JP6384208B2 - Electromagnetic field analysis apparatus, electromagnetic field analysis method, and program - Google Patents

Electromagnetic field analysis apparatus, electromagnetic field analysis method, and program Download PDF

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本発明は、電磁場解析装置、電磁場解析方法、およびプログラムに関し、特に、磁性材料における磁束密度および渦電流を導出するために用いて好適なものである。   The present invention relates to an electromagnetic field analysis device, an electromagnetic field analysis method, and a program, and is particularly suitable for use in deriving magnetic flux density and eddy current in a magnetic material.

従来から、回転電機や変圧器等の、磁性材料を使用する電気機器における電磁場を数値解析によって計算し、その結果を、電気機器の設計や改良に役立てることが行われている。
このような数値解析を行う際に、磁性材料の磁気特性を初磁化特性とする手法がある。しかしながら、実際の磁性材料の磁気特性は、磁気ヒステリシス特性を有する。このため、複雑な励磁条件で生じる電磁場を解析するためには、磁性材料の磁気ヒステリシス特性を考慮した数値解析を行う必要がある。特に、磁性材料の磁気特性として初磁化特性を用いると、電気機器のコイルに流れる電流の値の計算値の精度が低下し、電気機器の銅損の推定や、鉄心(コア)内の磁界の推定を高精度に行うことができなくなる場合がある。
Conventionally, an electromagnetic field in an electric device using a magnetic material such as a rotating electric machine or a transformer is calculated by numerical analysis, and the result is used for designing or improving the electric device.
When performing such numerical analysis, there is a method in which the magnetic characteristics of the magnetic material are used as initial magnetization characteristics. However, the magnetic characteristics of actual magnetic materials have magnetic hysteresis characteristics. For this reason, in order to analyze the electromagnetic field generated under complicated excitation conditions, it is necessary to perform numerical analysis in consideration of the magnetic hysteresis characteristics of the magnetic material. In particular, when the initial magnetization characteristic is used as the magnetic characteristic of the magnetic material, the accuracy of the calculated value of the current flowing through the coil of the electric device is reduced, and the copper loss of the electric device is estimated and the magnetic field in the iron core (core) is reduced. In some cases, estimation cannot be performed with high accuracy.

そこで、非特許文献1、2には、磁性材料の磁気ヒステリシスを考慮して電磁場の解析を行う手法として、プレイヒステリシスモデルを用いる手法が開示されている。プレイヒステリシスモデルでは、磁気ヒステリシス特性の実測データに合うように、形状関数が同定され、この形状関数を用いて、磁束密度と磁界との関係が定式化される。   Therefore, Non-Patent Documents 1 and 2 disclose a technique using a play hysteresis model as a technique for analyzing an electromagnetic field in consideration of the magnetic hysteresis of a magnetic material. In the play hysteresis model, a shape function is identified so as to match the measured data of the magnetic hysteresis characteristics, and the relationship between the magnetic flux density and the magnetic field is formulated using this shape function.

阿波根 明、外1名、「等方性ベクトルプレイモデルを用いた有限要素法によるヒステリシス解析の検討」、電気学会 静止器・回転機合同研究会資料、SA‐09−67、RM−09−73、p.71−p.76、2009年A. Akane, 1 other, “Examination of hysteresis analysis by finite element method using isotropic vector play model”, IEEJ stationary and rotating machine joint study material, SA-09-67, RM-09-73 , P. 71-p. 76, 2009 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 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, "Finite Element Method of Electrical Engineering", 2nd edition, Morikita Publishing Co., Ltd., April 1986

しかしながら、非特許文献1、2に記載の手法では、磁気ヒステリシス特性の実測データとして、直流磁気ヒステリシス特性の実測データを使用する。交流磁界が印加された磁性材料のヒステリシス特性には、直流磁気ヒステリシス特性、古典的渦電流によるヒステリシス特性、異常渦電流によるヒステリシス特性の3つが影響する。このうち、古典的渦電流によるヒステリシス特性は、電磁場解析で渦電流を数値解析する過程で考慮されるため、非特許文献1、2に記載の手法では、直流磁気ヒステリシス特性と古典的渦電流によるヒステリシス特性は考慮されているものの、異常渦電流によるヒステリシス特性は考慮されていない。このため、磁気ヒステリシス特性を高精度に導出することが容易ではない。したがって、電磁場の解析により計算される磁束密度と渦電流を高精度に導出することが容易ではなく、特に、数百Hzの交流磁界が印加された場合に、このような傾向が顕著になる。
そこで、本発明は、交流磁界が印加される場合の電磁場の解析を高精度に行うことを目的とする。
However, in the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2, measured data of DC magnetic hysteresis characteristics is used as measured data of magnetic hysteresis characteristics. The hysteresis characteristics of a magnetic material to which an AC magnetic field is applied are affected by three characteristics: a DC magnetic hysteresis characteristic, a hysteresis characteristic due to classical eddy currents, and a hysteresis characteristic due to abnormal eddy currents. Among these, the hysteresis characteristics due to classical eddy currents are considered in the process of numerically analyzing eddy currents by electromagnetic field analysis. Therefore, the methods described in Non-Patent Documents 1 and 2 are based on DC magnetic hysteresis characteristics and classical eddy currents. Hysteresis characteristics are considered, but hysteresis characteristics due to abnormal eddy currents are not considered. For this reason, it is not easy to derive the magnetic hysteresis characteristics with high accuracy. Therefore, it is not easy to derive the magnetic flux density and eddy current calculated by the analysis of the electromagnetic field with high accuracy, and this tendency becomes remarkable particularly when an AC magnetic field of several hundred Hz is applied.
Therefore, an object of the present invention is to perform an analysis of an electromagnetic field when an alternating magnetic field is applied with high accuracy.

本発明の電磁場解析装置は、磁性材料の直流磁気ヒステリシス特性を補正した補正直流磁気ヒステリシス特性を導出する補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段と、前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段により導出された、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータから、前記磁性材料における、磁束密度と磁界との関係が定式化されたモデルを同定するモデル同定手段と、前記磁性材料を励磁するときの条件である励磁条件と、前記モデル同定手段により同定されたモデルと、を用いて、当該磁性材料が励磁されたときに当該磁性材料に発生する磁束密度ベクトルと渦電流ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づき、複数の微小領域ごとに計算する電磁場解析手段と、を有し、前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段は、以下の(A)式に基づく計算を行って、磁束密度ベクトルの大きさB[i][T]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i][A/m]を導出し、導出した磁束密度ベクトルの大きさB[i]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i]を用いて、前記補正直流磁気ヒステリシス特性を導出することを特徴とする。 The electromagnetic field analysis apparatus of the present invention includes a corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving means for deriving a corrected DC magnetic hysteresis characteristic obtained by correcting a DC magnetic hysteresis characteristic of a magnetic material, and a corrected DC magnetic hysteresis characteristic derived means. Model identification means for identifying a model in which the relationship between magnetic flux density and magnetic field in the magnetic material is formulated from data of magnetic hysteresis characteristics, excitation conditions that are conditions for exciting the magnetic material, and the model Using the model identified by the identification means, the magnetic flux density vector and eddy current vector generated in the magnetic material when the magnetic material is excited are calculated for each of a plurality of minute regions based on Maxwell's equations. Electromagnetic field analysis means for calculating, and the corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving means includes: Performing calculations based on formula (A), to derive the magnitude B of the magnetic flux density vector [i] size H ha of the magnetic field vector after correction corresponding to [T] [i] [A / m], derived The corrected DC magnetic hysteresis characteristic is derived using the corrected magnetic field vector magnitude H ha [i] corresponding to the magnetic flux density vector magnitude B [i].

本発明の電磁場解析方法は、磁性材料の直流磁気ヒステリシス特性を補正した補正直流磁気ヒステリシス特性を導出することを補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段により行う補正直流磁気ヒステリシス特性導出工程と、前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出工程により導出された、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータから、前記磁性材料における、磁束密度と磁界との関係が定式化されたモデルを同定することをモデル同定手段により行うモデル同定工程と、前記磁性材料を励磁するときの条件である励磁条件と、前記モデル同定工程により同定されたモデルと、を用いて、当該磁性材料が励磁されたときに当該磁性材料に発生する磁束密度ベクトルと渦電流ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づき、複数の微小領域ごとに計算することを電磁場解析手段により行う電磁場解析工程と、を有し、前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出工程は、以下の(A)式に基づく計算を行って、磁束密度ベクトルの大きさB[i][T]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i][A/m]を導出し、導出した磁束密度ベクトルの大きさB[i]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i]を用いて、前記補正直流磁気ヒステリシス特性を導出することを特徴とする。 The electromagnetic field analysis method of the present invention includes a corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving step in which a corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving means derives a corrected DC magnetic hysteresis characteristic obtained by correcting a DC magnetic hysteresis characteristic of a magnetic material; A model identification step for identifying a model in which the relationship between magnetic flux density and magnetic field in the magnetic material is formulated from the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data derived by the hysteresis characteristic deriving step; A magnetic flux density vector generated in the magnetic material when the magnetic material is excited using an excitation condition that is a condition for exciting the magnetic material and a model identified by the model identification step; The eddy current vector is calculated for each small region based on Maxwell's equations. An electromagnetic field analysis step of calculating by the electromagnetic field analysis means, and the correction DC magnetic hysteresis characteristic derivation step performs a calculation based on the following equation (A) to calculate the magnitude B [i of the magnetic flux density vector: ] The corrected magnetic field vector magnitude H ha [i] [A / m] corresponding to [T] is derived, and the corrected magnetic field vector magnitude corresponding to the derived magnetic flux density vector magnitude B [i] is derived. The corrected DC magnetic hysteresis characteristic is derived using the magnitude H ha [i].

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(A)式において、iは、時刻ステップを特定するための変数であり、i−1は、変数iで特定される時刻ステップの1つ前の時刻ステップを特定するための変数であり、Hh[i]は、前記直流磁気ヒステリシス特性のデータにおいて磁束密度ベクトルの大きさB[i]に対応する磁界ベクトルの大きさ[A/m]であり、t[i]は、変数iに対応する時間ステップであり、κは、前記磁性材料の全渦電流損を表現する際に古典的渦電流損に乗算される係数である異常渦電流損係数[−]であり、ρは、前記磁性材料の固有抵抗率[Ω・m]であり、hは、前記磁性材料の厚み[m]である。 In the formula (A), i is a variable for specifying the time step, i−1 is a variable for specifying the time step immediately before the time step specified by the variable i, and H h [i] is the magnetic field vector magnitude [A / m] corresponding to the magnetic flux density vector magnitude B [i] in the DC magnetic hysteresis characteristic data, and t [i] corresponds to the variable i. Κ is an abnormal eddy current loss coefficient [−], which is a coefficient multiplied by the classical eddy current loss when expressing the total eddy current loss of the magnetic material, and ρ is the magnetic step The specific resistivity [Ω · m] of the material, and h is the thickness [m] of the magnetic material.

本発明のプログラムは、前記電磁場解析装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。   The program of the present invention causes a computer to function as each means of the electromagnetic field analyzer.

本発明によれば、直流ヒステリシスデータを、異常渦電流による影響を反映した直流ヒステリシスデータに補正した補正直流磁気ヒステリシス特性を用いて、磁束密度と磁界との関係が定式化されたモデルを同定し、同定したモデルを用いて電磁場解析を行う。したがって、磁束密度ベクトルと渦電流ベクトルを、異常渦電流を考慮して計算することができる。これにより、交流磁界が印加される場合の電磁場の解析を高精度に行うことができる。   According to the present invention, a model in which the relationship between the magnetic flux density and the magnetic field is formulated is identified using the corrected DC magnetic hysteresis characteristic in which the DC hysteresis data is corrected to DC hysteresis data reflecting the influence of abnormal eddy currents. The electromagnetic field analysis is performed using the identified model. Therefore, the magnetic flux density vector and the eddy current vector can be calculated in consideration of the abnormal eddy current. Thereby, the analysis of the electromagnetic field when an alternating magnetic field is applied can be performed with high accuracy.

電磁場解析装置の機能的な構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a functional structure of an electromagnetic field analyzer. リング状試料の形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of a ring-shaped sample. 磁気ヒステリシス特性の第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of a magnetic hysteresis characteristic. 磁気ヒステリシス特性の第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of a magnetic hysteresis characteristic. 電磁場解析装置の処理の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of a process of an electromagnetic field analyzer. IPMモータのモデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the model of an IPM motor. 実施例における磁気ヒステリシス特性の第1の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the magnetic hysteresis characteristic in an Example. 実施例における磁気ヒステリシス特性の第2の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the magnetic hysteresis characteristic in an Example.

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
図1は、電磁場解析装置100の機能的な構成の一例を示す図である。本実施形態では、電磁鋼板を積層した鉄心(コア)を備える電気機器における電磁場を解析する場合を例に挙げて説明する。以下、電磁鋼板と称する場合には、電磁場の解析の対象となる電磁鋼板そのもの、または、電磁場の解析の対象となる電磁鋼板と同じ種類の電磁鋼板を指す。ただし、電磁場の解析対象は、磁性材料(例えば強磁性材料)であれば、電磁鋼板に限定されない。
電磁場解析装置100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することができる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of the electromagnetic field analysis apparatus 100. In the present embodiment, a case where an electromagnetic field in an electric device including an iron core (core) in which electromagnetic steel plates are laminated is analyzed will be described as an example. Hereinafter, when referred to as an electromagnetic steel sheet, it refers to the electromagnetic steel sheet itself that is the object of the electromagnetic field analysis or the same type of electromagnetic steel sheet as the electromagnetic steel sheet that is the object of the electromagnetic field analysis. However, the analysis target of the electromagnetic field is not limited to the electromagnetic steel sheet as long as it is a magnetic material (for example, a ferromagnetic material).
The hardware of the electromagnetic field analysis device 100 can be realized by using, for example, an information processing device including a CPU, ROM, RAM, HDD, and various interfaces, and dedicated hardware.

(直流ヒステリシスデータ入力部101)
直流ヒステリシスデータ入力部101は、電磁場の解析の対象となる電磁鋼板の直流磁気ヒステリシス特性のデータを入力する。直流磁気ヒステリシス特性とは、時間的にゆっくり変化する磁束密度と磁界とに基づく磁気ヒステリシス特性をいう。本実施形態では、このような磁気ヒステリシス特性であって、メジャーループに相当する部分の磁気ヒステリシス特性を、直流磁気ヒステリシス特性とする。
(DC hysteresis data input unit 101)
The DC hysteresis data input unit 101 inputs data of DC magnetic hysteresis characteristics of an electrical steel sheet that is an object of electromagnetic field analysis. The DC magnetic hysteresis characteristic refers to a magnetic hysteresis characteristic based on a magnetic flux density and a magnetic field that change slowly with time. In the present embodiment, such a magnetic hysteresis characteristic, and a magnetic hysteresis characteristic of a portion corresponding to the major loop is a DC magnetic hysteresis characteristic.

直流磁気ヒステリシス特性のデータを直接測定することができる場合には、直流ヒステリシスデータ入力部101は、直流磁気ヒステリシス特性の測定データを入力する。また、例えば、非特許文献2に記載されているように、同一の最大磁束密度についての複数の周波数におけるヒステリシス特性の測定データから直流磁気ヒステリシス特性のデータを測定してもよい。この場合、直流ヒステリシスデータ入力部101は、直流磁気ヒステリシス特性の推定データを入力する。   When the DC magnetic hysteresis characteristic data can be directly measured, the DC hysteresis data input unit 101 inputs the measurement data of the DC magnetic hysteresis characteristic. For example, as described in Non-Patent Document 2, DC magnetic hysteresis characteristic data may be measured from hysteresis characteristic measurement data at a plurality of frequencies for the same maximum magnetic flux density. In this case, the DC hysteresis data input unit 101 inputs estimation data of DC magnetic hysteresis characteristics.

直流ヒステリシスデータ入力部101は、磁束密度の複数の波高値のそれぞれについて、前述した直流磁気ヒステリシス特性のデータを入力する。磁束密度の波高値は、例えば、電磁場を解析する際の励磁条件等に応じて適宜決定することができる。
直流磁気ヒステリシス特性のデータの入力形態は、特に限定されない。例えば、電磁場解析装置100のユーザインターフェースに対するオペレータによる操作に基づく形態でも、外部装置から送信されたデータを入力する形態でも、電磁場解析装置100に電気的に接続された可搬型の記憶媒体からデータを読み出す形態でもよい。このことは、以下に説明する磁束密度条件入力部102、異常渦電流損係数導出部103、磁性材料条件入力部104、および電磁場解析条件入力部107における入力形態についても同じである。
直流ヒステリシスデータ入力部101は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、およびデータの入力形態に対応するインターフェースを用いることにより実現できる。
The DC hysteresis data input unit 101 inputs the above-described DC magnetic hysteresis characteristic data for each of a plurality of peak values of magnetic flux density. The peak value of the magnetic flux density can be appropriately determined according to, for example, the excitation conditions when analyzing the electromagnetic field.
The input form of the data of the DC magnetic hysteresis characteristic is not particularly limited. For example, in a form based on an operation by an operator on the user interface of the electromagnetic field analysis apparatus 100 or a form in which data transmitted from an external apparatus is input, data is stored from a portable storage medium electrically connected to the electromagnetic field analysis apparatus 100. It may be in the form of reading. This also applies to input forms in the magnetic flux density condition input unit 102, the abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103, the magnetic material condition input unit 104, and the electromagnetic field analysis condition input unit 107 described below.
The DC hysteresis data input unit 101 can be realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and an interface corresponding to a data input form.

(磁束密度条件入力部102)
磁束密度条件入力部102は、磁束密度条件を入力する。磁束密度条件は、磁束密度の波高値と周波数と波形(時間の経過に伴う磁束密度ベクトルの大きさの変化の概形)を含む情報である。磁束密度の周波数は、例えば、電磁場を解析する際の励磁条件に応じて決定することができる。なお、磁束密度の波高値は、直流ヒステリシスデータ入力部101により入力される直流ヒステリシス特性のデータからも得られるので、必ずしも、磁束密度条件入力部102により入力する必要はない。
磁束密度条件入力部102は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、およびデータの入力形態に対応するインターフェースを用いることにより実現できる。
(Magnetic flux density condition input unit 102)
The magnetic flux density condition input unit 102 inputs a magnetic flux density condition. The magnetic flux density condition is information including a peak value, a frequency, and a waveform of the magnetic flux density (an outline of a change in the magnitude of the magnetic flux density vector over time). The frequency of the magnetic flux density can be determined, for example, according to the excitation conditions when analyzing the electromagnetic field. Note that the peak value of the magnetic flux density can be obtained from the DC hysteresis characteristic data input by the DC hysteresis data input unit 101, and therefore it is not necessarily input by the magnetic flux density condition input unit 102.
The magnetic flux density condition input unit 102 can be realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and an interface corresponding to a data input form.

(異常渦電流損係数導出部103)
異常渦電流損係数導出部103は、異常渦電流損係数κ[−]を導出する。異常渦電流損係数κは、例えば、以下の(1)式で表される。
(Abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103)
The abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103 derives the abnormal eddy current loss coefficient κ [−]. The abnormal eddy current loss coefficient κ is expressed by the following equation (1), for example.

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(1)式において、Dは、電磁鋼板の比重[kg/m3]、hは、電磁鋼板の(1枚の)板厚[m]、σは、電磁鋼板の導電率[S/m]、Keは、渦電流損スタインメッツ係数[W/kg/T2・sec2]であり、以下の(2)式で表されるものである。
e=Ke・f2・|B|2 ・・・(2)
(2)式において、Weは、渦電流損[W/kg]であり、fは、周波数[Hz]であり、|B|は、磁束密度ベクトルBの大きさ[T]である。
In the formula (1), D is the specific gravity [kg / m 3 ] of the magnetic steel sheet, h is the (one) plate thickness [m] of the magnetic steel sheet, and σ is the conductivity [S / m] of the magnetic steel sheet. , K e is an eddy current loss Steinmetz coefficient [W / kg / T 2 · sec 2 ], which is expressed by the following equation (2).
W e = K e · f 2 · | B | 2 (2)
(2) In the equation, W e is the eddy current loss [W / kg], f is the frequency [Hz], | B | is the magnitude of the magnetic flux density vector B [T].

渦電流損スタインメッツ係数Keは、例えば、以下のようにして得ることができる。
まず、磁性材料についてのB−Wデータを、例えば規格標準で定められたエプスタイン測定法や単板試験測定法による磁気測定の測定値を用いて導出することを、複数の周波数のそれぞれにおいて行う。B−Wデータは、磁束密度ベクトルBの大きさと鉄損Wの大きさとの関係を示す曲線のデータである。
次に、大きさが同じである磁束密度ベクトルBに対応する鉄損Wの大きさをB−Wデータから抽出し、抽出した鉄損Wの大きさを、当該B−Wデータが属する周波数fで割った値である単位周波数当たりの鉄損の大きさW/fを導出する。
Eddy current loss Steinmetz coefficient K e, for example, can be obtained as follows.
First, B-W data about a magnetic material is derived at each of a plurality of frequencies by using, for example, measured values of magnetic measurement by an Epstein measurement method or a single plate test measurement method defined by a standard. The BW data is data of a curve indicating the relationship between the magnitude of the magnetic flux density vector B and the magnitude of the iron loss W.
Next, the magnitude of the iron loss W corresponding to the magnetic flux density vector B having the same magnitude is extracted from the B-W data, and the magnitude of the extracted iron loss W is set to the frequency f to which the B-W data belongs. The value of the iron loss per unit frequency W / f, which is a value divided by ## EQU3 ## is derived.

これにより、単位周波数当たりの鉄損の大きさW/fと周波数fとの関係を示すW/f−fデータが、磁束密度ベクトルBの大きさ毎に得られる。
次に、W/f−fデータから、最も低い周波数f(例えば50[Hz])と、それよりも高い基本波の周波数f(例えば100[Hz])とに対応する「単位周波数当たりの鉄損の大きさW/f」の値を通る直線の切片(周波数fの値が0(ゼロ)のときの単位周波数当たりの鉄損の大きさW/f)を、直流での単位周波数当たりの鉄損の大きさWh0として導出する。
Thereby, W / f-f data indicating the relationship between the magnitude W / f of the iron loss per unit frequency and the frequency f is obtained for each magnitude of the magnetic flux density vector B.
Next, from the W / f-f data, “iron per unit frequency” corresponding to the lowest frequency f (for example, 50 [Hz]) and a higher fundamental frequency f (for example, 100 [Hz]). The intercept of the straight line passing through the value of the loss magnitude W / f (the iron loss magnitude W / f per unit frequency when the value of the frequency f is 0 (zero)) per unit frequency at DC Derived as the iron loss magnitude W h0 .

次に、直流での単位周波数当たりの鉄損の大きさWh0に、W/f−fデータにおける最も低い周波数f(例えば50[Hz])を乗じて、当該周波数fにおける板状の試料のヒステリシス損Whfを導出する。
次に、以下の(3)式に、周波数fとして、W/f−fデータにおける最も低い周波数f(例えば50[Hz])を代入し、ヒステリシス損Whとして、前述したようにして導出したヒステリシス損Whfを代入し、磁束密度ベクトルの大きさBとして、ヒステリシス損Whfを導出する際に使用した「W/f−fデータ」が属する磁束密度ベクトルBの大きさを代入する。これにより、ある磁束密度ベクトルBの大きさであるときのヒステリシス損スタインメッツ係数Khが得られる。
h=Kh・f・B1.6 ・・・(3)
Then, per unit frequency at a direct current of iron loss in size W h0, by multiplying the lowest frequency f in W / f-f data (e.g. 50 [Hz]), the plate-like sample at the frequency f The hysteresis loss W hf is derived.
Next, the lowest frequency f (for example, 50 [Hz]) in the W / f-f data is substituted as the frequency f into the following equation (3), and the hysteresis loss W h is derived as described above. The hysteresis loss W hf is substituted, and the magnitude of the magnetic flux density vector B to which the “W / f−f data” used to derive the hysteresis loss W hf belongs is substituted as the magnitude B of the magnetic flux density vector. As a result, the hysteresis loss Steinmetz coefficient K h when the magnitude of a certain magnetic flux density vector B is obtained.
W h = K h · f · B 1.6 (3)

次に、以上のようにしてヒステリシス損Whを導出することを、前述したようにして導出したW/f−fデータのそれぞれについて行う。これにより、磁束密度ベクトルBの大きさが種々の値であるときのヒステリシス損スタインメッツ係数Khが得られる。尚、(3)式における「1.6」は、1以上2以下の範囲の値であるβに置き替えることができる。 Next, the hysteresis loss W h is derived for each piece of W / f−f data derived as described above. Thereby, the hysteresis loss Steinmetz coefficient K h when the magnitude of the magnetic flux density vector B has various values is obtained. Note that “1.6” in the expression (3) can be replaced with β which is a value in the range of 1 to 2.

次に、ヒステリシス損スタインメッツ係数Khが属する磁束密度ベクトルBの大きさに対応する鉄損Wの大きさを、前述したB−Wデータから抽出する。前述したように、B−Wデータは、周波数f毎に存在しているので、複数の周波数fについて、鉄損Wの大きさが抽出される。
次に、当該ヒステリシス損スタインメッツ係数Khと、当該ヒステリシス損スタインメッツ係数Khが属する磁束密度ベクトルBの大きさと、前述したようにして抽出した鉄損Wの大きさと、当該鉄損Wの大きさに対応する周波数fを、前述した(2)式および(3)式、ならびに、以下の(4)式に代入する。
W=We+Wh ・・・(4)
これにより、ある磁束密度ベクトルBの大きさ、ある周波数fであるときの渦電流損スタインメッツ係数Keが得られる。
Then, the iron loss magnitude of W hysteresis loss Steinmetz coefficient K h corresponds to the size of belonging magnetic flux density vector B, and extracted from the B-W data described above. As described above, since the BW data exists for each frequency f, the magnitude of the iron loss W is extracted for a plurality of frequencies f.
Next, a corresponding hysteresis loss Steinmetz coefficient K h, of the magnetic flux density vector B in which the hysteresis loss Steinmetz coefficient K h belongs and size, and the size of the iron loss W were extracted as described above, of the iron loss W The frequency f corresponding to the magnitude is substituted into the above-described equations (2) and (3) and the following equation (4).
W = W e + W h (4)
Thus, the size of a magnetic flux density vector B, the eddy current loss Steinmetz coefficient K e when a certain frequency f is obtained.

以上のようにして渦電流損スタインメッツ係数Keを導出することを、ヒステリシス損スタインメッツ係数Khのそれぞれについて行う。これにより、磁束密度ベクトルBの大きさ、周波数fが種々の値であるときの渦電流損スタインメッツ係数Keが得られる。
前述したように、直流ヒステリシスデータ入力部101は、磁束密度の複数の波高値のそれぞれについて、直流磁気ヒステリシス特性のデータを入力する。また、磁束密度条件入力部102により、磁束密度ベクトルの周波数が入力される。
異常渦電流損係数導出部103は、これらの波高値および周波数に対応する渦電流損スタインメッツ係数Keを入力する。
尚、このように、波高値および周波数に対応する渦電流損スタインメッツ係数Keを入力すれば、異常渦電流損係数κを導出することができるので好ましい。しかしながら、簡易的に、波高値および周波数に依存しない渦電流損スタインメッツ係数Keを入力してもよい。
Deriving the eddy current loss Steinmetz coefficient K e as described above is performed for each of the hysteresis loss Steinmetz coefficient K h. Thereby, the eddy current loss Steinmetz coefficient K e when the magnitude of the magnetic flux density vector B and the frequency f are various values is obtained.
As described above, the DC hysteresis data input unit 101 inputs data of DC magnetic hysteresis characteristics for each of a plurality of peak values of magnetic flux density. Further, the magnetic flux density condition input unit 102 inputs the frequency of the magnetic flux density vector.
Abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103 inputs the eddy current loss Steinmetz coefficient K e corresponding to these peak value and frequency.
In this manner, by entering the eddy current loss Steinmetz coefficient K e corresponding to the peak value and frequency, it is possible to derive the abnormal eddy current loss coefficient κ preferred. However, in a simplified manner, it may be input eddy current loss Steinmetz coefficient K e does not depend on the peak value and frequency.

また、異常渦電流損係数導出部103は、電磁鋼板の比重D、電磁鋼板の板厚h、および電磁鋼板の導電率σを入力する。
そして、異常渦電流損係数導出部103は、(1)式の計算を行って、異常渦電流損係数κを導出する。
異常渦電流損係数導出部103は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、およびデータの入力形態に対応するインターフェースを用いることにより実現できる。尚、ここでは、電磁場解析装置100において異常渦電流損係数κを導出するようにした。しかしながら、外部装置等で別途導出された異常渦電流損係数κを入力してもよい。
The abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103 inputs the specific gravity D of the electromagnetic steel sheet, the thickness h of the electromagnetic steel sheet, and the electrical conductivity σ of the electromagnetic steel sheet.
Then, the abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103 calculates the equation (1) to derive the abnormal eddy current loss coefficient κ.
The abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103 can be realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and an interface corresponding to a data input form. Here, the abnormal eddy current loss coefficient κ is derived in the electromagnetic field analyzer 100. However, an abnormal eddy current loss coefficient κ derived separately by an external device or the like may be input.

(磁性材料条件入力部104)
磁性材料条件入力部104は、磁性材料条件を入力する。磁性材料条件は、電磁鋼板の板厚h[m]と電磁鋼板の固有抵抗率ρ[Ω・m]とを含む情報である。
磁性材料条件入力部104は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、およびデータの入力形態に対応するインターフェースを用いることにより実現できる。尚、異常渦電流損係数導出部103により、電磁鋼板の板厚hと電磁鋼板の導電率σを入力する場合には、これらを磁性材料条件とすることができる。すなわち、磁性材料条件入力部104を省略することができる。
(Magnetic material condition input unit 104)
The magnetic material condition input unit 104 inputs magnetic material conditions. The magnetic material condition is information including the thickness h [m] of the magnetic steel sheet and the specific resistivity ρ [Ω · m] of the magnetic steel sheet.
The magnetic material condition input unit 104 can be realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and an interface corresponding to a data input form. When the abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103 inputs the thickness h of the electromagnetic steel sheet and the electrical conductivity σ of the electromagnetic steel sheet, these can be used as magnetic material conditions. That is, the magnetic material condition input unit 104 can be omitted.

(補正直流磁気ヒステリシス特性導出部105)
補正直流磁気ヒステリシス特性導出部105は、磁束密度条件入力部102により入力された磁束密度条件(磁束密度ベクトルの周波数)と、異常渦電流損係数導出部103により導出された異常渦電流損係数κと、磁性材料条件入力部104により入力された磁性材料条件(電磁鋼板の板厚h・固有抵抗率ρ)とに基づいて、直流ヒステリシスデータ入力部101により入力された直流磁気ヒステリシス特性のデータにおける磁界ベクトルの大きさ[A/m]を補正したデータである補正直流磁気ヒステリシス特性のデータを導出する。補正直流磁気ヒステリシス特性のデータは、異常渦電流による影響を反映した直流ヒステリシスデータである。
本実施形態では、電磁場を解析する際の励磁条件において、磁束密度ベクトルの大きさが正弦波で変化すると仮定する。また、本実施形態では、補正直流磁気ヒステリシス特性導出部105は、以下の(5)式の計算を行うことにより、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータを計算する。
(Correction DC magnetic hysteresis characteristic deriving unit 105)
The corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving unit 105 includes the magnetic flux density condition (frequency of the magnetic flux density vector) input by the magnetic flux density condition input unit 102 and the abnormal eddy current loss coefficient κ derived by the abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103. And DC magnetic hysteresis characteristic data input by the DC hysteresis data input unit 101 based on the magnetic material conditions (the thickness h of the magnetic steel sheet and the specific resistivity ρ) input by the magnetic material condition input unit 104 Data of corrected DC magnetic hysteresis characteristics, which is data obtained by correcting the magnitude [A / m] of the magnetic field vector, is derived. The corrected DC magnetic hysteresis characteristic data is DC hysteresis data reflecting the influence of the abnormal eddy current.
In the present embodiment, it is assumed that the magnitude of the magnetic flux density vector changes in a sine wave under the excitation condition when analyzing the electromagnetic field. In the present embodiment, the corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving unit 105 calculates corrected DC magnetic hysteresis characteristic data by calculating the following equation (5).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(5)式において、iは、時刻ステップを特定するための変数であり、0を初期値とし、正の整数Iまで、1ずつ増加する変数である(i=0、1、2、・・・、I)の値をとる。t[i]は、変数iに対応する時刻ステップを示し、t[i−1]は、変数iの1つ前の変数i−1に対応する時刻ステップを示す。Iは、磁束密度条件入力部102により入力された磁束密度条件(磁束密度ベクトルの周波数)により定まる1周期に対応する値になる。
B[i]は、磁束密度条件入力部102により入力された波高値および周波数の正弦波で時間変化する磁束密度ベクトルの大きさであって、時刻ステップt[i]における磁束密度ベクトルの大きさである。B[i−1]は、磁束密度条件入力部102により入力された波高値および周波数の正弦波で時間変化する磁束密度ベクトルの大きさであって、時刻ステップt[i−1]における磁束密度ベクトルの大きさである。Hh[i]は、直流磁気ヒステリシス特性において、磁束密度ベクトルの大きさB[i]に対応する磁界ベクトルの大きさである。κは、当該波高値および励磁条件に示される周波数における異常渦電流損係数である。
In equation (5), i is a variable for specifying a time step, and is a variable that increases by 1 up to a positive integer I with 0 as an initial value (i = 0, 1, 2,... • Takes the value of I). t [i] indicates a time step corresponding to the variable i, and t [i−1] indicates a time step corresponding to the variable i−1 immediately before the variable i. I is a value corresponding to one cycle determined by the magnetic flux density condition (frequency of the magnetic flux density vector) input by the magnetic flux density condition input unit 102.
B [i] is the magnitude of the magnetic flux density vector that is time-varying with the sine wave of the peak value and the frequency input by the magnetic flux density condition input unit 102, and the magnitude of the magnetic flux density vector at time step t [i] It is. B [i-1] is the magnitude of the magnetic flux density vector that changes with time according to the peak value and the frequency sine wave input by the magnetic flux density condition input unit 102, and the magnetic flux density at the time step t [i-1]. The magnitude of the vector. H h [i] is the magnitude of the magnetic field vector corresponding to the magnitude B [i] of the magnetic flux density vector in the DC magnetic hysteresis characteristics. κ is an abnormal eddy current loss coefficient at the frequency indicated by the peak value and the excitation condition.

磁束密度ベクトルの一周期における各時間ステップt[i]で(5)式の計算を行うことで、磁束密度の波高値が同一のものについて、補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i]と磁束密度ベクトルの大きさB[i]との組が複数得られる。補正直流磁気ヒステリシス特性導出部105は、補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i]と磁束密度ベクトルの大きさB[i]との複数の組のデータ列を、当該波高値における補正直流磁気ヒステリシス特性のデータとして導出する。 By performing the calculation of equation (5) at each time step t [i] in one cycle of the magnetic flux density vector, the corrected magnetic field vector magnitude H ha [i] for the same magnetic flux density peak value. And a plurality of sets of magnetic flux density vector magnitudes B [i]. The corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving unit 105 uses a plurality of sets of data strings of the corrected magnetic field vector magnitude H ha [i] and the magnetic flux density vector magnitude B [i] as corrected DC at the peak value. Derived as data of magnetic hysteresis characteristics.

前述したように、直流ヒステリシスデータ入力部101は、磁束密度の複数の波高値のそれぞれについて、直流磁気ヒステリシス特性のデータを入力する。補正直流磁気ヒステリシス特性導出部105は、これら複数の波高値のそれぞれについて、以上のようにして補正直流磁気ヒステリシス特性のデータを導出する。   As described above, the DC hysteresis data input unit 101 inputs data of DC magnetic hysteresis characteristics for each of a plurality of peak values of magnetic flux density. The corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving unit 105 derives the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data as described above for each of the plurality of peak values.

ここで、(5)式が、どのようにして導出されるのかについて説明する。
鉄損Wは、ヒステリシス損Whと、渦電流損Weとの和で表され、渦電流損Weは、異常渦電流損Weaと、古典的渦電流損We0との和で表されるので、以下の(6)式が得られる。
W=Wh+We=Wh+Wea+We0 ・・・(6)
電磁鋼板の板厚方向において磁束密度ベクトルBが均一である場合、古典的渦電流損We0は、以下の(7)で表される。
Here, how the equation (5) is derived will be described.
Table by the sum of the iron loss W is a hysteresis loss W h, represented by the sum of the eddy current loss W e, eddy current loss W e is the abnormal eddy current loss W ea, the classical eddy current loss W e0 Therefore, the following equation (6) is obtained.
W = W h + W e = W h + W ea + W e0 (6)
When the magnetic flux density vector B is uniform in the thickness direction of the electrical steel sheet, the classical eddy current loss We0 is expressed by the following (7).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

実測される渦電流損We(全渦電流損)は、異常渦電流損係数κと古典的渦電流損We0とを用いて以下の(8)式で表される。
e=κ・We0 ・・・(8)
したがって、(6)式〜(8)式より、異常渦電流損Weaは、以下の(9)式で表される。
The actually measured eddy current loss W e (total eddy current loss) is expressed by the following equation (8) using the abnormal eddy current loss coefficient κ and the classical eddy current loss W e0 .
W e = κ · W e0 (8)
Therefore, from the equations (6) to (8), the abnormal eddy current loss W ea is expressed by the following equation (9).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

磁気エネルギーPmは、以下の(10)式で表されることから、磁界ベクトルの大きさHは、以下の(11)式で表される。 Since the magnetic energy P m is expressed by the following equation (10), the magnitude H of the magnetic field vector is expressed by the following equation (11).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(11)式の磁気エネルギーPmに、ヒステリシス損Whと異常渦電流損Weaとを代入すると、以下の(12)式に示すように、所与の磁束密度ベクトルBに対して、直流ヒステリシス損と異常渦電流損の寄与からなる磁界ベクトルの大きさHhaが求められる。 Substituting the hysteresis loss W h and the abnormal eddy current loss W ea into the magnetic energy P m in the equation (11), a direct current is obtained with respect to a given magnetic flux density vector B as shown in the following equation (12). the size H ha of the magnetic field vector of the contribution of hysteresis loss and abnormal eddy current loss is obtained.

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(12)式の右辺第1項は、直流磁気ヒステリシス特性の磁界ベクトルの大きさHhに等しい。また、(12)式の右辺第2項に(9)式を代入する。これにより、以下の(13)式が得られる。 The first term on the right side of the equation (12) is equal to the magnitude H h of the magnetic field vector of the DC magnetic hysteresis characteristic. Also, formula (9) is substituted into the second term on the right side of formula (12). As a result, the following expression (13) is obtained.

Figure 0006384208
Figure 0006384208

そして、(13)式の時間tを、離散化された時間ステップt[i](t[0]、t[1]、・・・、t[I])で表すと、前述した(5)式が得られる。
補正直流磁気ヒステリシス特性導出部105は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現できる。
Then, the time t in the equation (13) is represented by the discrete time steps t [i] (t [0], t [1],..., T [I]) as described above (5). The formula is obtained.
The corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving unit 105 can be realized by using, for example, a CPU, ROM, RAM, and HDD.

(モデル同定部106)
モデル同定部106は、補正直流磁気ヒステリシス特性導出部105により計算された、磁束密度の波高値ごとの補正直流磁気ヒステリシス特性のデータに基づいて、磁束密度と磁界との関係が定式化されたモデルを同定する。
(Model identification unit 106)
The model identification unit 106 is a model in which the relationship between the magnetic flux density and the magnetic field is formulated based on the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data for each peak value of the magnetic flux density calculated by the corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving unit 105. Is identified.

本実施形態では、かかるモデルとして、非特許文献1、2等に記載されているプレイヒステリシスモデルを利用する。より具体的には、非特許文献1に記載されている等方性ベクトルプレイヒステリシスモデルを利用する。等方性ベクトルプレイヒステリシスモデルを利用して電磁場解析を行う技術については、非特許文献1等に記載されているので、ここでは、その概略のみを説明し、詳細な説明を省略する。
等方性ベクトルプレイヒステリシスモデルでは、磁界ベクトルH[A/m]は、例えば、以下の(14)式、(15)式のように表される。
In the present embodiment, a play hysteresis model described in Non-Patent Documents 1 and 2 is used as such a model. More specifically, an isotropic vector play hysteresis model described in Non-Patent Document 1 is used. Since the technique for performing electromagnetic field analysis using the isotropic vector play hysteresis model is described in Non-Patent Document 1 and the like, only the outline thereof will be described here, and detailed description thereof will be omitted.
In the isotropic vector play hysteresis model, the magnetic field vector H [A / m] is expressed by, for example, the following equations (14) and (15).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(14)式、(15)式において、→はベクトルであることを表す(このことは、その他の式でも同じである)。
(15)式において、pζ(|B|)は、磁束密度ベクトルB[T]に対するプレイヒステロンの値[T]である。pζ 0は、1つ前の時刻のプレイヒステロンpζの値である。max(|B−pζ 0|/ζ,1)は、|B−pζ 0|/ζと、1とのうち、大きい方の値を採用することを示す。ζは、プレイヒステロンの幅を与えるパラメータ[T]である。pζ/|pζ|は、プレイヒステロンpζの単位ベクトルである。尚、非特許文献1に記載されているように、(14)式、(15)式において、方向を一方向とすれば、スカラプレイヒステリシスモデルとなるので、(14)式、(15)式は、スカラプレイヒステリシスモデルにも適用できる。
In the expressions (14) and (15), → represents a vector (this is the same in other expressions).
In the equation (15), p ζ (| B |) is the value [T] of prehysterone with respect to the magnetic flux density vector B [T]. p ζ 0 is the value of prehysterone p ζ at the previous time. max (| B−p ζ 0 | / ζ, 1) indicates that the larger value of | B−p ζ 0 | / ζ and 1 is adopted. ζ is a parameter [T] that gives the width of prehysterone. p ζ / | p ζ | is a unit vector of prehysterone p ζ . As described in Non-Patent Document 1, if the direction is set to one direction in the equations (14) and (15), a scalar play hysteresis model is obtained. Therefore, the equations (14) and (15) Can also be applied to the scalar play hysteresis model.

1つ前の時刻の磁束密度ベクトルB0が、現時刻において磁束密度ベクトルBに変化したときに、1つ前の時刻のプレイヒステロンの値pζ 0の先端の点を中心とした半径ζの円内に、現時刻の時刻密度ベクトルBがある場合には、当該円は移動しない。一方、1つ前の時刻の磁束密度ベクトルB0が、現時刻において磁束密度ベクトルBに変化したときに、現時刻の時刻密度ベクトルBが、1つ前の時刻のプレイヒステロンの値pζ 0の先端の点を中心とした半径ζの円の外に位置すると、当該円の中心は、1つ前の時刻のプレイヒステロンの値pζ 0の先端の点から、現時刻の磁束密度ベクトルBの先端の点の方向に移動する。
非特許文献1に示される等方性ベクトルプレイヒステリシスモデルでは、このような性質を有するプレイヒステロンpζを用いて、磁界ベクトルHを(14)式のようにして表現する。
(14)式において、f(ζ,pζ(B))は、形状関数[A/(m・T)]である。この形状関数は、プレイヒステロンの幅ζと、プレイヒステロンpζ(B)の関数で表現される。プレイヒステリシスモデルを同定することは、この形状関数を同定することと同義である。
When the magnetic flux density vector B 0 at the previous time changes to the magnetic flux density vector B at the current time, the radius ζ with the point at the tip of the prehysteron value p ζ 0 at the previous time as the center If there is a time density vector B at the current time in the circle, the circle does not move. On the other hand, when the magnetic flux density vector B 0 at the previous time changes to the magnetic flux density vector B at the current time, the time density vector B at the current time becomes the value p ζ of prehysterone at the previous time. When located outside the circle of radius ζ centered on the point at the tip of 0 , the center of the circle starts from the point at the tip of the prehysteron value p ζ 0 at the previous time, and the magnetic flux density at the current time Move in the direction of the point at the tip of vector B.
In the isotropic vector play hysteresis model shown in Non-Patent Document 1, the magnetic field vector H is expressed as in equation (14) using prehysterone p ζ having such properties.
In the equation (14), f (ζ, p ζ (B)) is a shape function [A / (m · T)]. This shape function is expressed by a function of prehysterone width ζ and prehysterone p ζ (B). Identifying the play hysteresis model is synonymous with identifying this shape function.

モデル同定部106は、例えば、磁束密度の波高値ごとの補正直流磁気ヒステリシス特性のデータ(補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i]と磁束密度ベクトルの大きさB[i]との組)から、作成する磁気ヒステリシス特性(マイナーループ等)に応じて定まる複数のデータを抽出する。そして、モデル同定部106は、抽出したデータを用いて、(14)式および(15)式に基づく計算を行うことにより、プレイヒステロンpζ(B)の分布の導出と、導出したプレイヒステロンpζ(B)の分布による形状関数f(ζ,pζ(B))の同定とを、行う。 The model identification unit 106, for example, sets the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data for each peak value of the magnetic flux density (a set of the corrected magnetic field vector magnitude H ha [i] and the magnetic flux density vector magnitude B [i]. ) To extract a plurality of data determined according to the magnetic hysteresis characteristics (minor loop, etc.) to be created. Then, the model identification unit 106 uses the extracted data to perform calculations based on the equations (14) and (15), thereby deriving the distribution of prehysterone p ζ (B) and deriving the derived play hysteresis. The shape function f (ζ, p ζ (B)) is identified by the distribution of Ron p ζ (B).

以上のようにして形状関数f(ζ,pζ(B))を同定することにより、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータから得られる磁気ヒステリシス特性よりも複雑な磁気ヒステリシス特性であって、後述する電磁場の解析に必要となる磁気ヒステリシス特性を導出することができる。この磁気ヒステリシス特性には、例えば、マイナーループを含む直流磁気ヒステリシス特性や、高調波が重畳したメジャーループを含む交流磁気ヒステリシス特性や、マイナーループを含む交流磁気ヒステリシス特性や、ベクトル磁気ヒステリシス特性等が含まれる。
モデル同定部106は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現できる。
By identifying the shape function f (ζ, p ζ (B)) as described above, the magnetic hysteresis characteristic is more complicated than the magnetic hysteresis characteristic obtained from the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data. It is possible to derive the magnetic hysteresis characteristics necessary for the analysis. The magnetic hysteresis characteristics include, for example, a DC magnetic hysteresis characteristic including a minor loop, an AC magnetic hysteresis characteristic including a major loop on which harmonics are superimposed, an AC magnetic hysteresis characteristic including a minor loop, a vector magnetic hysteresis characteristic, and the like. included.
The model identification unit 106 can be realized by using, for example, a CPU, ROM, RAM, and HDD.

(電磁場解析条件入力部107)
電磁場解析条件入力部107は、電磁場解析条件を入力する。電磁場解析条件は、後述する電磁場解析部108による計算に必要な情報である。本実施形態では、有限要素法を用いて電磁場を解析する。したがって、電磁場解析条件は、例えば、微小領域(メッシュ)の分割条件(分割位置の座標情報)、鉄心(コア)の形状、鉄心(コア)を励磁するときの条件(励磁条件)、及び各種の初期値等である。
電磁場解析条件入力部107は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、およびデータの入力形態に対応するインターフェースを用いることにより実現できる。
(Electromagnetic field analysis condition input unit 107)
The electromagnetic field analysis condition input unit 107 inputs an electromagnetic field analysis condition. The electromagnetic field analysis condition is information necessary for calculation by an electromagnetic field analysis unit 108 described later. In this embodiment, an electromagnetic field is analyzed using a finite element method. Therefore, the electromagnetic field analysis conditions include, for example, a minute region (mesh) division condition (coordinate information of the division position), a shape of the iron core (core), a condition when exciting the iron core (core) (excitation condition), and various It is an initial value.
The electromagnetic field analysis condition input unit 107 can be realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and an interface corresponding to a data input form.

(電磁場解析部108)
電磁場解析部108は、電磁場解析条件入力部107により入力された電磁場解析条件に基づいて、各微小領域(メッシュ)における磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeを計算する。本実施形態では、マックスウェルの方程式に基づき、有限要素法を用いて、各微小領域における磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeを計算する。有限要素法により電磁場の解析を行う手法は、非特許文献3等に詳細に記載されているように、一般的な手法である。尚、各微小領域における磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeを計算することができれば、有限要素法以外の方法(差分法等)を用いてもよい。
(Electromagnetic field analysis unit 108)
The electromagnetic field analysis unit 108 calculates the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e in each minute region (mesh) based on the electromagnetic field analysis conditions input by the electromagnetic field analysis condition input unit 107. In the present embodiment, the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e in each minute region are calculated using the finite element method based on Maxwell's equations. A technique for analyzing an electromagnetic field by the finite element method is a general technique as described in detail in Non-Patent Document 3 and the like. Incidentally, if it is possible to calculate the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e in each minute area, it may be used a method other than the finite element method (differential method).

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(16)式〜(19)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 (16) to (19).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(16)式〜(19)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。
(16)式および(17)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、(18)式、(19)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。
透磁率μが非線形である磁性材料(本実施形態では電磁鋼板)における電磁場を解析する場合のベクトルポテンシャルAおよびスカラーポテンシャルφを未知変数とした解法として、ニュートンラプソン法(Newton-Raphson method)がある。本実施形態においても、ニュートンラプソン法を使用する。非特許文献1に記載されているように、ニュートンラプソン法を使用する場合、反復途中で、磁界ベクトルHと、微分磁気抵抗率∂H/∂Bが必要になる。
In the equations (16) to (19), 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 (16) and (17) 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 (18) and (19). Calculated.
There is a Newton-Raphson method as a solution using the vector potential A and the scalar potential φ as unknown variables when analyzing the electromagnetic field in a magnetic material (magnetic steel sheet in this embodiment) having a non-linear permeability μ. . Also in this embodiment, the Newton-Raphson method is used. As described in Non-Patent Document 1, when the Newton-Raphson method is used, a magnetic field vector H and a differential magnetic resistivity ∂H / ∂B are required during the iteration.

磁界ベクトルHは、(14)式および(15)式により計算される。
また、微分透磁率∂H/∂Bを以下の(20)式のように表すと、(14)式および(15)式より、微分透磁率∂H/∂Bは、以下の(21)式および(22)式により計算される。
The magnetic field vector H is calculated by the equations (14) and (15).
Further, when the differential permeability ∂H / ∂B is expressed as in the following equation (20), from the equations (14) and (15), the differential permeability ∂H / ∂B is expressed by the following equation (21). And (22).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

電磁場解析部108は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現できる。   The electromagnetic field analysis unit 108 can be realized by using, for example, a CPU, ROM, RAM, and HDD.

(微小領域内ヒステリシス損計算部109)
微小領域内ヒステリシス損計算部109は、ある微小領域について電磁場解析部108により解析された磁束密度ベクトル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、微小領域内ヒステリシス損計算部109は、以下の(23)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。
(Intra-region hysteresis loss calculation unit 109)
The minute area hysteresis loss calculation unit 109 calculates the magnetic field in the minute region from the magnetic flux density vector B analyzed by the electromagnetic field analysis unit 108 for a certain minute region and the waveform in one cycle of the magnetic field vector H corresponding to the magnetic flux density vector B. The hysteresis characteristics are derived. Then, the hysteresis loss calculating unit 109 in the minute region calculates the following equation (23), and calculates the area of the derived magnetic hysteresis characteristic as the hysteresis loss w ha in the minute region.

Figure 0006384208
Figure 0006384208

微小領域内ヒステリシス損計算部109は、以上のような計算を、全ての微小領域について行う。   The in-microregion hysteresis loss calculation unit 109 performs the above calculation for all the microregions.

本実施形態では、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータを使用して、形状関数f(ζ,pζ(B))を同定する。したがって、電磁場解析部108により計算される磁束密度ベクトルBにも、補正直流磁気ヒステリシス特性が反映される。前述したように、補正直流磁気ヒステリシス特性は、異常渦電流による影響を反映した直流磁気ヒステリシス特性である。よって、微小領域内ヒステリシス損計算部109により計算される、各微小領域におけるヒステリシス損whaは、異常渦電流による影響を反映したヒステリシス損となる。
微小領域内ヒステリシス損計算部109は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現できる。
In the present embodiment, the shape function f (ζ, p ζ (B)) is identified by using the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data. Therefore, the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is also reflected in the magnetic flux density vector B calculated by the electromagnetic field analysis unit 108. As described above, the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is a DC magnetic hysteresis characteristic that reflects the influence of an abnormal eddy current. Therefore, the hysteresis loss w ha in each minute region calculated by the minute region hysteresis loss calculation unit 109 is a hysteresis loss reflecting the influence of the abnormal eddy current.
The in-region hysteresis loss calculation unit 109 can be realized by using, for example, a CPU, ROM, RAM, and HDD.

(微小領域内渦電流損計算部110)
微小領域内渦電流損計算部110は、ある微小領域について電磁場解析部108により解析された渦電流ベクトル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(24)式の計算を行って、当該微小領域における古典的渦電流損we0を導出する。
(Small region eddy current loss calculation unit 110)
Based on the eddy current vector J e analyzed by the electromagnetic field analysis unit 108 for a certain micro area, the volume of the micro area, and the electrical conductivity σ of the electrical steel sheet, The classical eddy current loss we0 in the minute region is derived by calculating the equation (24).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(24)式において、Tは、渦電流ベクトルJeの周期である。
微小領域内渦電流損計算部110は、以上のような計算を、全ての微小領域について行う。
本実施形態では、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータを使用して、形状関数f(ζ,pζ(B))を同定する。したがって、電磁場解析部108により計算される渦電流ベクトルJeの数値計算には、補正直流磁気ヒステリシス特性が反映される。渦電流ベクトルJeの計算には、磁気ヒステリシス特性の透磁率が主たる影響を及ぼすことから、微小領域内渦電流損計算部110により計算される、各微小領域における古典的渦電流損we0は、異常渦電流による透磁率の変化の影響を反映した古典的渦電流損となる。
微小領域内渦電流損計算部110は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現できる。
In the equation (24), T is the period of the eddy current vector J e .
The small area eddy current loss calculation unit 110 performs the above calculation for all the small areas.
In the present embodiment, the shape function f (ζ, p ζ (B)) is identified by using the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data. Therefore, the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is reflected in the numerical calculation of the eddy current vector J e calculated by the electromagnetic field analysis unit 108. The calculation of the eddy current vector J e is the magnetic permeability of the magnetic hysteresis characteristic main influence is calculated by the minute region eddy current loss calculation unit 110, a classical eddy current loss w e0 in each micro area This is a classic eddy current loss that reflects the effect of changes in permeability due to abnormal eddy currents.
The minute area eddy current loss calculation unit 110 can be realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.

(鉄損総和部111)
鉄損総和部111は、以下の(25)式に示す計算を行って、同一の微小領域におけるヒステリシス損whaおよび古典的渦電流損we0の和を当該微小領域の鉄損wとして導出し、以下の(26)式の計算を行って、全ての微小領域の鉄損wの総和を、電磁場の解析対象である鉄心(コア)全体の鉄損Wとして導出する。
w=wha+we0 ・・・(25)
W=Σw ・・・(26)
鉄損総和部111は、例えば、CPU、ROM、RAM、およびHDDを用いることにより実現できる。
(Total Iron Loss Department 111)
The iron loss summation unit 111 performs the calculation shown in the following equation (25) to derive the sum of the hysteresis loss w ha and the classic eddy current loss we0 in the same minute region as the iron loss w of the minute region. Then, the following equation (26) is calculated to derive the total iron loss w of all the minute regions as the iron loss W of the entire iron core (core) that is the object of electromagnetic field analysis.
w = w ha + w e0 (25)
W = Σw (26)
The iron loss summation unit 111 can be realized by using, for example, a CPU, ROM, RAM, and HDD.

(鉄損出力部112)
鉄損出力部112は、鉄損総和部111で計算された、鉄心(コア)全体の鉄損Wを出力する。鉄心(コア)全体の鉄損Wの出力形態は、特に限定されない。例えば、電磁場解析装置100の内部の記憶媒体や電磁場解析装置100に接続された可搬型の記憶媒体へ記憶する形態でも、コンピュータディスプレイへ表示する形態でも、外部装置へ送信する形態でもよい。
鉄損出力部112は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、およびデータの出力形態に対応するインターフェースを用いることにより実現できる。
(Iron loss output unit 112)
The iron loss output unit 112 outputs the iron loss W of the entire iron core (core) calculated by the iron loss summation unit 111. The output form of the iron loss W of the entire iron core (core) is not particularly limited. For example, it may be stored in a storage medium inside the electromagnetic field analysis device 100 or a portable storage medium connected to the electromagnetic field analysis device 100, displayed on a computer display, or transmitted to an external device.
The iron loss output unit 112 can be realized by using, for example, a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and an interface corresponding to a data output form.

(計算例)
図2は、本計算例において解析の対象となるリング状試料の形状の一例を示す図である。
図2に示すように、リング状試料200は、リング状の複数枚の無方向性電磁鋼板を積み重ねることにより構成される。リング状の複数枚の無方向性電磁鋼板は、同じ種類・同じ厚みを有する無方向性電磁鋼板を、同一の形状となるように打ち抜き、積層することにより形成される。図2に示すように、リング状試料200の外径は45[mm]、内径は33[mm]、高さは7[mm]である。
(Calculation example)
FIG. 2 is a diagram showing an example of the shape of a ring-shaped sample to be analyzed in this calculation example.
As shown in FIG. 2, the ring-shaped sample 200 is configured by stacking a plurality of ring-shaped non-oriented electrical steel sheets. A plurality of ring-shaped non-oriented electrical steel sheets are formed by punching and stacking non-oriented electrical steel sheets having the same type and thickness so as to have the same shape. As shown in FIG. 2, the ring-shaped sample 200 has an outer diameter of 45 [mm], an inner diameter of 33 [mm], and a height of 7 [mm].

リング状試料200を励磁条件に従って通電した場合の、リング状試料200における磁束密度ベクトルB、磁界ベクトルH、および渦電流ベクトルJeを、補正直流磁気ヒステリシス特性を用いた場合と、直流磁気ヒステリシス特性を用いた場合のそれぞれにおいて解析した。励磁条件としては、周波数を50[Hz]、磁束密度の波高値を1[T]、磁束密度の波形を正弦波とする条件と、周波数を400[Hz]、磁束密度の波高値を1[T]、磁束密度の波形を正弦波とする条件の2つの条件を採用した。その他の各解析で用いる手法および条件は、各解析で同じである。
また、これらの励磁条件に従ってリング状試料200を励磁した場合の、磁束密度ベクトルB、磁界ベクトルH、および渦電流ベクトルJeを実測した。
In the case when electric current is run in accordance with the excitation condition the ring-shaped sample 200, the magnetic flux density vector B in the ring sample 200, the magnetic field vector H, and the eddy current vector J e, using the correction dc magnetic hysteresis properties, dc magnetic hysteresis properties The analysis was performed in each of the cases of using. As excitation conditions, the frequency is 50 [Hz], the peak value of the magnetic flux density is 1 [T], the waveform of the magnetic flux density is a sine wave, the frequency is 400 [Hz], and the peak value of the magnetic flux density is 1 [T]. T] and two conditions were adopted in which the magnetic flux density waveform was a sine wave. The other methods and conditions used in each analysis are the same in each analysis.
Further, the magnetic flux density vector B, the magnetic field vector H, and the eddy current vector J e were measured when the ring-shaped sample 200 was excited according to these excitation conditions.

図3、図4は、以上のようにして得られる磁束密度ベクトルBおよび磁界ベクトルHに基づく磁気ヒステリシス特性を示す図である。ここで、図3(a)、図4(a)は、本実施形態の電磁場解析装置100のように、補正直流磁気ヒステリシス特性を用いた場合を示し、図3(b)、図4(b)は、非特許文献1、2のように、直流磁気ヒステリシス特性を用いた場合を示す。また、図3では、周波数を50[Hz]、磁束密度の波高値を1[T]、磁束密度ベクトルBの波形を正弦波とした場合を示し、図4では、周波数を400[Hz]、磁束密度の波高値を1[T]、磁束密度の波形を正弦波とした場合を示す。尚、図3、図4において、実線は、計算値を示し、破線は、実測値を示す。また、図3、図4では、磁束密度ベクトルBの大きさと磁界ベクトルHの大きさを、いずれも相対値で示す。   3 and 4 are diagrams showing magnetic hysteresis characteristics based on the magnetic flux density vector B and the magnetic field vector H obtained as described above. Here, FIGS. 3A and 4A show a case where the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is used as in the electromagnetic field analysis apparatus 100 of the present embodiment, and FIGS. 3B and 4B. ) Shows the case of using the DC magnetic hysteresis characteristic as in Non-Patent Documents 1 and 2. 3 shows a case where the frequency is 50 [Hz], the peak value of the magnetic flux density is 1 [T], and the waveform of the magnetic flux density vector B is a sine wave. In FIG. 4, the frequency is 400 [Hz], The case where the peak value of the magnetic flux density is 1 [T] and the waveform of the magnetic flux density is a sine wave is shown. In FIGS. 3 and 4, the solid line indicates the calculated value, and the broken line indicates the actual measurement value. 3 and 4, the magnitude of the magnetic flux density vector B and the magnitude of the magnetic field vector H are both shown as relative values.

表1は、図3および図4に示す結果から得られた鉄損の計算の結果を示す。
表1の図3(a)、図4(a)に示す渦電流損は、微小領域内渦電流損計算部110の項で説明したように、古典的渦電流損である。一方、図3(b)、図4(b)に示す渦電流損は、古典的渦電流損と異常渦電流損との和である。異常渦電流損は、(24)式の計算により得られる古典的渦電流損weoに、(1)式に示す異常渦電流損係数κを乗じた値となる。
Table 1 shows the results of calculation of the iron loss obtained from the results shown in FIG. 3 and FIG.
The eddy current loss shown in FIGS. 3A and 4A in Table 1 is a classic eddy current loss as described in the section of the eddy current loss calculation unit 110 in the micro region. On the other hand, the eddy current loss shown in FIGS. 3B and 4B is the sum of classical eddy current loss and abnormal eddy current loss. The abnormal eddy current loss is a value obtained by multiplying the classical eddy current loss weo obtained by the calculation of the equation (24) by the abnormal eddy current loss coefficient κ shown in the equation (1).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

図3(a)と図3(b)、図4(a)と図4(b)を比較すると分かるように、何れの周波数においても、補正直流磁気ヒステリシス特性を用いた方が、直流磁気ヒステリシス特性を用いるよりも、実測値に近い計算値(磁気ヒステリシス特性)が得られる。図3と図4とを比較すると分かるように、直流磁気ヒステリシス特性を用いる場合、周波数が高くなると、計算値は実測値から大きく外れる。一方、補正直流磁気ヒステリシス特性を用いる場合には、周波数が高くなっても計算値は実測値に近くなる。また、表1においても、周波数が高い場合には、直流磁気ヒステリシス特性を用いると、鉄損Wの実測値に対する計算値の誤差が大きくなるのに対し、補正直流磁気ヒステリシス特性を用いると、鉄損Wの実測値に対する計算値の誤差は小さいままである(表1の図4(a)、図4(b)の欄を参照)。したがって、特に、周波数が高い場合に、補正直流磁気ヒステリシス特性を用いるのが好ましい。   As can be seen by comparing FIG. 3A and FIG. 3B, and FIG. 4A and FIG. 4B, it is better to use the corrected DC magnetic hysteresis characteristic at any frequency. A calculated value (magnetic hysteresis characteristic) closer to the actually measured value can be obtained than using the characteristic. As can be seen from a comparison between FIG. 3 and FIG. 4, when the DC magnetic hysteresis characteristic is used, the calculated value greatly deviates from the actually measured value when the frequency is increased. On the other hand, when the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is used, the calculated value is close to the actually measured value even if the frequency is increased. Also in Table 1, when the frequency is high, if the DC magnetic hysteresis characteristic is used, the error of the calculated value with respect to the measured value of the iron loss W becomes large. On the other hand, if the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is used, The error of the calculated value with respect to the actually measured value of the loss W remains small (see the columns in FIGS. 4A and 4B in Table 1). Therefore, it is preferable to use the corrected DC magnetic hysteresis characteristic particularly when the frequency is high.

(動作フローチャート)
次に、図5のフローチャートを参照しながら、電磁場解析装置100の処理の一例を説明する。図5のフローチャートは、例えば、CPUが、ROMに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
まず、ステップS501において、直流ヒステリシスデータ入力部101は、電磁場の解析の対象となる電磁鋼板の直流磁気ヒステリシス特性のデータを入力する。
次に、ステップS502において、磁束密度条件入力部102は、磁束密度条件(磁束密度の波高値、周波数および波形)を入力する。
(Operation flowchart)
Next, an example of processing of the electromagnetic field analysis apparatus 100 will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart in FIG. 5 is realized, for example, when the CPU executes a program stored in the ROM.
First, in step S501, the DC hysteresis data input unit 101 inputs data of DC magnetic hysteresis characteristics of an electromagnetic steel sheet to be analyzed for an electromagnetic field.
Next, in step S502, the magnetic flux density condition input unit 102 inputs a magnetic flux density condition (the peak value, frequency, and waveform of the magnetic flux density).

次に、ステップS503において、異常渦電流損係数導出部103は、渦電流損スタインメッツ係数Ke、電磁鋼板の比重D、電磁鋼板の板厚h、および電磁鋼板の導電率σを入力し、(1)式の計算を行って、異常渦電流損係数κを導出する。
次に、ステップS504において、磁性材料条件入力部104は、磁性材料条件(電磁鋼板の板厚hと電磁鋼板の固有抵抗率ρ)を入力する。
Next, in step S503, the abnormal eddy current loss coefficient deriving unit 103 inputs the eddy current loss Steinmetz coefficient K e , the specific gravity D of the electrical steel sheet, the thickness h of the electrical steel sheet, and the electrical conductivity σ of the electrical steel sheet, The calculation of equation (1) is performed to derive the abnormal eddy current loss coefficient κ.
Next, in step S504, the magnetic material condition input unit 104 inputs magnetic material conditions (the thickness h of the electromagnetic steel sheet and the specific resistivity ρ of the electromagnetic steel sheet).

次に、ステップS505において、補正直流磁気ヒステリシス特性導出部105は、(5)式の計算を行って、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータを計算する。
次に、ステップS506において、モデル同定部106は、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータを用いて、形状関数f(ζ,pζ(B))を同定することにより、プレイヒステリシスモデルを同定する。
Next, in step S505, the corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving unit 105 calculates the data of the corrected DC magnetic hysteresis characteristic by calculating equation (5).
Next, in step S506, the model identification unit 106 identifies the play hysteresis model by identifying the shape function f (ζ, p ζ (B)) using the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data.

次に、ステップS507において、電磁場解析条件入力部107は、電磁場解析条件(微小領域(メッシュ)の設定方法、鉄心(コア)の形状、鉄心(コア)を励磁するときの条件(励磁条件)、及び各種の初期値等)を入力する。
次に、ステップS508において、電磁場解析部108は、有限要素法およびニュートンラプソン法を用いて、鉄心(コア)の各微小領域における磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeを計算する。
Next, in step S507, the electromagnetic field analysis condition input unit 107 performs electromagnetic field analysis conditions (a method for setting a minute region (mesh), a shape of the iron core (core), conditions for exciting the iron core (core) (excitation conditions), And various initial values).
Next, in step S508, the electromagnetic field analysis unit 108, the finite element method and using the Newton Raphson method, to calculate the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e in each minute area of the core (core).

次に、ステップS509において、微小領域内ヒステリシス損計算部109は、(23)式の計算を行って、各微小領域におけるヒステリシス損whaを導出する。
次に、ステップS510において、微小領域内渦電流損計算部110は、(24)式の計算を行って、各微小領域における古典的渦電流損we0を導出する。
次に、ステップS511において、鉄損総和部111は、(25)式および(26)式の計算を行って、鉄心全体の鉄損Wを導出する。
次に、ステップS512において、鉄損出力部112は、鉄心(コア)全体の鉄損Wを出力する。
Next, in step S509, the hysteresis loss calculation unit 109 in the minute region calculates the equation (23) to derive the hysteresis loss w ha in each minute region.
Next, in step S510, the eddy current loss calculation unit 110 in the minute region calculates the equation (24) to derive the classical eddy current loss we0 in each minute region.
Next, in step S511, the iron loss summation unit 111 calculates the equations (25) and (26) to derive the iron loss W of the entire iron core.
Next, in step S512, the iron loss output unit 112 outputs the iron loss W of the entire iron core (core).

(実施例)
次に、実施例を説明する。
図6は、本実施例で解析を行うIPM(Interior Permanent Magnet Motor)モータのモデルの一例を示す図である。具体的に、図6は、IPMモータの回転軸の中心を原点0とし、原点0から径方向に伸びる2つの線であって、相互になす角度が90[°]となる2つの線でIPMモータを切ったときの、IPMモータの回転軸に垂直な方向の面を示す図である。
(Example)
Next, examples will be described.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an IPM (Interior Permanent Magnet Motor) motor model to be analyzed in the present embodiment. More specifically, FIG. 6 shows two lines extending from the origin 0 in the radial direction with the center of the rotation axis of the IPM motor as the origin 0 and having an angle of 90 [°]. It is a figure which shows the surface of a direction perpendicular | vertical to the rotating shaft of an IPM motor when a motor is turned off.

図6において、IPMモータは、ロータ601とステータ602とを有する。本実施例では、ステータ602に含まれるステータコアにおける電磁場を解析する。尚、ステータコアは、例えば、複数の電磁鋼板を積層することにより形成される。図6に示す0は、原点であり、IPMモータの回転軸の中心と一致する。x、yは、それぞれ、x軸、y軸を示す。また、Rは、IPMモータの径方向を示し、θは、IPMモータの周方向を示す。ロータ601の半径を110[mm]、ステータ602の外径を224.4[mm]、IPMモータの回転数を6000[rpm](=周波数:200[Hz])として解析を行った。   In FIG. 6, the IPM motor has a rotor 601 and a stator 602. In this embodiment, the electromagnetic field in the stator core included in the stator 602 is analyzed. The stator core is formed by, for example, laminating a plurality of electromagnetic steel plates. 6 shown in FIG. 6 is the origin and coincides with the center of the rotation axis of the IPM motor. x and y indicate the x-axis and the y-axis, respectively. R indicates the radial direction of the IPM motor, and θ indicates the circumferential direction of the IPM motor. The analysis was performed by setting the radius of the rotor 601 to 110 [mm], the outer diameter of the stator 602 to 224.4 [mm], and the rotational speed of the IPM motor to 6000 [rpm] (= frequency: 200 [Hz]).

補正直流磁気ヒステリシス特性を用いた場合を本実施例とし、直流ヒステリシス特性を用いた場合を比較例とした。前述したように、本実施例では、渦電流損として、古典的渦電流損が計算される。これに対し、比較例では、渦電流損として、古典的渦電流損と異常渦電流損とが個別に計算される。比較例における異常渦電流損は、(24)式の計算により得られる古典的渦電流損weoに、(1)式に示す異常渦電流損係数κを乗じた値となる。本実施例と比較例のその他の手法・条件は同じである。そして、実施例および比較例のそれぞれにおいて、ステータコア全体の鉄損と、IPMモータのトルクを計算した。その結果を実測値とともに表2に示す。 The case where the corrected DC magnetic hysteresis characteristic was used was taken as this example, and the case where the DC hysteresis characteristic was used was taken as a comparative example. As described above, in this embodiment, the classic eddy current loss is calculated as the eddy current loss. In contrast, in the comparative example, classical eddy current loss and abnormal eddy current loss are individually calculated as eddy current loss. The abnormal eddy current loss in the comparative example is a value obtained by multiplying the classical eddy current loss weo obtained by the calculation of the equation (24) by the abnormal eddy current loss coefficient κ shown in the equation (1). The other methods and conditions of the present example and the comparative example are the same. In each of the examples and comparative examples, the iron loss of the entire stator core and the torque of the IPM motor were calculated. The results are shown in Table 2 together with actual measurement values.

Figure 0006384208
Figure 0006384208

トルクFは、以下の(27)式により(マックスウェル応力であるものとして)計算した。   Torque F was calculated by the following equation (27) (assuming Maxwell stress).

Figure 0006384208
Figure 0006384208

(27)式において、nx、nyは、それぞれ、x軸、y軸方向の単位ベクトルであり、μ0は、真空の透磁率である。∫dΓは、電磁力を求める物体(本実施例ではロータ601)を囲む閉曲線に沿った線積分であることを示す。また、Bは、磁束密度ベクトルの大きさであり、Bx、Byは、それぞれ、磁束密度ベクトルのx軸成分、y軸成分である。 (27) In the formula, n x, n y, respectively, x-axis is the unit vector in the y-axis direction, mu 0 is the permeability of vacuum. ∫dΓ indicates a line integral along a closed curve surrounding an object (the rotor 601 in this embodiment) for which an electromagnetic force is to be obtained. Also, B is the magnitude of the magnetic flux density vector, B x, B y, respectively, x-axis component of the magnetic flux density vector, the y-axis component.

また、図7および図8に、図6に示す位置611〜616における、径方向Rおよび周方向θのそれぞれの方向における磁気ヒステリシス特性を示す。具体的に、図7(a)、図7(b)、図7(c)、図8(a)、図8(b)、図8(c)は、それぞれ、位置611、612、613、614、615、616における、径方向Rおよび周方向θのそれぞれの方向における磁気ヒステリシス特性である。図7および図8に示す磁気ヒステリシス特性は、全て本実施例の手法で解析した磁束密度ベクトルBおよび磁界ベクトルHから得られたものである。
表2に示すように、本実施例の手法の方が、比較例の手法よりも、トルクFの計算値が実測値に近い。(27)式に示すように、トルクFは、磁束密度ベクトルBにより定まる。したがって、トルクFの計算値が正確に得られることは、磁束密度ベクトルBを正確に計算することを意味する。よって、本実施形態のように、補正直流磁気ヒステリシス特性を用いると、直流ヒステリシス特性を用いる場合に比べ、ベクトルポテンシャルA(磁束密度ベクトルBおよび渦電流ベクトルJe)を正確に計算することができる。
7 and 8 show magnetic hysteresis characteristics in the radial direction R and the circumferential direction θ at the positions 611 to 616 shown in FIG. Specifically, FIG. 7A, FIG. 7B, FIG. 7C, FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C show positions 611, 612, 613, 614, 615, and 616 are magnetic hysteresis characteristics in the radial direction R and the circumferential direction θ. The magnetic hysteresis characteristics shown in FIGS. 7 and 8 are all obtained from the magnetic flux density vector B and the magnetic field vector H analyzed by the method of this embodiment.
As shown in Table 2, the calculated value of the torque F is closer to the actually measured value in the method of the present embodiment than in the method of the comparative example. As shown in the equation (27), the torque F is determined by the magnetic flux density vector B. Therefore, obtaining the calculated value of the torque F accurately means that the magnetic flux density vector B is accurately calculated. Therefore, when the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is used as in this embodiment, the vector potential A (the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e ) can be calculated more accurately than when the DC hysteresis characteristic is used. .

以上のように本実施形態では、異常渦電流損係数κを古典的渦電流損We0に乗じた値で渦電流損Weを表現すると共に、渦電流損Weから古典的渦電流損We0を減じた値で異常渦電流損Weaを表現する。この異常渦電流損Weaに基づく磁界ベクトルの大きさを、直流磁気ヒステリシス特性における磁界ベクトルの大きさHhに加算した値を、補正後の磁界ベクトルの大きさHhaとする。波高値、周波数、および波形が指定された磁束密度ベクトルに対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHhaを、各時間ステップにおいて導出し、それらの関係を補正直流磁気ヒステリシス特性として作成する。そして、この補正直流磁気ヒステリシス特性を使って、プレイヒステリシスモデルを同定(構築)し、電磁場の解析に供する。したがって、磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeを、異常渦電流を考慮して計算することができる。よって、直流磁気ヒステリシス特性を使って、プレイヒステリシスモデルを同定(構築)し、電磁場の解析に供する場合に比べて、交流磁界が印加される場合の電磁場(磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJe)を高精度に計算することができる。これにより、例えば、交流磁界(特に、数百Hz程度以上の高周波の交流磁界)が印加される場合の電磁場の解析を高精度に行うことができる。よって、例えば、ハイブリッド電気自動車(HEV)や電気自動車(EV)の駆動用モータ等、回転数の高いモータの周波数帯である数百Hzの基本周波数を有する電圧で駆動される(インバータ駆動される場合も含む)モータの電磁界を精度良く解析し、これによって鉄損やトルク、銅損を精度良く推定することができる。加えて、損失をヒステリシス損失と渦電流損失とに分解して、精度良く推定できるため、鉄損の発生要因の明確化と改善策の検討に活用することができる。 As described above, in the present embodiment, as described, the abnormal eddy current loss coefficient κ with representing the eddy current loss W e the value obtained by multiplying the classical eddy current loss W e0, classical eddy current loss W from eddy current loss W e The abnormal eddy current loss W ea is expressed by a value obtained by subtracting e0 . A value obtained by adding the magnitude of the magnetic field vector based on the abnormal eddy current loss W ea to the magnitude of the magnetic field vector H h in the DC magnetic hysteresis characteristic is defined as a corrected magnetic field vector magnitude H ha . The magnitude H ha of the corrected magnetic field vector corresponding to the magnetic flux density vector in which the peak value, the frequency, and the waveform are designated is derived at each time step, and the relationship between them is created as a corrected DC magnetic hysteresis characteristic. Then, using this corrected DC magnetic hysteresis characteristic, a play hysteresis model is identified (constructed) and used for analysis of the electromagnetic field. Therefore, the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e can be calculated in consideration of the abnormal eddy current. Therefore, using the DC magnetic hysteresis characteristics, the play hysteresis model is identified (constructed), and compared with the case where the play hysteresis model is used for the analysis of the electromagnetic field, the electromagnetic field when the AC magnetic field is applied (the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e ) Can be calculated with high accuracy. Thereby, for example, an electromagnetic field can be analyzed with high accuracy when an AC magnetic field (in particular, a high-frequency AC magnetic field of several hundred Hz or higher) is applied. Therefore, for example, it is driven (inverter driven) by a voltage having a fundamental frequency of several hundred Hz, which is a frequency band of a motor having a high rotational speed, such as a drive motor for a hybrid electric vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV). (In some cases) The electromagnetic field of the motor is analyzed with high accuracy, and thereby iron loss, torque, and copper loss can be estimated with high accuracy. In addition, since the loss can be decomposed into a hysteresis loss and an eddy current loss and can be estimated with high accuracy, it can be used for clarifying the cause of the iron loss and studying an improvement measure.

本実施形態では、磁気ヒステリシス特性のデータから、磁束密度と磁界との関係が定式化されたモデルとしてプレイヒステリシスモデル(等方性ベクトルプレイヒステリシスモデル)を同定する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、かかるモデルは、プレイヒステリシスモデルに限定されない。例えば、非特許文献1、2に記載されているように、プライザッハモデル等を用いてもよい。   In the present embodiment, the case where the play hysteresis model (isotropic vector play hysteresis model) is identified as a model in which the relationship between the magnetic flux density and the magnetic field is formulated from the data of the magnetic hysteresis characteristics has been described as an example. However, such a model is not limited to the play hysteresis model. For example, as described in Non-Patent Documents 1 and 2, a Preisach model or the like may be used.

また、本実施形態では、相互に積み重なって構成された複数枚の電磁鋼板を解析の対象とする場合を例に挙げて説明した。しかしながら、解析の対象は、このようなものに限定されない。例えば、1枚の電磁鋼板を解析の対象としてもよい。例えば、磁気シールドにおいては、1枚の電磁鋼板が解析の対象となることがある。   Further, in the present embodiment, the case where a plurality of electromagnetic steel plates configured to be stacked on each other is an analysis target has been described as an example. However, the object of analysis is not limited to this. For example, one electromagnetic steel plate may be the object of analysis. For example, in a magnetic shield, one electromagnetic steel sheet may be the object of analysis.

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.

100:電磁場解析装置、101:直流磁気ヒステリシス特性入力部、102:磁束密度条件入力部、103:異常渦電流損係数導出部、104:磁性材料条件入力部、105:補正直流磁気ヒステリシス特性導出部、106:モデル同定部、107:電磁場解析条件入力部、108:電磁場解析部、109:微小領域内ヒステリシス損計算部、110:微小領域内ヒステリシス損計算部、111:鉄損総和部、112:鉄損出力部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Electromagnetic field analyzer 101: DC magnetic hysteresis characteristic input part 102: Magnetic flux density condition input part 103: Abnormal eddy current loss coefficient deriving part 104: Magnetic material condition input part 105: Correction direct current magnetic hysteresis characteristic deriving part 106: Model identification section 107: Electromagnetic field analysis condition input section 108: Electromagnetic field analysis section 109: Hysteresis loss calculation section in minute area 110: Hysteresis loss calculation section in minute area 111: Iron loss summation section 112 Iron loss output section

Claims (6)

磁性材料の直流磁気ヒステリシス特性を補正した補正直流磁気ヒステリシス特性を導出する補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段と、
前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段により導出された、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータから、前記磁性材料における、磁束密度と磁界との関係が定式化されたモデルを同定するモデル同定手段と、
前記磁性材料を励磁するときの条件である励磁条件と、前記モデル同定手段により同定されたモデルと、を用いて、当該磁性材料が励磁されたときに当該磁性材料に発生する磁束密度ベクトルと渦電流ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づき、複数の微小領域ごとに計算する電磁場解析手段と、を有し、
前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段は、以下の(A)式に基づく計算を行って、磁束密度ベクトルの大きさB[i][T]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i][A/m]を導出し、導出した磁束密度ベクトルの大きさB[i]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i]を用いて、前記補正直流磁気ヒステリシス特性を導出することを特徴とする電磁場解析装置。
(A)式において、iは、時刻ステップを特定するための変数であり、i−1は、変数iで特定される時刻ステップの1つ前の時刻ステップを特定するための変数であり、Hh[i]は、前記直流磁気ヒステリシス特性のデータにおいて磁束密度ベクトルの大きさB[i]に対応する磁界ベクトルの大きさ[A/m]であり、t[i]は、変数iに対応する時間ステップであり、κは、前記磁性材料の全渦電流損を表現する際に古典的渦電流損に乗算される係数である異常渦電流損係数[−]であり、ρは、前記磁性材料の固有抵抗率[Ω・m]であり、hは、前記磁性材料の厚み[m]である。
Figure 0006384208
A corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving means for deriving a corrected DC magnetic hysteresis characteristic in which the DC magnetic hysteresis characteristic of the magnetic material is corrected;
Model identification means for identifying a model in which the relationship between the magnetic flux density and the magnetic field in the magnetic material is formulated from the corrected DC magnetic hysteresis characteristic data derived by the corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving means;
A magnetic flux density vector and a vortex generated in the magnetic material when the magnetic material is excited using an excitation condition which is a condition for exciting the magnetic material and a model identified by the model identification unit. An electromagnetic field analysis means for calculating a current vector for each of a plurality of minute regions based on Maxwell's equations,
The corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving means performs calculation based on the following equation (A), and corrects the magnitude H ha [of the corrected magnetic field vector corresponding to the magnitude B [i] [T] of the magnetic flux density vector. i] [A / m] is derived, and the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is calculated using the corrected magnetic field vector magnitude H ha [i] corresponding to the derived magnetic flux density vector magnitude B [i]. An electromagnetic field analyzer characterized by deriving.
In the formula (A), i is a variable for specifying the time step, i−1 is a variable for specifying the time step immediately before the time step specified by the variable i, and H h [i] is the magnetic field vector magnitude [A / m] corresponding to the magnetic flux density vector magnitude B [i] in the DC magnetic hysteresis characteristic data, and t [i] corresponds to the variable i. Κ is an abnormal eddy current loss coefficient [−], which is a coefficient multiplied by the classical eddy current loss when expressing the total eddy current loss of the magnetic material, and ρ is the magnetic step The specific resistivity [Ω · m] of the material, and h is the thickness [m] of the magnetic material.
Figure 0006384208
前記モデルは、磁束密度と磁界との関係が以下の(B)式を用いて定式化されるプレイヒステリシスモデルであることを特徴とする請求項1に記載の電磁場解析装置。
Figure 0006384208
The electromagnetic field analysis apparatus according to claim 1, wherein the model is a play hysteresis model in which a relationship between a magnetic flux density and a magnetic field is formulated using the following equation (B).
Figure 0006384208
磁束密度の波高値が異なる複数の前記直流磁気ヒステリシス特性のデータを入力する直流磁気ヒステリシス特性入力手段と、
磁束密度の周波数および波形を含む磁束密度条件を入力する磁束密度条件入力手段と、
前記異常渦電流損係数κを入力する異常渦電流損係数入力手段と、
前記磁性材料の厚みhと前記磁性材料の固有抵抗率ρとを含む磁性材料条件を入力する磁性材料条件を入力する磁性材料条件入力手段と、を有し、
前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段は、前記磁束密度条件により定まる磁束密度の各時間ステップにおける大きさB[i]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i]を導出することを、前記波高値の磁束密度のそれぞれについて行うことを特徴とする請求項1または2に記載の電磁場解析装置。
DC magnetic hysteresis characteristic input means for inputting a plurality of DC magnetic hysteresis characteristic data having different peak values of magnetic flux density;
Magnetic flux density condition input means for inputting magnetic flux density conditions including the frequency and waveform of the magnetic flux density;
An abnormal eddy current loss coefficient input means for inputting the abnormal eddy current loss coefficient κ,
Magnetic material condition input means for inputting a magnetic material condition for inputting a magnetic material condition including a thickness h of the magnetic material and a specific resistivity ρ of the magnetic material;
The corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving means derives the corrected magnetic field vector magnitude H ha [i] corresponding to the magnitude B [i] at each time step of the magnetic flux density determined by the magnetic flux density condition. The electromagnetic field analysis apparatus according to claim 1, wherein the electromagnetic field analysis device is performed for each of the magnetic flux densities of the peak values.
前記異常渦電流損係数入力手段は、以下の(C)式の計算を行って、前記異常渦電流損係数κを導出することを特徴とする請求項3に記載の電磁場解析装置。
(C)式において、Dは、前記磁性材料の比重[kg/m3]であり、σは、前記磁性材料の導電率[S/m]であり、Keは、前記磁性材料の全渦電流損を表現する際に周波数の2乗と磁束密度ベクトルの大きさの2乗との積に乗算される係数である渦電流損スタインメッツ係数[−]である。
Figure 0006384208
The electromagnetic field analysis apparatus according to claim 3, wherein the abnormal eddy current loss coefficient input means calculates the following equation (C) to derive the abnormal eddy current loss coefficient κ.
(C) In the equation, D is the a specific gravity of magnetic material [kg / m 3], σ is the a conductivity of the magnetic material [S / m], K e is the total vortex of the magnetic material The eddy current loss Steinmetz coefficient [−], which is a coefficient multiplied by the product of the square of the frequency and the square of the magnitude of the magnetic flux density vector when expressing the current loss.
Figure 0006384208
磁性材料の直流磁気ヒステリシス特性を補正した補正直流磁気ヒステリシス特性を導出することを補正直流磁気ヒステリシス特性導出手段により行う補正直流磁気ヒステリシス特性導出工程と、
前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出工程により導出された、補正直流磁気ヒステリシス特性のデータから、前記磁性材料における、磁束密度と磁界との関係が定式化されたモデルを同定することをモデル同定手段により行うモデル同定工程と、
前記磁性材料を励磁するときの条件である励磁条件と、前記モデル同定工程により同定されたモデルと、を用いて、当該磁性材料が励磁されたときに当該磁性材料に発生する磁束密度ベクトルと渦電流ベクトルを、マックスウェルの方程式に基づき、複数の微小領域ごとに計算することを電磁場解析手段により行う電磁場解析工程と、を有し、
前記補正直流磁気ヒステリシス特性導出工程は、以下の(A)式に基づく計算を行って、磁束密度ベクトルの大きさB[i][T]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i][A/m]を導出し、導出した磁束密度ベクトルの大きさB[i]に対応する補正後の磁界ベクトルの大きさHha[i]を用いて、前記補正直流磁気ヒステリシス特性を導出することを特徴とする電磁場解析方法。
(A)式において、iは、時刻ステップを特定するための変数であり、i−1は、変数iで特定される時刻ステップの1つ前の時刻ステップを特定するための変数であり、Hh[i]は、前記直流磁気ヒステリシス特性のデータにおいて磁束密度ベクトルの大きさB[i]に対応する磁界ベクトルの大きさ[A/m]であり、t[i]は、変数iに対応する時間ステップであり、κは、前記磁性材料の全渦電流損を表現する際に古典的渦電流損に乗算される係数である異常渦電流損係数[−]であり、ρは、前記磁性材料の固有抵抗率[Ω・m]であり、hは、前記磁性材料の厚み[m]である。
Figure 0006384208
A corrected DC magnetic hysteresis characteristic derivation step performed by the corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving means to derive a corrected DC magnetic hysteresis characteristic obtained by correcting the DC magnetic hysteresis characteristic of the magnetic material;
The model identification means identifies the model in which the relationship between the magnetic flux density and the magnetic field in the magnetic material is formulated from the data of the corrected DC magnetic hysteresis characteristic derived in the corrected DC magnetic hysteresis characteristic deriving step. A model identification process;
A magnetic flux density vector and a vortex generated in the magnetic material when the magnetic material is excited using an excitation condition which is a condition for exciting the magnetic material and a model identified by the model identification step. An electromagnetic field analysis step of performing, by an electromagnetic field analysis means, calculating a current vector for each of a plurality of minute regions based on Maxwell's equations,
In the correction DC magnetic hysteresis characteristic deriving step, a calculation based on the following equation (A) is performed, and the corrected magnetic field vector size H ha [T] corresponding to the magnetic flux density vector size B [i] [T] is calculated. i] [A / m] is derived, and the corrected DC magnetic hysteresis characteristic is calculated using the corrected magnetic field vector magnitude H ha [i] corresponding to the derived magnetic flux density vector magnitude B [i]. An electromagnetic field analysis method characterized by deriving.
In the formula (A), i is a variable for specifying the time step, i−1 is a variable for specifying the time step immediately before the time step specified by the variable i, and H h [i] is the magnetic field vector magnitude [A / m] corresponding to the magnetic flux density vector magnitude B [i] in the DC magnetic hysteresis characteristic data, and t [i] corresponds to the variable i. Κ is an abnormal eddy current loss coefficient [−], which is a coefficient multiplied by the classical eddy current loss when expressing the total eddy current loss of the magnetic material, and ρ is the magnetic step The specific resistivity [Ω · m] of the material, and h is the thickness [m] of the magnetic material.
Figure 0006384208
請求項1〜4の何れか1項に記載の電磁場解析装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。   A program for causing a computer to function as the electromagnetic field analysis apparatus according to claim 1.
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