JP2021196257A - 情報処理装置、磁気損失見積方法及び磁気損失見積プログラム - Google Patents

情報処理装置、磁気損失見積方法及び磁気損失見積プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】真の磁気損失を精度よく見積もる。【解決手段】インピーダンス実部演算部１３２は、トロイダルコア試料の１次コイル（励磁コイル）における複素インピーダンスを測定可能なインピーダンス測定装置１４から得た複素インピーダンスデータから実部データ（Ｚreal）を求める。また、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、１次コイルの電気抵抗（Ｒ1_coil）を計算又はシミュレーションにより求める。また、磁気損失演算部１３６は、磁気損失（Ｐcore）と、磁気損失を測定したときの励磁電流（Ｉ1）と、を取得する。そして、磁気損失演算部１３６は、実部データ（Ｚreal）から１次コイルの電気抵抗（Ｒ1_coil）を差し引いた値Ｒ2_0（＝Ｚreal−Ｒ1_coil）に対して、励磁電流（Ｉ1）の２乗を乗じることにより得られた値を、磁気損失Ｐcoreから差し引くことにより、真の磁気損失（Ｐcore’）を見積もる。【選択図】図９

Description

本発明は、情報処理装置、磁気損失見積方法及び磁気損失見積プログラムに関する。
磁性コアに対し１次（入力）コイルと２次（出力）コイルを設けたトランス（変圧器）態様のデバイスにおいて、磁性コアで生じる損失Ｐcoreは、一般に、次式（１）で表される。
Ｐcore＝（１／Ｔ）∫Ｉ1(t)Ｖ2(t)dt …（１）
上式（１）のＩ1(t)は１次電流、Ｖ2(t)は２次電圧、Ｔは１周期の時間である。また、入出力波形が正弦波形の場合、上式（１）は、次式（２）のように表すことができる。
Ｐcore＝（１／Ｔ）Ｉ1Ｖ2cosθ …（２）
上式（２）のＩ1は１次電流Ｉ1(t)の実効振幅であり、Ｖ2は２次電圧Ｖ2(t)の実効振幅であり、θは１次電流と２次電圧の位相差である。
１次電流を正弦波形とする場合、磁性コアが理想的な状態では、１次電流と２次電圧の位相差は９０度（すなわちcos９０°＝０）であるため、Ｐcoreは０となる。しかしながら、実際には１次電流と２次電圧の位相差は９０°からずれ（cosθ≠０）、Ｐcore≠０となる。この位相ずれは磁性コア（の交流応答）に起因して生じるため、Ｐcoreは、「磁気損失」と呼ばれている。
上記の考えに基づき、磁性コアの磁気損失の測定を行うことができる。例えば、磁性コアの磁気損失を測定する場合、リング状の磁性コアに対し１次（励磁）コイルと２次（検出）コイルを螺旋状に巻きつけたトロイダルコアを用い、１次コイルに流れる励磁電流Ｉ1(t)と２次コイルに生じる誘起電圧Ｖ2(t)を測定する。そして、上式（１）を用いて、磁気損失Ｐcoreを算出する。
磁性コアに巻線（励磁）コイルを設けた素子は、一般的に、インダクタと呼ばれている。インダクタは、電気エネルギを磁気エネルギとして蓄えることができる受動電子部品である。インダクタには、上記トロイダルコアや、磁性コア内に励磁コイルを埋設した積層インダクタなどがある。このようなインダクタの磁気損失についても、上記と同様に求めることができる。
特開平１０−２３９４１２号公報 特開２０００−５７５４２号公報
近年、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換機器の小型化に伴い、回路に設けられるインダクタの駆動周波数の高周波化が進んでいる。例えば、電力アンプ等の大電力用途では１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度の周波数で駆動されているが、情報通信機器等の小〜中電力用途では数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数での駆動を目指して開発が進められている。
インダクタ（磁性コア）は駆動周波数に応じた磁気損失を発生し、特に高周波帯においては、無視できない大きさの磁気損失を発生することがわかっている。磁気損失は熱エネルギに変換され、電力機器の動作温度を上昇させてしまう。このため、電力機器の設計においては、インダクタの磁気損失を精度よく見積る必要がある。
１つの側面では、本発明は、真の磁気損失を精度よく見積もることが可能な情報処理装置、磁気損失見積方法及び磁気損失見積プログラムを提供することを目的とする。
一つの態様では、情報処理装置は、軟磁性コアと、該軟磁性コアに巻回された励磁コイルとを有する素子の複素インピーダンスを前記励磁コイルを介して測定可能な測定装置から得た複素インピーダンスデータから実部データを取得する第１取得部と、前記励磁コイルへの通電により測定された磁気損失を示す磁気損失データと、前記磁気損失を測定したときの励磁電流データと、を取得する第２取得部と、前記励磁コイルの電気抵抗を計算又はシミュレーションにより求める演算部と、前記第１取得部が取得した前記実部データから前記演算部が求めた前記電気抵抗を差し引いた値に対し、前記第２取得部が取得した前記励磁電流データの２乗を乗じることにより得られた値を、前記第２取得部が取得した前記磁気損失データから差し引くことにより、前記励磁コイルの真の磁気損失を見積もる見積部と、を備える。
真の磁気損失を精度よく見積もることができる。
一実施形態に係る磁気損失測定装置の構成を概略的に示す図である。 励磁電流振幅（１次電流の実効振幅）Ｉ1と、損失換算抵抗Ｒ2との関係を示すグラフである。 周波数とＩ1＝０のときの損失換算抵抗Ｒ2_0との関係を示すグラフである。 図４（ａ）は、１次コイルをベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）に接続して、トロイダルコアの複素インピーダンスの周波数依存を測定した結果を示すグラフであり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ付近を拡大して示すグラフである。 様々な周波数に対して、１次電圧を測定する装置を示す図である。 図６（ａ）は、１次側損失換算抵抗Ｒ1_0（ｆ）と、複素インピーダンスの実部との関係を示すグラフである。また、図６（ｂ）は、Ｉ1＝０のときの１次側損失換算抵抗の周波数依存から、Ｉ1＝０のときの余剰損失換算抵抗の周波数依存を差し引いた値と、計算により求めた１次コイルの電気抵抗の周波数依存との関係を示すグラフである。 一実施形態に係る磁気損失見積システムの構成を概略的に示す図である。 情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。 情報処理装置の機能ブロック図を示す図である。 情報処理装置の処理を示すフローチャートである。 変形例１を説明するための図である。 変形例２を説明するための図である。
以下、磁気損失見積システムの一実施形態について、図１〜図１０に基づいて詳細に説明する。
まず、本実施形態におけるインダクタの磁気損失の見積方法について、説明する。
本発明者は、図１に示すような磁気損失測定装置１６を用いて、軟磁性コアの磁気損失測定を行い、磁気損失の励磁電流依存を調べた。ここで、図１の磁気損失測定装置１６は、リング状の軟磁性コア２０に対し１次（励磁）コイルと２次（検出）コイルを螺旋状に巻きつけた素子（トロイダルコア試料）２２を接続可能な装置である。磁気損失測定装置１６は、信号発生器２４、パワーアンプ２６、シャント抵抗２８を備える。また、磁気損失測定装置１６は、１次コイルに流れる励磁電流Ｉ1（ｔ）（＝ＶS（ｔ）／ＲS）を算出するために必要なデジタルオシロスコープ３０、及び２次コイルに生じる誘起電圧Ｖ2（ｔ）を測定するためのデジタルオシロスコープ３２を備える。
本発明者は、以下の（ａ）〜（ｆ）に沿って磁気損失の励磁電流依存を調べた。
（ａ）図１の磁気損失測定装置１６から得られた１次コイルに流れる励磁電流Ｉ1（ｔ）と２次コイルに生じる誘起電圧Ｖ2（ｔ）を用いて、次式（３）から、磁気損失Ｐcore [単位：Ｗ]を励磁電流毎に求めた。
Ｐcore＝（１／Ｔ）∫Ｉ1(t)Ｖ2(t)dt …（３）
（ｂ）次いで、本発明者は、次式（４）で示される定義式に基づいて、上記（ａ）で求めた磁気損失Ｐcoreから換算した抵抗Ｒ2[単位：Ω]を求めた。なお、以下においては、Ｒ2を「損失換算抵抗」と呼ぶものとする。
Ｒ２[Ω]＝Ｐcore／Ｉ1 2 …（４）
なお、Ｉ1は、１次電流の実効振幅を意味する。
（ｃ）次いで、本発明者は、横軸を励磁電流振幅（１次電流の実効振幅）Ｉ1、縦軸を損失換算抵抗Ｒ2としたグラフ（図２参照）を作成し、測定点の外挿により縦軸切片値（Ｒ2_0）を求めた。
ここで、Ｒ2_0は、１次電流がゼロ（Ｉ1＝０）の状態、つまり、磁気損失がゼロ（Ｐcore＝０）の状態に対応している。したがって、ＤＣ領域（極低周波）で微小１次電流に対する軟磁性コアの損失が概ねゼロであることを前提とすれば、Ｒ2_0はゼロでなければならない。しかし、本発明者は、図２に示すようなグラフを作成することにより、Ｒ2_0≠０であること、Ｒ2_0は磁気に起因する損失ではないことに気付いた。
（ｄ）そこで、本発明者は、様々な周波数に対して、上記（ａ）〜（ｃ）で説明した測定や処理を行った。
（ｅ）上記（ｄ）の結果得られたデータについて、本発明者は、横軸を周波数、縦軸をＩ1＝０のときの損失換算抵抗Ｒ2_0としたグラフ（図３参照）を作成した。
図３に示すグラフから、本発明者は、周波数の増大に対し、Ｒ2_0が増大することに気付いた。ここで、Ｒ2_0にＩ1の２乗（Ｉ1 2）を乗じた値（Ｒ2_0Ｉ1 2）を「余剰損失」とすると、上式（１）から従来見積もられていた磁気損失Ｐcoreには、磁気に起因しない余剰損失（非磁気的な余剰損失）が含まれていたと考えられる。また、余剰損失の影響は、図３に示すように、高周波帯で大きくなると考えられる。
（ｆ）更に、本発明者は、１次コイルをベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）に接続して、トロイダルコアの複素インピーダンスの周波数依存を測定した。この測定の結果が図４（ａ）に示されている。
図４（ａ）に示すように、複素インピーダンスは、約７０ＭＨｚで実部が極大を示すとともに、虚部が正値から負値へと急峻に転じている。このことから、トロイダルコアには自己共振が生じていると考えられる。この自己共振（ＬＣ共振）は、軟磁性コアや１次（励磁）コイルのインダクタンスＬと１次（励磁）コイルの寄生容量Ｃが相互作用することで生じていると考えられる。
また、図４（ｂ）は、図４（ａ）の０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ付近を拡大して示すグラフである。図４（ｂ）からわかるように、数ＭＨｚ付近まで複素インピーダンスの裾引きが生じていることから、非磁気的な現象である自己共振は、磁気損失測定の際に重畳する。したがって、上記（ｅ）で説明した非磁気的な余剰損失は、この自己共振に起因した損失であると考える。
以上のことから、真の磁気損失Ｐcore’を見積もるためには、次式（５）のように、上式（３）で示した磁気損失Ｐcoreから、非磁気的な余剰損失を差し引く必要がある。特に高周波帯での測定において、このような処理が必要になると考えられる。
真の磁気損失Ｐcore’（I1≠０）
＝磁気損失Ｐcore（Ｉ1≠０）−非磁気的な余剰損失（Ｉ1＝０） …（５）
ただし、非磁気的な余剰損失を見積もるためには、本発明者が上記（ａ）〜（ｄ）で実際に行ったように、軟磁性コアの磁気損失の励磁電流依存を周波数毎に調べる必要がある。この作業には、相当の労力と時間を要するため現実的ではない。
そこで、本発明者は、真の磁気損失を簡便に見積もるために、余剰損失を簡便に見積もる方法について検討した。
（余剰損失を簡便に見積もる方法について）
図１の磁気損失測定装置１６においては、一般的には、次式（６）で示す関係が成り立つことがわかっている。
１次側損失＝１次コイル損失（ジュール損失）＋２次側損失 …（６）
上式（６）において、各項を１次電流Ｉ1の２乗（Ｉ1 2）で割ることにより、次式（７）のような損失換算抵抗の式に変換することができる。
Ｒ1＝Ｒ1_coil＋Ｒ2 …（７）
なお、Ｒ1_coilは、１次コイルの電気抵抗を意味する。
また、上式（７）は、Ｉ1＝０でも成り立つため、次式（８）のように表すことができる。
Ｒ1_0＝Ｒ1_coil＋Ｒ2_0 …（８）
以上より、Ｉ1＝０のとき、すなわち、磁気に起因する損失が生じないときに、次式（９）の関係式が成り立つ。
R2_0（ｆ）＝Ｒ1_0（ｆ）−Ｒ1_coil（ｆ） …（９）
上式（９）において、１次コイル損失換算抵抗Ｒ1_coil（ｆ）はシミュレーションや解析的な計算により、簡便に求めることができる。したがって、１次側損失換算抵抗Ｒ1_0（ｆ）を簡便に求めることができれば、余剰損失換算抵抗Ｒ2_0（ｆ）を簡便に求めることができる。
本発明者は、図５に示すように、図１の磁気損失測定装置１６にデジタルオシロスコープ３４を追加して、様々な周波数に対して、１次電圧Ｖ1（ｔ）を測定し、上記と同様にして、１次側損失Ｐ1を次式（１０）から求めた。
Ｐ1＝（１／Ｔ）∫Ｉ1（ｔ）Ｖ1（ｔ）ｄｔ …（１０）
また、本発明者は、１次側損失換算抵抗Ｒ1を次式（１１）から求めた。
Ｒ1＝Ｐ1／Ｉ1 2 …（１１）
そして、本発明者は、求めたＲ1から、様々な周波数における、Ｉ1＝０のときの１次側損失換算抵抗Ｒ1_0を求めた。この結果を、図６（ａ）に示すように、横軸を周波数、縦軸をＩ1＝０のときの損失換算抵抗とした座標系上にプロットした（図６（ａ）の△参照）。
また、本発明者は、ベクトルネットワークアナライザ（ＶＮＡ）を用いて、トロイダルコアの複素インピーダンスの周波数依存を測定した。測定の結果得られた複素インピーダンスの実部は、図６（ａ）において実線で示すような挙動を示した。図６（ａ）からわかるように、１次側損失換算抵抗Ｒ1_0（ｆ）は、ＶＮＡを用いて簡便に測定される複素インピーダンスの実部とよく一致することがわかった。
また、図６（ｂ）の□は、Ｉ1＝０のときの１次側損失換算抵抗の周波数依存（Ｒ1_0（ｆ））から、Ｉ1＝０のときの余剰損失換算抵抗の周波数依存（Ｒ2_0（ｆ））を差し引いた値（Ｒ2_0（ｆ）−Ｒ1_0（ｆ））をプロットしたものである。一方、図６（ｂ）の破線は、シミュレーション又は解析的な計算により求めた１次コイルの電気抵抗の周波数依存（Ｒ1_coil（ｆ））である。この図６（ｂ）からは、Ｒ2_0（ｆ）−Ｒ1_0（ｆ）とＲ1_coil（ｆ）が、よく一致することがわかった。
以上より、上式（９）のＲ1_0（ｆ）として、ＶＮＡによる簡便な測定から得られた複素インピーダンスの実部を用い、Ｒ1_coil（ｆ）を計算により求めることにより、余剰損失換算抵抗Ｒ2_0（ｆ）は簡便に求めることができることがわかった。
また、Ｒ2_0（ｆ）にＩ1の２乗を乗じることで、余剰損失を求めることができる。したがって、この余剰損失を図１の磁気損失測定装置１６から得られる磁気損失Ｐcoreから差し引く（Ｐcore−Ｒ2_0Ｉ1 2）ことで、真の磁気損失Ｐcore’を求めることができることがわかった。
（本実施形態の磁気損失見積システム１００について）
以下、上記磁気損失の見積方法を実現するための磁気損失見積システム１００について説明する。
図７には、本実施形態に係る磁気損失見積システム１００の構成が概略的に示されている。図７に示すように、磁気損失見積システム１００は、情報処理装置１０と、ＤＣコイル抵抗測定装置１２と、測定装置としてのインピーダンス測定装置１４と、磁気損失測定装置１６と、を備える。
情報処理装置１０は、ＤＣコイル抵抗測定装置１２、インピーダンス測定装置１４、及び磁気損失測定装置１６の測定結果を取得し、取得した測定結果を用いて、トロイダルコア試料（インダクタ）の真の磁気損失を演算する。情報処理装置１０の機能や処理の詳細については後述する。
ＤＣコイル抵抗測定装置１２は、１次（励磁）コイルのＤＣコイル抵抗Ｒ1_coil_DCを測定する装置である。ＤＣコイル抵抗測定装置１２は、測定したＤＣコイル抵抗Ｒ1_coil_DCを情報処理装置１０に対して出力する。
インピーダンス測定装置１４は、ＶＮＡであり、測定端子に１次（励磁）コイルを繋ぎ、周波数を掃引することにより、周波数ｆnに対するインピーダンスの大きさＺと位相角θを測定する装置である。インピーダンス測定装置１４は、測定したＺ、θを情報処理装置１０に対して出力する。
磁気損失測定装置１６は、図１に示すような構成を有し、トロイダルコア試料２２における、周波数ｆnに対する１次電流Ｉ1（ｔ）と、２次電圧Ｖ2（ｔ）を測定する装置である。磁気損失測定装置１６は、測定したＩ1（ｔ）、Ｖ2（ｔ）を情報処理装置１０に対して出力する。
図８には、情報処理装置１０のハードウェア構成が示されている。情報処理装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０、ＲＯＭ（Read Only Memory）９２、ＲＡＭ（Random Access Memory）９４、記憶部（ここではＨＤＤ（Hard Disk Drive））９６、ネットワークインタフェース９７、表示部９３、入力部９５及び可搬型記憶媒体用ドライブ９９等を備えている。これら情報処理装置１０の構成各部は、バス９８に接続されている。情報処理装置１０では、ＲＯＭ９２あるいはＨＤＤ９６に格納されているプログラム（磁気損失見積プログラムを含む）、或いは可搬型記憶媒体用ドライブ９９が可搬型記憶媒体９１から読み取ったプログラム（磁気損失見積プログラムを含む）をＣＰＵ９０が実行することにより、図９に示す各部としての機能が実現される。なお、図９の各部の機能は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてもよい。
図９には、情報処理装置１０の機能ブロック図が示されている。図９に示すように、情報処理装置１０では、ＣＰＵ９０がプログラムを実行することで、演算部としてのＡＣコイル抵抗演算部１３０、第１取得部としてのインピーダンス実部演算部１３２、余剰損失換算抵抗演算部１３４、磁気損失演算部１３６、としての機能が実現されている。
ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、ＤＣコイル抵抗測定装置１２から入力されたＤＣコイル抵抗Ｒ1_coil_DCを取得する。そして、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、取得したＲ1_coil_DCと、ユーザが入力した１次コイルのコイル線の導電率（σ）及び断面半径（ａ）と、を用いて、１次コイルの電気抵抗（ＡＣコイル抵抗）Ｒ1_coilを算出する。
インピーダンス実部演算部１３２は、インピーダンス測定装置１４から入力された１次コイルの周波数ｆnに対する複素インピーダンスの大きさＺと位相角θを取得する。そして、インピーダンス実部演算部１３２は、Ｚ、θを用いて、周波数ｆnに対する複素インピーダンスの実部データ（インピーダンス実部）Ｚreal（＝Ｚcosθ）を算出する。
余剰損失換算抵抗演算部１３４は、ＡＣコイル抵抗演算部１３０が算出した１次コイルの電気抵抗Ｒ1_coilと、インピーダンス実部演算部１３２が算出したインピーダンス実部Ｚrealを用いて、周波数ｆnに対する余剰損失換算抵抗Ｒ2_0（＝Ｚreal−Ｒ1_coil）を算出する。
磁気損失演算部１３６は、磁気損失測定装置１６から入力された周波数ｆnに対する１次電流Ｉ1（ｔ）と、２次電圧Ｖ2（ｔ）を用いて、上式（３）より、磁気損失Ｐcoreを求める。そして、磁気損失ＰcoreからＲ2_0にＩ1の２乗を乗じた値（Ｉ1 2Ｒ2_0）を差し引くことにより真の磁気損失を算出する。磁気損失演算部１３６は、算出結果を表示部９３に表示する。
（情報処理装置１０の処理）
次に、情報処理装置１０の処理について、図１０のフローチャートに沿って詳細に説明する。
図１０の処理の前提として、リング状のＮｉ−Ｚｎフェライトコア（例えば、外直径７ｍｍ、内直径３ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を準備する。また、２本の同一仕様の被覆線（例えば、芯線の直径０．１ｍｍ、被覆厚０．０２ｍｍ）から成る平行線（２本の被覆線が平行に接するように配置され、かつ、一体化された導線）または撚り線（２本の被覆線を相互によじることで一体化された導線）を準備する。そして、Ｎｉ−Ｚｎフェライトコアに被覆線または撚り線を螺旋状に巻き付け（例えば、１０ターン）、トロイダルコア試料２２とする。なお、２本の被覆線のうちのいずれか一方を1次（励磁）コイルとして利用し、他方を２次（検出）コイルとして利用する。
図１０の処理が開始されると、まず、ステップＳ１０において、インピーダンス実部演算部１３２は、１次（励磁）コイルのインピーダンス実部の周波数依存を演算する。具体的には、インピーダンス実部演算部１３２は、インピーダンス測定装置１４の測定端子に１次コイルを繋ぎ、周波数を掃引することにより得られる、周波数ｆnに対する複素インピーダンスの大きさＺと位相角θを取得する。そして、インピーダンス実部演算部１３２は、得られたＺとθから、周波数ｆnに対するインピーダンス実部Ｚreal（＝Ｚcosθ）を算出する。なお、インピーダンス測定装置１４において１次コイルに入力する電力は、小さい方が好ましい（例えば、−２０ｄＢｍ）。
次いで、ステップＳ１２では、ＡＣコイル抵抗演算部１３０が、１次（励磁）コイルの抵抗の周波数依存を解析的に算出する。この場合、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、作業者が入力したコイル線の導電率（σ）と断面半径（ａ）を取得しているものとする。そして、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、コイル線の単位長さ当たりのＤＣ抵抗Ｒ1_coil_DC_unitを次式（１２）から求める。
Ｒ1_coil_DC_unit＝（１／σ）／（πａ2） …（１２）
また、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、周波数ｆnに対し、次式（１３）から、単位長さ当たりのインピーダンスの大きさＺunitを求める。
Figure 2021196257
ここで、Ｊ0、Ｊ1は、０次、１次のベッセル関数である。また、ｌはコイル線の長さであり、ｊは電流密度、μは透磁率、ωは角振動数である。
そして、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、上式（１２）、（１３）で求めたＲ1_coil_DC_unit、Ｚunitを用いて、次式（１４）から１次コイルの電気抵抗（ＡＣコイル抵抗）Ｒ1_coilを求める。なお、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、ＤＣコイル抵抗測定装置１２から１次コイルのＤＣコイル抵抗Ｒ1_coil_DCを取得しているものとする。
Ｒ1_coil＝Ｚunit（Ｒ1_coil_DC／Ｒ1_coil_DC_uni） …（１４）
なお、１次コイルの電気抵抗を解析式に算出する方法の詳細については、例えば、‘佐川重信「理論電磁気学（第３版，1999年，紀伊國屋書店）」第７章 “準定常電流”’や、‘益一哉，“チップ内配線にまつわる電気磁気学”，学振第１６５委員会「ＶＬＳＩ夏の学校」，2012年7月21日’に記載されている。
なお、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、シミュレーションを利用して、ＡＣコイル抵抗（励磁コイル抵抗）Ｒ1_coilを求めてもよい。
なお、ステップＳ１０、Ｓ１２を実行する順番は逆でもよいし、同時並行的に実行することとしてもよい。
次いで、ステップＳ１４では、余剰損失換算抵抗演算部１３４が、周波数ｆnを対応させてインピーダンス実部Ｚrealから１次（励磁）コイルの抵抗Ｒ1_colを差し引くことで、Ｉ1＝０のときの余剰損失換算抵抗Ｒ2_0を算出する（上式（９）参照）。
次いで、ステップＳ１６では、磁気損失演算部１３６が、磁気損失を算出する。ここで、図１に示す磁気損失測定装置１６においては、１次（励磁）コイルがパワーアンプ２６とデジタルオシロスコープ３０に接続され、２次（検出）コイルがデジタルオシロスコープ３２に接続される。そして、磁気損失測定装置１６では、１次コイルに任意の周波数で励磁電流Ｉ1（ｔ）を流してトロイダルコアを励磁し、２次コイルに生じる誘起電圧Ｖ2（ｔ）を検出する。磁気損失演算部１３６は、磁気損失測定装置１６の検出結果（Ｉ1（ｔ）、Ｖ2（ｔ））を取得し、上式（３）より、磁気損失Ｐcoreを算出する。
次いで、ステップＳ１８では、磁気損失演算部１３６が、磁気損失測定時の励磁電流（実効値）Ｉ1の２乗をＩ1＝０のときの余剰損失換算抵抗Ｒ2_0に乗じることにより、余剰損失を求める。
次いで、ステップＳ２０では、磁気損失演算部１３６は、ステップＳ１６で算出した磁気損失ＰcoreからステップＳ１８で求めた余剰損失（Ｒ2_0Ｉ1 2）を周波数を対応させて差し引くことで真の磁気損失（Ｐcore’）を見積もる。
以上により、図１０の処理が終了する。図１０の処理を実行することで、トロイダルコア試料２２における真の磁気損失を精度よく見積もることができる。
これまでの説明からわかるように、本実施形態では、磁気損失演算部１３６により、磁気損失測定装置１６で得られる一次電流及び二次電圧から磁気損失Ｐcoreを取得する第２取得部としての機能が実現されている。また、余剰損失換算抵抗演算部１３４と磁気損失演算部１３６とにより、１次コイルの真の磁気損失を見積もる見積部としての機能が実現されている。
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、インピーダンス実部演算部１３２は、トロイダルコア試料の１次コイル（励磁コイル）における複素インピーダンスを測定可能なインピーダンス測定装置１４から得た複素インピーダンスデータからインピーダンス実部（Ｚreal）を求める。また、ＡＣコイル抵抗演算部１３０は、１次コイルの電気抵抗（Ｒ1_coil）を計算又はシミュレーションにより求める。また、磁気損失演算部１３６は、磁気損失（Ｐcore）と、磁気損失を測定したときの励磁電流（Ｉ1）と、を取得する。そして、磁気損失演算部１３６は、実部データ（Ｚreal）から１次コイルの電気抵抗（Ｒ1_coil）を差し引いた値Ｒ2_0（＝Ｚreal−Ｒ1_coil）に対して、励磁電流（Ｉ1）の２乗を乗じることにより得られた値を、磁気損失Ｐcoreから差し引くことにより、真の磁気損失（Ｐcore’）を見積もる。このようにすることで、特に高周波（例えば数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数）で大きくなる非磁気的な余剰損失（Ｒ2_0Ｉ1 2）を見積もることで、真の磁気損失を精度よく見積もることができる。また、図２、図３に示すように磁気損失の励磁電流依存を周波数毎に調べるなどの手間を掛けずに、簡便に、真の磁気損失を精度よく見積もることができる。
なお、上記実施形態では、図９に示す情報処理装置１０の各機能を１つの装置で実現する場合について説明したが、これに限られるものではない。すなわち、各機能を異なる装置により実現してもよい。また、ＡＣコイル抵抗演算部１３０の機能（１次コイルの電気抵抗を算出する機能）をＤＣコイル抵抗測定装置１２が有していてもよいし、インピーダンス実部演算部１３２の機能をインピーダンス測定装置１４が有していてもよい。また、磁気損失測定装置１６が、磁気損失Ｐcoreを算出する機能を有していてもよい。
（変形例１）
なお、上記実施形態では、測定試料として、２本の被覆線を有するトロイダルコア試料を用いたが、これに限られるものではない。例えば、リング状のＮｉ−Ｚｎフェライトコア（例えば、外直径９ｍｍ、内直径３ｍｍ、厚さ２ｍｍ）に対し、１本の被覆線（例えば、芯線の直径０．１ｍｍ、被覆厚０．０２ｍｍ）を螺旋状に巻き付けたもの（例えば、１０ターン）をトロイダルコア試料（２２’）としてもよい。すなわち、トロイダルコア試料は、２次コイルを有していなくてもよい。
この場合、磁気損失測定装置１６に代えて、図１１に示すような磁気損失測定装置１６’を用いることとすればよい。磁気損失測定装置１６’においては、トロイダルコア試料２２’の巻線コイルをパワーアンプ２６とデジタルオシロスコープ３４に接続した後、巻線コイルに任意の周波数で励磁電流を流してトロイダルコア試料２２’を励磁し、巻線コイル両端の電圧（Ｖ1（ｔ））を検出する。この測定電圧Ｖ1（ｔ） には巻線コイルの抵抗Ｒ1_0 に由来する電圧（Ｒ1_0Ｉ1（ｔ））が含まれているので、これを差し引いた値（Ｖ1（ｔ）−Ｒ1_0Ｉ1（ｔ））が誘起電圧 Ｖ2（ｔ）となる。その他については、上記実施形態と同様の処理を行うことで、真の磁気損失を算出することができる。これにより、簡便に真の磁気損失を精度よく算出することができる。
（変形例２）
変形例１のトロイダルコイル試料に代えて、図１２に示すような、１本の巻き線コイルが埋設された積層インダクタ２２”を用いてもよい。本変形例２においても、上記変形例１と同様の処理を行うことで真の磁気損失を算出することができる。これにより、簡便に真の磁気損失を精度よく算出することができる。
なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、処理装置が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体（ただし、搬送波は除く）に記録しておくことができる。
プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）などの可搬型記録媒体の形態で販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。
プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、サーバコンピュータからプログラムが転送されるごとに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
なお、以上の実施形態及び変形例の説明に関して、更に以下の付記を開示する。
（付記１） 軟磁性コアと、該軟磁性コアに巻回された励磁コイルとを有する素子の複素インピーダンスを前記励磁コイルを介して測定可能な測定装置から得た複素インピーダンスデータから実部データを取得する第１取得部と、
前記励磁コイルへの通電により測定された磁気損失を示す磁気損失データと、前記磁気損失を測定したときの励磁電流データと、を取得する第２取得部と、
前記励磁コイルの電気抵抗を計算又はシミュレーションにより求める演算部と、
前記第１取得部が取得した前記実部データから前記演算部が求めた前記電気抵抗を差し引いた値に対し、前記第２取得部が取得した前記励磁電流データの２乗を乗じることにより得られた値を、前記第２取得部が取得した前記磁気損失データから差し引くことにより、前記励磁コイルの真の磁気損失を見積もる見積部と、
を備える情報処理装置。
（付記２） 前記演算部は、前記励磁コイルの導電率と断面半径に基づいて、前記励磁コイルの前記電気抵抗を計算により求める、ことを特徴とする付記１に記載の情報処理装置。
（付記３） 前記素子は、前記軟磁性コアに巻回された検出コイルを有し、
前記第２取得部は、前記励磁コイルに励磁電流を流して前記素子を励磁させたときに前記検出コイルに生じる誘起電圧の値と、前記励磁電流の値と、から前記磁気損失データを算出する、ことを特徴とする付記１又は２に記載の情報処理装置。
（付記４） 軟磁性コアと、該軟磁性コアに巻回された励磁コイルとを有する素子の複素インピーダンスを前記励磁コイルを介して測定可能な測定装置から得た複素インピーダンスデータから実部データを取得し、
前記励磁コイルへの通電により測定された磁気損失を示す磁気損失データと、前記磁気損失を測定したときの励磁電流データと、を取得し、
前記励磁コイルの電気抵抗を計算又はシミュレーションにより求め、
取得した前記実部データから、求めた前記電気抵抗を差し引いた値に対し、取得した前記励磁電流データの２乗を乗じることにより得られた値を、取得した前記磁気損失データから差し引くことにより、前記励磁コイルの真の磁気損失を見積もる、
処理をコンピュータが実行することを特徴とする磁気損失見積方法。
（付記５） 前記励磁コイルの導電率と断面半径に基づいて、前記励磁コイルの前記電気抵抗を計算により求める、ことを特徴とする付記４に記載の磁気損失見積方法。
（付記６） 前記素子は、前記軟磁性コアに巻回された検出コイルを有し、
前記磁気損失データは、前記励磁コイルに励磁電流を流して前記素子を励磁させたときに前記検出コイルに生じる誘起電圧の値と、前記励磁電流の値と、から算出する、ことを特徴とする付記４又は５に記載の磁気損失見積方法。
（付記７） 軟磁性コアと、該軟磁性コアに巻回された励磁コイルとを有する素子の複素インピーダンスを前記励磁コイルを介して測定可能な測定装置から得た複素インピーダンスデータから実部データを取得し、
前記励磁コイルへの通電により測定された磁気損失を示す磁気損失データと、前記磁気損失を測定したときの励磁電流データと、を取得し、
前記励磁コイルの電気抵抗を計算又はシミュレーションにより求め、
取得した前記実部データから、求めた前記電気抵抗を差し引いた値に対し、取得した前記励磁電流データの２乗を乗じることにより得られた値を、取得した前記磁気損失データから差し引くことにより、前記励磁コイルの真の磁気損失を見積もる、
処理をコンピュータに実行させるための磁気損失見積プログラム。
１０ 情報処理装置
１４ インピーダンス測定装置（測定装置）
２０ 軟磁性コア
２２ トロイダルコア試料（素子）
１３０ ＡＣコイル抵抗演算部（演算部）
１３２ インピーダンス実部演算部（第１取得部）
１３４ 余剰損失換算抵抗演算部（見積部の一部）
１３６ 磁気損失演算部（第２取得部、見積部の一部）

Claims (5)

  1. 軟磁性コアと、該軟磁性コアに巻回された励磁コイルとを有する素子の複素インピーダンスを前記励磁コイルを介して測定可能な測定装置から得た複素インピーダンスデータから実部データを取得する第１取得部と、
    前記励磁コイルへの通電により測定された磁気損失を示す磁気損失データと、前記磁気損失を測定したときの励磁電流データと、を取得する第２取得部と、
    前記励磁コイルの電気抵抗を計算又はシミュレーションにより求める演算部と、
    前記第１取得部が取得した前記実部データから前記演算部が求めた前記電気抵抗を差し引いた値に対し、前記第２取得部が取得した前記励磁電流データの２乗を乗じることにより得られた値を、前記第２取得部が取得した前記磁気損失データから差し引くことにより、前記励磁コイルの真の磁気損失を見積もる見積部と、
    を備える情報処理装置。
  2. 前記演算部は、前記励磁コイルの導電率と断面半径に基づいて、前記励磁コイルの前記電気抵抗を計算により求める、ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
  3. 前記素子は、前記軟磁性コアに巻回された検出コイルを有し、
    前記第２取得部は、前記励磁コイルに励磁電流を流して前記素子を励磁させたときに前記検出コイルに生じる誘起電圧の値と、前記励磁電流の値と、から前記磁気損失データを算出する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
  4. 軟磁性コアと、該軟磁性コアに巻回された励磁コイルとを有する素子の複素インピーダンスを前記励磁コイルを介して測定可能な測定装置から得た複素インピーダンスデータから実部データを取得し、
    前記励磁コイルへの通電により測定された磁気損失を示す磁気損失データと、前記磁気損失を測定したときの励磁電流データと、を取得し、
    前記励磁コイルの電気抵抗を計算又はシミュレーションにより求め、
    取得した前記実部データから、求めた前記電気抵抗を差し引いた値に対し、取得した前記励磁電流データの２乗を乗じることにより得られた値を、取得した前記磁気損失データから差し引くことにより、前記励磁コイルの真の磁気損失を見積もる、
    処理をコンピュータが実行することを特徴とする磁気損失見積方法。
  5. 軟磁性コアと、該軟磁性コアに巻回された励磁コイルとを有する素子の複素インピーダンスを前記励磁コイルを介して測定可能な測定装置から得た複素インピーダンスデータから実部データを取得し、
    前記励磁コイルへの通電により測定された磁気損失を示す磁気損失データと、前記磁気損失を測定したときの励磁電流データと、を取得し、
    前記励磁コイルの電気抵抗を計算又はシミュレーションにより求め、
    取得した前記実部データから、求めた前記電気抵抗を差し引いた値に対し、取得した前記励磁電流データの２乗を乗じることにより得られた値を、取得した前記磁気損失データから差し引くことにより、前記励磁コイルの真の磁気損失を見積もる、
    処理をコンピュータに実行させるための磁気損失見積プログラム。
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