JP7428893B2 - Learning device, abnormal eddy current loss estimation device, learning method, abnormal eddy current loss estimation method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、学習装置、異常渦電流損推定装置、学習方法、異常渦電流損推定方法、およびプログラムに関し、特に、軟磁性材料における異常渦電流損を推定するために用いて好適なものである。 The present invention relates to a learning device, an abnormal eddy current loss estimation device, a learning method, an abnormal eddy current loss estimation method, and a program, and is particularly suitable for use in estimating abnormal eddy current loss in soft magnetic materials. .
電気機器の高効率化等のために電気機器の損失を推定することは重要である。例えば、モータで発生する損失には、主に、銅損、鉄損、および機械損がある。モータを高速で運転する場合のモータの全損失に占める鉄損の割合が大きくなる。このため、モータを高速で運転しているときのモータの効率を推定するためには、モータの鉄損を高精度に推定することが必要になる。 It is important to estimate the loss of electrical equipment in order to improve its efficiency. For example, losses occurring in motors mainly include copper loss, iron loss, and mechanical loss. When the motor is operated at high speed, the proportion of iron loss in the total loss of the motor increases. Therefore, in order to estimate the efficiency of the motor when the motor is operating at high speed, it is necessary to estimate the core loss of the motor with high accuracy.
鉄損は、ヒステリシス損、古典渦電流損、および異常渦電流損に分類される。高周波の励磁条件では、鉄損に占める古典渦電流損および異常渦電流損の割合が支配的になる。古典渦電流損はファラデーの電磁誘導の法則により理論的に求められる。これに対し、異常渦電流損は、磁壁の移動に伴い発生する誘導電流による損失であるという仮説は立てられているが、異常渦電流損を定量的に評価するための物理モデルは確立されていない。 Iron loss is classified into hysteresis loss, classical eddy current loss, and abnormal eddy current loss. Under high-frequency excitation conditions, the proportions of classical eddy current loss and abnormal eddy current loss in iron loss become dominant. Classical eddy current loss is theoretically determined by Faraday's law of electromagnetic induction. On the other hand, it has been hypothesized that abnormal eddy current loss is a loss due to induced current that occurs due to the movement of domain walls, but a physical model for quantitatively evaluating abnormal eddy current loss has not been established. do not have.
このような背景の下、特許文献1には、軟磁性材料が励磁されたときに当該軟磁性材料に発生する磁束密度の一周期における大きさの最大値を数値解析の結果から取得し、当該磁束密度の最大値に対応する異常渦電流損係数を導出することが記載されている。また、非特許文献1には、電磁鋼板の磁束密度の時間微分値を用いて、異常渦電流損係数を表すことが記載されている。異常渦電流損係数は、全渦電流損を表現する際に古典渦電流損に乗算される係数である。異常渦電流損係数を用いることにより軟磁性材料の異常渦電流損を導出することができる。 Against this background, Patent Document 1 discloses that when the soft magnetic material is excited, the maximum value of the magnitude of the magnetic flux density generated in the soft magnetic material in one cycle is obtained from the results of numerical analysis, and the It is described that an abnormal eddy current loss coefficient corresponding to the maximum value of magnetic flux density is derived. Further, Non-Patent Document 1 describes that the abnormal eddy current loss coefficient is expressed using the time differential value of the magnetic flux density of the electromagnetic steel sheet. The abnormal eddy current loss coefficient is a coefficient by which the classical eddy current loss is multiplied when expressing the total eddy current loss. By using the abnormal eddy current loss coefficient, the abnormal eddy current loss of the soft magnetic material can be derived.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、異常渦電流損係数は、正弦波で励磁した磁束密度の測定の結果から求められる。従って、推定対象の軟磁性材料の磁束密度の時間波形と、異常渦電流損係数を求めた際の磁束密度の時間波形とが異なっていても、それらの磁束密度の最大値が同じであれば、異常渦電流損係数として同じ値が導出される。 However, in the technique described in Patent Document 1, the abnormal eddy current loss coefficient is determined from the result of measuring the magnetic flux density excited by a sine wave. Therefore, even if the time waveform of the magnetic flux density of the soft magnetic material to be estimated is different from the time waveform of the magnetic flux density when calculating the abnormal eddy current loss coefficient, if the maximum value of their magnetic flux densities is the same, then , the same value is derived as the abnormal eddy current loss coefficient.
また、特許文献2に記載の技術では、一周期全体の磁束密度の時間微分値の実効値を用いて異常渦電流損係数を導出しており、磁束密度を時系列のデータとして扱っていない。従って、例えば、磁束密度の時間波形の形が同じであれば、当該時間波形にバイアスが重畳していてもいなくても、異常渦電流損係数として同じ値が導出される。
以上のように、特許文献1、2に記載の技術では、例えば、磁束密度の時間波形に高調波成分が含まれる場合やバイアスが重畳している場合には、磁束密度の時間波形に対応する異常渦電流損を正確に導出することが容易ではない。
また、特許文献1、2に記載の技術では、異常渦電流損の一周期における代表値が導出されるが、一周期内の各時刻における異常渦電流損を導出することができない。
Further, in the technique described in Patent Document 2, the abnormal eddy current loss coefficient is derived using the effective value of the time differential value of the magnetic flux density over one period, and the magnetic flux density is not treated as time-series data. Therefore, for example, if the shape of the time waveform of the magnetic flux density is the same, the same value will be derived as the abnormal eddy current loss coefficient whether or not a bias is superimposed on the time waveform.
As described above, in the technologies described in Patent Documents 1 and 2, for example, when the time waveform of the magnetic flux density contains harmonic components or when bias is superimposed, the time waveform of the magnetic flux density corresponds to the time waveform of the magnetic flux density. It is not easy to accurately derive abnormal eddy current loss.
Further, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, a representative value of the abnormal eddy current loss in one period is derived, but it is not possible to derive the abnormal eddy current loss at each time within one period.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、軟磁性材料における異常渦電流損を正確に導出することができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to enable accurate derivation of abnormal eddy current loss in soft magnetic materials.
本発明の学習装置は、軟磁性材料の異常渦電流損を推定するためのニューラルネットワークのパラメータを学習する学習装置であって、前記軟磁性材料を所定の励磁条件で励磁したときの当該軟磁性材料に対する測定値として、当該軟磁性材料の磁化特性から得られる物理量の一周期内の各時刻における測定値と、当該軟磁性材料の鉄損の測定値とを取得する取得手段と、前記軟磁性材料を前記所定の励磁条件で励磁したときの前記軟磁性材料のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を、マックスウェルの方程式に基づいて導出する第1の電磁場解析手段と、前記取得手段により取得された鉄損の測定値と、前記第1の電磁場解析手段により導出されたヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値とに基づいて、前記軟磁性材料における異常渦電流損の一周期における代表値を導出する異常渦電流損導出手段と、前記異常渦電流損導出手段により導出された前記軟磁性材料における異常渦電流損の一周期における代表値と、前記物理量の大きさの一周期内の各時刻における値と、前記物理量の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値と、に基づいて、教師データを作成する教師データ作成手段と、前記教師データ作成手段により作成された前記教師データを用いて、ニューラルネットワークのパラメータを学習する学習手段と、を有し、前記ニューラルネットワークの入力層には、或る時刻における前記物理量の大きさおよび当該時刻における前記物理量の大きさの時間微分値が少なくとも入力され、前記ニューラルネットワークの出力層から、当該時刻における異常渦電流損が少なくとも出力され、前記学習手段は、前記教師データに含まれる前記軟磁性材料の異常渦電流損の一周期における代表値と、前記ニューラルネットワークの前記出力層から出力される一周期内の各時刻における異常渦電流損の代表値との差の評価値を少なくとも求める目的関数を用いて、前記ニューラルネットワークのパラメータを学習することを特徴とする。
本発明の異常渦電流損推定装置は、前記学習装置でパラメータが学習された前記ニューラルネットワークを用いて軟磁性材料の異常渦電流損を推定する異常渦電流損推定装置であって、前記異常渦電流損の推定対象の軟磁性材料を所定の励磁条件で励磁したときの当該軟磁性材料の前記物理量の大きさおよび当該物理量の大きさの時間微分値を導出する導出手段と、前記導出手段により導出された或る時刻における前記物理量の大きさおよび当該時刻における前記物理量の大きさの時間微分値を前記ニューラルネットワークの前記入力層に与えることにより前記出力層から出力される値に基づいて、当該時刻における前記軟磁性材料の異常渦電流損を推定する推定手段と、を有することを特徴とする。
The learning device of the present invention is a learning device for learning parameters of a neural network for estimating abnormal eddy current loss of a soft magnetic material, and the learning device is a learning device for learning parameters of a neural network for estimating abnormal eddy current loss of a soft magnetic material. an acquisition means for acquiring, as measured values for the material, a measured value at each time within one cycle of a physical quantity obtained from the magnetization property of the soft magnetic material, and a measured value of iron loss of the soft magnetic material; a first electromagnetic field analysis means for deriving representative values in one period of hysteresis loss and classical eddy current loss of the soft magnetic material when the material is excited under the predetermined excitation conditions, based on Maxwell's equation; The abnormal eddy current in the soft magnetic material is determined based on the measured value of iron loss acquired by the acquisition means and the representative values of hysteresis loss and classical eddy current loss in one cycle derived by the first electromagnetic field analysis means. abnormal eddy current loss deriving means for deriving a representative value of loss in one cycle; a representative value of abnormal eddy current loss in one cycle of the soft magnetic material derived by the abnormal eddy current loss deriving means; and a magnitude of the physical quantity. a teacher data creating means for creating teacher data based on a value at each time within one cycle of the magnitude of the physical quantity and a value at each time within one cycle of the time derivative of the magnitude of the physical quantity; a learning means for learning parameters of a neural network using the teacher data created by the creation means, and an input layer of the neural network includes the magnitude of the physical quantity at a certain time and the At least a time differential value of the magnitude of the physical quantity is input, at least an abnormal eddy current loss at the relevant time is output from the output layer of the neural network, and the learning means Using an objective function to at least obtain an evaluation value of the difference between a representative value of abnormal eddy current loss in one cycle and a representative value of abnormal eddy current loss at each time in one cycle output from the output layer of the neural network. The method is characterized in that the parameters of the neural network are learned.
The abnormal eddy current loss estimating device of the present invention is an abnormal eddy current loss estimating device that estimates an abnormal eddy current loss of a soft magnetic material using the neural network whose parameters have been learned by the learning device, A derivation means for deriving the magnitude of the physical quantity of the soft magnetic material whose current loss is to be estimated and a time differential value of the magnitude of the physical quantity when the soft magnetic material whose current loss is to be estimated is excited under predetermined excitation conditions; Based on the value output from the output layer by giving the derived magnitude of the physical quantity at a certain time and the time differential value of the magnitude of the physical quantity at the time to the input layer of the neural network, The method is characterized by comprising an estimating means for estimating the abnormal eddy current loss of the soft magnetic material at a given time.
本発明の学習方法は、軟磁性材料の異常渦電流損を推定するためのニューラルネットワークのパラメータを学習する学習方法であって、前記軟磁性材料を所定の励磁条件で励磁したときの当該軟磁性材料に対する測定値として、当該軟磁性材料の磁化特性から得られる物理量の一周期内の各時刻における測定値と、当該軟磁性材料の鉄損の測定値とを取得する取得工程と、前記軟磁性材料を前記所定の励磁条件で励磁したときの前記軟磁性材料のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を、マックスウェルの方程式に基づいて導出する第1の電磁場解析工程と、前記取得工程により取得された鉄損の測定値と、前記第1の電磁場解析工程により導出されたヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値とに基づいて、前記軟磁性材料における異常渦電流損の一周期における代表値を導出する異常渦電流損導出工程と、前記異常渦電流損導出工程により導出された前記軟磁性材料における異常渦電流損の一周期における代表値と、前記物理量の大きさの一周期内の各時刻における値と、前記物理量の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値と、に基づいて、教師データを作成する教師データ作成工程と、前記教師データ作成工程により作成された前記教師データを用いて、ニューラルネットワークのパラメータを学習する学習工程と、を有し、前記ニューラルネットワークの入力層には、或る時刻における前記物理量の大きさおよび当該時刻における前記物理量の大きさの時間微分値が少なくとも入力され、前記ニューラルネットワークの出力層から、当該時刻における異常渦電流損が少なくとも出力され、前記学習工程は、前記教師データに含まれる前記軟磁性材料の異常渦電流損の一周期における代表値と、前記ニューラルネットワークの前記出力層から出力される一周期内の各時刻における異常渦電流損の代表値との差の評価値を少なくとも求める目的関数を用いて、前記ニューラルネットワークのパラメータを学習することを特徴とする。
本発明の異常渦電流損推定方法は、前記学習方法でパラメータが学習された前記ニューラルネットワークを用いて軟磁性材料の異常渦電流損を推定する異常渦電流損推定方法であって、前記異常渦電流損の推定対象の軟磁性材料を所定の励磁条件で励磁したときの当該軟磁性材料の前記物理量の大きさおよび当該物理量の大きさの時間微分値を導出する導出工程と、前記導出工程により導出された或る時刻における前記物理量の大きさおよび当該時刻における前記物理量の大きさの時間微分値を前記ニューラルネットワークの前記入力層に与えることにより前記出力層から出力される値に基づいて、当該時刻における前記軟磁性材料の異常渦電流損を推定する推定工程と、を有することを特徴とする。
The learning method of the present invention is a learning method for learning parameters of a neural network for estimating abnormal eddy current loss of a soft magnetic material, which an acquisition step of acquiring, as measured values for the material, measured values at each time within one cycle of a physical quantity obtained from the magnetization characteristics of the soft magnetic material and a measured value of iron loss of the soft magnetic material; a first electromagnetic field analysis step of deriving representative values in one period of hysteresis loss and classical eddy current loss of the soft magnetic material when the material is excited under the predetermined excitation conditions, based on Maxwell's equation; The abnormal eddy current in the soft magnetic material is calculated based on the measured value of iron loss obtained in the acquisition step and the representative values in one cycle of hysteresis loss and classical eddy current loss derived in the first electromagnetic field analysis step. An abnormal eddy current loss derivation step for deriving a representative value in one cycle of loss, a typical value in one cycle of abnormal eddy current loss in the soft magnetic material derived by the abnormal eddy current loss derivation step, and the magnitude of the physical quantity. a teacher data creation step of creating teacher data based on a value at each time within one cycle of the magnitude of the physical quantity and a value at each time within one cycle of the time derivative of the magnitude of the physical quantity; a learning step of learning parameters of a neural network using the teacher data created in the creation step, and an input layer of the neural network includes the magnitude of the physical quantity at a certain time and the At least a time differential value of the magnitude of the physical quantity is input, at least the abnormal eddy current loss at the relevant time is output from the output layer of the neural network, and the learning step Using an objective function to at least obtain an evaluation value of the difference between a representative value of abnormal eddy current loss in one cycle and a representative value of abnormal eddy current loss at each time in one cycle output from the output layer of the neural network. The method is characterized in that the parameters of the neural network are learned.
The abnormal eddy current loss estimation method of the present invention is an abnormal eddy current loss estimation method for estimating abnormal eddy current loss of a soft magnetic material using the neural network whose parameters have been learned by the learning method, A derivation step of deriving the magnitude of the physical quantity of the soft magnetic material and the time differential value of the magnitude of the physical quantity when the soft magnetic material whose current loss is to be estimated is excited under predetermined excitation conditions; and the derivation step Based on the value output from the output layer by giving the derived magnitude of the physical quantity at a certain time and the time differential value of the magnitude of the physical quantity at the time to the input layer of the neural network, The method is characterized by comprising an estimating step of estimating an abnormal eddy current loss of the soft magnetic material at a given time.
本発明のプログラムの第1の例は、前記学習装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのものである。
本発明のプログラムの第2の例は、前記異常渦電流損推定装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのものである。
A first example of the program of the present invention is for causing a computer to function as each means of the learning device.
A second example of the program of the present invention is for causing a computer to function as each means of the abnormal eddy current loss estimating device.
本発明によれば、軟磁性材料における異常渦電流損を正確に導出することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately derive abnormal eddy current loss in a soft magnetic material.
<着想>
本発明の実施形態を説明する前に、本発明者が得た着想について説明する。
異常渦電流損は磁壁の移動に伴って発生する渦電流損である。強磁性体の磁化過程では、まず、磁壁の移動が発生し、且つ、180°磁壁が90°磁壁よりも先に拡大する。このような磁壁の移動の後に磁壁内の磁化方向が変化する過程を経る。そのため、異常渦電流損の発生の程度は磁化状態により変化すると考えられ、また、その大きさは、磁束密度の大きさと、磁束密度の時間変化とによって定まると考えられる。また、磁界強度は磁束密度と対応するものであるため、異常渦電流損の大きさは、磁界強度の大きさと、磁界強度の時間変化によっても定まると考えられる。また、透磁率および微分透磁率も磁化状態により変化するため、異常渦電流損の大きさは、透磁率の大きさと透磁率の時間変化、および、微分透磁率の大きさと微分透磁率の時間変化によっても定まると考えらえる。尚、透磁率は、磁化特性において相互に対応する磁束密度と磁界強度との比(磁束密度を磁界強度で割った値)である。微分透磁率は、磁化特性曲線上の、磁束密度に応じて定まる点における接線の傾きである。
<Idea>
Before describing embodiments of the present invention, an idea obtained by the present inventor will be described.
Abnormal eddy current loss is eddy current loss that occurs due to movement of domain walls. In the magnetization process of a ferromagnetic material, first, movement of the domain wall occurs, and the 180° domain wall expands before the 90° domain wall. After such movement of the domain wall, a process occurs in which the direction of magnetization within the domain wall changes. Therefore, the degree of occurrence of abnormal eddy current loss is considered to vary depending on the magnetization state, and the magnitude is considered to be determined by the magnitude of the magnetic flux density and the temporal change in the magnetic flux density. Furthermore, since the magnetic field strength corresponds to the magnetic flux density, the magnitude of the abnormal eddy current loss is considered to be determined by the magnitude of the magnetic field strength and the temporal change in the magnetic field strength. In addition, since magnetic permeability and differential permeability also change depending on the magnetization state, the magnitude of abnormal eddy current loss is determined by the magnitude of magnetic permeability and time change in permeability, as well as the magnitude of differential permeability and time change in differential permeability. It can be thought that it is also determined by Note that magnetic permeability is the ratio of magnetic flux density and magnetic field strength that correspond to each other in magnetization characteristics (the value obtained by dividing the magnetic flux density by the magnetic field strength). Differential magnetic permeability is the slope of the tangent at a point on the magnetization characteristic curve that is determined according to the magnetic flux density.
磁束密度、磁界強度、透磁率、および微分透磁率は、何れも、磁化特性から得られる物理量であり、磁化特性を表現するパラメータの1つとなる。磁化特性は、磁束密度と磁界強度との関係を表し、磁気ヒステリシス特性とも称される。磁化特性曲線は、磁化特性を表す曲線である。 Magnetic flux density, magnetic field strength, magnetic permeability, and differential magnetic permeability are all physical quantities obtained from magnetization characteristics, and are one of the parameters expressing magnetization characteristics. Magnetization characteristics represent the relationship between magnetic flux density and magnetic field strength, and are also referred to as magnetic hysteresis characteristics. The magnetization characteristic curve is a curve representing magnetization characteristics.
背景技術の欄で説明したように、異常渦電流損は、磁壁の移動に伴い発生する誘導電流による損失であるという仮説は立てられているが、異常渦電流損を定量的に評価するための物理モデルは確立されていない。そこで、本発明者は、前述したように、磁化特性から得られる物理量の大きさおよび時間微分値と、異常渦電流損の大きさとが対応することに着目した。また、本発明者は、異常渦電流損は各時刻において発生することにも着目した。そして、鋭意検討した結果、本発明者は、磁化特性から得られる物理量の大きさと当該物理量の大きさの時間微分値とのそれぞれの或る時刻における値(瞬時値)を説明変数とし、異常渦電流損の当該時刻における値を目的変数とするニューラルネットワークを構築すれば、異常渦電流損を定量的に評価するための物理モデルを用いずに異常渦電流損を正確に推定することができることに想到した。
以下の実施形態は、以上の着想に基づいてなされたものである。
As explained in the background technology section, it is hypothesized that abnormal eddy current loss is a loss due to induced current that occurs due to movement of domain walls, but there is no way to quantitatively evaluate abnormal eddy current loss. A physical model has not been established. Therefore, as described above, the present inventors focused on the fact that the magnitude and time differential value of the physical quantity obtained from the magnetization characteristics correspond to the magnitude of the abnormal eddy current loss. The present inventor also noted that abnormal eddy current loss occurs at each time. As a result of intensive study, the inventors determined that the magnitude of the physical quantity obtained from the magnetization characteristics and the time differential value of the magnitude of the physical quantity at a certain time (instantaneous value) were used as explanatory variables, and the abnormal vortex By constructing a neural network that uses the current loss value at the relevant time as the objective variable, it is possible to accurately estimate abnormal eddy current loss without using a physical model to quantitatively evaluate abnormal eddy current loss. I came up with the idea.
The following embodiments have been made based on the above idea.
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。
<異常渦電流損推定装置の構成>
図1は、異常渦電流損推定装置100の機能的な構成の一例を示す図である。異常渦電流損推定装置100のハードウェアの構成は、例えば、CPU、ROM、RAM、HDD、および各種のインターフェースを有する情報処理装置、または、専用のハードウェアを用いることにより実現される。以下に本実施形態の異常渦電流損推定装置100が有する機能の一例を説明する。尚、本実施形態では、軟磁性材料が電磁鋼板である場合を例示する。電磁鋼板は、例えば、方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板である。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Configuration of abnormal eddy current loss estimation device>
FIG. 1 is a diagram showing an example of a functional configuration of an abnormal eddy current
<<取得部101>>
取得部101は、電磁鋼板の磁化特性から得られる物理量の一周期内の各時刻における測定値と、電磁鋼板の鉄損の測定値とを取得する。これらの測定値は、電磁鋼板を同一の励磁条件で励磁したときの測定値である。励磁条件とは、励磁電流の時間波形を定める情報である。励磁電流の時間波形が正弦波である場合、かかる情報は、例えば、実効値と周波数である。また、一周期とは、励磁電流の時間波形の一周期である。また、一周期内の各時刻は、例えば、周期の最初の時刻を基準値(例えば0)とした場合の時刻であり、現実世界における時刻とは必ずしも一致しない。このことは、以降の説明でも同じである。
<<
The
前述したように、磁化特性から得られる物理量は、磁束密度、磁界強度、透磁率、および微分透磁率である。磁束密度、磁界強度、透磁率、および微分透磁率の少なくとも1つを、磁化特性から得られる物理量として用いることができるが、本実施形態では、磁束密度が、磁化特性から得られる物理量である場合を例示する。 As described above, the physical quantities obtained from the magnetization characteristics are magnetic flux density, magnetic field strength, magnetic permeability, and differential magnetic permeability. At least one of magnetic flux density, magnetic field strength, magnetic permeability, and differential magnetic permeability can be used as a physical quantity obtained from magnetization characteristics, but in this embodiment, when magnetic flux density is a physical quantity obtained from magnetization characteristics exemplify.
電磁鋼板の磁束密度の測定値と鉄損の測定値は、例えば、JIS C 2556:2015「単板試験器による電磁鋼帯の磁気特性の測定方法」や、JIS 2550-1:2011「電磁鋼帯試験方法-第1部:エプスタイン試験器による電磁鋼帯の磁気特性の測定方法」に記載されている公知の手法により得ることができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。 The measured value of magnetic flux density and the measured value of iron loss of electrical steel sheets are, for example, JIS C 2556:2015 "Method for measuring the magnetic properties of electrical steel strip using a veneer tester" and JIS 2550-1:2011 "Method of measuring magnetic properties of electrical steel strip". Since it can be obtained by the known method described in "Strand Test Method - Part 1: Method for Measuring Magnetic Characteristics of Electromagnetic Steel Strip Using Epstein Tester," detailed explanation thereof will be omitted here.
尚、鉄損の測定値は、磁束密度の一周期内の各時刻における測定値を用いて一周期において1つだけ測定されるものである。即ち、鉄損の測定値は、一周期における代表値(平均的な値)である。また、取得部101で取得される各測定値(磁束密度の一周期内の各時刻における測定値と、鉄損の測定値)は、電磁鋼板全体に対する測定値である。従って、或る電磁鋼板を或る励磁条件で励磁した場合に、磁束密度の一周期内の各時刻における測定値と、鉄損の測定値との組が1つ得られる。
Note that the measured value of iron loss is measured only once in one period using the measured value at each time within one period of magnetic flux density. That is, the measured value of iron loss is a representative value (average value) in one cycle. Further, each measurement value (measurement value at each time within one cycle of magnetic flux density and measurement value of iron loss) acquired by the
以下の説明では、同一の種類の電磁鋼板を同一の励磁条件で励磁した場合の、磁束密度の一周期内の各時刻における測定値と、鉄損の測定値との組を、必要に応じて測定データと称する。尚、測定データには、当該測定データを得るために用いた励磁条件を示す情報と、当該測定データにおける測定対象の電磁鋼板の種類を示す情報も含まれている。電磁鋼板の種類とは、電磁鋼板の属性に応じた電磁鋼板の分類先を特定する情報である。電磁鋼板の属性は、例えば、電磁鋼板に含まれる成分と当該成分の量である。 In the following explanation, pairs of measured values at each time within one cycle of magnetic flux density and measured values of iron loss when the same type of electrical steel sheet is excited under the same excitation conditions are explained as necessary. This is called measurement data. Note that the measurement data also includes information indicating the excitation conditions used to obtain the measurement data and information indicating the type of electromagnetic steel sheet to be measured in the measurement data. The type of electrical steel sheet is information that specifies the classification of the electrical steel sheet according to the attributes of the electrical steel sheet. The attributes of the electrical steel sheet include, for example, the components contained in the electrical steel sheet and the amounts of the components.
異常渦電流損の推定対象の電磁鋼板と同じ種類の電磁鋼板を、相互に異なる複数の励磁条件で励磁することにより、それぞれの励磁条件に対応する測定データを得る。取得部101は、このようにして得られる複数の測定データを取得する。また、取得部101は、複数種類の電磁鋼板についての測定データを取得してもよい。
測定データの取得の形態として、例えば、外部装置との通信、可搬型記憶媒体に記憶された測定データの読み出し、および異常渦電流損推定装置100のユーザインターフェースに対する測定データの値の入力操作による入力のうち、少なくとも1つを採用することができる。
By exciting an electromagnetic steel sheet of the same type as the electromagnetic steel sheet whose abnormal eddy current loss is to be estimated under a plurality of mutually different excitation conditions, measurement data corresponding to each excitation condition is obtained. The
Forms of acquiring measurement data include, for example, communication with an external device, reading measurement data stored in a portable storage medium, and inputting measurement data values to the user interface of the abnormal eddy current
<<第1の電磁場解析部102>>
第1の電磁場解析部102は、電磁鋼板を所定の励磁条件で励磁したときの電磁鋼板のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を、マックスウェルの方程式に基づいて導出する。第1の電磁場解析部102の処理の具体例を以下に説明する。
<<First electromagnetic
The first electromagnetic
第1の電磁場解析部102は、取得部101により取得された測定データに含まれる励磁条件を含む電磁場解析条件に従って、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(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を一周期内の各時刻において計算する。磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeは、予め定められた時間ステップ毎に到来する計算のタイミングにおいて計算される。時間ステップが短ければ、細かい時間ステップで値を導出することができる一方で処理の負荷が増大する。時間ステップは、このようなトレードオフを考慮して予め定められる。
The first electromagnetic
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)を用いて電磁場解析を行ってもよい。
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(1)式~(4)式で与えられる。
Note that as long as the magnetic flux density vector B and the eddy current vector J e in each minute region can be calculated, the electromagnetic field analysis may be performed using a method other than the finite element method (such as the finite difference method).
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 (1) to (4).
(1)式~(4)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。
(1)式および(2)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、(3)式、(4)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。
In equations (1) to (4), μ is magnetic permeability [H/m], A is vector potential [T・m], and σ is electrical conductivity [S/m], J 0 is the excitation current density [A/m 2 ], and φ is the scalar potential [V].
After solving equations (1) and (2) simultaneously to obtain vector potential A and scalar potential φ, from equations (3) and (4), magnetic flux density vector B and eddy current vector J e can be calculated. Calculated.
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、例えば、ニュートンラプソン法(Newton-Raphson method)がある。
有限要素法により電磁場の解析を実行する手法は、非特許文献2等に詳細に記載されているように、一般的な手法であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
As a solution method using vector potential A and scalar potential φ as unknown variables, there is, for example, the Newton-Raphson method.
The method of performing electromagnetic field analysis using the finite element method is a general method, as described in detail in Non-Patent Document 2, and therefore a detailed explanation thereof will be omitted here.
第1の電磁場解析部102は、或る微小領域における磁束密度ベクトルBと当該磁束密度ベクトルBに対応する磁界強度ベクトルHの一周期における時間波形から、当該微小領域における磁化特性(磁気ヒステリシス特性)を導出する。そして、第1の電磁場解析部102は、以下の(5)式により、当該導出した磁化特性の面積を、当該微小領域におけるヒステリシス損Whとして導出する。
The first electromagnetic
第1の電磁場解析部102は、以上のような計算を、全ての微小領域について実行する。第1の電磁場解析部102は、全ての微小領域におけるヒステリシス損Whの総和を、電磁鋼板のヒステリシス損の一周期における代表値として導出する。この電磁鋼板のヒステリシス損は、電磁鋼板全体に対するヒステリシス損である。
The first electromagnetic
また、第1の電磁場解析部102は、或る微小領域における渦電流ベクトルJeと、当該微小領域の大きさと、電磁鋼板の導電率σに基づいて、以下の(6)式により、当該微小領域における古典渦電流損Weを導出する。
In addition, the first electromagnetic
(6)式において、Tは、渦電流ベクトルJeの周期である。
第1の電磁場解析部102は、以上のような計算を、全ての微小領域について実行する。第1の電磁場解析部102は、全ての微小領域における古典渦電流損Weの総和を、電磁鋼板の古典渦電流損の一周期における代表値として導出する。この電磁鋼板の古典渦電流損は、電磁鋼板全体に対する古典渦電流損である。
In equation (6), T is the period of the eddy current vector J e .
The first electromagnetic
第1の電磁場解析部102は、以上のようにして電磁鋼板のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を導出することを、測定データに含まれる励磁条件のそれぞれについて、電磁鋼板の種類ごとに実行する。
尚、第1の電磁場解析部102が、電磁鋼板のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を導出する手法は、(5)式および(6)式を用いる手法に限定されず、その他の公知の手法を採用してもよい。例えば、スタインメッツ係数を用いたスタインメッツの式を用いて電磁鋼板のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を導出してもよい。
以下の説明では、以上のようにして第1の電磁場解析部102により導出される、電磁鋼板のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を、必要に応じて、ヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値と略称する。
The first electromagnetic
Note that the method by which the first electromagnetic
In the following explanation, representative values of hysteresis loss and classical eddy current loss in one cycle of an electrical steel sheet, which are derived by the first electromagnetic
<<異常渦電流損導出部103>>
異常渦電流損導出部103は、取得部101により取得された測定データに含まれる鉄損の測定値と、第1の電磁場解析部102により導出されたヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値とに基づいて、電磁鋼板における異常渦電流損の一周期における代表値を導出する。以下に、異常渦電流損導出部103の処理の具体例を説明する。前述したように取得部101により取得された測定データに含まれる鉄損の測定値は、一周期における平均的な値である。
<<Abnormal eddy current
The abnormal eddy current
異常渦電流損導出部103は、取得部101により取得された測定データの1つを選択する。異常渦電流損導出部103は、選択した測定データに含まれる鉄損の測定値を抽出する。異常渦電流損導出部103は、第1の電磁場解析部102により導出されたヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値のうち、選択した測定データに対応するヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を抽出する。測定データに対応するヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値とは、当該測定データに含まれる電磁鋼板の種類と同じ種類の電磁鋼板に対して当該測定データに含まれる励磁条件と同じ励磁条件で励磁した場合のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値である。
The abnormal eddy current
異常渦電流損導出部103は、抽出したヒステリシス損の一周期における代表値と、抽出した古典渦電流損の一周期における代表値とを加算して、抽出したヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値の和を導出する。
異常渦電流損導出部103は、抽出した鉄損の測定値から、抽出したヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値の和を減算した値を、電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値として導出する。
The abnormal eddy current
The abnormal eddy current
異常渦電流損導出部103は、以上のようにして電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値を導出することを、測定データに含まれる励磁条件のそれぞれについて、電磁鋼板の種類ごとに実行する。電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値は、電磁鋼板全体に対する異常渦電流損である。以下の説明では、以上のようにして異常渦電流損導出部103により導出される、電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値を、必要に応じて、学習用目的変数データと称する。
The abnormal eddy current
<<教師データ作成部104>>
教師データ作成部104は、異常渦電流損導出部103により導出された学習用目的変数データ(異常渦電流損の一周期における代表値)と、電磁鋼板の磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値と、電磁鋼板の磁束密度の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値と、に基づいて、教師データを作成する。ここで、磁束密度の大きさは、絶対値であるものとする。また、電磁鋼板の磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値と、電磁鋼板の磁束密度の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値は、取得部101により取得された測定データに含まれる磁束密度の一周期内の各時刻における測定値に基づいて得られる。以下に、教師データ作成部104の処理の具体例を説明する。
<<Teacher
The teacher
教師データ作成部104は、取得部101により取得された測定データの1つを選択する。教師データ作成部104は、選択した測定データに含まれる磁束密度の一周期内の各時刻における測定値に基づいて、磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値を導出する。例えば、磁束密度の一周期内の各時刻における測定値を、磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値としてそのまま用いてもよい。また、例えば、磁束密度の一周期内の各時刻における測定値に対してスムージング処理(平滑化処理)を行ってノイズを除去し、スムージング処理が行われた磁束密度の一周期内の各時刻における値を、磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値としてもよい。
The teacher
また、教師データ作成部104は、選択した測定データに含まれる磁束密度の一周期内の各時刻における測定値に基づいて、磁束密度の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値を導出する。前述したように、例えば、スムージング処理が行われた磁束密度の一周期内の各時刻における値に対して時間微分値を導出してもよい。
Further, the teacher
図2は、磁束密度の瞬時値の時間波形と、磁束密度の大きさの時間波形と、磁束密度の大きさの時間微分値の時間波形の一例を示す図である。図2において、時刻t1から時刻t2までの期間Tが一周期である。
時間波形201は、磁束密度の測定値から得られる磁束密度の瞬時値の時間波形の一例である。時間波形202は、時間波形201から得られる磁束密度の大きさの時間波形の一例である。時間波形202は、時間波形201の各時刻の値の絶対値をとることにより得られる。時間波形203は、時間波形201から得られる磁束密度の大きさの時間微分値の時間波形の一例である。時間波形203は、時間波形202を時間微分することにより得られる。尚、時間微分は、時間に関する一階微分のことを指す。時間微分は、数値微分により実現される。数値微分の手法は、前進差分、後退差分、または中心差分の何れの手法であってもよい。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a time waveform of an instantaneous value of magnetic flux density, a time waveform of the magnitude of magnetic flux density, and a time waveform of a time differential value of the magnitude of magnetic flux density. In FIG. 2, the period T from time t1 to time t2 is one cycle.
A
磁束密度の瞬時値の時間波形201における磁束密度が0の時刻t3、t4、t5においては、磁束密度の大きさの時間波形202は微分不可能となる。そこで、このような時刻t3、t3、t5における、磁束密度の大きさの時間微分値として、例えば、当該時刻t3、t4、t5対して時間的に前後する2つの時刻における、磁束密度の大きさの時間微分値の算術平均値を採用することができる。また、このような時刻t3、t4、t5においては、磁束密度の大きさの時間微分値がないものとしてもよい。
以下の説明では、以上のようにして教師データ作成部104により導出される、磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値と、磁束密度の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値とを、必要に応じて、学習用説明変数データと称する。
At times t3, t4, and t5 when the magnetic flux density in the instantaneous value of the
In the following explanation, the value at each time within one cycle of the magnitude of magnetic flux density and the time differential value of the magnitude of magnetic flux density within one cycle, which are derived by the teacher
また、教師データ作成部104は、選択した測定データに対応する、学習用説明変数データおよび学習用目的変数データが相互に関連付けられたデータを教師データとして作成する。教師データには、選択した測定データに含まれる電磁鋼板の種類を示す情報も含まれる。
Further, the teacher
選択した測定データに対応する学習用説明変数データとは、当該測定データに含まれる磁束密度の一周期内の各時刻における測定値に基づいて教師データ作成部104により導出された、磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値および磁束密度の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値である。
また、選択した測定データに対応する学習用目的変数データとは、当該測定データに含まれる鉄損の測定値に基づいて異常渦電流損導出部103により導出された、電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値である。
The learning explanatory variable data corresponding to the selected measurement data is the magnitude of the magnetic flux density derived by the teacher
Further, the learning objective variable data corresponding to the selected measurement data refers to the abnormal eddy current loss of the electrical steel sheet derived by the abnormal eddy current
教師データ作成部104は、測定データを1つずつ選択して以上のようにして電磁鋼板の教師データを作成する。これにより、電磁鋼板の種類別の教師データが作成される。
The teacher
<<学習部105>>
学習部105は、教師データ作成部104により作成された教師データを用いて、ニューラルネットワークのパラメータを学習する。以下に、学習部105の処理の一例を説明する。
<<
The
学習部105は、教師あり学習を行って、ニューラルネットワークのパラメータを学習する。教師データにおいて学習用目的変数データがラベル(正解データ)となる。
図3は、ニューラルネットワーク300の一例を概念的に示す図である。
ニューラルネットワーク300の入力層301には、或る時刻における磁束密度の大きさ|B|と、当該時刻における磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtとが少なくとも入力される。また、ニューラルネットネットワークの出力層302から、当該時刻における異常渦電流損の値Waeが少なくとも出力される。ニューラルネットワーク300の中間層(隠れ層)の層数は特に限定されない。
The
FIG. 3 is a diagram conceptually showing an example of the
The
学習部105は、教師データに含まれる学習用説明変数データを用いて、或る時刻における磁束密度の大きさ|B|と、当該時刻における磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtとを入力層301に入力した場合に出力層302から出力される当該時刻における異常渦電流損の値Waeを取得することを、一周期内の各時刻において実行する。このようにして取得される異常渦電流損の値Waeの代表値が、ニューラルネットワーク300から得られる異常渦電流損の一周期における代表値である。代表値としては、例えば、平均値、中央値、実効値を用いることができる。
The
ニューラルネットワーク300のパラメータを学習する際には、目的関数が用いられる。本実施形態では、目的関数は、教師データに含まれる学習用目的変数データ(異常渦電流損の一周期における代表値)と、ニューラルネットワーク300から得られる異常渦電流損の一周期における代表値との差の評価値を少なくとも導出する関数である。
An objective function is used when learning the parameters of the
学習部105は、目的関数の値が最適値になるように、ニューラルネットワーク300のパラメータを学習する。例えば、学習部105は、教師データに含まれる学習用目的変数データ(異常渦電流損の一周期における代表値)と、ニューラルネットワーク300から得られる異常渦電流損の一周期における代表値と、の平均二乗誤差が最小になるときの、ニューラルネットワークのパラメータを、最適なパラメータとして導出する。この場合、前述した評価値は、平均二乗誤差である。
The
この場合、教師データに含まれる学習用目的変数データ(異常渦電流損の一周期における代表値)と、ニューラルネットワーク300から得られる異常渦電流損の一周期における代表値と、の平均二乗誤差を導出する関数を目的関数とすることができる。目的関数Jの具体例は、以下の(7)式である。
In this case, the mean square error between the learning objective variable data (representative value in one cycle of abnormal eddy current loss) included in the training data and the representative value in one cycle of abnormal eddy current loss obtained from the
ここで、nは、教師データを特定する変数である。Nは、教師データの数である。tnは、変数nで特定される教師データに含まれる学習用目的変数データ(異常渦電流損の一周期における代表値)である。ynは、変数nで特定される教師データに含まれる学習用説明変数データに基づいてニューラルネットワーク300から得られる異常渦電流損の一周期における代表値である。即ち、ynは、変数nで特定される教師データに含まれる、磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値と、磁束密度の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値を、ニューラルネットワーク300の入力層301に入力することにより出力層302から出力される一周期内の各時刻における異常渦電流損の値Waeの代表値である。
(7)式においては、目的関数Jの値の最適値は、最小値である。尚、(7)式の右辺に(-1)を掛けたものを目的関数とする場合、目的関数Jの値の最適値は、最大値である。
Here, n is a variable that specifies teacher data. N is the number of training data. t n is learning objective variable data (representative value in one cycle of abnormal eddy current loss) included in the teacher data specified by the variable n. y n is a representative value in one period of the abnormal eddy current loss obtained from the
In equation (7), the optimal value of the objective function J is the minimum value. Note that when the objective function is obtained by multiplying the right side of equation (7) by (-1), the optimal value of the objective function J is the maximum value.
ニューラルネットワークのパラメータには、重み係数が含まれる。ニューラルネットワークの構造に応じて、その他のパラメータを更に学習してもよい。学習の具体的な手法は、例えば、誤差逆伝搬法や、メタヒューリスティックアルゴリズムを用いた手法等、公知の手法で実現することができる。従って、ここでは、学習の手法の詳細な説明を省略する。尚、目的関数の最適値(最小値、最大値)は、ニューラルネットワークのパラメータを学習するためのアルゴリズムにおいて目的関数の値が最適(最小または最大)とされるときの目的関数の値である。例えば、目的関数Jの導出回数が予め定められた回数になったことや、目的関数Jの変化量が所定値以下になったことを条件として、目的関数の値が最適であるとすることができる。 Neural network parameters include weighting coefficients. Depending on the structure of the neural network, other parameters may also be learned. A specific learning method can be realized by a known method such as an error backpropagation method or a method using a metaheuristic algorithm. Therefore, a detailed explanation of the learning method will be omitted here. Note that the optimal value (minimum value, maximum value) of the objective function is the value of the objective function when the value of the objective function is optimal (minimum or maximum) in an algorithm for learning parameters of a neural network. For example, it is possible to determine that the value of the objective function is optimal on the condition that the number of times the objective function J has been derived has reached a predetermined number, or that the amount of change in the objective function J has become less than or equal to a predetermined value. can.
学習部105は、以上のようにしてニューラルネットワーク300のパラメータを学習することを、電磁鋼板の種類を示す情報として同一の情報が含まれている教師データを用いて実行する。また、電磁鋼板の種類を示す情報として相互に異なる種類を示す情報が含まれる教師データがある場合、学習部105は、それぞれの種類について、ニューラルネットワーク300のパラメータを学習する。このようにして、ニューラルネットワークのパラメータが、電磁鋼板の種類ごとに導出される。
The
以上のように本実施形態では、取得部101、第1の電磁場解析部102、異常渦電流損導出部103、教師データ作成部104、および学習部105を用いることにより、ニューラルネットワークのパラメータを学習する機能が実現される。
<<記憶部106>>
記憶部106は、学習部105により学習されたニューラルネットワーク300のパラメータを示す情報を、電磁鋼板の種類ごとに記憶する。
As described above, in this embodiment, the parameters of the neural network are learned by using the
<<
The
<<第2の電磁場解析部111>>
第2の電磁場解析部111は、ニューラルネットワークのパラメータを示す情報が記憶部106に記憶された後に起動する。
第2の電磁場解析部111は、異常渦電流損の推定対象の電磁鋼板を、所定の励磁条件で励磁したときの当該電磁鋼板の磁束密度の大きさおよび磁束密度の大きさの時間微分値を、マックスウェルの方程式に基づいて、複数の微小領域(メッシュ)ごとに導出する。ここでの所定の励磁条件は、電磁鋼板をどのように励磁したときの異常渦電流損を推定するかによって定まるものであり、<<第1の電磁場解析部102>>の項に示した所定の励磁条件と異なる場合がある。例えば、異常渦電流損の推定対象の電磁鋼板の適用先である電気機器(例えばモータ)を駆動する際の励磁条件を所定の励磁条件とすることができる。以下に、第2の電磁場解析部111の処理の具体例を説明する。
<<Second electromagnetic
The second electromagnetic
The second electromagnetic
第2の電磁場解析部111は、異常渦電流損の推定対象の電磁鋼板の励磁条件を示す情報を取得する。励磁条件を示す情報の取得の形態として、例えば、外部装置からの送信、可搬型記憶媒体に記憶された測定データの読み出し、および異常渦電流損推定装置100のユーザインターフェースに対する測定データの値の入力操作による入力のうち、少なくとも1つを採用することができる。
The second electromagnetic
第2の電磁場解析部111は、取得した励磁条件を含む電磁場解析条件に従って、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を一周期における各時刻において導出する。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を計算する手法は、第1の電磁場解析部102と同様の手法で実現することができる。
第2の電磁場解析部111は、或る微小領域における磁束密度ベクトルBに基づいて、一周期内の各時刻において、当該微小領域についての、磁束密度の大きさ|B|と、磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtとを導出する。第2の電磁場解析部111は、このような一周期内の各時刻における、磁束密度の大きさ|B|と、磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtとの導出を、全ての微小領域のそれぞれについて実行する。磁束密度の一周期内の各時刻における値(瞬時値)から、磁束密度の大きさ|B|と、磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtとを導出する手法は、<<教師データ作成部104>>の項で説明した手法で実現することができる。従って、ここでは、磁束密度の大きさ|B|と、磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtとを導出する手法の詳細な説明を省略する。
The second electromagnetic
The second electromagnetic
<<推定部112>>
推定部112は、第2の電磁場解析部111により導出された或る時刻における磁束密度の大きさ|B|および磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtを、ニューラルネットワーク300の入力層301に入力することにより出力層302から出力される値に基づいて、当該時刻における電磁鋼板の異常渦電流損を推定する。以下に、推定部112の処理の具体例を説明する。
<<
The
推定部112は、異常渦電流損の推定対象の電磁鋼板の種類を示す情報を取得する。電磁鋼板の種類を示す情報の取得の形態として、例えば、外部装置からの送信、可搬型記憶媒体に記憶された測定データの読み出し、および異常渦電流損推定装置100のユーザインターフェースに対する測定データの値の入力操作による入力のうち、少なくとも1つを採用することができる。以下の説明では、異常渦電流損の推定対象の電磁鋼板を、必要に応じて、推定対象の電磁鋼板と略称する。
The
推定部112は、推定対象の電磁鋼板の種類に対応するニューラルネットワーク300のパラメータを示す情報を記憶部106から読み出し、ニューラルネットワーク300のパラメータを、ニューラルネットワークのアルゴリズムに設定する。これにより、パラメータが学習されたニューラルネットワーク300が設定される。
The
推定部112は、第2の電磁場解析部111により、一周期内の或る時刻において或る微小領域に対して導出された、磁束密度の大きさ|B|および磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtを、パラメータが学習されたニューラルネットワーク300の入力層301に入力することにより出力層302から出力される異常渦電流損の値Waeを、当該時刻の当該微小領域における異常渦電流損の値Waeとして導出する。
The
推定部112は、一周期内の各時刻において、以上のような1つの微小領域における異常渦電流損の値Waeの導出を、全ての微小領域のそれぞれについて実行する。これにより、一周期内の各時刻において、推定対象の電磁鋼板の全ての微小領域における異常渦電流損の値Waeが導出される。
The estimating
推定部112は、同一の時刻における、全ての微小領域における異常渦電流損の値Waeの総和を、推定対象の電磁鋼板の当該時刻における異常渦電流損として導出する。推定部112は、このような推定対象の電磁鋼板の1つの時刻における異常渦電流損の導出を、一周期内の各時刻のそれぞれについて実行する。これにより、一周期内の各時刻において、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損が導出される。
The estimating
そして、推定部112は、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値を導出する。推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値としては、例えば、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損の一周期内の各時刻における値の、平均値、中央値、または実効値を用いることができる。
Then, the estimating
以上のように本実施形態では、第2の電磁場解析部111および推定部112を用いることにより、異常渦電流損を推定する機能が実現される。
As described above, in this embodiment, the function of estimating abnormal eddy current loss is realized by using the second electromagnetic
<<出力部113>>
出力部113は、推定部112により導出された、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損を示す情報を出力する。本実施形態では、推定部112により、一周期内の各時刻における、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損の値と、その代表値とが導出される。従って、出力部113は、これらの情報を出力する。情報の出力の形態としては、例えば、コンピュータディスプレイへの表示、外部装置への送信、および異常渦電流損推定装置100の内部または外部の記憶媒体への記憶のうち、少なくとも1つを採用することができる。
<<
The
<動作フローチャート>
次に、図4のフローチャートを参照しながら、異常渦電流損推定装置100によるニューラルネットワーク300のパラメータの学習方法の一例を説明する。図4のフローチャートでは、1つの種類の電磁鋼板に対するニューラルネットワーク300のパラメータを学習する場合を例示する。複数の種類の電磁鋼板に対するニューラルネットワーク300のパラメータを学習する場合には、図4のフローチャートによる処理を、電磁鋼板の種類ごとに実行すればよい。
<Operation flowchart>
Next, an example of a method for learning parameters of the
まず、ステップS401において、取得部101は、測定データを1つ取得する。測定データには、同一の種類の電磁鋼板を同一の励磁条件で励磁したときの、磁束密度の一周期における測定値と鉄損の測定値との組が含まれる。また、測定データには、当該測定データを得るために用いた励磁条件を示す情報と、当該測定データにおける測定対象の電磁鋼板の種類を示す情報も含まれる。
First, in step S401, the
次に、ステップS402において、第1の電磁場解析部102は、ステップS401で取得された測定データに含まれる励磁条件を含む電磁場解析条件に従って、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を一周期における各時刻において計算する。第1の電磁場解析部102は、一周期内の各時刻における各微小領域の磁束密度ベクトルBと渦電流ベクトルJeに基づいて、電磁鋼板のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を導出する。
Next, in step S402, the first electromagnetic
次に、ステップS403において、異常渦電流損導出部103は、ステップS401で取得された測定データに含まれる鉄損の測定値から、ステップS402で導出されたヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値の和を減算した値を、電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値(学習用目的変数データ)として導出する。
Next, in step S403, the abnormal eddy current
次に、ステップS404において、教師データ作成部104は、ステップS401で取得された測定データに含まれる磁束密度の一周期内の各時刻における測定値に基づいて、磁束密度の大きさの一周期内の各時刻における値と、磁束密度の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値とを、学習用説明変数データとして導出する。教師データ作成部104は、このようにして導出した学習用説明変数データと、ステップS403で導出された学習用目的変数データと、ステップS401で取得された測定データに含まれる電磁鋼板の種類を示す情報とを含む教師データを1つ作成する。
Next, in step S404, the teacher
次に、ステップS405において、異常渦電流損推定装置100は、ニューラルネットワーク300のパラメータの学習に必要な数の教師データが作成されたか否かを判定する。この数は、例えば、異常渦電流損推定装置100のユーザインターフェースの操作に基づいてオペレータにより予め設定される。様々な励磁条件における教師データを用いることによりニューラルネットワークの推定精度は向上する。従って、教師データの数は多い方が好ましい。一方で、教師データを作成すればするほど作業の負担が増大する。このような観点から、教師データの数を定めることができる。
Next, in step S405, the abnormal eddy current
例えば、測定データを用いずに任意の教師データを用意する。当該教師データを用いてニューラルネットワーク300のパラメータを学習することを、教師データの数を変えて実行する。学習後のニューラルネットワークから出力される値が略一定となる学習データの数の最小値を調査する。この学習データの数の最小値を、ニューラルネットワーク300のパラメータの学習に必要な数とすることができる。
For example, arbitrary teacher data may be prepared without using measurement data. Learning the parameters of the
ステップS405の判定の結果、ニューラルネットワーク300のパラメータの学習に必要な数の教師データが作成されていない場合、処理は、ステップS401に戻る。ステップS401において、取得部101は、ステップS401で既に取得している測定データとは異なる測定データを1つ取得する。ステップS401で既に取得している測定データとは異なる測定データは、ステップS401で既に取得している測定データに含まれる励磁条件とは異なる励磁条件を示す情報が含まれる測定データである。そして、新たに取得した測定データに基づいて、ステップS402~S404の処理が実行される。
As a result of the determination in step S405, if the number of teacher data necessary for learning the parameters of the
以上のようにしてステップS405において、ニューラルネットワーク300のパラメータの学習に必要な数の教師データが作成されたと判定されるまで、ステップS401~S405の処理が繰り返し実行される。そして、ステップS405において、ニューラルネットワーク300のパラメータの学習に必要な数の教師データが作成されたと判定されると、処理は、ステップS406に進む。
As described above, the processes of steps S401 to S405 are repeatedly executed until it is determined in step S405 that the necessary number of teacher data for learning the parameters of the
処理がステップS406に進むと、学習部105は、ステップS404で作成された教師データを用いて、ニューラルネットワーク300のパラメータを学習する。
最後に、ステップS407において、記憶部106は、ステップS406で学習されたニューラルネットワーク300のパラメータを示す情報を記憶する。このとき、記憶部106は、ニューラルネットワーク300のパラメータを示す情報と、当該ニューラルネットワーク300による推定対象の電磁鋼板の種類を示す情報とを相互に関連付けて記憶する。ステップS407の処理が終了すると、図4のフローチャートによる処理が終了する。
When the process proceeds to step S406, the
Finally, in step S407, the
次に、図5のフローチャートを参照しながら、異常渦電流損推定装置100による異常渦電流損推定方法の一例を説明する。図5のフローチャートは、図4のフローチャートによる処理が終了した後に開始する。
まず、ステップS501において、第2の電磁場解析部111は、推定対象の電磁鋼板の励磁条件を示す情報を取得し、取得した励磁条件を含む電磁場解析条件に従って、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を一周期における各時刻において計算する。第2の電磁場解析部111は、各微小領域における磁束密度ベクトルBに基づいて、一周期内の各時刻において、磁束密度の大きさ|B|と、磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtとを導出することを、各微小領域のそれぞれについて実行する。
Next, an example of a method for estimating abnormal eddy current loss by the abnormal eddy current
First, in step S501, the second electromagnetic
次に、ステップS502において、推定部112は、ステップS501で導出された、磁束密度の大きさ|B|および磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtを、図4のフローチャートによりパラメータが学習されたニューラルネットワーク300の入力層301に入力することにより出力層302から出力された異常渦電流損の値Waeに基づいて、推定対象の電磁鋼板の一周期内の各時刻における異常渦電流損と、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値とを導出する。
Next, in step S502, the
ステップS502においてニューラルネットワーク300の入力層301に入力される、磁束密度の大きさ|B|および磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtは、或る1つ時刻および或る1つの微小領域におけるものである。従って、ニューラルネットワーク300の出力層302から出力される異常渦電流損の値Waeは、当該時刻および当該微小領域における値である。従って、ニューラルネットワーク300によって、1つの時刻ごと、および、1つの微小領域ごとに、異常渦電流損の値Waeが導出される。
The magnitude of the magnetic flux density |B| and the time differential value of the magnitude of the magnetic flux density d|B|/dt, which are input to the
推定部112は、同一の時刻における異常渦電流損の値Waeの総和を、当該時刻における異常渦電流損の値として導出する。推定部112は、このような導出を、一周期内の各時刻において実行することにより、一周期内の各時刻において、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損を導出する。推定部112は、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損の一周期内の各時刻における値の代表値を、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損の一周期における代表値として導出する。
The
最後に、ステップS503において、出力部113は、ステップS502で導出された、推定対象の電磁鋼板の異常渦電流損を示す情報を出力する。ステップS503の処理が終了すると、図5のフローチャートによる処理が終了する。
Finally, in step S503, the
<実施例>
次に、実施例を説明する。
発明例として、単板の電磁鋼板と同じ種類の電磁鋼板に対する測定データを用いて、本実施形態で説明した手法によりニューラルネットワーク300のパラメータを学習した。当該単板の電磁鋼板について、パラメータが学習されたニューラルネットワーク300を用いて、本実施形態で説明した手法により異常渦電流損の一周期における代表値を推定した。
<Example>
Next, an example will be described.
As an example of the invention, the parameters of the
比較例として、発明例の単板の電磁鋼板と同一の単板の電磁鋼板について、特許文献1に記載の手法を用いて、異常渦電流損を推定した。
比較例においては、具体的に以下のようにして異常渦電流損を導出した。
当該単板の電磁鋼板について、特許文献1に記載の手法により、異常渦電流損係数を導出し、異常渦電流損係数を用いて導電率を補正する。そして、当該単板の電磁鋼板について、有限要素法を用いて、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。そして、(6)式のσに補正後の導電率を与えると共に(6)式の右辺全体に異常渦電流損係数を乗算して全渦電流損を導出することと、(6)式のσに補正前の導電率を与えて古典渦電流損を導出することとを実行する。そして、全渦電流損から古典渦電流損を減算した値を異常渦電流損とする。この異常渦電流損は、一周期における代表値である。
As a comparative example, abnormal eddy current loss was estimated using the method described in Patent Document 1 for a single electromagnetic steel sheet that is the same as the single electromagnetic steel sheet of the invention example.
In the comparative example, the abnormal eddy current loss was specifically derived as follows.
Regarding the single electromagnetic steel sheet, an abnormal eddy current loss coefficient is derived by the method described in Patent Document 1, and the conductivity is corrected using the abnormal eddy current loss coefficient. Then, for the single electromagnetic steel sheet, the magnetic flux density vector B and eddy current vector J e in each minute region (mesh) are calculated using the finite element method. Then, the corrected conductivity is given to σ in equation (6), and the entire right side of equation (6) is multiplied by the abnormal eddy current loss coefficient to derive the total eddy current loss. The conductivity before correction is given to derive the classical eddy current loss. Then, the value obtained by subtracting the classical eddy current loss from the total eddy current loss is defined as the abnormal eddy current loss. This abnormal eddy current loss is a typical value in one cycle.
また、当該単板の電磁鋼板の鉄損の測定値から、当該単板の電磁鋼板のヒステリシス損および古典渦電流損の和を減算した値を、異常渦電流損の測定値として導出した。この異常渦電流損は、一周期における代表値である。単板の電磁鋼板のヒステリシス損、単板の古典渦電流損は、それぞれ、(5)式、(6)式を用いて導出した。 In addition, the value obtained by subtracting the sum of the hysteresis loss and classical eddy current loss of the single electromagnetic steel sheet from the measured value of the iron loss of the single electromagnetic steel sheet was derived as the measured value of abnormal eddy current loss. This abnormal eddy current loss is a typical value in one cycle. The hysteresis loss of a single electromagnetic steel sheet and the classical eddy current loss of a single sheet were derived using equations (5) and (6), respectively.
以上のような異常渦電流損の推定を、励磁条件を異ならせて行った。図6は、発明例および比較例における異常渦電流損の推定値と、異常渦電流損の測定値とを比較した結果を示す。
図6に示す値は、異常渦電流損の推定値の測定値に対する誤差率(=推定値÷測定値-1)を百分率で表したものである。
波形1、2、3は、磁束密度の時間波形を示す。波形1は、基本周波数が50Hzであり、最大値が1.0Tであり、高調波が相対的に少ない時間波形であることを示す。波形2は、基本周波数が50Hzであり、最大値が1.5Tであり、高調波が相対的に多い時間波形であることを示す。波形3は、基本周波数が1kHzであり、最大値が1.5Tであり、高調波が相対的に多い時間波形であることを示す。
The abnormal eddy current loss as described above was estimated under different excitation conditions. FIG. 6 shows the results of comparing estimated values of abnormal eddy current loss and measured values of abnormal eddy current loss in the invention example and comparative example.
The values shown in FIG. 6 are the error rate (=estimated value÷measured value−1) of the estimated value of abnormal eddy current loss with respect to the measured value, expressed as a percentage.
Waveforms 1, 2, and 3 indicate time waveforms of magnetic flux density. Waveform 1 has a fundamental frequency of 50 Hz and a maximum value of 1.0 T, indicating that it is a temporal waveform with relatively few harmonics. Waveform 2 has a fundamental frequency of 50 Hz and a maximum value of 1.5 T, indicating that it is a time waveform with relatively many harmonics. Waveform 3 has a fundamental frequency of 1 kHz and a maximum value of 1.5 T, indicating that it is a time waveform with relatively many harmonics.
図6に示すように、発明例では、比較例に比べて、異常渦電流損を精度よく推定することができることが分かる。特に、発明例では、磁束密度の時間波形の基本周波数が高い場合や、磁束密度の時間波形に高調波成分が重畳される場合でも、異常渦電流損を精度よく推定することができる。
また、比較例では、異常渦電流損として、一周期における代表値しか導出することができない。これに対し、発明例では、異常渦電流損として、一周期内の各時刻における値を導出することができる。
As shown in FIG. 6, it can be seen that in the invention example, abnormal eddy current loss can be estimated with higher accuracy than in the comparative example. In particular, in the example of the invention, abnormal eddy current loss can be accurately estimated even when the fundamental frequency of the time waveform of magnetic flux density is high or when harmonic components are superimposed on the time waveform of magnetic flux density.
Further, in the comparative example, only a representative value in one cycle can be derived as the abnormal eddy current loss. In contrast, in the example of the invention, a value at each time within one period can be derived as the abnormal eddy current loss.
<まとめ>
以上のように本実施形態では、異常渦電流損推定装置100は、或る時刻における磁束密度の大きさ|B|と、当該時刻における磁束密度の大きさの時間微分値d|B|/dtとが入力される入力層301と、当該時刻における異常渦電流損の値Waeが出力される出力層302とを有するニューラルネットワーク300のパラメータを学習する。異常渦電流損推定装置100は、学習後のニューラルネットワーク300を用いて、各時刻における異常渦電流損の値Waeを推定する。従って、磁束密度の時間波形に高調波が重畳される場合や、磁束密度の時間波形が高周波数である場合であっても、異常渦電流損を精度よく導出することができる。また、一周期における各時刻における異常渦電流損を導出することができる。よって、電磁鋼板における異常渦電流損を正確に導出することができる。
<Summary>
As described above, in this embodiment, the abnormal eddy current
<変形例>
本実施形態では、磁束密度が磁化特性から得られる物理量である場合を例示した。しかしながら、前述したように、磁束密度、磁界強度、透磁率、および微分透磁率の少なくとも1つを、磁化特性から得られる物理量として用いることができる。ただし、磁束密度と磁界強度は、相互に対応する物理量であり、一方を用い、他方を用いなくても、異常渦電流損の推定精度に大きな影響を与えないと考えられる。また、磁束密度と磁界強度との双方を用いると、ニューラルネットワークのパラメータの学習、およびニューラルネットワークを用いた異常渦電流損の推定の際の処理負荷が高くなる虞がある。従って、磁化特性から得られる物理量として磁束密度を採用する場合には磁界強度を採用せず、逆に、磁界強度を採用する場合には磁束密度を採用しないようにするのが好ましい。
<Modified example>
In this embodiment, the case where the magnetic flux density is a physical quantity obtained from magnetization characteristics is exemplified. However, as described above, at least one of magnetic flux density, magnetic field strength, magnetic permeability, and differential magnetic permeability can be used as the physical quantity obtained from the magnetization characteristics. However, the magnetic flux density and the magnetic field strength are physical quantities that correspond to each other, and it is thought that using one and not using the other will not have a large effect on the estimation accuracy of abnormal eddy current loss. Furthermore, if both magnetic flux density and magnetic field strength are used, there is a risk that the processing load will increase when learning the parameters of the neural network and estimating abnormal eddy current loss using the neural network. Therefore, when magnetic flux density is used as a physical quantity obtained from magnetization characteristics, it is preferable not to use magnetic field strength, and conversely, when magnetic field strength is used, it is preferable not to use magnetic flux density.
本実施形態では、ニューラルネットワークのパラメータを学習する機能(取得部101、第1の電磁場解析部102、異常渦電流損導出部103、教師データ作成部104、および学習部105)を実現する学習装置と、ニューラルネットワークのパラメータを記憶する機能(記憶部106)を実現する記憶する記憶装置が、異常渦電流損を推定する機能(第2の電磁場解析部111および推定部112)を実現する異常渦電流損推定装置の内部に含まれる場合を例示した。しかしながら、これらの機能を複数の装置で実現してもよい。
In this embodiment, a learning device that realizes the function of learning neural network parameters (
例えば、ニューラルネットワークのパラメータを学習する機能(取得部101、第1の電磁場解析部102、異常渦電流損導出部103、教師データ作成部104、および学習部105)を実現する学習装置と、ニューラルネットワークのパラメータを記憶する機能(記憶部106)を実現する記憶装置と、異常渦電流損を推定する機能(第2の電磁場解析部111および推定部112)を実現する異常渦電流損推定装置とを有する異常渦電流損推定システムを構築してもよい。また、学習装置の内部に記憶装置が含まれていてもよい。
For example, a learning device that realizes a function of learning the parameters of a neural network (an
本実施形態では、異常渦電流損の推定対象の電磁鋼板を、所定の励磁条件で励磁したときの当該電磁鋼板の磁束密度の大きさおよび磁束密度の大きさの時間微分値を導出する導出部として第2の電磁場解析部111を適用した場合について説明したが、導出部は第2の電磁場解析部111に限られない。即ち、異常渦電流損の推定対象の電磁鋼板を、所定の励磁条件で励磁したときの当該電磁鋼板の磁束密度の大きさおよび磁束密度の大きさの時間微分値を導出できればよく、例えば実験を行い、実験結果からこれらの値を導出することとしてもよい。例えば、電磁鋼板に励磁コイルと検出コイルとを巻き回し、励磁コイルに励磁電流を流したときに検出コイルに発生する誘導起電力に基づいて磁束密度を測定してもよい。また、第2の電磁場解析部111を適用した場合として、電磁鋼板の磁束密度の大きさおよび磁束密度の大きさの時間微分値を、マックスウェルの方程式に基づいて、複数の微小領域(メッシュ)ごとに導出することを示したが、これに限られない。例えば、所定の励磁条件で励磁される電磁鋼板の等価回路を用いてメッシュ分割無しに磁束密度の大きさおよび磁束密度の大きさの時間微分値を導出することとしてもよい。尚、以上のようにするに際し、磁束密度を用いなくてもよいことは、<変形例>の項の冒頭で説明した通りである。実験により磁界強度を検出する際には、例えば、Hコイルを用いてもよい。
In this embodiment, a derivation unit that derives the magnitude of the magnetic flux density and the time differential value of the magnitude of the magnetic flux density of the electrical steel sheet whose abnormal eddy current loss is to be estimated is excited under predetermined excitation conditions. Although the case where the second electromagnetic
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。
Note that the embodiments of the present invention described above can be realized by a computer executing a program. Furthermore, a computer-readable recording medium on 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, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM, etc. can be used.
Furthermore, the embodiments of the present invention described above are merely examples of implementation of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as limited by these. It is something. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its technical idea or its main features.
100:異常渦電流損推定装置、101:取得部、102:第1の電磁場解析部、103:異常渦電流損導出部、104:教師データ作成部、105:学習部、106:記憶部、111:第2の電磁場解析部、112:推定部、113:出力部 100: Abnormal eddy current loss estimation device, 101: Acquisition unit, 102: First electromagnetic field analysis unit, 103: Abnormal eddy current loss derivation unit, 104: Teacher data creation unit, 105: Learning unit, 106: Storage unit, 111 : second electromagnetic field analysis section, 112: estimation section, 113: output section
Claims (9)
前記軟磁性材料を所定の励磁条件で励磁したときの当該軟磁性材料に対する測定値として、当該軟磁性材料の磁化特性から得られる物理量の一周期内の各時刻における測定値と、当該軟磁性材料の鉄損の測定値とを取得する取得手段と、
前記軟磁性材料を前記所定の励磁条件で励磁したときの前記軟磁性材料のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を、マックスウェルの方程式に基づいて導出する第1の電磁場解析手段と、
前記取得手段により取得された鉄損の測定値と、前記第1の電磁場解析手段により導出されたヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値とに基づいて、前記軟磁性材料における異常渦電流損の一周期における代表値を導出する異常渦電流損導出手段と、
前記異常渦電流損導出手段により導出された前記軟磁性材料における異常渦電流損の一周期における代表値と、前記物理量の大きさの一周期内の各時刻における値と、前記物理量の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値と、に基づいて、教師データを作成する教師データ作成手段と、
前記教師データ作成手段により作成された前記教師データを用いて、ニューラルネットワークのパラメータを学習する学習手段と、を有し、
前記ニューラルネットワークの入力層には、或る時刻における前記物理量の大きさおよび当該時刻における前記物理量の大きさの時間微分値が少なくとも入力され、
前記ニューラルネットワークの出力層から、当該時刻における異常渦電流損が少なくとも出力され、
前記学習手段は、前記教師データに含まれる前記軟磁性材料の異常渦電流損の一周期における代表値と、前記ニューラルネットワークの前記出力層から出力される一周期内の各時刻における異常渦電流損の代表値との差の評価値を少なくとも求める目的関数を用いて、前記ニューラルネットワークのパラメータを学習することを特徴とする学習装置。 A learning device for learning neural network parameters for estimating abnormal eddy current loss in soft magnetic materials,
Measured values for the soft magnetic material when the soft magnetic material is excited under predetermined excitation conditions include measured values at each time within one period of a physical quantity obtained from the magnetization characteristics of the soft magnetic material, and the soft magnetic material. an acquisition means for acquiring a measured value of iron loss;
A first electromagnetic field analysis means for deriving representative values in one cycle of hysteresis loss and classical eddy current loss of the soft magnetic material when the soft magnetic material is excited under the predetermined excitation conditions based on Maxwell's equations. and,
Based on the measured value of iron loss acquired by the acquisition means and the representative values of hysteresis loss and classical eddy current loss in one cycle derived by the first electromagnetic field analysis means, abnormal eddy in the soft magnetic material is determined. Abnormal eddy current loss derivation means for deriving a representative value of current loss in one cycle;
A typical value of the abnormal eddy current loss in the soft magnetic material derived by the abnormal eddy current loss deriving means in one cycle, a value of the magnitude of the physical quantity at each time within one cycle, and a value of the magnitude of the physical quantity at each time within one cycle. a value at each time within one cycle of the time differential value, and a teacher data creation means for creating teacher data based on the time differential value at each time within one cycle;
a learning means for learning parameters of a neural network using the teacher data created by the teacher data creation means,
At least the magnitude of the physical quantity at a certain time and the time differential value of the magnitude of the physical quantity at the time are input to the input layer of the neural network,
At least the abnormal eddy current loss at the time is output from the output layer of the neural network,
The learning means is configured to calculate a representative value of the abnormal eddy current loss of the soft magnetic material in one period included in the training data and an abnormal eddy current loss at each time in one period output from the output layer of the neural network. A learning device, characterized in that the parameters of the neural network are learned using an objective function that at least obtains an evaluation value of a difference between a representative value and a representative value.
前記異常渦電流損の推定対象の軟磁性材料を所定の励磁条件で励磁したときの当該軟磁性材料の前記物理量の大きさおよび当該物理量の大きさの時間微分値を導出する導出手段と、
前記導出手段により導出された或る時刻における前記物理量の大きさおよび当該時刻における前記物理量の大きさの時間微分値を前記ニューラルネットワークの前記入力層に与えることにより前記出力層から出力される値に基づいて、当該時刻における前記軟磁性材料の異常渦電流損を推定する推定手段と、を有することを特徴とする異常渦電流損推定装置。 An abnormal eddy current loss estimating device that estimates abnormal eddy current loss of a soft magnetic material using the neural network whose parameters have been learned by the learning device according to claim 1 or 2,
Derivation means for deriving the magnitude of the physical quantity of the soft magnetic material and the time differential value of the magnitude of the physical quantity when the soft magnetic material whose abnormal eddy current loss is to be estimated is excited under predetermined excitation conditions;
The magnitude of the physical quantity at a certain time derived by the derivation means and the time differential value of the magnitude of the physical quantity at the time are given to the input layer of the neural network to obtain the value output from the output layer. an estimation means for estimating the abnormal eddy current loss of the soft magnetic material at the relevant time based on the above information.
前記軟磁性材料を所定の励磁条件で励磁したときの当該軟磁性材料に対する測定値として、当該軟磁性材料の磁化特性から得られる物理量の一周期内の各時刻における測定値と、当該軟磁性材料の鉄損の測定値とを取得する取得工程と、
前記軟磁性材料を前記所定の励磁条件で励磁したときの前記軟磁性材料のヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値を、マックスウェルの方程式に基づいて導出する第1の電磁場解析工程と、
前記取得工程により取得された鉄損の測定値と、前記第1の電磁場解析工程により導出されたヒステリシス損および古典渦電流損の一周期における代表値とに基づいて、前記軟磁性材料における異常渦電流損の一周期における代表値を導出する異常渦電流損導出工程と、
前記異常渦電流損導出工程により導出された前記軟磁性材料における異常渦電流損の一周期における代表値と、前記物理量の大きさの一周期内の各時刻における値と、前記物理量の大きさの時間微分値の一周期内の各時刻における値と、に基づいて、教師データを作成する教師データ作成工程と、
前記教師データ作成工程により作成された前記教師データを用いて、ニューラルネットワークのパラメータを学習する学習工程と、を有し、
前記ニューラルネットワークの入力層には、或る時刻における前記物理量の大きさおよび当該時刻における前記物理量の大きさの時間微分値が少なくとも入力され、
前記ニューラルネットワークの出力層から、当該時刻における異常渦電流損が少なくとも出力され、
前記学習工程は、前記教師データに含まれる前記軟磁性材料の異常渦電流損の一周期における代表値と、前記ニューラルネットワークの前記出力層から出力される一周期内の各時刻における異常渦電流損の代表値との差の評価値を少なくとも求める目的関数を用いて、前記ニューラルネットワークのパラメータを学習することを特徴とする学習方法。 A learning method for learning neural network parameters for estimating abnormal eddy current loss in soft magnetic materials, the method comprising:
Measured values for the soft magnetic material when the soft magnetic material is excited under predetermined excitation conditions include measured values at each time within one period of a physical quantity obtained from the magnetization characteristics of the soft magnetic material, and the soft magnetic material. an acquisition step of acquiring a measured value of iron loss;
A first electromagnetic field analysis step of deriving representative values of hysteresis loss and classical eddy current loss in one cycle of the soft magnetic material when the soft magnetic material is excited under the predetermined excitation conditions based on Maxwell's equations. and,
Based on the measured value of iron loss acquired in the acquisition step and the representative values in one cycle of hysteresis loss and classical eddy current loss derived in the first electromagnetic field analysis step, abnormal eddy in the soft magnetic material is determined. An abnormal eddy current loss derivation step of deriving a representative value of current loss in one cycle;
A representative value in one cycle of the abnormal eddy current loss in the soft magnetic material derived by the abnormal eddy current loss deriving step, a value at each time within one cycle of the magnitude of the physical quantity, and a value of the magnitude of the physical quantity at each time within one cycle. A teacher data creation step of creating teacher data based on the value at each time within one cycle of the time differential value;
a learning step of learning parameters of a neural network using the teacher data created in the teacher data creation step;
At least the magnitude of the physical quantity at a certain time and the time differential value of the magnitude of the physical quantity at the time are input to the input layer of the neural network,
At least the abnormal eddy current loss at the time is output from the output layer of the neural network,
The learning step includes determining a representative value of the abnormal eddy current loss of the soft magnetic material in one cycle included in the teacher data and an abnormal eddy current loss at each time in one cycle output from the output layer of the neural network. A learning method characterized in that the parameters of the neural network are learned using an objective function that at least obtains an evaluation value of the difference between the 1 and the representative value.
前記異常渦電流損の推定対象の軟磁性材料を所定の励磁条件で励磁したときの当該軟磁性材料の前記物理量の大きさおよび当該物理量の大きさの時間微分値を導出する導出工程と、
前記導出工程により導出された或る時刻における前記物理量の大きさおよび当該時刻における前記物理量の大きさの時間微分値を前記ニューラルネットワークの前記入力層に与えることにより前記出力層から出力される値に基づいて、当該時刻における前記軟磁性材料の異常渦電流損を推定する推定工程と、を有することを特徴とする異常渦電流損推定方法。 An abnormal eddy current loss estimation method for estimating abnormal eddy current loss of a soft magnetic material using the neural network whose parameters have been learned by the learning method according to claim 6,
a derivation step of deriving the magnitude of the physical quantity of the soft magnetic material and the time differential value of the magnitude of the physical quantity when the soft magnetic material whose abnormal eddy current loss is to be estimated is excited under predetermined excitation conditions;
The magnitude of the physical quantity at a certain time derived in the derivation step and the time differential value of the magnitude of the physical quantity at the time are given to the input layer of the neural network to obtain the value output from the output layer. an estimation step of estimating the abnormal eddy current loss of the soft magnetic material at the relevant time based on the above.
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