクトルから、(1)式および(2)式に基づいて、誘起電圧の一周期分の波形を求め、求めた波形を、誘起電圧の目標波形とする。
In the equations (4) to (7), μ is a magnetic permeability [H / m], A is a vector potential [T · m], σ is a conductivity [S / m], J 0 is the excitation current density [A / m 2 ], and φ is the scalar potential [V].
After solving the equations (4) and (5) simultaneously to obtain the vector potential A and the scalar potential φ, the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e are obtained from the equations (6) and (7). Calculated.
Note that the method for obtaining the magnetic flux density vector and the eddy current vector in this way can be realized by a known technique as described in Non-Patent Document 3, and therefore detailed description thereof is omitted here. .
Then, from the magnetic flux density vector for one cycle in a predetermined region of the core of the electrical device obtained as described above, a waveform for one cycle of the induced voltage is obtained based on the equations (1) and (2). The obtained waveform is set as a target waveform of the induced voltage.

ここで、丸め誤差等の数値解析時の誤差を低減するため、以上のようにして演算された誘起電圧の目標波形に含まれる高次の高調波成分を除去したものを(正式な)誘起電圧の目標波形とするのが好ましい。例えば、以上のようにして演算された誘起電圧の目標波形に対して高速フーリエ変換を行い、例えば20次以上の高調波成分のスペクトルを除去した上で、フーリエ逆変換を行う。このようにすることにより、以上のようにして演算された誘起電圧の目標波形に含まれる高次の高調波成分を除去することができる。さらに、磁束密度の目標波形に含まれる高次の高調波成分を除去したものを(正式な)磁束密度の目標波形としてもよい。   Here, in order to reduce errors at the time of numerical analysis such as rounding error, the (formal) induced voltage is obtained by removing higher-order harmonic components included in the target waveform of the induced voltage calculated as described above. A target waveform is preferable. For example, the fast Fourier transform is performed on the target waveform of the induced voltage calculated as described above, and the inverse Fourier transform is performed after removing, for example, the spectrum of the higher-order harmonic component. By doing so, it is possible to remove higher-order harmonic components contained in the target waveform of the induced voltage calculated as described above. Furthermore, a (formal) magnetic flux density target waveform may be obtained by removing higher-order harmonic components contained in the magnetic flux density target waveform.

目標波形取得部111は、以上のようにして誘起電圧および磁束密度の目標波形を演算することにより、誘起電圧および磁束密度の目標波形を取得することができる。この他、目標波形取得部111は、前述した方法と同様の方法で誘起電圧および磁束密度の目標波形を演算する外部の演算装置から送信された誘起電圧および磁束密度の目標波形のデータを受信することにより、誘起電圧および磁束密度の目標波形を取得することもできる。また、目標波形取得部111は、誘起電圧および磁束密度の目標波形のデータを記憶する記憶媒体から、誘起電圧および磁束密度の目標波形のデータを読み出すことにより、誘起電圧および磁束密度の目標波形を取得することもできる。   The target waveform acquisition unit 111 can acquire the target waveform of the induced voltage and the magnetic flux density by calculating the target waveform of the induced voltage and the magnetic flux density as described above. In addition, the target waveform acquisition unit 111 receives induced voltage and magnetic flux density target waveform data transmitted from an external computing device that calculates the induced voltage and magnetic flux density target waveform in the same manner as described above. Thus, the target waveforms of the induced voltage and the magnetic flux density can be acquired. In addition, the target waveform acquisition unit 111 reads the target waveform data of the induced voltage and the magnetic flux density by reading the target waveform data of the induced voltage and the magnetic flux density from the storage medium that stores the data of the target waveform of the induced voltage and the magnetic flux density. It can also be acquired.

<目標波形記憶部112、S202>
目標波形記憶部112は、目標波形取得部111により取得された誘起電圧および磁束密度の目標波形を記憶する。
<Target waveform storage unit 112, S202>
The target waveform storage unit 112 stores the target waveform of the induced voltage and magnetic flux density acquired by the target waveform acquisition unit 111.

<磁束密度導出部113、S203>
磁束密度導出部113は、電圧計104で測定された誘起電圧をV(t)とし、サーチコイル103の巻回数をNとし、サーチコイル103内の電磁鋼板の断面積をSとして、(1)式および(2)式に基づく計算を一周期分行うことにより、測定試料Sにおける磁束密度の測定波形(一周期分のB(t))を導出する。
<Magnetic flux density deriving unit 113, S203>
The magnetic flux density deriving unit 113 assumes that the induced voltage measured by the voltmeter 104 is V (t), the number of turns of the search coil 103 is N, and the cross-sectional area of the electrical steel sheet in the search coil 103 is S (1) The measurement waveform (B (t) for one cycle) of the magnetic flux density in the measurement sample S is derived by performing the calculation based on the equation and the equation (2) for one cycle.

磁束密度導出部113は、測定時のノイズを低減するため、以上のようにして演算された磁束密度の測定波形に含まれる高次の高調波成分を除去したものを(正式な)磁束密度の測定波形とするのが好ましい。例えば、以上のようにして演算された磁束密度の測定波形に対して高速フーリエ変換を行い、例えば20次以上の高調波成分のスペクトルを除去した上で、フーリエ逆変換を行う。このようにすることにより、以上のようにして演算された磁束密度の測定波形に含まれる高次の高調波成分を除去することができる。   The magnetic flux density deriving unit 113 removes high-order harmonic components included in the measurement waveform of the magnetic flux density calculated as described above in order to reduce noise during measurement. A measurement waveform is preferable. For example, the fast Fourier transform is performed on the measurement waveform of the magnetic flux density calculated as described above, and the inverse Fourier transform is performed, for example, after removing the spectrum of the harmonic component of the 20th order or higher. By doing so, higher-order harmonic components included in the measurement waveform of the magnetic flux density calculated as described above can be removed.

<波形修正部114、S204>
波形修正部114は、電圧計104で測定された誘起電圧の測定波形に含まれる高次の高調波成分を除去する。例えば、誘起電圧の測定波形に対して高速フーリエ変換を行い、例えば20次以上の高調波成分のスペクトルを除去した上で、フーリエ逆変換を行う。これにより、測定試料Sに対するサーチコイル103に誘起される誘起電圧に含まれる高次の高調波成分を除去することができる。次に、波形修正部413は、高調波成分を除去した誘起電圧の測定波形の或る時刻の値を、目標波形記憶部112に記憶された誘起電圧の目標波形の当該時刻に対応する時刻の値から減算した値を、一周期における各時刻において求める(以下、このようにして求めた値を差分と称する)。そして、波形修正部114は、或る時刻に対して求めた差分に緩和係数を乗算した値を、現在の励磁電圧の波形の当該時刻に対応する時刻の値に加算する。波形修正部114は、このような加算による修正を、一周期における各時刻において行う。緩和係数は、励磁電圧のハンチングを抑制するためのものであり、0(ゼロ)を上回り、1を下回る値を有する。例えば、緩和係数として0.2〜0.3の値を採用することができる。また、緩和係数を1として、現在の励磁電圧の波形に差分をそのまま加算してもよい。ここで、誘起電圧の測定波形からあらかじめ高調波成分を除去しておくことで、緩和係数を用いても抑止不可な励磁電圧の指示波形のハンチングを抑制することができる。
<Waveform correction unit 114, S204>
The waveform correcting unit 114 removes higher-order harmonic components included in the measurement waveform of the induced voltage measured by the voltmeter 104. For example, fast Fourier transform is performed on the measurement waveform of the induced voltage, and for example, the spectrum of the harmonic component of 20th order or higher is removed, and then the inverse Fourier transform is performed. Thereby, higher-order harmonic components included in the induced voltage induced in the search coil 103 with respect to the measurement sample S can be removed. Next, the waveform correcting unit 413 calculates a value at a certain time of the measured waveform of the induced voltage from which the harmonic component is removed at a time corresponding to the time of the target waveform of the induced voltage stored in the target waveform storage unit 112. A value subtracted from the value is obtained at each time in one cycle (hereinafter, the value thus obtained is referred to as a difference). Then, the waveform correcting unit 114 adds the value obtained by multiplying the difference obtained for a certain time by the relaxation coefficient to the value of the time corresponding to the current time of the waveform of the current excitation voltage. The waveform correcting unit 114 performs such correction by addition at each time in one cycle. The relaxation coefficient is for suppressing hunting of the excitation voltage, and has a value greater than 0 (zero) and less than 1. For example, a value of 0.2 to 0.3 can be adopted as the relaxation coefficient. Alternatively, the relaxation coefficient may be 1, and the difference may be added as it is to the current excitation voltage waveform. Here, by removing the harmonic component from the measurement waveform of the induced voltage in advance, it is possible to suppress the hunting of the indication waveform of the excitation voltage that cannot be suppressed even if the relaxation coefficient is used.

測定開始時には、誘起電圧の測定波形が存在しない。そこで、波形修正部114は、励磁電圧の指示波形の初期値として、目標波形記憶部112に記憶された誘起電圧の目標波形を採用する。このようにすれば、測定当初から、目標とする波形と同じ形の波形の励磁電圧が励磁電源101から出力され、後述する収束判定部115により、磁束密度が収束したと判定されるまでの時間が早まるので好ましい。ただし、励磁電圧の指示波形の初期値は、誘起電圧の目標波形に限定されず、任意の波形でよい。   At the start of measurement, there is no measurement waveform of induced voltage. Therefore, the waveform correction unit 114 employs the target waveform of the induced voltage stored in the target waveform storage unit 112 as the initial value of the instruction waveform of the excitation voltage. In this way, from the beginning of measurement, the excitation voltage having the same waveform as the target waveform is output from the excitation power supply 101, and the time until the convergence determination unit 115, which will be described later, determines that the magnetic flux density has converged. Is preferable because it accelerates. However, the initial value of the instruction waveform of the excitation voltage is not limited to the target waveform of the induced voltage, and may be an arbitrary waveform.

<収束判定部115、S203〜S205>
収束判定部115は、磁束密度導出部113により導出された磁束密度の測定波形が、目標波形記憶部112に記憶された磁束密度の目標波形に収束したか否かを判定する。本実施形態では、収束判定部115は、磁束密度の目標波形と測定波形との相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を用いて、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定する。具体的には、磁束密度の目標波形をBA(t)とし、磁束密度の測定波形をBP(t)とし、一周期の開始、終了の時刻をそれぞれts、teとすると、収束判定部115は、以下の(8)式を満たす場合に、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したと判定し、そうでない場合に磁束密度の測定波形が目標波形に収束していないと判定する。また、収束判定部115は、(8)式に替えて以下の(9)式を用いてもよい。
<Convergence determination unit 115, S203 to S205>
The convergence determination unit 115 determines whether or not the measured magnetic flux density waveform derived by the magnetic flux density deriving unit 113 has converged to the target magnetic flux density waveform stored in the target waveform storage unit 112. In the present embodiment, the convergence determination unit 115 uses the integrated value for one cycle of the absolute value of the difference between the target waveform of the magnetic flux density and the measured waveform at the time corresponding to each other. It is determined whether or not the waveform has converged. Specifically, the target waveform of the magnetic flux density and B A (t), the measured waveform of the magnetic flux density and B P (t), the start of one period, t s end times, respectively, when t e, convergence The determination unit 115 determines that the measurement waveform of the magnetic flux density has converged to the target waveform when the following expression (8) is satisfied, and determines that the measurement waveform of the magnetic flux density has not converged to the target waveform otherwise. To do. The convergence determination unit 115 may use the following equation (9) instead of the equation (8).

Figure 2018163053
Figure 2018163053

(8)式は、磁束密度の目標波形と測定波形の相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を、そのまま用いる場合の例である。(9)式は、磁束密度の目標波形と測定波形の相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を、磁束密度の目標波形の値の絶対値の、一周期分の積算値に対する割合として表した場合の例である。   Equation (8) is an example in the case where the integrated value for one cycle of the absolute value of the difference at the time corresponding to the target waveform and the measurement waveform of the magnetic flux density is used as it is. Equation (9) is an integrated value for one cycle of the absolute value of the difference between the target waveform of the magnetic flux density and the measured waveform at the time corresponding to each other. It is an example at the time of expressing as a ratio with respect to the integrated value.

波形修正部114は、収束判定部115により、磁束密度の測定波形が目標波形に収束していないと判定された場合に、前述した励磁電圧の指示波形の修正を行う。即ち、波形修正部114は、収束判定部115により、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したと判定されるまで、前述した励磁電圧の指示波形の修正を繰り返し行う。   When the convergence determining unit 115 determines that the measured magnetic flux density waveform has not converged to the target waveform, the waveform correcting unit 114 corrects the above-described excitation voltage instruction waveform. That is, the waveform correction unit 114 repeatedly corrects the excitation voltage instruction waveform described above until the convergence determination unit 115 determines that the measured magnetic flux density waveform has converged to the target waveform.

<解析部116、S206>
解析部116は、磁束密度の測定波形が目標波形に収束しているときに波形修正部114で修正された(最新の)励磁電圧の指示波形を励磁コイル102に印加することにより測定試料Sに発生する磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づく三次元数値解析((即ち、三次元空間における磁束密度)の数値解析)を実行することにより求める。尚、このようにして求められる磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルは、コアを構成する電磁鋼板の板面方向の成分と板厚方向の成分とを有する。前述したように数値解析は、コンピュータにより実行される。数値解析としては、例えば、有限要素法を用いることができる。
<Analysis unit 116, S206>
The analysis unit 116 applies the (latest) excitation voltage instruction waveform corrected by the waveform correction unit 114 to the excitation coil 102 when the measurement waveform of the magnetic flux density converges to the target waveform. The generated magnetic flux density vector and eddy current vector are obtained by executing a three-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equations (ie, a numerical analysis of magnetic flux density in a three-dimensional space). Note that the magnetic flux density vector and the eddy current vector obtained in this way have a component in the plate surface direction and a component in the plate thickness direction of the electromagnetic steel plate constituting the core. As described above, the numerical analysis is performed by a computer. As the numerical analysis, for example, a finite element method can be used.

解析部116は、例えば、或る微小領域における磁束密度ベクトルBと当該磁束密度ベクトルBに対応する磁界ベクトルHの一周期における波形から、当該微小領域における磁気ヒステリシス特性を導出する。そして、解析部116は、例えば、以下の(10)式の計算を行って、当該導出した磁気ヒステリシス特性の面積を、当該微小領域におけるヒステリシス損whaとして計算する。また、解析部116は、例えば、或る微小領域における渦電流ベクトルJeと、当該微小領域の体積と、電磁鋼板の導電率σに基づいて、以下の(11)式の計算を行って、当該微小領域における渦電流損we0を導出する。(11)式において、Tは、渦電流ベクトルJeの周期である。解析部116は、解析部116は、以上のような計算を、全ての微小領域について行う。 For example, the analysis unit 116 derives the magnetic hysteresis characteristic in the minute region from the magnetic flux density vector B in a certain minute region and the waveform in one cycle of the magnetic field vector H corresponding to the magnetic flux density vector B. Then, the analysis unit 116 calculates, for example, the following equation (10), and calculates the area of the derived magnetic hysteresis characteristic as the hysteresis loss w ha in the minute region. Further, the analysis unit 116 performs, for example, the calculation of the following equation (11) based on the eddy current vector J e in a certain minute region, the volume of the minute region, and the electrical conductivity σ of the electromagnetic steel sheet, The eddy current loss we0 in the minute region is derived. In the equation (11), T is the period of the eddy current vector J e . The analysis unit 116 performs the above calculation for all the minute regions.

Figure 2018163053
Figure 2018163053

そして、解析部116は、全ての微小領域におけるヒステリシス損whaの総和を、測定試料Sのヒステリシス損として導出する。また、解析部116は、全ての微小領域における渦電流損we0の総和を、測定試料Sの渦電流損として導出する。また、解析部116は、同一の微小領域におけるヒステリシス損whaおよび渦電流損we0の和を当該微小領域の鉄損wとして導出することを全ての微小領域について行い、全ての微小領域の鉄損wの総和を、測定試料Sの鉄損として導出する。尚、以下の説明では、測定試料Sのヒステリシス損、渦電流損、および鉄損を、必要に応じて、測定試料Sの磁気特性と称する。 Then, the analysis unit 116 derives the sum of the hysteresis losses w ha in all the minute regions as the hysteresis loss of the measurement sample S. Further, the analysis unit 116 derives the sum of the eddy current loss we0 in all the minute regions as the eddy current loss of the measurement sample S. Further, the analysis unit 116 derives the sum of the hysteresis loss w ha and the eddy current loss we0 in the same minute region as the iron loss w of the minute region for all the minute regions, and iron in all the minute regions. The total sum of the losses w is derived as the iron loss of the measurement sample S. In the following description, the hysteresis loss, eddy current loss, and iron loss of the measurement sample S are referred to as magnetic characteristics of the measurement sample S as necessary.

尚、三次元数値解析により、ヒステリシス損および渦電流損を算出する手法としては、非特許文献4に記載されているように公知の技術で実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。また、鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損との和で表されるので、解析部116は、鉄損、ヒステリシス損、および渦電流損の何れか2つのみを、測定試料Sの磁気特性として導出してもよい。また、解析部116は、鉄損と、鉄損に対するヒステリシス損または渦電流損の割合とを、測定試料Sの磁気特性として導出してもよい。   Note that a technique for calculating hysteresis loss and eddy current loss by three-dimensional numerical analysis can be realized by a known technique as described in Non-Patent Document 4, and therefore, a detailed description thereof will be given here. Is omitted. In addition, since the iron loss is expressed by the sum of hysteresis loss and eddy current loss, the analysis unit 116 uses only two of the iron loss, hysteresis loss, and eddy current loss as the magnetic characteristics of the measurement sample S. May be derived as The analysis unit 116 may derive the iron loss and the ratio of the hysteresis loss or the eddy current loss to the iron loss as the magnetic characteristics of the measurement sample S.

<出力部117、S207>
出力部117は、解析部116で導出された測定試料Sの磁気特性の情報を出力する。出力の形態としては、例えば、コンピュータディスプレイへの表示、外部装置への送信、および演算装置110の外部または内部の記憶媒体への記憶の少なくとも何れか1つを採用することができる。
(まとめ)
以上のように本実施形態では、電気機器のコアを所定の励磁条件で励磁したときの当該コアの所定の領域において検出される誘起電圧の波形を誘起電圧の目標波形とし、同じ所定の領域における磁束密度の波形を磁束密度の目標波形とする。波形修正部114は、測定試料Sにおける誘起電圧の測定波形と目標波形との差に応じて励磁電圧の指示波形を修正することを、収束判定部115により磁束密度の測定波形が目標波形に収束したと判定されるまで繰り返し行う。収束判定部115は、磁束密度の測定波形と目標波形との各時刻における値の差の絶対値の、一周期分の積算値を用いた値が基準値以下である場合に、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したと判定する。そして、解析部116は、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したときに波形修正部114により修正された励磁電圧の指示波形を励磁コイル102に印加することにより測定試料Sに発生する磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づく三次元数値解析を実行することにより求める。このように、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定する際に、平均化した値を用いないので、磁束密度の目標波形に高調波成分が含まれる場合でも、磁束密度の測定波形を目標波形に高精度に収束させることができる。従って、電気機器のコアの局所的な領域における磁束密度が正弦波でない場合でも、当該領域におけるヒステリシス損および渦電流損を高精度に導出することができる。また、測定試料Sに対して三次元数値解析を行うので、電気機器に対して三次元数値解析を行う場合よりも計算負荷を軽減することができる。よって、現実的な時間内で、電気機器のコアの局所的な領域における磁気特性(ヒステリシス損および渦電流損)を導出することができる。
<Output unit 117, S207>
The output unit 117 outputs information on the magnetic characteristics of the measurement sample S derived by the analysis unit 116. As an output form, for example, at least one of display on a computer display, transmission to an external device, and storage in a storage medium outside or inside the arithmetic device 110 can be employed.
(Summary)
As described above, in this embodiment, the waveform of the induced voltage detected in a predetermined region of the core when the core of the electrical device is excited under a predetermined excitation condition is set as a target waveform of the induced voltage, The waveform of the magnetic flux density is set as the target waveform of the magnetic flux density. The waveform correction unit 114 corrects the instruction waveform of the excitation voltage according to the difference between the measurement waveform of the induced voltage and the target waveform in the measurement sample S, and the convergence determination unit 115 converges the measurement waveform of the magnetic flux density to the target waveform. Repeat until it is determined. The convergence determination unit 115 measures the magnetic flux density when the absolute value of the difference between the measured values of the magnetic flux density and the target waveform at each time is equal to or less than a reference value using an integrated value for one period. It is determined that the waveform has converged to the target waveform. Then, the analysis unit 116 applies the indication waveform of the excitation voltage corrected by the waveform correction unit 114 to the excitation coil 102 when the measurement waveform of the magnetic flux density converges to the target waveform, thereby generating the magnetic flux density generated in the measurement sample S. Vectors and eddy current vectors are determined by performing a three-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equations. In this way, when determining whether or not the measurement waveform of the magnetic flux density has converged to the target waveform, the averaged value is not used, so even if the harmonic waveform is included in the target waveform of the magnetic flux density, the magnetic flux density Can be converged to the target waveform with high accuracy. Therefore, even when the magnetic flux density in the local region of the core of the electric device is not a sine wave, the hysteresis loss and eddy current loss in the region can be derived with high accuracy. In addition, since the three-dimensional numerical analysis is performed on the measurement sample S, the calculation load can be reduced as compared with the case where the three-dimensional numerical analysis is performed on the electrical equipment. Therefore, the magnetic characteristics (hysteresis loss and eddy current loss) in the local region of the core of the electric device can be derived within a realistic time.

(変形例)
本実施形態では、収束判定部115は、磁束密度の目標波形と測定波形の相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を用いて、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定する。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。収束判定部115は、磁束密度の目標波形と測定波形の同一の周波数成分の振幅の差(の絶対値)を複数の周波数成分のそれぞれについて求めた結果を用いて、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定してもよい。例えば、収束判定部115は、磁束密度の目標波形と測定波形とのそれぞれに対して高速フーリエ変換を行い、複数の周波数成分ごとのスペクトル(振幅)を求める。そして、収束判定部115は、同一の周波数成分のスペクトルの差の絶対値を、複数の周波数成分のそれぞれについて求める。尚、複数の周波数成分としては、基本波の周波数成分と、2〜n次高調波(nは3以上の整数)に対応する周波数成分とを採用することができる。そして、収束判定部115は、或る周波数成分のスペクトルの差の絶対値が、当該周波数成分に対して予め設定された基準値以下であるか否かを判定することを、複数の周波数成分のそれぞれについて行う。そして、収束判定部115は、複数の周波数成分の全てについて、スペクトルの差の絶対値が、当該周波数成分に対して予め設定された基準値以下である場合に、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したと判定し、そうでない場合に、磁束密度の測定波形が目標波形に収束していないと判定する。
また、演算装置110の各部が複数の装置で構成されていてもよい。
(Modification)
In the present embodiment, the convergence determination unit 115 uses the integrated value for one cycle of the absolute value of the difference between the time corresponding to the target waveform and the measurement waveform of the magnetic flux density to generate the target waveform of the magnetic flux density. It is determined whether or not it has converged. However, this is not always necessary. The convergence determination unit 115 uses the result of obtaining the difference (absolute value) of the amplitude of the same frequency component of the target waveform and the measurement waveform of the magnetic flux density for each of the plurality of frequency components, and the target waveform of the magnetic flux density is the target. It may be determined whether or not the waveform has converged. For example, the convergence determination unit 115 performs fast Fourier transform on each of the target waveform and the measurement waveform of the magnetic flux density, and obtains a spectrum (amplitude) for each of a plurality of frequency components. And the convergence determination part 115 calculates | requires the absolute value of the difference of the spectrum of the same frequency component about each of several frequency component. As the plurality of frequency components, a frequency component of the fundamental wave and a frequency component corresponding to the 2nd to nth harmonics (n is an integer of 3 or more) can be employed. Then, the convergence determination unit 115 determines whether or not the absolute value of the spectrum difference of a certain frequency component is equal to or less than a reference value set in advance for the frequency component. Do for each. Then, the convergence determination unit 115 sets the measurement waveform of the magnetic flux density as the target waveform when the absolute value of the spectrum difference is equal to or less than a reference value set in advance for the frequency component for all of the plurality of frequency components. Otherwise, it is determined that the measured magnetic flux density waveform has not converged to the target waveform.
Moreover, each part of the arithmetic unit 110 may be composed of a plurality of devices.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態を説明する前に、本発明者らが得た知見について説明する。
図3は、PWM(Pulse Width Modulation)インバータの出力電圧の波形(電圧と時間との関係)の一例を示す図である。図3において、電圧301は、電圧302よりも小さい変調率でPWMインバータを駆動させた場合のPWMインバータの出力電圧である。このような電圧301、302で同一のモータをそれぞれ駆動した。尚、電圧301、302の実効値は同じであり、モータの回転数とトルクも同じである。
[Second Embodiment]
Prior to describing the second embodiment of the present invention, the knowledge obtained by the present inventors will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a waveform (relationship between voltage and time) of an output voltage of a PWM (Pulse Width Modulation) inverter. In FIG. 3, a voltage 301 is an output voltage of the PWM inverter when the PWM inverter is driven with a modulation rate smaller than the voltage 302. The same motor was driven by such voltages 301 and 302, respectively. The effective values of the voltages 301 and 302 are the same, and the rotational speed and torque of the motor are the same.

図4は、電圧301、302でモータを駆動したときのステータコアの同一箇所における磁束密度の波形(磁束密度と時間との関係)の一例を示す図である。図4に示すように、何れの電圧301、302でモータを駆動しても、ステータコアの磁束密度401、402は、略同じになった。このときのモータ鉄損(ステータコアおよびロータコアで発生する鉄損の合計)を、モータに投入される電力から機械出力と銅損を減算して求めた。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a magnetic flux density waveform (relationship between magnetic flux density and time) at the same location of the stator core when the motor is driven with voltages 301 and 302. As shown in FIG. 4, the magnetic flux densities 401 and 402 of the stator core are substantially the same regardless of which voltage 301 or 302 is used to drive the motor. The motor iron loss (total iron loss generated in the stator core and the rotor core) at this time was obtained by subtracting the machine output and the copper loss from the electric power supplied to the motor.

図5は、その結果を示す図である。図5において、Aは、電圧301でモータを駆動したことを示し、Bは、電圧302でモータを駆動したことを示す。また、鉄損比は、電圧301でモータを駆動した場合のステータコアの鉄損を「1」とした場合の鉄損の相対的な値を示す。図5に示すように、電圧302でモータを駆動した場合(B)の方が、電圧301でモータを駆動した場合(A)よりも鉄損が大幅に低減することが分かる。なお、AよりBの方が、モータ効率は約5%、インバータ効率は約7%、それぞれ向上することを確認している。
このように、本発明者らは、磁性材料に発生する磁束密度が同じであっても励磁電圧の波形(励磁電圧と時間との関係)が異なると当該磁性材料の鉄損が異なるという知見を得た。これは、励磁電圧に含まれる高調波の違いがコアを構成する磁性材料に引き起こされる渦電流の違いとなり、鉄損の違いになっていると考えられる。一方で、磁性材料を励磁することにより誘起される誘起電圧を積分して当該磁性材料に発生する磁束密度を求めるため、この積分により、誘起電圧に含まれていた高周波成分の信号が磁束密度の波形に含まれなくなるため、磁束密度は同じになると考えられる。そこで、本発明者らは、磁束密度ではなく、磁性材料を励磁することにより誘起される誘起電圧の目標波形(目標となる波形)と、当該誘起電圧の測定波形(測定された波形)とを比較することを着想した。本発明の第2の実施形態は、以上のような知見および着想に基づいてなされたものである。
FIG. 5 is a diagram showing the results. In FIG. 5, A indicates that the motor is driven with the voltage 301, and B indicates that the motor is driven with the voltage 302. The iron loss ratio indicates the relative value of the iron loss when the iron loss of the stator core when the motor is driven at the voltage 301 is “1”. As shown in FIG. 5, it can be seen that the iron loss is significantly reduced when the motor is driven with the voltage 302 (B) than when the motor is driven with the voltage 301 (A). In addition, it has been confirmed that the motor efficiency of B is improved by about 5% and the inverter efficiency by about 7%, respectively.
Thus, the present inventors have found that even if the magnetic flux density generated in the magnetic material is the same, the iron loss of the magnetic material differs if the excitation voltage waveform (relationship between excitation voltage and time) is different. Obtained. This is considered that the difference in harmonics included in the excitation voltage becomes a difference in eddy current caused in the magnetic material constituting the core, resulting in a difference in iron loss. On the other hand, in order to obtain the magnetic flux density generated in the magnetic material by integrating the induced voltage induced by exciting the magnetic material, the signal of the high frequency component contained in the induced voltage is The magnetic flux density is considered to be the same because it is not included in the waveform. Therefore, the present inventors used not the magnetic flux density but the target waveform (target waveform) of the induced voltage induced by exciting the magnetic material and the measured waveform (measured waveform) of the induced voltage. Inspired to compare. The second embodiment of the present invention has been made based on the above knowledge and idea.

以下、本発明の第2の実施形態を説明する。ここで、前述した第1の実施形態では、磁束密度の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定する。これに対し、本実施形態では、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定する。このように本実施形態と第1の実施形態とでは、磁束密度に替えて誘起電圧を用いることによる構成および処理が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1〜図2に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。   Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. Here, in the first embodiment described above, it is determined whether or not the measurement waveform of the magnetic flux density has converged to the target waveform. On the other hand, in this embodiment, it is determined whether or not the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform. As described above, the present embodiment and the first embodiment are mainly different in configuration and processing by using the induced voltage instead of the magnetic flux density. Therefore, in the description of the present embodiment, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.

図6は、磁気特性解析システムの構成の一例を示す図である。図7は、磁気特性解析システムを用いた磁気特性解析方法の一例を説明するフローチャートである。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the configuration of the magnetic characteristic analysis system. FIG. 7 is a flowchart for explaining an example of a magnetic characteristic analysis method using the magnetic characteristic analysis system.

(磁気特性解析システムの構成)
図6において、磁気特性解析システムは、励磁電源101と、励磁コイル102と、サーチコイル103と、電圧計104と、演算装置610と、を有する。
演算装置610は、電圧計104で測定された誘起電圧を所定のサンプリング周期に基づいて時系列データとして取得する。また、演算装置610は、励磁電圧の波形を生成して励磁電源101に指示すると共に測定試料Sの磁気特性(ヒステリシス損および渦電流損を特定する情報)を導出する。
(Configuration of magnetic property analysis system)
In FIG. 6, the magnetic characteristic analysis system includes an excitation power source 101, an excitation coil 102, a search coil 103, a voltmeter 104, and an arithmetic device 610.
The arithmetic device 610 acquires the induced voltage measured by the voltmeter 104 as time series data based on a predetermined sampling period. The arithmetic device 610 generates an excitation voltage waveform and instructs the excitation power supply 101 to derive magnetic characteristics (information specifying hysteresis loss and eddy current loss) of the measurement sample S.

(演算装置610の構成および磁気特性解析方法)
以下に、演算装置610が有する機能の一例を説明する。演算装置610のハードウェアは、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、および各種のインターフェースを備える情報処理装置や、専用のハードウェアを用いることにより実現される。
(Configuration of arithmetic unit 610 and magnetic characteristic analysis method)
Below, an example of the function which the arithmetic unit 610 has is demonstrated. The hardware of the arithmetic device 610 is realized by using, for example, an information processing device including a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and various interfaces, and dedicated hardware.

<目標波形取得部611、S701>
目標波形取得部611は、誘起電圧の目標波形(誘起電圧の各時刻における目標値)として一周期分の目標波形を取得する。誘起電圧の目標波形を取得する方法の一例として、以下の2つの方法を説明する。
<Target waveform acquisition unit 611, S701>
The target waveform acquisition unit 611 acquires a target waveform for one cycle as a target waveform of the induced voltage (a target value of the induced voltage at each time). As an example of a method for acquiring the target waveform of the induced voltage, the following two methods will be described.

まず、第1の方法について説明する。
磁気特性を解析したい電気機器のコアの所定の領域(磁気特性を解析したい領域)にサーチコイルを巻き回す。そして、電気機器のコアを励磁する励磁巻線に所定の励磁電圧を印加することにより当該サーチコイルに誘起される誘起電圧(当該サーチコイルの両端の電圧)を測定する。尚、サーチコイルを巻き回す領域が、磁気特性を解析したい領域と厳密に一致している必要はないことは、第1の実施形態の<目標波形取得部111、S201>の項で説明した通りである。
First, the first method will be described.
A search coil is wound around a predetermined region (region where magnetic properties are to be analyzed) of the core of the electrical device whose magnetic properties are to be analyzed. Then, an induced voltage (voltage across the search coil) induced in the search coil is measured by applying a predetermined excitation voltage to the excitation winding that excites the core of the electric device. It should be noted that the region around which the search coil is wound does not need to exactly match the region where the magnetic characteristics are to be analyzed, as described in the section <Target waveform acquisition unit 111, S201> of the first embodiment. It is.

ここで、測定試料Sに対するサーチコイル103と、電気機器に対するサーチコイルとでは、巻回数および面積が異なる(場合が多い)。従って、この違いに応じて、電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧の各時刻における値を、測定試料Sに対するサーチコイル103に誘起される誘起電圧の各時刻における値に換算する必要がある(第1の実施形態で説明した(1)式および(2)式を参照)。具体的には、測定試料Sに対するサーチコイル103の巻回数、サーチコイル103内の電磁鋼板の断面積をそれぞれNA、SAとする。電気機器に対するサーチコイルの巻回数、サーチコイル内の電磁鋼板の断面積をそれぞれNM、SMとする。電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧をVM(t)とする。そうすると、誘起電圧の目標波形VA(t)は、以下の(12)式により算出される。
A(t)={(NA×SA)÷(NM×SM)}×VM(t) ・・・(12)
尚、電磁鋼板の断面積は、サーチコイルの軸の方向(測定試料Sが励磁されることにより測定試料Sに発生する磁束による)に垂直な方向に電磁鋼板を切った断面の面積である。
Here, the number of turns and the area of the search coil 103 for the measurement sample S and the search coil for the electric device are different (in many cases). Therefore, according to this difference, it is necessary to convert the value of the induced voltage induced in the search coil for the electric device at each time into the value of the induced voltage induced in the search coil 103 for the measurement sample S at each time. (Refer to the formulas (1) and (2) described in the first embodiment). Specifically, the number of turns of the search coil 103 with respect to the measurement sample S and the cross-sectional area of the electromagnetic steel plate in the search coil 103 are N A and S A , respectively. The number of turns of the search coil for the electric device and the cross-sectional area of the electromagnetic steel sheet in the search coil are N M and S M , respectively. V M (t) is an induced voltage induced in the search coil for the electric device. Then, the target waveform V A (t) of the induced voltage is calculated by the following equation (12).
V A (t) = {(N A × S A ) ÷ (N M × S M )} × V M (t) (12)
The cross-sectional area of the electromagnetic steel sheet is an area of a cross section obtained by cutting the electromagnetic steel sheet in a direction perpendicular to the direction of the search coil axis (due to the magnetic flux generated in the measurement sample S when the measurement sample S is excited).

ここで、測定時のノイズを低減するため、電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧に含まれる高次の高調波成分を除去した上で(12)式の計算を行うのが好ましい。例えば、電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧の波形に対して高速フーリエ変換を行い、例えば20次以上の高調波成分のスペクトルを除去した上で、フーリエ逆変換を行う。これにより、電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧に含まれる高次の高調波成分を除去することができる。   Here, in order to reduce noise at the time of measurement, it is preferable to calculate the equation (12) after removing higher-order harmonic components contained in the induced voltage induced in the search coil for the electric device. For example, fast Fourier transform is performed on the waveform of the induced voltage induced in the search coil for the electrical device, and for example, the spectrum of the harmonic component of the 20th order or higher is removed, and then inverse Fourier transform is performed. As a result, higher-order harmonic components included in the induced voltage induced in the search coil for the electric device can be removed.

目標波形取得部611は、例えば、このようにして誘起電圧の目標波形を演算する外部の演算装置から、誘起電圧の目標波形を受信することにより、誘起電圧の目標波形を取得することができる。また、目標波形取得部611は、電気機器に対するサーチコイルに誘起される誘起電圧を入力して、誘起電圧の目標波形を演算することにより、誘起電圧の目標波形を取得することもできる。この他、目標波形取得部611は、誘起電圧の目標波形のデータを記憶する記憶媒体から、誘起電圧の目標波形のデータを読み出すことにより、誘起電圧の目標波形を取得することもできる。   The target waveform acquisition unit 611 can acquire the target waveform of the induced voltage, for example, by receiving the target waveform of the induced voltage from an external arithmetic device that calculates the target waveform of the induced voltage in this way. The target waveform acquisition unit 611 can also acquire the target waveform of the induced voltage by inputting the induced voltage induced in the search coil for the electric device and calculating the target waveform of the induced voltage. In addition, the target waveform acquisition unit 611 can also acquire the target waveform of the induced voltage by reading the target waveform data of the induced voltage from the storage medium that stores the target waveform data of the induced voltage.

次に、第2の方法について説明する。
磁気特性を解析したい電気機器のコアを励磁する励磁巻線に所定の励磁電圧を印加することにより当該コアの所定の領域に発生する磁束密度ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づく二次元数値解析(コアを構成する電磁鋼板の板面に平行な方向の面上の数値解析(即ち、二次元空間におけるの数値解析))を実行することにより求める。尚、このようにして求められる磁束密度ベクトルは、コアを構成する電磁鋼板の板面方向の成分を有し、板厚方向の成分を有しない。尚、磁束密度ベクトルを求める方法は、第1の実施形態の目標波形取得部111の項で説明した第2の方法と同じであるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
そして、以上のようにして得られた電気機器のコアの所定の領域における一周期分の磁束密度ベクトルから、(1)式および(2)式に基づいて、誘起電圧の一周期分の波形を求め、求めた波形を、誘起電圧の目標波形とする。
Next, the second method will be described.
Two-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equations for the magnetic flux density vector generated in a predetermined region of the core by applying a predetermined excitation voltage to the excitation winding that excites the core of the electrical device whose magnetic characteristics are to be analyzed ( It is obtained by performing numerical analysis on a plane parallel to the plate surface of the electrical steel sheet constituting the core (that is, numerical analysis in a two-dimensional space). In addition, the magnetic flux density vector calculated | required in this way has a component of the plate | board surface direction of the magnetic steel plate which comprises a core, and does not have a component of a plate | board thickness direction. The method for obtaining the magnetic flux density vector is the same as the second method described in the section of the target waveform acquisition unit 111 of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.
Then, from the magnetic flux density vector for one cycle in a predetermined region of the core of the electrical device obtained as described above, a waveform for one cycle of the induced voltage is obtained based on the equations (1) and (2). The obtained waveform is set as a target waveform of the induced voltage.

目標波形取得部611は、丸め誤差等の数値解析時の誤差を低減するため、以上のようにして演算された誘起電圧の目標波形に含まれる高次の高調波成分を除去したものを(正式な)誘起電圧の目標波形とするのが好ましい。例えば、目標波形取得部611は、以上のようにして演算された誘起電圧の目標波形に対して高速フーリエ変換を行い、例えば20次以上の高調波成分のスペクトルを除去した上で、フーリエ逆変換を行う。このようにすることにより、以上のようにして演算された誘起電圧の目標波形に含まれる高次の高調波成分を除去することができる。   The target waveform acquisition unit 611 removes high-order harmonic components contained in the target waveform of the induced voltage calculated as described above (formally) in order to reduce errors in numerical analysis such as rounding error. ) It is preferable to use a target waveform of the induced voltage. For example, the target waveform acquisition unit 611 performs fast Fourier transform on the target waveform of the induced voltage calculated as described above, and removes, for example, the 20th-order or higher harmonic component spectrum, and then inverse Fourier transform I do. By doing so, it is possible to remove higher-order harmonic components contained in the target waveform of the induced voltage calculated as described above.

目標波形取得部611は、以上のようにして誘起電圧の目標波形を演算することにより、誘起電圧の目標波形を取得することができる。この他、目標波形取得部611は、前述したのと同様にして誘起電圧の目標波形を演算する外部の演算装置から送信された誘起電圧の目標波形のデータを受信することにより、誘起電圧の目標波形を取得することもできる。また、目標波形取得部611は、誘起電圧の目標波形のデータを記憶する記憶媒体から、誘起電圧の目標波形のデータを読み出すことにより、誘起電圧の目標波形を取得することもできる。   The target waveform acquisition unit 611 can acquire the target waveform of the induced voltage by calculating the target waveform of the induced voltage as described above. In addition, the target waveform acquisition unit 611 receives the target voltage data of the induced voltage transmitted from an external computing device that calculates the target waveform of the induced voltage in the same manner as described above, thereby causing the target of the induced voltage. A waveform can also be acquired. The target waveform acquisition unit 611 can also acquire the target waveform of the induced voltage by reading the target waveform data of the induced voltage from the storage medium that stores the target waveform data of the induced voltage.

<目標波形記憶部612、S702>
目標波形記憶部612は、目標波形取得部611により取得された誘起電圧の目標波形を記憶する。
<波形修正部613、S703>
波形修正部613は、電圧計104で測定された誘起電圧の測定波形に含まれる高次の高調波成分を除去する。例えば、誘起電圧の測定波形に対して高速フーリエ変換を行い、例えば20次以上の高調波成分のスペクトルを除去した上で、フーリエ逆変換を行う。これにより、測定試料Sに対するサーチコイル103に誘起される誘起電圧に含まれる高次の高調波成分を除去することができる。次に、波形修正部613は、高調波成分を除去した誘起電圧の測定波形の或る時刻の値を、目標波形記憶部612に記憶された誘起電圧の目標波形の当該時刻に対応する時刻の値から減算した値を、一周期における各時刻において求める(以下、このようにして求めた値を差分と称する)。そして、波形修正部613は、或る時刻に対して求めた差分に緩和係数を乗算した値を、現在の励磁電圧の波形の当該時刻に対応する時刻の値に加算する。波形修正部613は、このような加算による修正を、一周期における各時刻において行う。緩和係数は、励磁電圧のハンチングを抑制するためのものであり、0(ゼロ)を上回り、1を下回る値を有する。例えば、緩和係数として0.2〜0.3の値を採用することができる。また、緩和係数を1として、現在の励磁電圧の波形に差分をそのまま加算してもよい。ここで、誘起電圧の測定波形からあらかじめ高調波成分を除去しておくことで、緩和係数を用いても抑止不可な励磁電圧指示波形のハンチングを抑制することができる。
<Target waveform storage unit 612, S702>
The target waveform storage unit 612 stores the target waveform of the induced voltage acquired by the target waveform acquisition unit 611.
<Waveform correction unit 613, S703>
The waveform correcting unit 613 removes higher-order harmonic components included in the measurement waveform of the induced voltage measured by the voltmeter 104. For example, fast Fourier transform is performed on the measurement waveform of the induced voltage, and for example, the spectrum of the harmonic component of 20th order or higher is removed, and then the inverse Fourier transform is performed. Thereby, higher-order harmonic components included in the induced voltage induced in the search coil 103 with respect to the measurement sample S can be removed. Next, the waveform correcting unit 613 sets a value at a certain time of the measured waveform of the induced voltage from which the harmonic component is removed at a time corresponding to the time of the target waveform of the induced voltage stored in the target waveform storage unit 612. A value subtracted from the value is obtained at each time in one cycle (hereinafter, the value thus obtained is referred to as a difference). Then, the waveform correcting unit 613 adds a value obtained by multiplying the difference obtained with respect to a certain time by a relaxation coefficient to the value of the time corresponding to the current time of the waveform of the current excitation voltage. The waveform correcting unit 613 performs such correction by addition at each time in one cycle. The relaxation coefficient is for suppressing hunting of the excitation voltage, and has a value greater than 0 (zero) and less than 1. For example, a value of 0.2 to 0.3 can be adopted as the relaxation coefficient. Alternatively, the relaxation coefficient may be 1, and the difference may be added as it is to the current excitation voltage waveform. Here, by removing the harmonic component from the measurement waveform of the induced voltage in advance, it is possible to suppress hunting of the excitation voltage instruction waveform that cannot be suppressed even if the relaxation coefficient is used.

測定開始時には、誘起電圧の測定波形が存在しない。そこで、波形修正部613は、励磁電圧の指示波形の初期値として、目標波形記憶部612に記憶された誘起電圧の目標波形を採用する。このようにすれば、測定当初から、目標とする波形と同じ形の波形の励磁電圧が励磁電源101から出力され、後述する収束判定部614により、誘起電圧が収束したと判定されるまでの時間が早まるので好ましい。ただし、励磁電圧の指示波形の初期値は、誘起電圧の目標波形に限定されず、任意の波形でよい。   At the start of measurement, there is no measurement waveform of induced voltage. Therefore, the waveform correction unit 613 employs the target waveform of the induced voltage stored in the target waveform storage unit 612 as the initial value of the excitation voltage instruction waveform. In this way, from the beginning of measurement, an excitation voltage having the same waveform as the target waveform is output from the excitation power supply 101, and the time until the convergence determination unit 614 described later determines that the induced voltage has converged is determined. Is preferable because it accelerates. However, the initial value of the instruction waveform of the excitation voltage is not limited to the target waveform of the induced voltage, and may be an arbitrary waveform.

<収束判定部614、S703〜S704>
収束判定部614は、電圧計104で測定された誘起電圧の測定波形が、目標波形記憶部612に記憶された誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定する。本実施形態では、収束判定部614は、誘起電圧の目標波形と測定波形との相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を用いて、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定する。具体的には、誘起電圧の目標波形をVA(t)とし、誘起電圧の測定波形をVP(t)とし、一周期の開始、終了の時刻をそれぞれts、teとすると、収束判定部614は、以下の(13)式を満たす場合に、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したと判定し、そうでない場合に誘起電圧の測定波形が目標波形に収束していないと判定する。また、収束判定部614は、(13)式に替えて(14)式を用いてもよい。
<Convergence determination unit 614, S703 to S704>
The convergence determination unit 614 determines whether or not the measurement waveform of the induced voltage measured by the voltmeter 104 has converged to the target waveform of the induced voltage stored in the target waveform storage unit 612. In this embodiment, the convergence determination unit 614 uses the integrated value for one cycle of the absolute value of the difference between the target waveform of the induced voltage and the measured waveform at the time corresponding to each other, and the target waveform of the induced voltage is the target. It is determined whether or not the waveform has converged. Specifically, the target waveform of the induced voltage is V A (t), the measured waveform of the induced voltage is V P (t), and the start and end times of one cycle are t s and t e , respectively. The determination unit 614 determines that the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform when the following expression (13) is satisfied, and determines that the measurement waveform of the induced voltage has not converged to the target waveform otherwise. To do. In addition, the convergence determination unit 614 may use equation (14) instead of equation (13).

Figure 2018163053
Figure 2018163053

(13)式は、誘起電圧の目標波形と測定波形の相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値をそのまま用いる場合の例である。(14)式は、誘起電圧の目標波形と測定波形の相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を、誘起電圧の目標波形の値の絶対値の一周期分の積算値に対する割合として表した場合の例である。   Expression (13) is an example in the case where the integrated value for one cycle of the absolute value of the difference between the target waveform of the induced voltage and the measured waveform at the corresponding time is used as it is. Equation (14) is an integrated value for one cycle of the absolute value of the difference between the target waveform of the induced voltage and the measured waveform at the time corresponding to each other. It is an example at the time of expressing as a ratio with respect to an integrated value.

収束判定部614は、測定時のノイズを低減するため、測定試料Sに対するサーチコイル103に誘起される誘起電圧に含まれる高次の高調波成分を除去した上で(13)式または(14)式の計算を行うのが好ましい。例えば、収束判定部614は、測定試料Sに対するサーチコイル103に誘起される誘起電圧の波形に対して高速フーリエ変換を行い、例えば20次以上の高調波成分のスペクトルを除去した上で、フーリエ逆変換を行う。このようにすることにより、測定試料Sに対するサーチコイル103に誘起される誘起電圧に含まれる高次の高調波成分を除去することができる。   The convergence determination unit 614 removes higher-order harmonic components included in the induced voltage induced in the search coil 103 with respect to the measurement sample S in order to reduce noise during measurement, and then the expression (13) or (14) It is preferable to calculate the formula. For example, the convergence determination unit 614 performs fast Fourier transform on the waveform of the induced voltage induced in the search coil 103 with respect to the measurement sample S, and removes, for example, the spectrum of the harmonic component of the 20th order or higher, and then performs the Fourier inverse. Perform conversion. By doing so, higher-order harmonic components included in the induced voltage induced in the search coil 103 with respect to the measurement sample S can be removed.

波形修正部613は、収束判定部614により、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束していないと判定された場合に、前述した励磁電圧の指示波形の生成を行う。即ち、波形修正部613は、収束判定部614により、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したと判定されるまで、前述した励磁電圧の指示波形の生成を繰り返し行う。   When the convergence determination unit 614 determines that the induced voltage measurement waveform has not converged to the target waveform, the waveform correction unit 613 generates the excitation voltage instruction waveform described above. That is, the waveform correction unit 613 repeatedly generates the excitation voltage instruction waveform described above until the convergence determination unit 614 determines that the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform.

<解析部116、出力部117、S705、S706>
解析部116は、収束判定部614により、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したと判定されると、測定試料Sの磁気特性を導出する。解析部116および出力部117は、第1の実施形態のものと同じであるので、ここではその詳細な説明を省略する。
<Analysis unit 116, output unit 117, S705, S706>
When the convergence determination unit 614 determines that the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform, the analysis unit 116 derives the magnetic characteristics of the measurement sample S. Since the analysis unit 116 and the output unit 117 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.

(まとめ)
以上のように本実施形態では、波形修正部613は、測定試料Sに誘起される誘起電圧の測定波形と目標波形との差に応じた励磁電圧の指示波形を生成することを、収束判定部614により誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したと判定されるまで繰り返し行う。収束判定部614は、誘起電圧の測定波形と測定波形との各時刻における値の差の絶対値の、一周期分の積算値を用いた値が基準値以下である場合に、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したと判定する。従って、第1の実施形態で説明した効果に加え、励磁電圧に高調波成分が含まれており、測定試料Sにおける磁束密度に高調波成分が含まれている場合でも、その高調波成分を抽出することができるという効果を奏する。よって、電気機器のコアの局所的な領域における磁束密度が正弦波でない場合でも、当該領域における磁気特性(ヒステリシス損および渦電流損)をより一層高精度に導出することができる。
(Summary)
As described above, in the present embodiment, the waveform correction unit 613 generates the instruction waveform of the excitation voltage according to the difference between the measurement waveform of the induced voltage induced in the measurement sample S and the target waveform, and the convergence determination unit The process is repeated until it is determined in 614 that the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform. The convergence determination unit 614 measures the induced voltage when the absolute value of the difference between the measured waveform of the induced voltage and the measured waveform at each time is equal to or less than a reference value using an integrated value for one period. It is determined that the waveform has converged to the target waveform. Therefore, in addition to the effects described in the first embodiment, even when a harmonic component is included in the excitation voltage and the harmonic component is included in the magnetic flux density in the measurement sample S, the harmonic component is extracted. There is an effect that can be done. Therefore, even when the magnetic flux density in the local region of the core of the electrical device is not a sine wave, the magnetic characteristics (hysteresis loss and eddy current loss) in the region can be derived with higher accuracy.

(変形例)
本実施形態では、収束判定部614は、誘起電圧の目標波形と測定波形の相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を用いて、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定する。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。収束判定部614は、誘起電圧の目標波形と測定波形の同一の周波数成分の振幅の差(の絶対値)を複数の周波数成分のそれぞれについて求めた結果を用いて、誘起電圧の測定波形が目標波形に収束したか否かを判定してもよい。尚、このようにして行われる判定の具体例は、第1の実施形態の(変形例)の項で説明したのと同様であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
(Modification)
In this embodiment, the convergence determination unit 614 uses the integrated value for one cycle of the absolute value of the difference between the target waveform of the induced voltage and the measured waveform at the time corresponding to each other, and the measured waveform of the induced voltage becomes the target waveform. It is determined whether or not it has converged. However, this is not always necessary. The convergence determination unit 614 uses the result obtained by obtaining the difference (absolute value) of the amplitude of the same frequency component of the target waveform of the induced voltage and the measured waveform for each of the plurality of frequency components, and the target waveform of the induced voltage is the target. It may be determined whether or not the waveform has converged. Note that a specific example of the determination performed in this manner is the same as that described in the section of (Modification) of the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.

尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
The embodiment of the present invention described above can be realized by a computer executing a program. Further, a computer-readable recording medium in which the program is recorded and a computer program product such as the program can also be applied as an embodiment of the present invention. As the recording medium, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
In addition, the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. Is. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.

[実施例]
次に、実施例を説明する。
図8は、磁気特性の解析対象となる電気機器であるIPM(Interior Permanent Magnet)モータ800の構成の一例を示す図である。図8(a)は、IPMモータ800を、その回転軸に垂直な方向に沿って切った断面を示し、図8(b)は、図8(a)の破線の領域を拡大して示す図である。以下に、本実施例で使用したIPMモータ800の仕様の概略を示す。
相数:3
極数:4
ステータの外径:φ112[mm]
ステータのスロット数:24
ロータの外径:φ55[mm]
ロータの積厚:60[mm]
ステータコアおよびロータコアの材質:35A300
ここで、35A300は非特許文献5に記載の無方向性電磁鋼板である。
[Example]
Next, examples will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a configuration of an IPM (Interior Permanent Magnet) motor 800 that is an electric device to be analyzed for magnetic characteristics. FIG. 8A shows a cross section of the IPM motor 800 cut along a direction perpendicular to the rotation axis thereof, and FIG. 8B is an enlarged view of the broken line region of FIG. It is. The outline of the specification of the IPM motor 800 used in the present embodiment is shown below.
Number of phases: 3
Number of poles: 4
Stator outer diameter: φ112 [mm]
Number of stator slots: 24
Rotor outer diameter: φ55 [mm]
Rotor stack thickness: 60 [mm]
Stator core and rotor core material: 35A300
Here, 35A300 is a non-oriented electrical steel sheet described in Non-Patent Document 5.

図8(b)に示すように、IPMモータ800のステータコアのティースの先端の領域801における磁気特性(ヒステリシス損および渦電流損)を第1の発明例の手法と第2の発明例の手法とのそれぞれで求めた。第1の発明例の手法は、第1の実施形態で説明した手法である。第2の発明例の手法は、第2の実施形態で説明した手法である。   As shown in FIG. 8B, the magnetic characteristics (hysteresis loss and eddy current loss) in the region 801 at the tip of the stator core teeth of the IPM motor 800 are represented by the method of the first invention example and the method of the second invention example. Sought in each of. The technique of the first invention example is the technique described in the first embodiment. The technique of the second invention example is the technique described in the second embodiment.

第1の発明例および第2の発明例の何れにおいても、鉄損に占めるヒステリシス損の割合は79[%](渦電流損の割合は21[%])となり、ヒステリシス損と渦電流損とを導出することができた。尚、この場合、ヒステリシス損の比率の方が渦電流損の比率よりも大きいため、結晶方位を制御する等してヒステリシス損を低減した電磁鋼板を用いてステータコアを構成すると、IPMモータ800の損失を低減することができることが分かる。   In both the first invention example and the second invention example, the ratio of the hysteresis loss to the iron loss is 79 [%] (the ratio of the eddy current loss is 21 [%]). Could be derived. In this case, since the ratio of the hysteresis loss is larger than the ratio of the eddy current loss, the loss of the IPM motor 800 is obtained when the stator core is configured by using the electromagnetic steel sheet whose hysteresis loss is reduced by controlling the crystal orientation. It can be seen that can be reduced.

図9は、誘起電圧の測定波形と目標波形の一例を示す図である。図9(a)は第1の発明例を示し、図9(b)は第2の発明例を示す。
図9(a)および図9(b)に示すように、第2の発明例の方が第1の発明例よりも誘起電圧の測定波形がより目標波形に近いことが分かる。そして、第1の発明例で求めた測定試料Sの鉄損は、第2の発明例で求めた測定試料Sの鉄損よりも2[%]程度低い値になった。これは、第1の発明例では、誘起電圧の測定波形と目標波形とのずれにより、誘起電圧の目標波形に対応する励磁電流が得られていない為に磁界強度にずれが生じていることに加え、誘起電圧に含まれていた高調波成分が磁束密度の波形に含まれていないことによると考えられる。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a measurement waveform and a target waveform of the induced voltage. FIG. 9A shows a first invention example, and FIG. 9B shows a second invention example.
As shown in FIGS. 9A and 9B, it can be seen that the measurement waveform of the induced voltage is closer to the target waveform in the second invention example than in the first invention example. And the iron loss of the measurement sample S calculated | required by the 1st invention example became a value about 2 [%] lower than the iron loss of the measurement sample S calculated | required by the 2nd invention example. This is because, in the first invention example, the magnetic field strength is shifted because the excitation current corresponding to the target waveform of the induced voltage is not obtained due to the shift between the measured waveform of the induced voltage and the target waveform. In addition, it is considered that the harmonic component included in the induced voltage is not included in the magnetic flux density waveform.

[請求項との関係]
以下に、請求項と実施形態の対応関係の一例を説明する。尚、請求項の記載が実施形態の記載に限定されないことは、変形例などに記載した通りである。
<請求項1、8、9>
印加手段は、例えば、励磁電源101を用いることにより実現される。
第1のコイルは、例えば、サーチコイル103を用いることにより実現される。
検出手段は、例えば、電圧計104を用いることにより実現される。
取得手段は、例えば、目標波形取得部611を用いることにより実現される。
判定手段は、例えば、収束判定部614を用いることにより実現される。
修正手段は、例えば、波形修正部613を用いることにより実現される。
解析手段は、例えば、解析部116を用いることにより実現される。
前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束しているときに前記修正手段により修正されている前記励磁電圧で前記測定試料を励磁した場合の、前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を導出することは、例えば、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束しているときに波形修正部114で修正された励磁電圧の指示波形を励磁コイル102に印加することにより測定試料Sに発生する磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づく三次元数値解析を実行することにより求められる。
前記測定試料におけるヒステリシス損および渦電流損を特定する情報は、例えば、ヒステリシス損および渦電流損と、鉄損、ヒステリシス損、および渦電流損の何れか2つと、鉄損と、鉄損に対するヒステリシス損または渦電流損の割合と、の何れかにより実現される。
前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値は、例えば、誘起電圧の目標波形と測定波形との相互に対応する時刻における差(の絶対値)をそのまま用いるか、誘起電圧の目標波形と測定波形の相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を、誘起電圧の目標波形の値の絶対値の一周期分の積算値に対する割合をとることにより実現される((13)の左辺、(14)式の左辺を参照)。
前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、複数の周波数成分のそれぞれにおける振幅の差は、例えば、誘起電圧の目標波形と測定波形とのそれぞれから複数の周波数成分のスペクトルを求め、誘起電圧の目標波形および測定波形における同一の周波数成分のスペクトルの差(の絶対値)を複数の周波数成分のそれぞれについてとることにより実現される(第2の実施形態の(変形例)の項を参照)。
<請求項2>
取得手段は、例えば、目標波形取得部111を用いることにより実現される。
判定手段は、例えば、収束判定部115を用いることにより実現される。
修正手段は、例えば、波形修正部114を用いることにより実現される。
解析手段は、例えば、解析部116を用いることにより実現される。
前記測定試料における磁束密度の測定波形が前記測定試料における磁束密度の目標波形に収束しているときに前記修正手段により修正されている前記励磁電圧で前記測定試料を励磁した場合の、前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を導出することは、例えば、前記磁束密度の測定波形が前記磁束密度の目標波形に収束しているときに波形修正部114で修正された励磁電圧の指示波形を励磁コイル102に印加することにより測定試料Sに発生する磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づく三次元数値解析を実行することにより求められる。
前記測定試料における磁束密度の測定波形および前記測定試料における磁束密度の目標波形の、相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値は、例えば、磁束密度の目標波形と測定波形との相互に対応する時刻における差(の絶対値)をそのまま用いるか、磁束密度の目標波形と測定波形の相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値を、磁束密度の目標波形の値の絶対値の一周期分の積算値に対する割合をとることにより実現される((8)の左辺、(9)式の左辺を参照)。
前記測定試料における磁束密度の測定波形および前記測定試料における磁束密度の目標波形の、複数の周波数成分のそれぞれにおける振幅の差は、例えば、磁束密度の目標波形と測定波形とのそれぞれから複数の周波数成分のスペクトルを求め、磁束密度の目標波形および測定波形における同一の周波数成分のスペクトルの差(の絶対値)を複数の周波数成分のそれぞれについてとることにより実現される(第1の実施形態の(変形例)の項を参照)。
<請求項3、6>
前記コアの前記所定の領域に巻き回された第2のコイルに誘起される誘起電圧の波形に基づいて導出される磁束密度の波形は、例えば、電気機器のコアの所定の領域(磁気特性を測定したい領域)に巻き回したサーチコイルに誘起される誘起電圧の波形から、(1)式および(2)式により、電気機器のコアの所定の領域における磁束密度の目標波形B(t)を一周期分求めることにより実現される。
前記コアの二次元空間における磁束密度ベクトルの数値解に基づいて求められた前記コアの前記所定の領域における磁束密度の波形は、電気機器のコアを励磁する励磁巻線に所定の励磁電圧を印加することにより当該コアの所定の領域に発生する磁束密度ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づく二次元数値解析を実行することにより一周期分求めることにより実現される。
<請求項4、6>
前記コアの前記所定の領域に巻き回された第2のコイルに誘起される誘起電圧の波形は、例えば、電気機器のコアの所定の領域(磁気特性を測定したい領域)に巻き回したサーチコイルに誘起される誘起電圧の波形を用いることにより実現される。
前記コアの二次元空間における磁束密度ベクトルの数値解に基づいて求められた前記コアの前記所定の領域における磁束密度に基づいて導出される誘起電圧の波形は、例えば、電気機器のコアを励磁する励磁巻線に所定の励磁電圧を印加することにより当該コアの所定の領域に発生する磁束密度ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づく二次元数値解析を実行することにより一周期分求め、求めた電気機器のコアの所定の領域における一周期分の磁束密度ベクトルから、(1)式および(2)式に基づいて、誘起電圧の一周期分の波形を求めることにより求められる。
<請求項5、6>
前記コアの二次元空間における磁束密度の数値解は、前記磁性材料の板面方向の成分を有し、前記磁性材料の板厚方向の成分を有していないことは、例えば、磁束密度ベクトルが、コアを構成する電磁鋼板の板面方向の成分を有し、板厚方向の成分を有しないことに対応する。
<請求項7>
前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解は、前記磁性材料の板面方向の成分と、前記磁性材料の板厚方向の成分とを有することは、例えば、前述した磁束密度ベクトルが、コアを構成する電磁鋼板の板面方向の成分と、板厚方向の成分とを有することに対応する。
[Relationship with Claims]
Hereinafter, an example of the correspondence between the claims and the embodiment will be described. Note that the description of the claims is not limited to the description of the embodiment, as described in the modification.
<Claims 1, 8, 9>
The applying unit is realized by using, for example, the excitation power source 101.
The first coil is realized by using, for example, the search coil 103.
The detection means is realized by using a voltmeter 104, for example.
The acquisition unit is realized, for example, by using the target waveform acquisition unit 611.
The determination unit is realized by using the convergence determination unit 614, for example.
The correcting means is realized by using the waveform correcting unit 613, for example.
The analysis unit is realized by using the analysis unit 116, for example.
Magnetic flux in the three-dimensional space of the measurement sample when the measurement sample is excited with the excitation voltage corrected by the correction means when the measurement waveform of the induced voltage converges to the target waveform of the induced voltage Deriving numerical solutions of the density vector and the eddy current vector includes, for example, an instruction waveform of the excitation voltage corrected by the waveform correction unit 114 when the measured waveform of the induced voltage converges to the target waveform of the induced voltage. Is applied to the exciting coil 102, and the magnetic flux density vector and eddy current vector generated in the measurement sample S are obtained by executing a three-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equations.
Information specifying the hysteresis loss and eddy current loss in the measurement sample includes, for example, any two of hysteresis loss and eddy current loss, iron loss, hysteresis loss, and eddy current loss, iron loss, and hysteresis for iron loss. Or the ratio of eddy current loss.
The absolute value of the difference between the measured waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage at the time corresponding to each other corresponds to, for example, the correlation between the target waveform of the induced voltage and the measured waveform. The difference (absolute value) at the time to be used is used as it is, or the integrated value for one cycle of the absolute value of the difference at the time corresponding to the target waveform of the induced voltage and the measured waveform is the value of the target waveform of the induced voltage. This is realized by taking the ratio of the absolute value of the absolute value to the integrated value for one cycle (see the left side of (13) and the left side of equation (14)).
The difference in amplitude in each of the plurality of frequency components of the measurement waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage is obtained, for example, by obtaining a spectrum of the plurality of frequency components from each of the target waveform and the measurement waveform of the induced voltage, This is realized by taking the difference (absolute value) of the spectrum of the same frequency component in the target waveform and the measurement waveform of the induced voltage for each of the plurality of frequency components (the (modification) section of the second embodiment). reference).
<Claim 2>
The acquisition unit is realized by using the target waveform acquisition unit 111, for example.
The determination unit is realized by using the convergence determination unit 115, for example.
The correction means is realized by using the waveform correction unit 114, for example.
The analysis unit is realized by using the analysis unit 116, for example.
The measurement sample when the measurement sample is excited with the excitation voltage corrected by the correction means when the measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample converges to the target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample Deriving the numerical solution of the magnetic flux density vector and eddy current vector in the three-dimensional space is corrected by the waveform correcting unit 114 when the measured magnetic flux density waveform converges to the target magnetic flux density waveform, for example. The magnetic flux density vector and the eddy current vector generated in the measurement sample S by applying the excitation voltage instruction waveform to the excitation coil 102 are obtained by executing a three-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equations.
The integrated value for one cycle of the absolute value of the difference between the measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample and the target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample at the corresponding time is, for example, the measurement of the target waveform of the magnetic flux density. The difference (absolute value) at the time corresponding to the waveform is used as it is, or the integrated value for one cycle of the absolute value of the difference at the time corresponding to the target waveform of the magnetic flux density and the measured waveform is used as the magnetic flux. This is realized by taking the ratio of the absolute value of the density target waveform value to the integrated value for one cycle (see the left side of (8) and the left side of equation (9)).
The difference in amplitude in each of a plurality of frequency components of the measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample and the target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample is, for example, a plurality of frequencies from each of the target waveform and the measurement waveform of the magnetic flux density. This is realized by obtaining the spectrum of the component and taking the difference (absolute value) of the spectrum of the same frequency component in the target waveform and measurement waveform of the magnetic flux density for each of the plurality of frequency components (in the first embodiment ( (Refer to “Modification”).
<Claims 3 and 6>
The magnetic flux density waveform derived based on the waveform of the induced voltage induced in the second coil wound around the predetermined region of the core is, for example, a predetermined region (magnetic characteristics of the core of the electric device). From the waveform of the induced voltage induced in the search coil wound around the region to be measured), the target waveform B (t) of the magnetic flux density in the predetermined region of the core of the electric device is obtained by the equations (1) and (2). This is realized by obtaining one period.
The waveform of the magnetic flux density in the predetermined region of the core obtained based on the numerical solution of the magnetic flux density vector in the two-dimensional space of the core applies a predetermined excitation voltage to the excitation winding that excites the core of the electrical device. Thus, the magnetic flux density vector generated in a predetermined region of the core is realized by obtaining one period by executing a two-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equation.
<Claims 4 and 6>
The waveform of the induced voltage induced in the second coil wound around the predetermined region of the core is, for example, a search coil wound around a predetermined region (region where magnetic characteristics are to be measured) of the core of the electric device. This is realized by using a waveform of an induced voltage induced in the.
The waveform of the induced voltage derived based on the magnetic flux density in the predetermined region of the core obtained based on the numerical solution of the magnetic flux density vector in the two-dimensional space of the core excites the core of the electrical device, for example. By applying a predetermined excitation voltage to the excitation winding, a magnetic flux density vector generated in a predetermined region of the core is obtained for one period by performing a two-dimensional numerical analysis based on Maxwell's equations, It is calculated | required by calculating | requiring the waveform for one period of an induced voltage from the magnetic flux density vector for one period in the predetermined area | region of the core of an apparatus based on (1) Formula and (2) Formula.
<Claims 5 and 6>
The numerical solution of the magnetic flux density in the two-dimensional space of the core has a component in the plate direction of the magnetic material and does not have a component in the plate thickness direction of the magnetic material. This corresponds to having a component in the plate surface direction of the magnetic steel sheet constituting the core and not having a component in the plate thickness direction.
<Claim 7>
The numerical solution of the magnetic flux density vector and the eddy current vector in the three-dimensional space of the measurement sample has a component in the plate surface direction of the magnetic material and a component in the plate thickness direction of the magnetic material. The magnetic flux density vector corresponds to having a component in the plate surface direction and a component in the plate thickness direction of the electromagnetic steel plate constituting the core.

101:励磁電源、102:励磁コイル、103:サーチコイル、104:電圧計、110、610:演算装置、111、611:目標波形取得部、112、612:目標波形記憶部、113:磁束密度導出部、114、613:波形修正部、115、614:収束判定部、116:解析部、117:出力部、S:測定試料   101: excitation power source, 102: excitation coil, 103: search coil, 104: voltmeter, 110, 610: arithmetic unit, 111, 611: target waveform acquisition unit, 112, 612: target waveform storage unit, 113: derivation of magnetic flux density Part, 114, 613: waveform correction part, 115, 614: convergence determination part, 116: analysis part, 117: output part, S: measurement sample

Claims (10)

磁性材料からなる測定試料を励磁するための励磁コイルに励磁電圧を印加する印加手段と、
前記測定試料が励磁されることにより第1のコイルに誘起される誘起電圧を検出する検出手段と、
前記誘起電圧の目標波形を取得する取得手段と、
前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束していないと判定されると、前記誘起電圧の測定波形と、前記誘起電圧の目標波形との差に基づいて、前記励磁電圧を修正する修正手段と、
前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束しているときに前記修正手段により修正されている前記励磁電圧で前記測定試料を励磁した場合の、前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を導出し、導出した数値解に基づいて、前記測定試料におけるヒステリシス損および渦電流損を特定する情報を導出する解析手段と、を有し、
前記印加手段は、前記修正手段により前記励磁電圧が修正されると、当該修正された前記励磁電圧を前記励磁コイルに印加し、
前記判定手段により、前記誘起電圧の測定波形が、前記誘起電圧の目標波形に収束したと判定されるまで、前記修正手段による前記励磁電圧の修正と、前記印加手段による前記励磁電圧の印加と、前記検出手段による前記誘起電圧の検出とが繰り返し行われ、
前記判定手段は、前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値、または、前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、複数の周波数成分のそれぞれにおける振幅の差に基づいて、前記誘起電圧の測定波形が、前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定することを特徴とする磁気特性解析システム。
An application means for applying an excitation voltage to an excitation coil for exciting a measurement sample made of a magnetic material;
Detecting means for detecting an induced voltage induced in the first coil by exciting the measurement sample;
Obtaining means for obtaining a target waveform of the induced voltage;
Determination means for determining whether or not the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage;
When the determination means determines that the measurement waveform of the induced voltage has not converged to the target waveform of the induced voltage, based on the difference between the measurement waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage, Correction means for correcting the excitation voltage;
Magnetic flux in the three-dimensional space of the measurement sample when the measurement sample is excited with the excitation voltage corrected by the correction means when the measurement waveform of the induced voltage converges to the target waveform of the induced voltage An analytical means for deriving a numerical solution of a density vector and an eddy current vector, and deriving information for identifying a hysteresis loss and an eddy current loss in the measurement sample based on the derived numerical solution;
When the excitation voltage is corrected by the correction means, the application means applies the corrected excitation voltage to the excitation coil,
Until the determination means determines that the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage, the correction of the excitation voltage by the correction means, and the application of the excitation voltage by the application means, The detection of the induced voltage by the detection means is repeatedly performed,
The determination means includes an integrated value for one cycle of an absolute value of a difference between the measurement waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage at mutually corresponding times, or the measurement waveform of the induced voltage and the induced waveform. A magnetic characteristic characterized in that it is determined whether or not the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage based on a difference in amplitude of each of a plurality of frequency components of the voltage target waveform. Analysis system.
前記取得手段は、前記測定試料における磁束密度の目標波形を更に取得し、
前記判定手段は、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定することに替えて、前記測定試料における磁束密度の測定波形が前記測定試料における磁束密度の目標波形に収束したか否かを判定し、
前記修正手段は、前記判定手段により、前記測定試料における磁束密度の測定波形が前記測定試料における磁束密度の目標波形に収束していないと判定されると、前記誘起電圧の測定波形と、前記誘起電圧の目標波形との差に基づいて、前記励磁電圧を修正し、
前記解析手段は、前記測定試料における磁束密度の測定波形が前記測定試料における磁束密度の目標波形に収束しているときに前記修正手段により修正されている前記励磁電圧で前記測定試料を励磁した場合の、前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を導出し、
前記判定手段は、前記測定試料における磁束密度の測定波形および前記測定試料における磁束密度の目標波形の、相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値、または、前記測定試料における磁束密度の測定波形および前記測定試料における磁束密度の目標波形の、複数の周波数成分のそれぞれにおける振幅の差に基づいて、前記測定試料における磁束密度の測定波形が、前記測定試料における磁束密度の目標波形に収束したか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載の磁気特性解析システム。
The acquisition means further acquires a target waveform of magnetic flux density in the measurement sample,
In place of determining whether the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage, the determination unit is configured to determine whether the measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample is a target of the magnetic flux density in the measurement sample. Determine whether it has converged to the waveform,
When the determination unit determines that the measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample has not converged to the target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample, the correction unit determines the measurement waveform of the induced voltage and the induction Based on the difference from the voltage target waveform, the excitation voltage is corrected,
The analysis means excites the measurement sample with the excitation voltage corrected by the correction means when the measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample converges to the target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample. Deriving numerical solutions of the magnetic flux density vector and eddy current vector in the three-dimensional space of the measurement sample,
The determination means is an integrated value for one cycle of an absolute value of a difference at a corresponding time between a measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample and a target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample, or the measurement sample The measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample is obtained from the measurement waveform of the magnetic flux density in the measurement sample and the target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample. The magnetic characteristic analysis system according to claim 1, wherein it is determined whether or not the target waveform has converged.
前記取得手段は、前記測定試料を構成する磁性材料と同じ種類の磁性材料を用いて構成されたコアを有する電気機器の当該コアを所定の励磁条件で励磁した場合の当該コアの所定の領域における磁束密度の波形を、前記測定試料における磁束密度の目標波形として取得し、
前記測定試料における磁束密度の目標波形は、前記コアの前記所定の領域に巻き回された第2のコイルに誘起される誘起電圧の波形に基づいて導出される磁束密度の波形、または、前記コアの二次元空間における磁束密度ベクトルの数値解に基づいて求められた前記コアの前記所定の領域における磁束密度の波形であることを特徴とする請求項2に記載の磁気特性解析システム。
In the predetermined region of the core when the core of the electric device having the core configured using the same kind of magnetic material as the magnetic material composing the measurement sample is excited under a predetermined excitation condition Obtain a magnetic flux density waveform as a target magnetic flux density waveform in the measurement sample,
The target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample is a magnetic flux density waveform derived based on the waveform of the induced voltage induced in the second coil wound around the predetermined region of the core, or the core The magnetic characteristic analysis system according to claim 2, wherein the magnetic property analysis system is a waveform of magnetic flux density in the predetermined region of the core obtained based on a numerical solution of a magnetic flux density vector in a two-dimensional space.
前記取得手段は、前記測定試料を構成する磁性材料と同じ種類の磁性材料を用いて構成されたコアを有する電気機器の当該コアを所定の励磁条件で励磁した場合の当該コアの所定の領域における前記誘起電圧の波形を、前記誘起電圧の目標波形として取得し、
前記誘起電圧の目標波形は、前記コアの前記所定の領域に巻き回された第2のコイルに誘起される誘起電圧の波形、または、前記コアの二次元空間における磁束密度ベクトルの数値解に基づいて求められた前記コアの前記所定の領域における磁束密度に基づいて導出される誘起電圧の波形であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の磁気特性解析システム。
In the predetermined region of the core when the core of the electric device having the core configured using the same kind of magnetic material as the magnetic material composing the measurement sample is excited under a predetermined excitation condition Acquiring the waveform of the induced voltage as a target waveform of the induced voltage;
The target waveform of the induced voltage is based on the waveform of the induced voltage induced in the second coil wound around the predetermined region of the core or the numerical solution of the magnetic flux density vector in the two-dimensional space of the core. 4. The magnetic characteristic analysis system according to claim 1, wherein the magnetic characteristic analysis system is an induced voltage waveform derived on the basis of a magnetic flux density in the predetermined region of the core determined in this way.
前記コアは、相互に積み重ねられた複数の板状の磁性材料を有し、
前記測定試料を構成する磁性材料の形状は、板状であり、
前記コアの二次元空間における磁束密度ベクトルの数値解は、前記磁性材料の板面方向の成分を有し、前記磁性材料の板厚方向の成分を有していないことを特徴とする請求項3または4に記載の磁気特性解析システム。
The core has a plurality of plate-like magnetic materials stacked on each other,
The shape of the magnetic material constituting the measurement sample is a plate,
The numerical solution of the magnetic flux density vector in the two-dimensional space of the core has a component in the plate surface direction of the magnetic material and does not have a component in the plate thickness direction of the magnetic material. Or the magnetic property analysis system according to 4.
前記取得手段は、前記電気機器の前記コアを所定の励磁条件で励磁したときに前記コアの二次元空間に発生する磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を、マックスウェルの方程式に基づく数値解析を行うことにより求め、当該求めた磁束密度ベクトルの数値解に基づく磁束密度の波形を、前記測定試料における磁束密度の目標波形として取得することを特徴とする請求項3〜5の何れか1項に記載の磁気特性解析システム。   The obtaining means obtains a numerical solution of a magnetic flux density vector and an eddy current vector generated in a two-dimensional space of the core when the core of the electrical device is excited under a predetermined excitation condition, based on a numerical analysis based on Maxwell's equations. The magnetic flux density waveform based on the numerical solution of the obtained magnetic flux density vector is acquired as a target waveform of the magnetic flux density in the measurement sample. Magnetic characteristic analysis system described in 1. 前記コアは、相互に積み重ねられた複数の板状の磁性材料を有し、
前記測定試料を構成する磁性材料の形状は、板状であり、
前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解は、前記磁性材料の板面方向の成分と、前記磁性材料の板厚方向の成分とを有することを特徴とする請求項3〜6の何れか1項に記載の磁気特性解析システム。
The core has a plurality of plate-like magnetic materials stacked on each other,
The shape of the magnetic material constituting the measurement sample is a plate,
The numerical solution of a magnetic flux density vector and an eddy current vector in a three-dimensional space of the measurement sample has a component in the plate direction of the magnetic material and a component in the plate thickness direction of the magnetic material. The magnetic characteristic analysis system according to any one of 3 to 6.
前記解析手段は、前記測定波形が前記目標波形に収束しているときに前記修正手段により修正されている前記励磁電圧で前記測定試料を励磁したときに前記測定試料の三次元空間に発生する磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を、マックスウェルの方程式に基づく数値解析を行うことにより求めることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の磁気特性解析システム。   The analysis means generates a magnetic flux generated in the three-dimensional space of the measurement sample when the measurement sample is excited with the excitation voltage corrected by the correction means when the measurement waveform converges to the target waveform. The magnetic characteristic analysis system according to claim 1, wherein a numerical solution of the density vector and the eddy current vector is obtained by performing a numerical analysis based on Maxwell's equations. 前記修正手段は、前記第1の検出手段により検出された前記誘起電圧の測定波形に含まれる高次の高調波成分を除去した上で、前記誘起電圧の目標波形との差に基づいて、前記励磁電圧を修正することを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の磁気特性解析システム。   The correcting means removes higher-order harmonic components contained in the measured waveform of the induced voltage detected by the first detecting means, and then based on the difference from the target waveform of the induced voltage, The magnetic characteristic analysis system according to claim 1, wherein the excitation voltage is corrected. 磁性材料からなる測定試料を励磁するための励磁コイルに励磁電圧を印加する印加工程と、
前記測定試料が励磁されることにより第1のコイルに誘起される誘起電圧を検出する検出工程と、
前記誘起電圧の目標波形を取得する取得工程と、
前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定する判定工程と、
前記判定工程により、前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束していないと判定されると、前記誘起電圧の測定波形と、前記誘起電圧の目標波形との差に基づいて、前記励磁電圧を修正する修正工程と、
前記誘起電圧の測定波形が前記誘起電圧の目標波形に収束しているときに前記修正工程により修正されている前記励磁電圧で前記測定試料を励磁した場合の、前記測定試料の三次元空間における磁束密度ベクトルおよび渦電流ベクトルの数値解を導出し、導出した数値解に基づいて、前記測定試料におけるヒステリシス損および渦電流損を特定する情報を導出する解析工程と、を有し、
前記印加工程は、前記修正工程により前記励磁電圧が修正されると、当該修正された前記励磁電圧を前記励磁コイルに印加し、
前記判定工程により、前記誘起電圧の測定波形が、前記誘起電圧の目標波形に収束したと判定されるまで、前記修正工程による前記励磁電圧の修正と、前記印加工程による前記励磁電圧の印加と、前記検出工程による前記誘起電圧の検出とが繰り返し行われ、
前記判定工程は、前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、相互に対応する時刻における差の絶対値の、一周期分の積算値、または、前記誘起電圧の測定波形および前記誘起電圧の目標波形の、複数の周波数成分のそれぞれにおける振幅の差に基づいて、前記誘起電圧の測定波形が、前記誘起電圧の目標波形に収束したか否かを判定することを特徴とする磁気特性解析方法。
An application step of applying an excitation voltage to an excitation coil for exciting a measurement sample made of a magnetic material;
A detection step of detecting an induced voltage induced in the first coil by exciting the measurement sample;
An acquisition step of acquiring a target waveform of the induced voltage;
A determination step of determining whether the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage;
When it is determined by the determination step that the measurement waveform of the induced voltage has not converged to the target waveform of the induced voltage, based on the difference between the measurement waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage, A correction step of correcting the excitation voltage;
Magnetic flux in the three-dimensional space of the measurement sample when the measurement sample is excited with the excitation voltage corrected by the correction step when the measurement waveform of the induced voltage converges to the target waveform of the induced voltage An analysis step of deriving a numerical solution of a density vector and an eddy current vector, and deriving information for identifying a hysteresis loss and an eddy current loss in the measurement sample based on the derived numerical solution,
In the application step, when the excitation voltage is corrected by the correction step, the corrected excitation voltage is applied to the excitation coil,
Until the determination step determines that the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage, the correction of the excitation voltage by the correction step, the application of the excitation voltage by the application step, The detection of the induced voltage by the detection step is repeatedly performed,
The determination step includes an integrated value for one cycle of an absolute value of a difference at a corresponding time of the measured waveform of the induced voltage and the target waveform of the induced voltage, or the measured waveform of the induced voltage and the induced waveform. A magnetic characteristic characterized in that it is determined whether or not the measurement waveform of the induced voltage has converged to the target waveform of the induced voltage based on a difference in amplitude of each of a plurality of frequency components of the voltage target waveform. analysis method.
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