JP5609376B2 - Method for estimating iron loss - Google Patents

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Description

本発明は、キャリア高調波が重畳した磁束密度波形下において、モータ等に使用される軟磁性材料の鉄損を推定する方法に関する。   The present invention relates to a method for estimating iron loss of a soft magnetic material used for a motor or the like under a magnetic flux density waveform in which carrier harmonics are superimposed.

近年の環境問題を背景として、エネルギーロスの少ない高効率モータが注目を集めている。モータにおけるエネルギーロスには、大きく分けて鉄損、銅損、機械損の3種があり、それぞれを低減するための様々な工夫が提案されている。このような工夫を行うためには、まずこれらの損失の値を正確に把握する必要がある。特に、モータの試作回数を減らして、効率よく最適なモータを設計するためには、実際に試作、測定をせずとも損失の値をなるべく正確に推定することが求められる。   Due to recent environmental problems, high-efficiency motors with low energy loss are attracting attention. There are roughly three types of energy loss in motors: iron loss, copper loss, and mechanical loss, and various ideas have been proposed for reducing each of them. In order to devise such a technique, it is necessary to accurately grasp these loss values first. In particular, in order to reduce the number of prototypes of a motor and efficiently design an optimal motor, it is required to estimate the loss value as accurately as possible without actually performing trial manufacture and measurement.

ところが、上記の損失の中でも、鉄損は、使用する軟磁性材料の特性や使用条件に大きく依存するため、その値を正確に推定することは難しい。実際にカタログに記載されているデータから直接計算した鉄損の値に対し、実測値は数倍になることもある。このような誤差を生じさせる具体的な原因として、(1)モータ内部の磁束分布の偏り、(2)回転磁界による影響、(3)磁束密度の高調波成分の重畳、(4)焼きばめなどに伴う応力やコアの打抜き時の歪に起因する素材特性劣化、などが考えられている。
特に、(3)の磁束密度の高調波成分の重畳は、近年におけるインバータの使用と強く関係している。すなわち、インバータを使用すると、例えば10kHzといった高い周波数の成分が磁束密度波形に重畳して、B−H平面上に多数のマイナーループができた状態、すなわち、PWM等の変調に伴って発生するキャリア高調波が重畳した状態でモータを駆動するケースが増えることから、これによる鉄損への影響分を補正する方法の考案が必要となってきている。
However, among the above-mentioned losses, the iron loss greatly depends on the characteristics and use conditions of the soft magnetic material to be used, and it is difficult to accurately estimate the value. The actual measured value may be several times the actual iron loss calculated directly from the data listed in the catalog. Specific causes of such errors include (1) bias in the magnetic flux distribution inside the motor, (2) the influence of the rotating magnetic field, (3) superposition of harmonic components of the magnetic flux density, and (4) shrink fitting. It is considered that the material characteristics deteriorate due to the stress caused by the above and the distortion at the time of punching the core.
In particular, the superposition of harmonic components of magnetic flux density in (3) is strongly related to the use of inverters in recent years. That is, when an inverter is used, a component having a high frequency such as 10 kHz is superimposed on the magnetic flux density waveform and a large number of minor loops are formed on the BH plane, that is, a carrier generated in association with modulation such as PWM. Since the number of cases in which the motor is driven in a state where the harmonics are superimposed, it is necessary to devise a method for correcting the influence on the iron loss due to this.

最も簡単な補正方法として、磁束密度の波形をフーリエ変換して、周波数ごとの振幅を算出し、それらの振幅とカタログデータとからその周波数ごとの鉄損値を求めて、それらの和を補正項として用いる、という方法がある。このような方法は、キャリア高調波に由来する成分の鉄損が、マイナーループの位置によらず振幅と周波数のみで決定される、という仮定に基づくものである。しかし実際には、マイナーループの位置が高磁束密度域である場合においては、低磁束密度域である場合よりも鉄損が大きいということが、偏磁状態での磁気特性測定によって知られてきている。そのため、このような方法は、簡便であり計算時間も短いという利点を持つ一方で、計算精度があまり高くないという問題点がある。   The simplest correction method is to perform Fourier transform on the magnetic flux density waveform to calculate the amplitude for each frequency, find the iron loss value for each frequency from the amplitude and catalog data, and correct the sum of these values. There is a method of using as. Such a method is based on the assumption that the iron loss of the component derived from the carrier harmonic is determined only by the amplitude and frequency regardless of the position of the minor loop. However, in fact, it has been known from magnetic property measurement in a demagnetized state that the iron loss is larger when the position of the minor loop is in the high magnetic flux density region than in the low magnetic flux density region. Yes. Therefore, such a method has an advantage that it is simple and has a short calculation time, but has a problem that the calculation accuracy is not so high.

この方法に対して、最も単純にマイナーループの位置を考慮する方法として次のようなものが考えられる。まず、偏磁状態での磁気特性を測定しておく。次に、磁束密度の波形をフーリエ変換して算出された、周波数ごとの振幅を求める。そして、周波数ごとに、マイナーループの中心位置を偏磁量とみなして、偏磁状態での磁気特性測定結果から各マイナーループの鉄損値を計算し、それらの和を補正項として求める。   In contrast to this method, the following method can be considered as the simplest method for considering the position of the minor loop. First, the magnetic characteristics in the biased state are measured. Next, the amplitude for each frequency calculated by Fourier transforming the magnetic flux density waveform is obtained. Then, for each frequency, the center position of the minor loop is regarded as the amount of magnetic bias, the iron loss value of each minor loop is calculated from the magnetic characteristic measurement result in the magnetic bias state, and the sum thereof is obtained as a correction term.

このような方法の一例が非特許文献1によって提案されている。この提案では、基本波に高調波成分が一つだけ重畳したケースに対して鉄損値の計算が行われている。しかし、一般的にキャリア高調波は複数の周波数成分からなることが多く、これらの周波数が近いと“干渉”を起こす。例えば、基本波が50Hzの波形に対し、キャリア周波数を10kHzに設定すると、9950Hzと10050Hzの成分が有限の振幅を持つ。このような場合、基本波1周期内において、お互いの成分が打ち消す時と増幅させる時が存在する(“干渉”)。この干渉の例を図8に示す。このような場合において、周波数ごとにマイナーループの位置を考慮するだけでは、この干渉の影響が取り込まれず、算定精度はあまり向上しない。   An example of such a method is proposed by Non-Patent Document 1. In this proposal, the iron loss value is calculated for the case where only one harmonic component is superimposed on the fundamental wave. However, in general, carrier harmonics are often composed of a plurality of frequency components, and when these frequencies are close, “interference” occurs. For example, if the fundamental frequency is 50 Hz and the carrier frequency is set to 10 kHz, the components 9950 Hz and 10050 Hz have a finite amplitude. In such a case, within one period of the fundamental wave, there are times when the components cancel each other and times when they are amplified ("interference"). An example of this interference is shown in FIG. In such a case, simply considering the position of the minor loop for each frequency does not capture the influence of this interference, and the calculation accuracy does not improve much.

そこで、フーリエ変換を用いずに、直接的にマイナーループの位置を考慮する鉄損算定の方法として、非特許文献2による方法や特許文献1による方法などが提案されている。
非特許文献2による方法では、まず降圧チョッパ回路を用いて、さまざまなB−H平面上における位置でのマイナーループによる鉄損を測定し、これらをデータベースとする。そして、実際の波形における各マイナーループに対し、その偏磁量と振幅をもとにデータベースから鉄損値を求め、それらの鉄損の和を取ることでキャリア高調波により増加する鉄損を計算している。
一方、特許文献1の方法では、実際にインバータ駆動した時の磁束密度波形をコアに与え、データ解析を行うことで、キャリア高調波により増加する鉄損を計算している。
なお、偏磁量という用語とバイアス量という用語は同等な意味を持つものであるが、本明細書では、鉄損関数において偏磁量という表現を用い、実際に鉄損を推定したい磁束密度波形においてバイアス量という表現を用いることにする。
Therefore, as a method of iron loss calculation that directly considers the position of the minor loop without using Fourier transform, a method according to Non-Patent Document 2 and a method according to Patent Document 1 have been proposed.
In the method according to Non-Patent Document 2, first, iron loss due to minor loops at various positions on the BH plane is measured using a step-down chopper circuit, and these are used as a database. Then, for each minor loop in the actual waveform, calculate the iron loss value from the database based on the amount of magnetic bias and amplitude, and calculate the iron loss that increases due to the carrier harmonic by taking the sum of those iron losses. doing.
On the other hand, in the method of Patent Document 1, the core loss increased due to carrier harmonics is calculated by applying a magnetic flux density waveform when the inverter is actually driven to the core and performing data analysis.
Note that the terms bias amount and bias amount have the same meaning, but in this specification, we use the expression bias amount in the iron loss function, and actually use the magnetic flux density waveform to estimate the iron loss. We will use the expression bias amount.

特開2008-122210号公報JP 2008-122210 A

電気学会マグネティクス研究会資料 MAG-05-43MAG-05-43 Material of IEEJ Magnetics Study Group 電気学会論文誌D127巻3号P217−225IEEJ Transactions Volume 127, Issue 3, P217-225

しかし、非特許文献2の方法では、実際の波形におけるすべてのマイナーループに対して、そのマイナーループの描き始めと終わりの時刻を求め、その時間内での振幅によるデータベースの参照によって求めるため、計算に多大な時間を要する。
また、特許文献1の方法では、一度の測定作業で鉄損値を求めることができるため、非特許文献2の方法よりは計算時間が短縮されるものの、主な用途がインバータのフィルタリアクトルなどにおける鉄損計算、つまり、コア内部で波形が均一であるとみなしてよいケースでの鉄損計算に限定される。
一方、モータ鉄心における鉄損計算のように、電磁界解析により、各メッシュ部分の磁束密度波形が個別に算出されてくる場合においては、各メッシュ部分に対する鉄損値をすべて計算しなくてはならない。このような場合、上記のどちらの方法を用いても、数千以上にも上るメッシュに対してそれぞれ計算を行うことは実際上困難である。
However, in the method of Non-Patent Document 2, for all the minor loops in the actual waveform, the start and end times of the minor loops are obtained and are obtained by referring to the database based on the amplitude within that time. Takes a lot of time.
Moreover, in the method of Patent Document 1, since the iron loss value can be obtained by a single measurement operation, the calculation time is shortened compared with the method of Non-Patent Document 2, but the main application is in a filter reactor of an inverter or the like. It is limited to the iron loss calculation, that is, the iron loss calculation in the case where the waveform may be considered uniform inside the core.
On the other hand, when the magnetic flux density waveform of each mesh part is calculated individually by electromagnetic field analysis, such as the iron loss calculation in the motor iron core, all the iron loss values for each mesh part must be calculated. . In such a case, it is practically difficult to calculate each of meshes exceeding several thousand, regardless of which method is used.

本発明は、上記のような状態を省み、モータ鉄心などに生じる鉄損を短時間に精度よく推定することが可能な鉄損推定方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an iron loss estimation method capable of accurately estimating, in a short time, an iron loss occurring in a motor core or the like, omitting the above-described state.

上記目的を達成するため、本発明では、フーリエ変換を使用して計算時間の増大を防ぐとともに、高調波相互の干渉の影響を考慮することによって高精度化を図るようにしている。
すなわち、本発明は、軟磁性材料を用いた電気機器における鉄損推定方法であって、前記軟磁性材料の偏磁状態下における磁気特性データに基づいて、偏磁量、振幅及び周波数を用いた鉄損関数を設定するステップと、基本周波数及びこの基本周波数よりも周波数の高いキャリア周波数でスイッチング動作する電力変換装置によって前記電気機器を駆動する場合の前記軟磁性材料中の磁束密度の実測波形もしくは解析計算波形をフーリエ変換して、少なくとも基本周波数成分及びキャリア高調波成分を含む複数の周波数成分についての振幅値と位相角を求めるステップと、前記各周波数成分における振幅値と位相角から、前記キャリア高調波成分以外の前記磁束密度と、前記キャリア高調波成分の前記磁束密度とを表す関係式を生成するステップと、前記基本周波数の一周期分を所定の単位時間で分割して、この分割された単位時間毎の磁束密度の値を前記関係式を用いて導出し、この磁束密度の値と前記鉄損関数とに基づいて単位時間鉄損値を求めるステップと、前記単位時間鉄損値を基本波半周期の整数倍分合計して一周期分の時間平均値を求め、これを前記軟磁性材料のキャリア損の値として得るステップと、を含むものである。
In order to achieve the above object, in the present invention, an increase in calculation time is prevented by using Fourier transform, and high accuracy is achieved by taking into consideration the influence of interference between harmonics.
That is, the present invention is a method for estimating iron loss in an electrical device using a soft magnetic material, and uses a magnetic demagnetization amount, an amplitude, and a frequency based on magnetic characteristic data of the soft magnetic material under a magnetic demagnetization state. A step of setting an iron loss function, and a measured waveform of magnetic flux density in the soft magnetic material when the electric device is driven by a power conversion device that performs switching operation at a fundamental frequency and a carrier frequency higher than the fundamental frequency, or Fourier transforming the analysis calculation waveform to obtain amplitude values and phase angles for a plurality of frequency components including at least a fundamental frequency component and a carrier harmonic component, and from the amplitude value and phase angle in each frequency component, the carrier A step for generating a relational expression representing the magnetic flux density other than the harmonic component and the magnetic flux density of the carrier harmonic component. And dividing one period of the fundamental frequency by a predetermined unit time, and deriving a magnetic flux density value for each divided unit time by using the relational expression, the magnetic flux density value and the iron Obtaining a unit time iron loss value based on a loss function; and summing the unit time iron loss value by an integral multiple of a half cycle of the fundamental wave to obtain a time average value for one period, which is obtained as the soft magnetic material. And obtaining as a value of the carrier loss.

前記複数の周波数成分中に低次高調波成分を含ませることにより、より精度の高い鉄損推定が可能になる。
また、必要に応じて、前記関係式にバイアス量の絶対値の項を含ませることができる。
By including a low-order harmonic component in the plurality of frequency components, it is possible to estimate the iron loss with higher accuracy.
If necessary, the relational expression can include an absolute value term of the bias amount.

前記関係式は、前記電力変換装置における基本周波数をf〔Hz〕、キャリア周波数をf〔Hz〕とし、n(n=1,2,・・・,k、ただし、kは自然数)に対し、すべてのm(m=0,1,2,・・・,l、ただし、lは自然数)についてのnf±mf〔Hz〕の成分の和を
nsin(2πft+θ1,n)×sin(2πnft+θ2,n)
(ただし、Bnは上記成分の振幅、θ1,n及びθ2,nは基本波に対する、高調波成分の周波数fで変化する項と周波数fで変化する項の位相角)としたものであって良い。
そして、前記時間平均値には、前記nf±mf〔Hz〕で表される2周波数の成分の振幅の平均値を使用することができる。
In the relational expression, the basic frequency in the power converter is f 1 [Hz], the carrier frequency is f 2 [Hz], and n (n = 1, 2,..., K, where k is a natural number). On the other hand, the sum of the components of nf 2 ± mf 1 [Hz] for all m (m = 0, 1, 2,..., L, where l is a natural number) is expressed as B n sin (2πf 1 t + θ 1, n ) × sin (2πnf 2 t + θ 2, n )
Where B n is the amplitude of the above component, and θ 1, n and θ 2, n are the phase angles of the term that changes at the frequency f 1 of the harmonic component and the term that changes at the frequency f 2 with respect to the fundamental wave. It can be a thing.
The average value of the amplitudes of the two frequency components represented by nf 2 ± mf 1 [Hz] can be used as the time average value.

前記電力変換装置の基本周波数をf〔Hz〕、キャリア周波数をf〔Hz〕とし、すべてのnについてのnf±mf〔Hz〕(m=1,3,5)の成分の和を下式(A)で表したとき、前記磁束密度の振幅は下式(B)で求めることができる。

Figure 0005609376
Figure 0005609376
The basic frequency of the power converter is f 1 [Hz], the carrier frequency is f 2 [Hz], and the sum of the components of nf 2 ± mf 1 [Hz] (m = 1, 3, 5) for all n Is expressed by the following equation (A), the amplitude of the magnetic flux density can be obtained by the following equation (B).
Figure 0005609376
Figure 0005609376

前記電力変換装置の基本周波数をf〔Hz〕、キャリア周波数をf〔Hz〕とし、n=1,3についてのnf±mf〔Hz〕(m=1,3,5)〔Hz〕の成分の和を下式(C)で表したとき、前記磁束密度の振幅を下式(D)で求め、n=2,4に対しては、nf±mf〔Hz〕(m=0,2,4)〔Hz〕の成分の和を下式(E)で表したとき、前記磁束密度の振幅は下式(F)で求めることができる。

Figure 0005609376
Figure 0005609376
Figure 0005609376
Figure 0005609376
The basic frequency of the power converter is f 1 [Hz], the carrier frequency is f 2 [Hz], and nf 2 ± mf 1 [Hz] (m = 1, 3, 5) [Hz] for n = 1, 3. ] Is expressed by the following formula (C), the amplitude of the magnetic flux density is obtained by the following formula (D), and for n = 2, 4, nf 2 ± mf 1 [Hz] (m = 0, 2, 4) When the sum of the components of [Hz] is expressed by the following equation (E), the amplitude of the magnetic flux density can be obtained by the following equation (F).
Figure 0005609376
Figure 0005609376
Figure 0005609376
Figure 0005609376

前記軟磁性材料としては、偏磁量B、周波数f、振幅値Bから下式(G)によって一義的に導かれる鉄損値Wを有することができる。

Figure 0005609376
ただし、a(B)、b(B)、c(B)は、鉄損値をフィッティングして求めた任意関数である。 The soft magnetic material may have an iron loss value W that is uniquely derived from the amount of bias B 0 , the frequency f, and the amplitude value B m according to the following equation (G).
Figure 0005609376
However, a (B 0 ), b (B 0 ), and c (B 0 ) are arbitrary functions obtained by fitting iron loss values.

本発明によれば、数式化した偏磁状態での磁気特性(データベース)をもとに、ある時刻における鉄損値が計算され、その時間平均をとることによって鉄損が算定される。この時の計算は、鉄損が関数として定義されることから、表計算として行うことが可能である、従って、各マイナーループに対する振幅をいちいち計算し、その振幅によるデータベースの参照によって鉄損値を求める従来の方法に比して、鉄損の算出時間を大きく短縮することができ、従って、特にインバータ駆動されるモータの鉄心の鉄損を求める手法として有効である。
また、本発明によれば、高調波相互の干渉の影響を考慮するので、鉄損の算出精度を高めることができる。
According to the present invention, the iron loss value at a certain time is calculated based on the magnetic characteristics (database) in the magnetically biased state, and the iron loss is calculated by taking the time average. Since the iron loss is defined as a function, the calculation at this time can be performed as a table calculation. Therefore, the amplitude for each minor loop is calculated one by one, and the iron loss value is obtained by referring to the database based on the amplitude. Compared with the conventional method to be obtained, the calculation time of the iron loss can be greatly shortened, and therefore, it is particularly effective as a method for obtaining the iron loss of the iron core of the motor driven by the inverter.
Further, according to the present invention, since the influence of interference between harmonics is taken into account, the calculation accuracy of iron loss can be increased.

偏磁量依存性関数と偏磁量との関係を3次関数によりフィッティングした結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of fitting the relationship between the amount-of-magnetism dependence function and the amount of magnetization by a cubic function. キャリア高調波が重畳した時の磁束密度波形のFFT結果(振幅のみ)の第1例を示すグラフである。It is a graph which shows the 1st example of the FFT result (only an amplitude) of the magnetic flux density waveform when a carrier harmonic is superimposed. 低次高調波とキャリア高調波が重畳した時の磁束密度波形のFFT結果(振幅のみ)を例示したグラフである。It is the graph which illustrated the FFT result (only the amplitude) of the magnetic flux density waveform when a low order harmonic and a carrier harmonic are superimposed. キャリア高調波が重畳した時の磁束密度波形のFFT結果(振幅と位相)の第2例を示すグラフである。It is a graph which shows the 2nd example of the FFT result (amplitude and phase) of the magnetic flux density waveform when a carrier harmonic is superimposed. キャリア高調波が重畳した時の磁束密度波形のFFT結果(振幅と位相)の第3例を示すグラフである。It is a graph which shows the 3rd example of the FFT result (amplitude and phase) of the magnetic flux density waveform when a carrier harmonic is superimposed. 鉄損計算を表計算によって実行している様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the iron loss calculation is performed by spreadsheet. 本発明に従った鉄損推定プロセスを概念的に示す流れ図である。3 is a flowchart conceptually illustrating an iron loss estimation process according to the present invention. 磁束密度波形に重畳された複数の高周波成分相互の干渉形態を例示したグラフである。It is the graph which illustrated the interference form of the several high frequency components superimposed on the magnetic flux density waveform.

本発明の一実施形態に係る鉄損推定方法は、4つのプロセス(I)〜(IV)を含んでいる。以下、これらのプロセス(I)〜(IV)の最良の形態について説明する。   The iron loss estimation method according to an embodiment of the present invention includes four processes (I) to (IV). Hereinafter, the best modes of these processes (I) to (IV) will be described.

[I]偏磁状態での鉄損値のデータベース化
以下に、このプロセスの具体例を示す。
まず、軟磁性材料を用いた電気機器の偏磁状態での磁気特性を磁気特性測定装置によって測定し、その測定データ(鉄損についてのデータ)をもとに、鉄損を偏磁量B、振幅B及び周波数fの関数として定義する。
上記関数は、実際の偏磁状態での磁気特性をうまく表現できれば何でもよいが、計算時間短縮の観点から、以下で述べるように一つの数式として表現されていることが好ましい。
[I] Creating a database of iron loss values in a biased state A specific example of this process is shown below.
First, the magnetic properties in the magnetic deviation state of an electric device including a soft magnetic material is measured by a magnetic characteristic measuring apparatus, on the basis of the measurement data (data about iron loss), polarized iron loss磁量B 0 , Defined as a function of amplitude B m and frequency f.
The above function is not particularly limited as long as the magnetic characteristics in the actual biased state can be expressed well, but from the viewpoint of shortening the calculation time, it is preferable that the function is expressed as one mathematical expression as described below.

第1の例においては、鉄損はスタインメッツの式

Figure 0005609376


をもとに表現する。ここで、a',c'は定数である。この式(1)において、第一項はヒステリシス損に対応し、第二項は渦電流損に対応する。
この式(1)を偏磁下でも適用できるようにするためには、下式(2)のように、定数を偏磁量Bの関数として拡張することが考えられる。
Figure 0005609376


この式(2)は、スタインメッツの式である式(1)にそのまま偏磁量依存性を持たせたものであり、圧粉磁心のように表皮効果があまり顕著でない素材に対して使用することができる。
ここで、a(B),b(B),c(B)は、上記測定データをフィッティングすることによって求めた関数であり、実際の測定結果をうまく表現できるような数式となっていれば何でもよい。この関数a(B),b(B),c(B)を多項式として近似した場合には、それぞれの多項式の係数を材料データとして保存しておけばよい。 In the first example, the iron loss is the Steinmetz equation
Figure 0005609376


Express based on Here, a ′ and c ′ are constants. In this formula (1), the first term corresponds to the hysteresis loss, and the second term corresponds to the eddy current loss.
In order to be able to apply this formula (1) even under bias, it is conceivable to extend the constant as a function of the bias amount B 0 as shown in the following formula (2).
Figure 0005609376


This equation (2) is the Steinmetz equation (1), which is directly dependent on the amount of magnetization, and is used for a material whose skin effect is not so remarkable, such as a dust core. be able to.
Here, a (B 0 ), b (B 0 ), and c (B 0 ) are functions obtained by fitting the measurement data, and are mathematical expressions that can express actual measurement results well. Anything is fine. When the functions a (B 0 ), b (B 0 ), and c (B 0 ) are approximated as polynomials, the coefficients of the respective polynomials may be stored as material data.

第2の例として、鉄損を

Figure 0005609376

のように表すことが考えられる。電磁鋼板のような磁性材料は、キャリア周波数が10kHz程度の場合、渦電流損の割合が高く、しかも表皮効果の影響が強い。この式(3)は、この電磁鋼板のような磁性材料に対してよく当てはまる。
図1に、周波数fと振幅Bを固定した際の関数a(B)の偏磁量依存性を模式的に示す。関数a(B)の偏磁量依存性がこのような形状を示す場合、この偏磁量依存性については例えば3次関数で表現することが可能である。また、式(3)におけるγは、偏磁量にほとんど依存せず、1.6〜2.0程度の定数となる。この具体的数値についても、振幅依存性に対するフィッティングにより容易に求めることができる。 As a second example, iron loss
Figure 0005609376

It is possible to express as follows. A magnetic material such as an electromagnetic steel sheet has a high eddy current loss ratio and a strong skin effect when the carrier frequency is about 10 kHz. This equation (3) applies well to magnetic materials such as this electrical steel sheet.
FIG. 1 schematically shows the dependence of the function a (B 0 ) on the amount of magnetic bias when the frequency f and the amplitude B m are fixed. In the case where the dependence of the function a (B 0 ) on the amount of demagnetization shows such a shape, the dependence on the amount of demagnetization can be expressed by a cubic function, for example. Further, γ in the equation (3) hardly depends on the amount of demagnetization and is a constant of about 1.6 to 2.0. This specific numerical value can also be easily obtained by fitting to the amplitude dependency.

上記のように鉄損関数を設定すると、この鉄損関数によって任意のバイアスB、振幅B、周波数fにおける鉄損値が求められる状態となる。
このような鉄損関数を作成することにより、任意のバイアスB、振幅B、周波数fのデータ列が与えられた時に、表計算により鉄損値を一度に計算することが可能になる。
When the iron loss function is set as described above, the iron loss value at an arbitrary bias B 0 , amplitude B m , and frequency f is obtained by this iron loss function.
By creating such an iron loss function, it is possible to calculate an iron loss value at a time by a table calculation when a data string having an arbitrary bias B 0 , amplitude B m , and frequency f is given.

[II]高速フーリエ変換(以下、FFTと略称する)による各周波数成分の計算
このプロセスでは、上記電気機器を電力変換器(インバータ)で駆動し、その際、電磁界解析によって計算された前記軟磁性材料中の磁束密度波形に対してFFTを行う。電磁界解析は、JMAGなどの一般的ソフトウェアにおいて形状や電流条件などを入力することで行うことができる。
[II] Calculation of each frequency component by Fast Fourier Transform (hereinafter abbreviated as FFT) In this process, the electric device is driven by a power converter (inverter), and at that time, the soft component calculated by electromagnetic field analysis is calculated. FFT is performed on the magnetic flux density waveform in the magnetic material. The electromagnetic field analysis can be performed by inputting a shape, current conditions, etc. in general software such as JMAG.

インバータ駆動を行った場合、有意な大きさの振幅を持つキャリア高調波成分の周波数はnf±mfHzである。ここで、fHzは基本周波数、fHzは設定キャリア周波数、nは自然数、mは0以上の整数である。例として磁束密度波形にFFTを行った結果のうち、振幅についての結果を図2に示す。この図2は、f=50Hz、f=1000Hzの場合のものであり、(n,m)の組み合わせが、(1,1),(1,3),(2,1),(2,3)のときに有意な振幅をもつキャリア高調波成分が存在している。 When inverter driving is performed, the frequency of the carrier harmonic component having a significant amplitude is nf 2 ± mf 1 Hz. Here, f 1 Hz is a fundamental frequency, f 2 Hz is a set carrier frequency, n is a natural number, and m is an integer of 0 or more. As an example, among the results of performing FFT on the magnetic flux density waveform, the results for the amplitude are shown in FIG. This FIG. 2 is for the case of f 1 = 50 Hz and f 2 = 1000 Hz, and the combinations of (n, m) are (1,1), (1,3), (2,1), (2 , 3), there is a carrier harmonic component having a significant amplitude.

ところで、実際の機器における前記軟磁性材料中の磁束密度波形は、図2のように基本波成分とキャリア高調波成分のみからなるわけではなく、図3に示すようにmfHzの成分が含まれることがある。これは、インバータによって駆動したことに由来するものではなくて、低次高調波成分と呼ばれるものである。つまり、この低次高調波成分とは、150,250,350Hzの成分のことである。 By the way, the magnetic flux density waveform in the soft magnetic material in an actual device is not composed of only the fundamental wave component and the carrier harmonic component as shown in FIG. 2, but includes a component of mf 1 Hz as shown in FIG. May be. This is not derived from being driven by an inverter, but is called a low-order harmonic component. That is, this low-order harmonic component is a component of 150, 250, 350 Hz.

ここで、100Hzの成分について考察する。f=50Hz,f=1000Hzの場合、100Hzの成分は、mfHzの式においてm=2とした場合の低次高調波成分としての要件を満たす。しかし、nf±mfHzの式においてマイナスの符号を取ってn=1,m=18とすると、100Hzの成分がキャリア高調波成分としての要件も満たしてしまうことになる。このように、100Hzの成分については、低次高調波成分として扱うべきなのか、キャリア高調波成分として扱うべきなのかについて曖昧さを生じてしまう可能性がある。このような曖昧さを生じないためには、以下のようにすればよい。 Here, the component of 100 Hz is considered. In the case of f 1 = 50 Hz and f 2 = 1000 Hz, the 100 Hz component satisfies the requirements as a low-order harmonic component when m = 2 in the mf 1 Hz formula. However, if a negative sign is taken in the expression of nf 2 ± mf 1 Hz and n = 1 and m = 18, the component of 100 Hz also satisfies the requirement as a carrier harmonic component. As described above, there is a possibility that an ambiguity may arise as to whether a 100 Hz component should be handled as a low-order harmonic component or a carrier harmonic component. In order to avoid such ambiguity, the following may be performed.

例えば、図3に示すように、500〜700Hz付近の成分の振幅がほとんどゼロである場合、この周波数領域の周波数成分が鉄損の推定計算に及ぼす影響はほとんどない。これは、この周波数領域の周波数成分の振幅をゼロと見做し、該周波数領域のどこか1点を境界として2つの周波数帯域に分けることが可能であることを意味している。
そこで、上記の境界に対して低周波側の成分を低次高調波成分、高周波側の成分をキャリア高調波成分と決めることができる。なお、キャリア周波数fを低く設定すると、振幅がほぼゼロである周波数領域がほとんど存在しなくなるため、低次高調波成分とキャリア高調波成分の区別が難しくなる場合もありうる。このような場合は、例えば(f/2)Hzなどの一つの境界周波数を決め、これを境に、低周波側の成分を低次高調波成分、高周波側の成分をキャリア高調波成分とすると決めることで区別が可能となる。
For example, as shown in FIG. 3, when the amplitude of the component in the vicinity of 500 to 700 Hz is almost zero, the frequency component in this frequency region has little influence on the iron loss estimation calculation. This means that it is possible to divide the frequency component in this frequency domain into two frequency bands by assuming that the amplitude of the frequency component is zero and using one point in the frequency domain as a boundary.
Therefore, it is possible to determine the low-frequency component as the low-order harmonic component and the high-frequency component as the carrier harmonic component with respect to the boundary. Incidentally, by setting the carrier frequency f 2 lower, the frequency domain amplitude is substantially zero is not almost exist, there may be cases where the distinction between low-order harmonic component and the carrier harmonics becomes difficult. In such a case, for example, determine the (f 2/2) one of the boundary frequency such Hz, the boundary of this, the low-frequency side components of low order harmonic components, the high frequency side of the component carrier harmonic components Then, it becomes possible to distinguish by deciding.

上記キャリア高調波成分のうち、実際に有意な大きさを持つものは、インバータが単相であるか三相であるかによって異なる。
単相の場合は、n<5となるすべてのnに対して、m=1,3,5である。三相の場合は、n<5の中でnが奇数の場合にm=1,3,5、nが偶数の場合にm=0,2,4である。そこで、これらの高周波成分に対応する振幅を波形データとして保存する。このように、単相か三相かによって有意な大きさの振幅をもつ成分が異なるため、次のプロセス[III]では単相、三相を別々に考えなければならない。
なお、nをn<5としたのは、本実施形態における鉄損推定対象電気機器が電動機であるからである。電動機においては、一般にnをn<5としても鉄損の推定結果に大きな影響を受けない。
Of the above carrier harmonic components, those having a significant magnitude differ depending on whether the inverter is single-phase or three-phase.
In the case of a single phase, m = 1, 3, 5 for all n where n <5. In the case of three phases, m = 1, 3, 5 when n is odd and n = 0, and m = 0, 2, 4 when n is even. Therefore, the amplitude corresponding to these high frequency components is stored as waveform data. In this way, since the component having a significant amplitude differs depending on whether it is a single phase or a three-phase, in the next process [III], the single phase and the three phases must be considered separately.
The reason why n is set to n <5 is that the iron loss estimation target electric device in the present embodiment is an electric motor. In an electric motor, in general, even if n is set to n <5, the estimation result of iron loss is not greatly affected.

[III]nfHzの一周期程度の時間範囲での偏磁量と振幅の計算
このプロセスでは、プロセス(IV)で使用する数式が具体的に求められる。
(A)単純な例
キャリア高調波重畳時の波形の式を単純化して、磁束密度を

Figure 0005609376

と表した場合について考える。ここで、Bは基本波の振幅、fは基本波の周波数、Bは2つのキャリア高調波の振幅、f+f、f−fは2つのキャリア高調波の周波数、θ、θはこの2つのキャリア高調波の位相角である。 [III] Calculation of amount of magnetic bias and amplitude in a time range of about one cycle of nf 2 Hz In this process, a mathematical expression used in process (IV) is specifically obtained.
(A) Simple example Simplify the equation of the waveform when carrier harmonics are superimposed, and change the magnetic flux density.
Figure 0005609376

Consider the case where Here, B 1 is the amplitude of the fundamental wave, f 1 is the frequency of the fundamental wave, B 2 is the amplitude of the two carrier harmonics, f 2 + f 1 and f 2 −f 1 are the frequencies of the two carrier harmonics, θ 1, theta 2 is the phase angle of the two carrier harmonics.

図4の(a)、(b)は、式(4)で表される磁束密度波形をFFT処理して得られた振幅特性、位相特性をそれぞれ例示したものである。なお、式(4)の右辺第二項と第三項の振幅は同一の値としてあるが、実際にはほぼ同じであるものの、厳密に同じとはならない。そこで、FFTの結果のうち、第二項と第三項の成分についての振幅の平均値をBとすればよい。このような変更を行っておくと、以降で示すように式の展開がしやすくなる。 4A and 4B respectively illustrate the amplitude characteristics and the phase characteristics obtained by performing the FFT process on the magnetic flux density waveform represented by Expression (4). Although the amplitudes of the second term and the third term on the right-hand side of Equation (4) are the same value, they are actually the same, but are not exactly the same. Therefore, among the FFT results, the average value of the amplitude of the component of the second term and the third term may be set to B 2. If such a change is made, it will be easier to expand the expression as shown below.

式(4)のように、2つの周波数成分を含む場合は、両者が干渉してキャリア高調波成分の振幅が一定でなくなってしまう。そこでこの式(4)を次のように変形する。

Figure 0005609376
この式(5)の第二項は、周波数fでゆっくり変化する項と周波数fで早く変化する項との積で表現されている。第二項の一周期程度の時間領域において、第一項はほぼ一定とみなせるので、この第一項を第二項における「周波数fで早く変化する項」の振幅と近似することができる。
ここで、高周波成分に対応する部分である
Figure 0005609376
において、
Figure 0005609376
と置き換えれば、Bnsin(2πft+θ1,n)×sin(2πnft+θ2,n)の式におけるn=1の場合に対応していることが確認できる。
この近似のもとでの高調波成分の磁束密度は、時刻tの付近において以下のような振幅、周波数及び偏磁量を持つものとみなすことが可能である。
Figure 0005609376
そして、この振幅、周波数及び偏磁量を例えば前記式(1)あるいは式(2)または式(3)に適用することによって鉄損をきわめて容易に算定することができる。 When two frequency components are included as in Expression (4), the two interfere with each other and the amplitude of the carrier harmonic component is not constant. Therefore, the equation (4) is modified as follows.
Figure 0005609376
The second term of the equation (5) is expressed by the product of a term that slowly changes at the frequency f 1 and a term that changes quickly at the frequency f 2 . Since the first term can be regarded as almost constant in the time domain of about one cycle of the second term, the first term can be approximated with the amplitude of the “term that changes rapidly at the frequency f 2 ” in the second term.
Here, it is the part corresponding to the high frequency component
Figure 0005609376
In
Figure 0005609376
It can be confirmed that this corresponds to the case of n = 1 in the formula B n sin (2πf 1 t + θ 1, n ) × sin (2πnf 2 t + θ 2, n ).
The magnetic flux density of the harmonic component under this approximation can be regarded as having the following amplitude, frequency, and amount of bias near time t.
Figure 0005609376
The iron loss can be calculated very easily by applying the amplitude, frequency, and amount of magnetic bias to, for example, the formula (1), the formula (2), or the formula (3).

(B)拡張その1 -バイアス量と低次高調波の取り込み-
上の例は、基本波のみにキャリア高調波が重畳しているケースであるが、実際には磁束密度波形にバイアス量や低次高調波の成分が重畳する。この場合、磁束密度波形は、例えば

Figure 0005609376
と表される。そして、磁束密度波形がこの式(7)で表される場合は、式(6)に対して単純に偏磁量を下式(8)に示すように変更すればよい。
Figure 0005609376

ここで、
Figure 0005609376
は基本波に対する3次の高調波(低次高調波)である。 (B) Extension 1 -Bias amount and low-order harmonic capture-
The above example is a case where carrier harmonics are superimposed only on the fundamental wave, but in actuality, a bias amount or a low-order harmonic component is superimposed on the magnetic flux density waveform. In this case, the magnetic flux density waveform is, for example,
Figure 0005609376
It is expressed. When the magnetic flux density waveform is expressed by this equation (7), the amount of bias can be simply changed as shown in the following equation (8) with respect to equation (6).
Figure 0005609376

here,
Figure 0005609376
Is a third-order harmonic (low-order harmonic) with respect to the fundamental wave.

(C)拡張その2 -m<6のすべての成分の取り込み-
波形の高調波成分が

Figure 0005609376
となっている場合、すなわち、前記m=1,3,5であるf±f,f±3f,f±5fの周波数成分が存在する場合を考える。図5の(a)、(b)は、この場合の磁束密度波形をFFT処理することによって得られた振幅特性、位相特性をそれぞれ例示したものである。
この式(9)に対し前記と同様の式変形を行い、展開すると
Figure 0005609376

となる。この式(10)で表される波形は、前記と同様の時間領域においてほぼ正弦波であり、その振幅は
Figure 0005609376
である。 (C) Extension 2 -Incorporation of all components with m <6-
The harmonic component of the waveform
Figure 0005609376
In other words, the case where the frequency components of f 2 ± f 1 , f 2 ± 3f 1 , and f 2 ± 5f 1 where m = 1, 3, and 5 exist is considered. FIGS. 5A and 5B illustrate amplitude characteristics and phase characteristics obtained by performing FFT processing on the magnetic flux density waveform in this case.
If this equation (9) is transformed as described above and expanded,
Figure 0005609376

It becomes. The waveform represented by this equation (10) is almost a sine wave in the same time domain as described above, and its amplitude is
Figure 0005609376
It is.

また、前記m=0,2,4であるf,f±2f,f±4fの周波数成分が存在する場合は、その波形の高調波成分を

Figure 0005609376
とすれば、この波形も同様の時間領域においてほぼ正弦波であり、その振幅は
Figure 0005609376
となる。
以上のことから、多数の周波数成分を含む場合には振幅の式を修正すればよいことがわかる。 Further, when the m = 0, 2, 4 a is f 2, f 2 ± 2f 1 , f 2 frequency components of the ± 4f 1 is present, the harmonic component of the waveform
Figure 0005609376
If this is the case, this waveform is almost sinusoidal in the same time domain, and its amplitude is
Figure 0005609376
It becomes.
From the above, it can be seen that when a large number of frequency components are included, the amplitude equation may be corrected.

(D)拡張その3 -n<5のすべての成分の取り込み-
nの異なる周波数成分は、それぞれ少なくともfHz程度離れているので、相互の干渉による影響はさほど深刻ではない。そこで、複数存在するnに対しては、以下で述べるプロセス[IV]の計算を個別に行うことで対処する。
(D) Extension 3 -Incorporation of all components with n <5-
Since the frequency components with different n are separated by at least about f 2 Hz, the influence of mutual interference is not so serious. Therefore, a plurality of n is dealt with by separately calculating the process [IV] described below.

(E)拡張その4 -一般化-
以上を完全に一般化して記述すると以下のようになる。
まず、磁束密度波形は、

Figure 0005609376
と表す。この時、偏磁量は、
Figure 0005609376
とすればよい。
次に、振幅は次のようにして求める。キャリア高調波成分は、
Figure 0005609376
であり、この式は、式(4)を式(5)に変換したように、
nsin(2πft+θ1,n)×sin(2πnft+θ2,n)
の形に変形することができる。
ただし、Bnは上記成分の振幅、θ1,n及びθ2,nは基本波に対する、高調波成分の周波数fで変化する項の位相角及び周波数fで変化する項の位相角である。
そして、この形に変更した際の
nsin(2πft+θ1,n)
が、各nに対する振幅である。周波数は各nに対して、nfである。 (E) Extension 4 -Generalization-
The above is described in general terms as follows.
First, the magnetic flux density waveform is
Figure 0005609376
It expresses. At this time, the amount of magnetic bias is
Figure 0005609376
And it is sufficient.
Next, the amplitude is obtained as follows. Carrier harmonic component is
Figure 0005609376
This equation is equivalent to converting equation (4) into equation (5),
B n sin (2πf 1 t + θ 1, n ) × sin (2πnf 2 t + θ 2, n )
It can be transformed into a shape.
Where B n is the amplitude of the above component, θ 1, n and θ 2, n are the phase angle of the term changing at the frequency f 1 of the harmonic component and the phase angle of the term changing at the frequency f 2 with respect to the fundamental wave. is there.
And when changing to this shape
B n sin (2πf 1 t + θ 1, n )
Is the amplitude for each n. The frequency is nf 2 for each n.

[IV]偏磁量と振幅からの鉄損値の対応付けとその時間平均
このプロセスは、プロセス[III]において求めた数式を用いてどのように鉄損を計算するかを示している。
前節の議論から、あるnに対し、ある時刻の近傍でのマイナーループは、偏磁量と振幅とが数式により表現された正弦波のループであるとみなしてよい、ということがわかった。
そこで、基本波の1周期分の時間を、例えば100〜1000程度の数の均等な時間幅の区間によって刻む。そして、刻まれた各時刻において、数式で表現された偏磁量、振幅及び周波数nfHzをもとに、プロセス(I)で求めた材料パラメータ(鉄損関数)を参照して鉄損値を計算し、それらの鉄損値の和をとる。この鉄損値の和は、1周期分の鉄損の平均値とすることができるので、これをすべてのnに対して行えばよい。ここで、単相の場合と三相の場合とで使用する式が異なることに注意しなければならない。
ここで、上記時間幅について説明する。上記時間幅は、磁束密度の時間変化を基準として決定することができる。すなわち、例えば、キャリア周波数が10kHzのであるとすると、nをn<5まで考慮するので、磁束密度が時間変化する有意な高調波成分は40kHzまで存在することになる。基本波の周波数を50Hzとすると、周波数40kHzはこの基本波周波数50Hzの800倍である。従って、基本波の1周期の時間を800あるいは800よりも大きい数で区切った時間を上記刻み時間幅として決定すれば、周波数40kHzの1周期における磁束密度変化を上記時間幅に含めることができ、これによって、鉄損の推定精度が限界まで高められる。
なお、鉄損の推定計算に要する時間は、上記時間幅を大きく設定するほどを短縮することができる。そこで、上記時間幅は、推定計算時間や要求される鉄損推定精度等を勘案して適宜設定する。
[IV] Correlation of Iron Loss Value from Amount of Bias Magnetism and Amplitude and Time Average This process shows how to calculate the iron loss using the formula obtained in Process [III].
From the discussion in the previous section, it was found that for a certain n, a minor loop in the vicinity of a certain time may be regarded as a sine wave loop in which the amount of magnetization and the amplitude are expressed by mathematical expressions.
Therefore, the time corresponding to one period of the fundamental wave is engraved by a section having an equal time width of, for example, about 100 to 1000. Then, at each engraved time, the iron loss value is determined with reference to the material parameter (iron loss function) obtained in the process (I) based on the amount of magnetic bias, amplitude, and frequency nf 2 Hz expressed by the mathematical formula. And take the sum of those iron loss values. Since the sum of the iron loss values can be the average value of the iron loss for one period, this may be performed for all n. Here, it should be noted that the equations used for the single-phase case and the three-phase case are different.
Here, the time width will be described. The time width can be determined on the basis of the time variation of the magnetic flux density. That is, for example, if the carrier frequency is 10 kHz, n is considered up to n <5, and therefore, a significant harmonic component whose magnetic flux density changes over time exists up to 40 kHz. Assuming that the frequency of the fundamental wave is 50 Hz, the frequency 40 kHz is 800 times the fundamental wave frequency 50 Hz. Therefore, if the time obtained by dividing the time of one period of the fundamental wave by 800 or a number larger than 800 is determined as the step time width, the change in magnetic flux density in one period of frequency 40 kHz can be included in the time width. Thereby, the estimation accuracy of the iron loss is increased to the limit.
The time required for the iron loss estimation calculation can be shortened as the time width is set larger. Therefore, the time width is appropriately set in consideration of the estimated calculation time, required iron loss estimation accuracy, and the like.

以上のようなプロセスにより鉄損を計算することができる。この方法では、プロセス(III)で求めた式を利用した計算を、基本波の1周期分の時間を刻んだ数だけ行うことで鉄損を求めること、つまり、表計算などの計算処理によって鉄損を求めることができる。このような計算の様子を図6に示す。
この計算の処理時間は、通常のパソコンにおいて瞬時である。これに対して、前記非特許文献2による方法では、計算処理時間として数分程度を要することが知られている。したがって、本発明による方法は、計算時間が大幅に短縮され、その結果、従来、多大な時間を要したモータ等の鉄心の鉄損の計算を短時間で処理することができる。
図7は、鉄損を求めるための上述したプロセスを概念的に示した流れ図である。
The iron loss can be calculated by the above process. In this method, the iron loss is obtained by performing the calculation using the formula obtained in the process (III) by the number of times of the period of one period of the fundamental wave, that is, the iron loss is calculated by a calculation process such as a table calculation. Loss can be determined. Such a calculation is shown in FIG.
The processing time for this calculation is instantaneous in a normal personal computer. On the other hand, it is known that the method according to Non-Patent Document 2 requires about several minutes as the calculation processing time. Therefore, the method according to the present invention greatly reduces the calculation time, and as a result, the calculation of the iron loss of an iron core such as a motor, which has conventionally required a lot of time, can be processed in a short time.
FIG. 7 is a flowchart conceptually showing the above-described process for determining the iron loss.

Claims (8)

軟磁性材料を用いた電気機器における鉄損推定方法であって、
前記軟磁性材料の偏磁状態下における磁気特性データに基づいて、交番磁界の偏磁量値、振幅値及び周波数を用いた鉄損関数を設定するステップと、
基本周波数及びこの基本周波数よりも周波数の高いキャリア周波数でスイッチング動作する電力変換装置によって前記電気機器を駆動する場合の前記軟磁性材料中の磁束密度の実測波形もしくは解析計算波形をフーリエ変換して、少なくとも基本周波数成分及びキャリア高調波成分を含む複数の周波数成分についての振幅値と位相角を求めるステップと、
前記各周波数成分における振幅値と位相角から、前記キャリア高調波成分以外の前記磁束密度と、前記キャリア高調波成分の前記磁束密度とを表す関係式を生成するステップと、
前記基本周波数の一周期分を所定の単位時間で分割して、この分割された単位時間毎の磁束密度の値を前記関係式を用いて導出し、この磁束密度の値と前記鉄損関数とに基づいて単位時間鉄損値を求めるステップと、
前記単位時間鉄損値を基本波半周期の整数倍分合計して一周期分の時間平均値を求め、これを前記軟磁性材料のキャリア損の値として得るステップと、
を含むことを特徴とする鉄損推定方法。
A method for estimating iron loss in an electrical device using a soft magnetic material,
Based on the magnetic property data under the biased state of the soft magnetic material, setting the iron loss function using the bias value, amplitude value and frequency of the alternating magnetic field;
Fourier transform the measured waveform or analytical calculation waveform of the magnetic flux density in the soft magnetic material when the electric device is driven by a power converter that operates at a carrier frequency higher than the fundamental frequency and a carrier frequency higher than the fundamental frequency, Obtaining amplitude values and phase angles for a plurality of frequency components including at least a fundamental frequency component and a carrier harmonic component;
Generating a relational expression representing the magnetic flux density other than the carrier harmonic component and the magnetic flux density of the carrier harmonic component from the amplitude value and the phase angle in each frequency component;
One period of the fundamental frequency is divided by a predetermined unit time, and a magnetic flux density value for each divided unit time is derived using the relational expression. The magnetic flux density value and the iron loss function Obtaining a unit time iron loss value based on:
The unit time iron loss value is summed by an integral multiple of the fundamental wave half period to obtain a time average value for one period, and this is obtained as the value of the carrier loss of the soft magnetic material;
The iron loss estimation method characterized by including.
前記複数の周波数成分中に低次高調波成分を含ませたことを特徴とする請求項1に記載の鉄損推定方法。   The iron loss estimation method according to claim 1, wherein a low-order harmonic component is included in the plurality of frequency components. 前記関係式にバイアス量の絶対値の項を含ませたことを特徴とする請求項1に記載の鉄損推定方法。   The iron loss estimation method according to claim 1, wherein a term of an absolute value of a bias amount is included in the relational expression. 前記関係式は、前記電力変換装置における基本周波数をf〔Hz〕、キャリア周波数をf〔Hz〕とし、n(n=1,2,・・・,k、ただし、kは自然数)に対し、すべてのm(m=0,1,2,・・・,l、ただし、lは自然数)についてのnf±mf〔Hz〕の成分の和を
nsin(2πft+θ1,n)×sin(2πnft+θ2,n)
(ただし、Bnは上記成分の振幅、θ1,n及びθ2,nは基本波に対する、高調波成分の周波数fで変化する項と周波数fで変化する項の位相角)としたものである請求項1に記載の鉄損推定方法。
In the relational expression, the basic frequency in the power converter is f 1 [Hz], the carrier frequency is f 2 [Hz], and n (n = 1, 2,..., K, where k is a natural number). On the other hand, the sum of the components of nf 2 ± mf 1 [Hz] for all m (m = 0, 1, 2,..., L, where l is a natural number) is expressed as B n sin (2πf 1 t + θ 1, n ) × sin (2πnf 2 t + θ 2, n )
Where B n is the amplitude of the above component, and θ 1, n and θ 2, n are the phase angles of the term that changes at the frequency f 1 of the harmonic component and the term that changes at the frequency f 2 with respect to the fundamental wave. The iron loss estimation method according to claim 1, wherein
前記時間平均値は、前記nf±mf〔Hz〕で表される2周波数の成分の振幅の平均値であることを特徴とする請求項に記載の鉄損推定方法。 The iron loss estimation method according to claim 4 , wherein the time average value is an average value of amplitudes of two frequency components represented by nf 2 ± mf 1 [Hz]. 前記電力変換装置の基本周波数をf〔Hz〕、キャリア周波数をf〔Hz〕とし、すべてのnについてのnf±mf〔Hz〕(m=1,3,5)の成分の和を下式(A)で表したとき、前記磁束密度の振幅を下式(B)で求めることを特徴とする請求項2〜3のいずれかに記載の鉄損推定方法。
Figure 0005609376
Figure 0005609376
The basic frequency of the power converter is f 1 [Hz], the carrier frequency is f 2 [Hz], and the sum of the components of nf 2 ± mf 1 [Hz] (m = 1, 3, 5) for all n The iron loss estimation method according to any one of claims 2 to 3, wherein the amplitude of the magnetic flux density is obtained by the following equation (B) when represented by the following equation (A).
Figure 0005609376
Figure 0005609376
前記電力変換装置の基本周波数をf〔Hz〕、キャリア周波数をf〔Hz〕とし、n=1,3についてのnf±mf〔Hz〕(m=1,3,5)〔Hz〕の成分の和を下式(C)で表したとき、前記磁束密度の振幅を下式(D)で求め、n=2,4に対しては、nf±mf〔Hz〕(m=0,2,4)〔Hz〕の成分の和を下式(E)で表したとき、前記磁束密度の振幅を下式(F)で求めることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鉄損推定方法。
Figure 0005609376
Figure 0005609376
Figure 0005609376

Figure 0005609376
The basic frequency of the power converter is f 1 [Hz], the carrier frequency is f 2 [Hz], and nf 2 ± mf 1 [Hz] (m = 1, 3, 5) [Hz] for n = 1, 3. ] Is expressed by the following formula (C), the amplitude of the magnetic flux density is obtained by the following formula (D), and for n = 2, 4, nf 2 ± mf 1 [Hz] (m = 0, 2, 4) When the sum of the components of [Hz] is expressed by the following equation (E), the amplitude of the magnetic flux density is obtained by the following equation (F). The iron loss estimation method according to the above.
Figure 0005609376
Figure 0005609376
Figure 0005609376

Figure 0005609376
前記軟磁性材料は、偏磁量B、周波数f、振幅値Bから下式(G)によって一義的に導かれる鉄損値Wを有するものである請求項1に記載の鉄損推定方法。
Figure 0005609376
ただし、a(B)、b(B)、c(B)は、鉄損値をフィッティングして求めた任意関数である。







2. The iron loss estimation method according to claim 1, wherein the soft magnetic material has an iron loss value W that is unambiguously derived from the amount of bias B 0 , the frequency f, and the amplitude value B m according to the following expression (G). .
Figure 0005609376
However, a (B 0 ), b (B 0 ), and c (B 0 ) are arbitrary functions obtained by fitting iron loss values.







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