(57)【要約】  インバータ電源を用いて励磁される鉄心の鉄損を低減する。インバータ電源の変調動作設定装置１４３０は、系全体の損失（鉄損、銅損、およびスイッチング損失）が（高調波を含まない）目標波形で当該電気機器を動作させたときの系全体の損失を下回るように、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxおよび最小値Ｈminを制御する。
2020059852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心を有する電気機器と、前記鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源と、前記インバータ電源の変調動作を設定する変調動作設定装置と、を有する電気機器内の鉄心の励磁システムであって、
前記変調動作設定装置は、前記鉄心の磁束密度と磁界強度との関係を示すヒステリシスループのマイナーループにおける前記磁界強度の最大値と最小値との関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定する設定手段としての機能を有し、
前記磁界強度の最大値と最小値との関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項２】
前記設定手段は、
前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が増加する領域の少なくとも一部において、前記高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループのうちのいずれか１つのマイナーループである第１マイナーループにおける磁界強度の最大値と最小値との関係として、磁界強度の最小値の絶対値が、前記第１マイナーループにおける磁界強度の最大値の絶対値を上回る関係が得られるように、前記インバータ電源の変調動作を設定することを特徴とする請求項１に記載の電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項３】
前記設定手段は、
前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が低減する領域の少なくとも一部において、前記高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループのうちのいずれか１つのマイナーループである第２マイナーループにおける磁界強度の最大値と最小値との関係として、磁界強度の最大値の絶対値が、前記第２マイナーループにおける磁界強度の最小値の絶対値を上回る関係が得られるように、前記インバータ電源の変調動作を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項４】
前記設定手段は、
前記ヒステリシスループに含まれる複数の領域のうち、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合に前記鉄心の磁界強度の絶対値が１００［Ａ／ｍ］以下になる領域において、前記磁界強度の最大値と最小値の関係が得られるように、前記インバータ電源の変調動作を設定することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項５】
前記設定手段は、
前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が増加する領域の少なくとも一部において、前記高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループのマイナーループにおける磁界強度の最大値と最小値との関係として、
前記高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループのうちのいずれか１つのマイナーループである第３マイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループとの交点の一つを第１基準点とし、
前記第３マイナーループにおける磁界強度の最小値と、前記第１基準点における磁界強度の値との差の絶対値が、
前記第３マイナーループにおける磁界強度の最大値と、前記第１基準点における磁界強度の値との差の絶対値を上回る関係が得られるように、前記インバータ電源の変調動作を設定することを特徴とする請求項１に記載の電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項６】
前記設定手段は、
前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が低減する領域の少なくとも一部において、前記高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループのマイナーループにおける磁界強度の最大値と最小値との関係として、
前記高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループのうちのいずれか１つのマイナーループである第４マイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループとの交点の一つを第２基準点とし、
前記第４マイナーループにおける磁界強度の最大値と、前記第２基準点における磁界強度の値との差の絶対値が、
前記第４マイナーループにおける磁界強度の最小値と、前記第２基準点における磁界強度の値との差の絶対値を上回る関係が得られるように、前記インバータ電源の変調動作を設定することを特徴とする請求項１または５に記載の電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項７】
鉄心を有する電気機器と、前記鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源と、前記インバータ電源の変調動作を設定する変調動作設定装置と、を有する電気機器内の鉄心の励磁システムであって、
前記変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとで作られる閉領域の面積の関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項８】
鉄心を有する電気機器と、前記鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源と、前記インバータ電源の変調動作を設定する変調動作設定装置と、を有する電気機器内の鉄心の励磁システムであって、
前記変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、
前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が増加する領域の少なくとも一部において、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項９】
鉄心を有する電気機器と、前記鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源と、前記インバータ電源の変調動作を設定する変調動作設定装置と、を有する電気機器内の鉄心の励磁システムであって、
前記変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、
前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が減少する領域の少なくとも一部において、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項１０】
前記変調動作設定装置は、
前記ヒステリシスループに含まれる複数の領域のうち、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合に前記鉄心の磁界強度の絶対値が１００［Ａ／ｍ］以下になる領域において、前記磁界強度の最大値と最小値の関係が得られるように、前記インバータ電源の変調動作を設定することを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載の電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項１１】
前記インバータ電源は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータを有し、
前記設定手段または前記変調動作設定装置は、変調率とキャリア波の周波数を設定することにより、前記インバータ電源の変調動作を設定することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の電気機器内の鉄心の励磁システム。
【請求項１２】
電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源に関する電気機器内の鉄心の励磁方法であって、
前記電気機器内の鉄心の励磁方法は、前記鉄心の磁束密度と磁界強度との関係を示すヒステリシスループのマイナーループにおける前記磁界強度の最大値と最小値との関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定する設定工程を有し、
前記磁界強度の最大値と最小値との関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする電気機器内の鉄心の励磁方法。
【請求項１３】
電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源に関する電気機器内の鉄心の励磁方法であって、
前記電気機器内の鉄心の励磁方法は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとで作られる閉領域の面積の関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする電気機器内の鉄心の励磁方法。
【請求項１４】
電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源に関する電気機器内の鉄心の励磁方法であって、
前記電気機器内の鉄心の励磁方法は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定する設定工程を有し、
前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が増加する領域の少なくとも一部において、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする電気機器内の鉄心の励磁方法。
【請求項１５】
電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源に関する電気機器内の鉄心の励磁方法であって、
前記電気機器内の鉄心の励磁方法は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定する設定工程を有し、
前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が減少する領域の少なくとも一部において、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする電気機器内の鉄心の励磁方法。
【請求項１６】
請求項１〜１１の何れか１項に記載の電気機器内の鉄心の励磁システム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プログラム。
【請求項１７】
電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源の変調動作設定装置であって、
前記インバータ電源の変調動作設定装置は、前記鉄心の磁束密度と磁界強度との関係を示すヒステリシスループのマイナーループにおける前記磁界強度の最大値と最小値との関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、
前記磁界強度の最大値と最小値との関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とするインバータ電源の変調動作設定装置。
【請求項１８】
電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源の変調動作設定装置であって、
前記インバータ電源の変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとで作られる閉領域の面積の関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とするインバータ電源の変調動作設定装置。
【請求項１９】
電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源の変調動作設定装置であって、
前記インバータ電源の変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、
前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が増加する領域の少なくとも一部において、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とするインバータ電源の変調動作設定装置。
【請求項２０】
電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源の変調動作設定装置であって、
前記インバータ電源の変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、
前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が減少する領域の少なくとも一部において、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、
前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とするインバータ電源の変調動作設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器内の鉄心の励磁システム、電気機器内の鉄心の励磁方法、プログラムおよびインバータ電源の変調動作設定装置に関するものである。
本願は、２０１８年９月２１日に、日本に出願された特願２０１８−１７７７２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電車、ハイブリッド自動車、家電製品等のモータを駆動する電源装置として、インバータ電源が用いられる。また、インバータ電源のフィルタ回路としてリアクトルが用いられる。インバータ電源は、複数のスイッチング素子を有するスイッチング回路を用いて構成される。スイッチング素子がスイッチング動作を行うこと等によって、インバータ電源から出力される励磁電流の時間波形は、基本波に高調波が重畳された波形になる。このため、当該電気機器（鉄心）の温度上昇や、当該電気機器の効率の低下を招く虞がある。【０００３】
そこで、特許文献１には、正弦波単独で励磁したときの鉄損に対する、高調波成分を含む波形により励磁したときの鉄損の比を１．１５未満とするリアクトル鉄心が開示されている。
また、特許文献２には、ＰＷＭインバータで三相モータを駆動した場合の励磁電流の高調波成分と同振幅かつ逆位相の電流を当該励磁電流に重畳させることで、正弦波電流で三相モータを駆動した場合の１．０５倍に鉄損を低減することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−４５５３４号公報
【特許文献２】特許第４９９５５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、高調波成分を含む波形により励磁したときの鉄損が、正弦波単独で励磁したときの鉄損よりも大きくなることが許容される。また、特許文献２に記載の手法では、正弦波電流で三相モータを駆動した場合よりも鉄損が増加する。【０００６】
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、インバータ電源を用いて励磁される鉄心の鉄損を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電気機器内の鉄心の励磁システムは、鉄心を有する電気機器と、前記鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源と、前記インバータ電源の変調動作を設定する変調動作設定装置と、を有する電気機器内の鉄心の励磁システムであって、前記変調動作設定装置は、前記鉄心の磁束密度と磁界強度との関係を示すヒステリシスループのマイナーループにおける前記磁界強度の最大値と最小値との関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定する設定手段としての機能を有し、前記磁界強度の最大値と最小値との関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【０００８】
本発明の電気機器内の鉄心の励磁システムは、鉄心を有する電気機器と、前記鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源と、前記インバータ電源の変調動作を設定する変調動作設定装置と、を有する電気機器内の鉄心の励磁システムであって、前記変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとで作られる閉領域の面積の関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【０００９】
本発明の電気機器内の鉄心の励磁システムは、鉄心を有する電気機器と、前記鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源と、前記インバータ電源の変調動作を設定する変調動作設定装置と、を有する電気機器内の鉄心の励磁システムであって、前記変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が増加する領域の少なくとも一部において、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１０】
本発明の電気機器内の鉄心の励磁システムは、鉄心を有する電気機器と、前記鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源と、前記インバータ電源の変調動作を設定する変調動作設定装置と、を有する電気機器内の鉄心の励磁システムであって、前記変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が減少する領域の少なくとも一部において、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１１】
本発明の電気機器内の鉄心の励磁方法は、電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源に関する電気機器内の鉄心の励磁方法であって、前記電気機器内の鉄心の励磁方法は、前記鉄心の磁束密度と磁界強度との関係を示すヒステリシスループのマイナーループにおける前記磁界強度の最大値と最小値との関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定する設定工程を有し、前記磁界強度の最大値と最小値との関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１２】
本発明の電気機器内の鉄心の励磁方法は、電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源に関する電気機器内の鉄心の励磁方法であって、前記電気機器内の鉄心の励磁方法は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとで作られる閉領域の面積の関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１３】
本発明の電気機器内の鉄心の励磁方法は、電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源に関する電気機器内の鉄心の励磁方法であって、前記電気機器内の鉄心の励磁方法は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定する設定工程を有し、前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が増加する領域の少なくとも一部において、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１４】
本発明の電気機器内の鉄心の励磁方法は、電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源に関する電気機器内の鉄心の励磁方法であって、前記電気機器内の鉄心の励磁方法は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定する設定工程を有し、前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が減少する領域の少なくとも一部において、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１５】
本発明のプログラムは、前記電気機器内の鉄心の励磁システム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。【００１６】
本発明のインバータ電源の変調動作設定装置は、電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源の変調動作設定装置であって、前記インバータ電源の変調動作設定装置は、前記鉄心の磁束密度と磁界強度との関係を示すヒステリシスループのマイナーループにおける前記磁界強度の最大値と最小値との関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記磁界強度の最大値と最小値との関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１７】
本発明のインバータ電源の変調動作設定装置は、電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源の変調動作設定装置であって、前記インバータ電源の変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとで作られる閉領域の面積の関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１８】
本発明のインバータ電源の変調動作設定装置は、電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源の変調動作設定装置であって、前記インバータ電源の変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が増加する領域の少なくとも一部において、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。【００１９】
本発明のインバータ電源の変調動作設定装置は、電気機器の鉄心を励磁するために高調波を含む励磁信号を前記電気機器に出力するインバータ電源の変調動作設定装置であって、前記インバータ電源の変調動作設定装置は、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループのマイナーループと、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合における磁界強度と前記鉄心内に発生する磁束密度とのヒステリシスループとの関係に基づいて、前記インバータ電源の変調動作を設定し、前記関係は、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記ヒステリシスループの前記磁束密度が減少する領域の少なくとも一部において、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのうち少なくとも一つは、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が大きい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループに対して磁界強度が小さい側に位置する部分と、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループとで作られる閉領域の面積よりも大きくなり、前記インバータ電源により高調波を含む励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損が、前記高調波を除いた励磁信号で前記鉄心を励磁する場合の前記鉄心の鉄損よりも小さくなるように調整された関係であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、インバータ電源を用いて励磁される鉄心の鉄損を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ＰＷＭインバータの動作の一例を説明する図である。
【図２】正弦波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループと、高調波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループの第１の例を示す図である。
【図３】図２に示す２つのヒステリシスループを重ねて示した図である。
【図４】図２に示すヒステリシスループを得たときの磁束密度の時間波形を示す図である。
【図５】正弦波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループと、高調波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループの第２の例を示す図である。
【図６】図５に示す２つのヒステリシスループを重ねて示す図である。
【図７】図６の領域Ａ（およびＩ）、Ｂ、Ｃの部分を拡大して示す図である。
【図８】図６の領域Ｄ、Ｅ、Ｆの部分を拡大して示す図である。
【図９】図６の領域Ｇ、Ｈの部分を拡大して示す図である。
【図１０】図５に示すヒステリシスループを得たときの磁束密度の時間波形を示す図である。
【図１１】図２、５〜９に示すヒステリシスループにおける微小面積ＨｄＢの積算値の時間変化を示す図である。
【図１２】鉄心を構成する軟磁性体板（電磁鋼板）の比透磁率と磁界強度との関係の一例を示す図である。
【図１３】キャリア周波数および変調率と鉄損比率との関係の一例を示す図である。
【図１４】電気機器内の鉄心の励磁システムの構成の一例を示す図である。
【図１５】電気機器内の鉄心の励磁システムの動作の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
＜ＰＷＭインバータの概要＞
本実施形態では、電気機器の鉄心を励磁するインバータ電源が、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で制御される場合を例に挙げて説明する。このようなインバータをＰＷＭインバータと呼称することにする。そこで、まず、ＰＷＭインバータの概要を説明する。
図１は、ＰＷＭインバータの動作の一例を説明する図である。図１は、基本波、キャリア波（搬送波）、および出力電圧の時間波形を示す。図１において、上段に基本波およびキャリア波の波形を示し、下段に出力電圧の波形を示す。また、図１において、基本波１０１ａ、１０１ｂの振幅をＥ0とし、キャリア波１０２（および出力電圧１０３）の振幅をＥcとする。基本波１０１ａ、１０１ｂの振幅Ｅ0は、電気機器に印加される電圧の波高値に対応し、キャリア波１０２の振幅Ｅcは、インバータの出力電圧の波高値に対応する。
【００２３】
図１に示すように、ＰＷＭインバータの出力電圧１０３は、キャリア波１０２と、基本波１０１ａ、１０１ｂとの大小関係に応じて、値がＥcまたは０（ゼロ）となるパルス信号である。ここで、ＰＷＭインバータの変調率ｍは、Ｅ0÷Ｅcで表される。尚、ＰＷＭインバータの動作方式は、図１に示す方式に限定されず、マルチレベル方式など公知の他方式とすることもできる。
【００２４】
＜知見＞
次に、本発明者が得た知見について説明する。
鉄心の鉄損Ｗ［Ｗ／ｋｇ］は、磁界強度Ｈ［Ａ／ｍ］と、鉄心内に発生する磁束密度Ｂ［Ｔ］とのヒステリシスループにより囲まれる面積から求められる。具体的に鉄心の鉄損Ｗは、以下の（１）式のようにして求められる。
【００２５】
【数１】
2020059852.tif 000003
【００２６】
ここで、ρは、密度［ｋｇ／ｍ3］、ｆは、励磁周波数［Ｈｚ］、Ｖは、鉄心の体積［ｍ3］である。
本発明者は、ヒステリシスループの面積を低減することができれば、鉄損を低減することができることに着目した。ヒステリシスループを低減するためには、磁束密度Ｂの大きさを変えずに、磁界強度Ｈを低減すればよい。
まず、本発明者は、同一の鉄心に対し、時間波形が高調波を含まない正弦波である励磁信号で励磁した場合と、時間波形が当該正弦波に高調波が重畳された波形である励磁信号で励磁した場合とのそれぞれのヒステリシスループを調査した。その結果を図２および図３に示す。尚、以下の説明では、時間波形が高調波を含まない正弦波を、必要に応じて正弦波と称し、正弦波に高調波が重畳された波形を、必要に応じて高調波と称する。
【００２７】
図２は、正弦波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループ（図２（ａ））と、高調波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループ（図２（ｂ））の一例を示す図である。図３は、図２（ａ）に示す正弦波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループと、図２（ｂ）に示す高調波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループとを重ねて示した図である。図３（ａ）は、ヒステリシスループの全体を示し、図３（ｂ）は、図３（ａ）の一部分を拡大して示す。高調波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループは、図３（ｂ）に示すように短周期で振動するマイナーループを有する。ここで、高調波で励磁した場合のヒステリシスループにおけるマイナーループは、磁界強度Ｈが増大する方向に時間変化している時の、正弦波で励磁した場合のヒステリシスループとの交点を始点として、次に同様に磁界強度Ｈが増大している方向に時間変化している時に正弦波で励磁した場合のヒステリシスループと交わる点までの範囲を、一つのマイナーループとする。このため、図２（ｂ）および図３（ａ）に示すスケールでは、この振動する線（複数のマイナーループ）が判別できないほど近接していることにより、塗りつぶされているように見える。尚、図２（および図３）は、ＰＷＭインバータの変調率ｍを０．２とし、キャリア周波数（キャリア波の周波数）を１００［ｋＨｚ］とした結果である。
【００２８】
つまり、図３（ｂ）に示す例では、高調波を除いた励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬの一部が、「正弦波」によって示されており、高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループの一部が、「高調波（参考例）」によって示されている。
高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループには、複数のマイナーループが含まれる。図３（ｂ）に含まれる複数のマイナーループのうちの１つのマイナーループＭは、点Ｍ１を始点とし、点Ｍ５を終点とする。
点Ｍ１は、磁界強度Ｈが増大する方向（図３（ｂ）の右向き）に時間変化している時の、高調波を除いた励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬとの交点である。
このマイナーループＭにおける磁界強度Ｈの最大値は、このマイナーループＭ上の点Ｍ２における磁界強度Ｈに相当する。
このマイナーループＭ上の点Ｍ３は、磁界強度Ｈが低減する方向（図３（ｂ）の左向き）に時間変化している時の、高調波を除いた励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬとの交点である。
このマイナーループＭにおける磁界強度Ｈの最小値は、このマイナーループＭ上の点Ｍ４における磁界強度Ｈに相当する。
上述したように、このマイナーループＭ上の点Ｍ５は、このマイナーループＭの終点に相当する。また、点Ｍ５は、このマイナーループＭに隣接するマイナーループ（マイナーループＭよりも図３（ｂ）の上側に位置するマイナーループ）の始点に相当する。
【００２９】
高調波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループには、図３（ｂ）に示すようなマイナーループが発生する。図３（ｂ）に示す領域においては、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜は、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜を上回る（｜Ｈmax｜＞｜Ｈmin｜）。
「マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmax」とは、１つのマイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値である。
「マイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈmin」とは、１つのマイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値である。
そして、図２〜図３に示す例において、正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損、高調波で励磁した場合の鉄心の鉄損は、それぞれ、１０．８４［Ｗ／ｋｇ］、１７．８８［Ｗ／ｋｇ］であった。
【００３０】
図４は、図２〜図３に示すヒステリシスループを得たときの磁束密度Ｂの時間波形を示す図である。尚、図４の横軸の時刻は、基準となる時刻を０とした場合の時刻である（即ち、図４の横軸の値は、時刻０からの経過時間と同じである）。このことは、後述する図１０および図１１においても同じである。
正弦波で励磁した場合の磁束密度Ｂの時間波形４０１の波形率、高調波で励磁した場合の磁束密度Ｂの時間波形４０２の波形率は、それぞれ、１．１１０８、１．１１５５であり、両者共に、正弦波の波形率（＝π/２√２≒１．１１０７）と略同じであった。従って、正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損よりも、高調波で励磁した場合の鉄心の鉄損が大きくなるのは、磁界強度Ｈが増加することに起因すると考えられる。
【００３１】
以上のことから、本発明者は、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxと最小値Ｈminとの関係を調整すれば、ヒステリシスループの面積を低減させることができ、鉄心の鉄損を低減することができることを着想した。
そこで、図３（ｂ）に示す領域において、少なくとも一部のマイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜が、当該マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜を上回る（｜Ｈmax｜＜｜Ｈmin｜）ようにＰＷＭインバータの変調率ｍおよびキャリア周波数を調整した。その結果を、図５〜図９に示す。図５〜図９では、ＰＷＭインバータの変調率ｍが０．４であり、キャリア波の周波数が１００［ｋＨｚ］である場合を例示する。
【００３２】
図５は、正弦波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループ（図５（ａ））と、高調波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループ（図５（ｂ））の一例を示す図である。図６は、図５（ａ）に示す正弦波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループと、図５（ｂ）に示す高調波で励磁した場合の鉄心のヒステリシスループとを重ねて示した図である。図６は、ヒステリシスループの全体を示す。図７〜図９は、図６の一部分を拡大して示す図である。具体的に図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）、図９（ａ）、図９（ｂ）は、それぞれ、図６に示す領域Ａ（およびＩ）、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを拡大して示す図である。
【００３３】
図３（ｂ）に示す領域は、図７（ｃ）に示す領域（領域Ｃ）に対応する。図７（ｃ）に示す領域Ｃに含まれる３つのマイナーループのうち、上から３番目のマイナーループＭＡ（Ｍ１〜Ｍ２〜Ｍ３〜Ｍ４〜Ｍ５）と上から２番目のマイナーループＭＢ（Ｍ５〜Ｍ６〜Ｍ７〜Ｍ８〜Ｍ９）において、磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜が、磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜を上回るようにすることができた。
ここで、｜Ｈmin｜＞｜Ｈmax｜の関係を満たすように調整されるマイナーループを、請求項２の「第１マイナーループ」とする。図７（ｃ）では、上から３番目のマイナーループＭＡ（Ｍ１〜Ｍ２〜Ｍ３〜Ｍ４〜Ｍ５）と上から２番目のマイナーループＭＢ（Ｍ５〜Ｍ６〜Ｍ７〜Ｍ８〜Ｍ９）は、各々、請求項２の「第１マイナーループ」に相当する。
また、図７（ｃ）に示す領域Ｃ（つまり、高調波を除いた励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬの磁束密度が増加する領域）では、インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループ（図７（ｃ）に「高調波（実施例）」で示すヒステリシスループ」）に含まれる３つのマイナーループのうちの図７（ｃ）の上から３番目のマイナーループＭＡ（Ｍ１〜Ｍ２〜Ｍ３〜Ｍ４〜Ｍ５）の始点Ｍ１（ヒステリシスループＨＬとの交点）を基準点とすると、マイナーループＭＡにおける磁界強度Ｈの最小値（つまり、マイナーループＭＡ上の点Ｍ４における磁界強度Ｈの値）と、基準点Ｍ１における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmin］が、マイナーループＭＡにおける磁界強度Ｈの最大値（つまり、マイナーループＭＡ上の点Ｍ２における磁界強度Ｈの値）と、基準点Ｍ１における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmax］を上回る関係を満足している。
ここで、［Ｈmin］＞［Ｈmax］の関係を満たすように調整されるマイナーループを、請求項５の「第３マイナーループ」とする。また、基準点（第３マイナーループの始点）を、請求項５の「第１基準点」とする。図７（ｃ）では、マイナーループＭＡ（Ｍ１〜Ｍ２〜Ｍ３〜Ｍ４〜Ｍ５）は請求項５の「第３マイナーループ」に相当し、点Ｍ１は、マイナーループＭＡに対応する請求項５の「第１基準点」に相当する。
【００３４】
図７（ｃ）の上から２番目のマイナーループＭＢ（Ｍ５〜Ｍ６〜Ｍ７〜Ｍ８〜Ｍ９）の始点Ｍ５（ヒステリシスループＨＬとの交点）を基準点とすると、マイナーループＭＢにおける磁界強度Ｈの最小値（つまり、マイナーループＭＢ上の点Ｍ８における磁界強度Ｈの値）と、基準点Ｍ５における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmin］が、マイナーループＭＢにおける磁界強度Ｈの最大値（つまり、マイナーループＭＢ上の点Ｍ６における磁界強度Ｈの値）と、基準点Ｍ５における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmax］を上回る関係を満足している。マイナーループＭＢ（Ｍ５〜Ｍ６〜Ｍ７〜Ｍ８〜Ｍ９）は請求項５の「第３マイナーループ」に相当し、点Ｍ５は、マイナーループＭＢに対応する請求項５の「第１基準点」に相当する。
「第３マイナーループ」に相当するマイナーループは、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが増加する領域の少なくとも一部に、１つのみ存在しても、複数存在してもよい。また、一つの「第３マイナーループ」に対応する「第１基準点」は、一つのみ決定され、「第３マイナーループ」が複数存在する場合は、「第３マイナーループ」毎に、各々対応する「第１基準点」が存在する。よって、「第１基準点」に相当する基準点は、「第３マイナーループ」の数に対応し、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが増加する領域の少なくとも一部に、１つのみ存在しても、複数存在してもよい。例えば、図７（ｃ）では、マイナーループＭＡ（第３マイナーループ）に対応する「第１基準点」として点Ｍ１が、マイナーループＭＢ（第３マイナーループ）に対応する「第１基準点」である点Ｍ５が、各々決定される。
また、｜Ｈmin｜＞｜Ｈmax｜および［Ｈmin］＞［Ｈmax］の関係が、一つのマイナーループにおいて同時に満たされる場合がある。この場合は、「第１マイナーループ」と「第３マイナーループ」とが同じマイナーループとなり得る。例えば、図７（ｃ）のマイナーループＭＡおよびマイナーループＭＢでは、｜Ｈmin｜＞｜Ｈmax｜および［Ｈmin］＞［Ｈmax］の関係が、いずれも満たされている。
【００３５】
さらに、図７（ｃ）に示す例では、下記の関係も満足している。
図７（ｃ）に示す領域Ｃでは、インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループ（図７（ｃ）に「高調波（実施例）」で示すヒステリシスループ」）に含まれる３つのマイナーループのうちの図７（ｃ）の上から３番目のマイナーループＭＡにおいて、高調波を含まない正弦波の励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬ（図７（ｃ）に「正弦波」で示すヒステリシスループ」）に対して、磁界強度が小さい側（図７（ｃ）の左側）に位置する部分とヒステリシスループＨＬとで作られる閉領域Ｍ３〜Ｍ４〜Ｍ５〜Ｍ３の面積Ｓ１が、そのヒステリシスループＨＬ（図７（ｃ）に「正弦波」で示すヒステリシスループ）に対して磁界強度が大きい側（図７（ｃ）の右側）に位置する部分とヒステリシスループＨＬとで作られる閉領域Ｍ１〜Ｍ２〜Ｍ３〜Ｍ１の面積Ｓ２よりも大きい。
また、図７（ｃ）に示す領域Ｃに含まれる３つのマイナーループのうちの図７（ｃ）の上から２番目のマイナーループＭＢにおいても、高調波を含まない正弦波の励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬ（図７（ｃ）に「正弦波」で示すヒステリシスループ」）に対して、磁界強度が小さい側（図７（ｃ）の左側）に位置する部分とヒステリシスループＨＬとで作られる閉領域Ｍ７〜Ｍ８〜Ｍ９〜Ｍ７の面積Ｓ３が、そのヒステリシスループＨＬ（図７（ｃ）に「正弦波」で示すヒステリシスループ）に対して磁界強度が大きい側（図７（ｃ）の右側）に位置する部分とヒステリシスループＨＬとで作られる閉領域Ｍ５〜Ｍ６〜Ｍ７〜Ｍ５の面積Ｓ４よりも大きい。
【００３６】
また、図８（ａ）に示す領域Ｄ（つまり、高調波を除いた励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬの磁束密度が増加する領域）では、インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループ（図８（ａ）に「高調波（実施例）」で示すヒステリシスループ」）に含まれる複数のマイナーループのうちの例えば図８（ａ）の下から２番目のマイナーループＭＡ（Ｍ１〜Ｍ２〜Ｍ３〜Ｍ４〜Ｍ５）の始点Ｍ１（ヒステリシスループＨＬとの交点）を基準点とすると、マイナーループＭＡにおける磁界強度Ｈの最小値（つまり、マイナーループＭＡ上の点Ｍ４における磁界強度Ｈの値）と、基準点Ｍ１における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmin］が、マイナーループＭＡにおける磁界強度Ｈの最大値（つまり、マイナーループＭＡ上の点Ｍ２における磁界強度Ｈの値）と、基準点Ｍ１における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmax］を上回る関係を満足している。ここで、マイナーループＭＡ（Ｍ１〜Ｍ２〜Ｍ３〜Ｍ４〜Ｍ５）は請求項５の「第３マイナーループ」に相当し、点Ｍ１は、マイナーループＭＡに対応する請求項５の「第１基準点」に相当する。
図８（ａ）の下から３番目のマイナーループＭＢ（Ｍ５〜Ｍ６〜Ｍ７〜Ｍ８〜Ｍ９）の始点Ｍ５（ヒステリシスループＨＬとの交点）を基準点とすると、マイナーループＭＢにおける磁界強度Ｈの最小値（つまり、マイナーループＭＢ上の点Ｍ８における磁界強度Ｈの値）と、基準点Ｍ５における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmin］が、マイナーループＭＢにおける磁界強度Ｈの最大値（つまり、マイナーループＭＢ上の点Ｍ６における磁界強度Ｈの値）と、基準点Ｍ５における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmax］を上回る関係を満足している。マイナーループＭＢ（Ｍ５〜Ｍ６〜Ｍ７〜Ｍ８〜Ｍ９）は請求項５の「第３マイナーループ」に相当し、点Ｍ５は、マイナーループＭＢに対応する請求項５の「第１基準点」に相当する。
【００３７】
図７（ｃ）および図８（ａ）に示す例では、「第１マイナーループ」に相当するマイナーループが、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが増加する領域に複数存在するが、「第１マイナーループ」に相当するマイナーループが、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが増加する領域に１つのみ存在する場合であっても、鉄心の鉄損を低減することができる。
図７（ｃ）および図８（ａ）に示す例では、「第３マイナーループ」に相当するマイナーループが、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが増加する領域に複数存在し、「第１基準点」に相当する点が、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが増加する領域に複数存在するが、「第３マイナーループ」に相当するマイナーループが、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが増加する領域に１つのみ存在する場合であっても、鉄心の鉄損を低減することができる。この場合には、「第１基準点」に相当する点が、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが増加する領域に１つのみ存在する。
【００３８】
また、図８（ａ）に示す例では、下記の関係も満足している。
図８（ａ）に示す領域Ｄでは、インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合におけるヒステリシスループ（図８（ａ）に「高調波（実施例）」で示すヒステリシスループ」）に含まれる複数のマイナーループのうちの例えば図８（ａ）の下から２番目のマイナーループＭＡにおいて、高調波を含まない正弦波の励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬ（図８（ａ）に「正弦波」で示すヒステリシスループ」）に対して、磁界強度が小さい側（図８（ａ）の左側）に位置する部分とヒステリシスループＨＬとで作られる閉領域Ｍ３〜Ｍ４〜Ｍ５〜Ｍ３の面積Ｓ１が、そのヒステリシスループＨＬ（図８（ａ）に「正弦波」で示すヒステリシスループ）に対して磁界強度が大きい側（図８（ａ）の右側）に位置する部分とヒステリシスループＨＬとで作られる閉領域Ｍ１〜Ｍ２〜Ｍ３〜Ｍ１の面積Ｓ２よりも大きい。
また、図８（ａ）に示す領域Ｄに含まれる複数のマイナーループのうちの図８（ａ）の下から３番目のマイナーループＭＢにおいても、高調波を含まない正弦波の励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループＨＬ（図８（ａ）に「正弦波」で示すヒステリシスループ」）に対して、磁界強度が小さい側（図８（ａ）の左側）に位置する部分とヒステリシスループＨＬとで作られる閉領域Ｍ７〜Ｍ８〜Ｍ９〜Ｍ７の面積Ｓ３が、そのヒステリシスループＨＬ（図８（ａ）に「正弦波」で示すヒステリシスループ）に対して磁界強度が大きい側（図８（ａ）の右側）に位置する部分とヒステリシスループＨＬとで作られる閉領域Ｍ５〜Ｍ６〜Ｍ７〜Ｍ５の面積Ｓ４よりも大きい。
【００３９】
そのような調整が行われた図５〜図９に示す例では、正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損、高調波で励磁した場合の鉄心の鉄損が、それぞれ、１０．８４［Ｗ／ｋｇ］、５．４７［Ｗ／ｋｇ］になった。このように、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxおよび最小値Ｈminの関係を調整することにより、あるいは、図７（ｃ）などに「高調波（実施例）」で示すヒステリシスループに含まれるマイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値と基準点Ｍ１における磁界強度の値との差の絶対値［Ｈmin］と、そのマイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値と基準点Ｍ１における磁界強度の値との差の絶対値［Ｈmax］との関係を調整することにより、あるいは、図７（ｃ）などに「高調波（実施例）」で示すヒステリシスループに含まれるマイナーループのうちの、図７（ｃ）などに「正弦波」で示すヒステリシスループの内側に位置する部分の面積Ｓ１、Ｓ３と外側に位置する部分の面積Ｓ２、Ｓ４との関係を調整することにより、高調波で励磁した場合の鉄心の鉄損を、正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損よりも小さくすることができることが分かる。
【００４０】
図１０は、図５〜図９に示すヒステリシスループを得たときの磁束密度Ｂの時間波形を示す図である。図１０に示す時刻Ａ〜Ｉは、それぞれ、図６に示す領域Ａ〜Ｉに対応する（例えば、図１０に示す時刻Ａ付近における磁束密度Ｂと磁界強度Ｈの変化は、図６に示す領域Ａ内のようになる（図７（ａ）に示すようになる））。
正弦波で励磁した場合の磁束密度Ｂの時間波形１００１の波形率、高調波で励磁した場合の磁束密度Ｂの時間波形１００２の波形率は、それぞれ、１．１１０８、１．１１５４であり、両者は、略同じである。従って、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxおよび最小値Ｈminの関係を調整しても、鉄心における磁束密度の実効値（即ち、磁気エネルギー）を大きく変えることなく、磁界強度Ｈを減少させることができ、これにより、正弦波で鉄心を励磁する場合よりも鉄心の鉄損を小さくすることができることが分かる。
【００４１】
図１１は、図２、図５〜図９に示すヒステリシスループにおける微小面積ＨｄＢの積算値の時間変化を示す図である。微小面積ＨｄＢは、磁界強度Ｈの値と、単位時間における磁束密度Ｂの変化量ｄＢとの積である。ただし、図１１では、ＨｄＢの積算値を、正弦波で鉄心を励磁した場合の時刻Ｉ（＝0.005[s]）における値を１とした場合の相対値で示す。
具体的に、ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが増加する領域（図６の領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ）では（図５の矢印線５０１を参照）、微小面積ＨｄＢは、横軸（磁界強度Ｈの軸）に平行に、ヒステリシスループを切った場合の、当該領域のヒステリシスループと縦軸（磁束密度Ｂの軸）とにより囲まれる短冊状の領域の面積である。このときの単位時間における磁束密度Ｂの変化量ｄＢは正の値である。また、ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが減少する領域（図６の領域Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ）では（図５の矢印線５０２を参照）、微小面積ＨｄＢは、横軸（磁界強度Ｈの軸）に平行に、ヒステリシスループを切った場合の、当該領域のヒステリシスループと縦軸（磁束密度Ｂの軸）とにより囲まれる短冊状の領域の面積である。このときの単位時間における磁束密度Ｂの変化量ｄＢは負の値である。
【００４２】
図１０と同様に、図１１に示す時刻Ａ〜Ｉは、それぞれ、図６に示す領域Ａ〜Ｉに対応する。時刻Ａから時刻ＩまでのＨｄＢを積算すると、ヒステリシスループ一周分の微小領域ＨｄＢの積算値が得られる。従って、時刻Ｉにおける微小領域ＨｄＢの積算値から、（１）式に基づいて、密度、周波数、鉄心の体積を使うことで鉄損値を算出することができる。
【００４３】
図１１において、グラフ１１０１（正弦波）は、正弦波で鉄心を励磁した場合の微小領域ＨｄＢの積算値を示す。グラフ１１０２（高調波（参考例））は、磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈが図２〜図３に示すヒステリシスループのように変化する高調波で鉄心を励磁した場合の微小領域ＨｄＢの積算値を示す。グラフ１１０３（高調波（実施例））は、磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈが図５〜図９に示すヒステリシスループのように変化する高調波で鉄心を励磁した場合の微小領域ＨｄＢの積算値を示す。
【００４４】
グラフ１１０１、１１０２に示すように、正弦波で鉄心を励磁した場合と、領域Ｃの一部のマイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜が、当該マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜を下回る（｜Ｈmax｜＞｜Ｈmin｜）ようにする場合（図３（ｂ）に示す場合）には、磁界強度Ｈの変化に対し磁束密度Ｂの変化が小さい領域以外の領域で、微小領域ＨｄＢの積算値は増大する。これに対し、グラフ１１０３に示すように、領域Ｃの一部のマイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜が、当該マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜を上回る（｜Ｈmax｜＜｜Ｈmin｜）ようにする（つまり、図７（ｃ）に示すようにする）と、時刻Ｃ付近を中心とする時間帯において、微小領域ＨｄＢの積算値が低減することが分かる。
【００４５】
以上のことから、以下のことが分かる。
ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが増加する領域の少なくとも一部（一部または全部）において、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜が、当該マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜を上回る（｜Ｈmax｜＜｜Ｈmin｜）ように（つまり、図７（ｃ）に示す例のように）ＰＷＭインバータを動作させれば、正弦波で鉄心を励磁した場合よりも鉄心の鉄損を低減することができる（以下の説明では、このようにＰＷＭインバータを動作させることを必要に応じて第１の動作と称する）。第１の動作は、ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが増加する領域の少なくとも一部において、一つ以上のマイナーループに対して行われれば良く、鉄心の鉄損を低減することができる。
【００４６】
一方、ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが増加する領域と、当該ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが低減する領域とは、磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの増減の関係が逆になるだけである。例えば図６の領域Ｆ、Ｇ、Ｈ（高調波を除いた励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループの磁束密度が低減する領域）では、高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループのマイナーループの始点は、そのマイナーループの磁界強度Ｈが低減する方向（例えば図９の左向き）に時間変化している時の、高調波を除いた励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループとの交点である。従って、図５〜図１１を参照しながら説明したことは、ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが低減する領域においても適用される。即ち、ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが低減する領域の少なくとも一部（一部または全部）において、マイナーループ（請求項３の「第２マイナーループ」に相当する。）における磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜が、当該マイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜を上回る（｜Ｈmin｜＜｜Ｈmax｜）ようにＰＷＭインバータを動作させれば、正弦波で鉄心を励磁した場合よりも鉄心の鉄損を低減することができる（以下の説明では、このようにしてＰＷＭインバータを動作させることを必要に応じて第２の動作と称する）。「第２マイナーループ」に相当するマイナーループは、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが低減する領域に、１つのみ存在しても、複数存在してもよい。
つまり、図６（領域Ｆ、Ｇ、Ｈ）、図８（ｃ）〜図９（ｂ）に示す例では、上述したＰＷＭインバータの第２の動作が実現されていないが、ＰＷＭインバータの第２の動作を実現することによって、インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合の鉄心の鉄損を、高調波を除いた励磁信号（正弦波の励磁信号）で鉄心を励磁する場合の鉄心の鉄損より小さくすることができる。
【００４７】
図６（領域Ｆ、Ｇ、Ｈ）、図８（ｃ）〜図９（ｂ）に示す例では、インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループのそれぞれにおける磁界強度Ｈの最大値と、基準点（そのマイナーループの始点）における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmax］が、マイナーループＭにおける磁界強度Ｈの最小値と、基準点（そのマイナーループの始点）における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmin］を上回る関係を満足していない。
インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合のヒステリシスループに含まれる複数のマイナーループ（請求項６の「第４マイナーループ」に相当する。）のそれぞれにおける磁界強度Ｈの最大値と、基準点（そのマイナーループの始点）（請求項６の「第２基準点」に相当する。）における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmax］が、マイナーループＭにおける磁界強度Ｈの最小値と、基準点（そのマイナーループの始点）における磁界強度Ｈの値との差の絶対値［Ｈmin］を上回る（［Ｈmin］＜［Ｈmax］）関係を満足させることによっても、インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合の鉄心の鉄損を、高調波を除いた励磁信号（正弦波の励磁信号）で鉄心を励磁する場合の鉄心の鉄損より小さくすることができる。
「第４マイナーループ」に相当するマイナーループは、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが低減する領域の少なくとも一部に、１つのみ存在しても、複数存在してもよい。また、一つの「第４マイナーループ」に対応する「第２基準点」は、一つのみ決定され、「第４マイナーループ」が複数存在する場合は、「第４マイナーループ」毎に、各々対応する「第２基準点」が存在する。よって、「第２基準点」に相当する基準点は、「第４マイナーループ」の数に対応し、ヒステリシスループの磁束密度Ｂが低減する領域の少なくとも一部に、１つのみ存在しても、複数存在してもよい。また、｜Ｈmin｜＜｜Ｈmax｜および［Ｈmin］＜［Ｈmax］の関係が、一つのマイナーループにおいて同時に満たされる場合がある。この場合は、「第２マイナーループ」と「第４マイナーループ」とが同じマイナーループとなり得る。
【００４８】
また、図６（領域Ｆ、Ｇ、Ｈ）、図８（ｃ）〜図９（ｂ）に示す例（ヒステリシスループの磁束密度が減少する例）では、「高調波（実施例）」で示すヒステリシスループに含まれるマイナーループのうちの、図８（ｃ）〜図９（ｂ）に「正弦波」で示すヒステリシスループの内側（図８（ｃ）〜図９（ｂ）の右側）に位置する部分（閉領域）の面積が、外側（図８（ｃ）〜図９（ｂ）の左側）に位置する部分（閉領域）の面積より大きくされていない。
ヒステリシスループの磁束密度が減少する例において、「高調波（実施例）」で示すヒステリシスループに含まれるマイナーループのうちの、図８（ｃ）〜図９（ｂ）に「正弦波」で示すヒステリシスループの内側（図８（ｃ）〜図９（ｂ）の右側）に位置する部分（閉領域）の面積を、外側（図８（ｃ）〜図９（ｂ）の左側）に位置する部分（閉領域）の面積より大きくすることによっても、インバータ電源により高調波を含む励磁信号で鉄心を励磁する場合の鉄心の鉄損を、高調波を除いた励磁信号（正弦波の励磁信号）で鉄心を励磁する場合の鉄心の鉄損より小さくすることができる。
【００４９】
ここで、ヒステリシスループにおいて、磁界強度Ｈの変化に対し磁束密度Ｂの変化が小さい領域（例えば、図６に示す領域Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉ）では、ＰＷＭインバータに対して第１の動作および第２の動作が実行されにくい（｜Ｈmax｜＜｜Ｈmin｜または｜Ｈmin｜＜｜Ｈmax｜にすることが難しい）。従って、以上のようなＰＷＭインバータの制御は、磁界強度Ｈの絶対値が小さく、磁界強度Ｈの変化に対し磁束密度Ｂの変化が大きい領域（例えば、図６に示す領域Ｃ、Ｇ）、即ち透磁率が大きい領域で行うのが好ましい。
具体的には、ヒステリシスループに含まれる複数の領域（例えば図６に示す領域Ａ〜I）のうち、高調波を除いた励磁信号（つまり、正弦波の励磁信号）で鉄心を励磁する場合に鉄心の磁界強度Ｈの絶対値が１００［Ａ／ｍ］以下になる領域（図６に示す例では、領域Ｃ（図７（ｃ）に示す領域）、領域Ｇ（図９（ａ）に示す領域））で、ＰＷＭインバータに対して第１の動作または第２の動作を実行するのが好ましい。
磁界強度Ｈの絶対値が１００［Ａ／ｍ］以下の領域（図６に示す例では、領域Ｃ（図７（ｃ）に示す領域）、領域Ｇ（図９（ａ）に示す領域））の全てで第１の動作および第２の動作のいずれかを実現するのが好ましいが、一部のみで第１の動作および第２の動作のいずれかを実現していればよい。例えば、ヒステリシスループにおいて磁束密度が増加する領域の一部において、一つ以上のマイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜が、当該マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜を上回る領域があれば、その他の一部において、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜が、当該マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜を上回らなくてもよい。
【００５０】
図１２は、鉄心を構成する軟磁性体板（電磁鋼板）の比透磁率μrと磁界強度Ｈとの関係の一例を示す図である。ここで、縦軸の比透磁率μrは、最大値を１とした相対値を記載している。また、図２〜図１１に示す結果を得る際に用いた鉄心を構成する軟磁性体板（電磁鋼板）に対するグラフを示している。
【００５１】
ここで、磁界強度Ｈが１００［Ａ／ｍ］以下の領域における比透磁率μrが大きい鉄心を用いた方が、前述した第１の動作および第２の動作が容易になる。以下、このことについて説明する。
比透磁率が大きいということは、表皮深さが小さいことに対応する。表皮深さが小さいことは、渦電流密度が大きいことを意味する。渦電流は、磁束の変化を妨げる向きに発生するため、励磁電流の流れを妨げるように磁界強度Ｈが変化し易くなる（ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが増加する領域では、磁界強度Ｈが低減し易くなり、ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが低減する領域では、磁界強度Ｈが増加し易くなる）。従って、比透磁率μrが大きい鉄心の方が、第１の動作および第２の動作が容易になる。
【００５２】
第１の動作および第２の動作は、前述したように、例えば、ＰＷＭインバータの変調率ｍおよびキャリア周波数を可変とすることで実現される。
図１３は、キャリア周波数および変調率ｍと鉄損比率との関係の一例を示す図である。鉄損比率は、高調波が重畳された正弦波の波形（ＰＷＭインバータ）で励磁した場合の鉄心の鉄損を、当該高調波を含まない当該正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損で割った値である。図１３に示す例では、変調率ｍが０．４以上１．０以下の範囲であり、且つ、キャリア周波数が５０［ｋＨｚ］以上（１００［ｋＨｚ］以下）の範囲である場合に、第１の動作が実現され、高調波を含まない正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損よりも鉄心の鉄損を小さくすることができる。また、変調率ｍが２．０であり、且つ、キャリア周波数が５［ｋＨｚ］以上１５［ｋＨｚ］以下の範囲にある場合に、第１の動作が実現され、高調波を含まない正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損よりも鉄心の鉄損を小さくすることができる。また、変調率ｍが２．０であり、キャリア周波数が２０［ｋＨｚ］以上（１００［ｋＨｚ］以下）の範囲である場合に、鉄心の鉄損は、高調波を含まない正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損と同等になる。一方、変調率ｍおよびキャリア周波数がそれ以外の場合には、第１の動作が実現されず、高調波を含まない正弦波で励磁した場合の鉄心の鉄損よりも鉄心の鉄損を小さくすることができない。
【００５３】
従って、例えば、以下のようにして第１の動作および第２の動作を実現することができる。
まず、実際に使用する電気機器およびＰＷＭインバータと同じまたは同等のものを用意する。そして、ＰＷＭインバータから励磁信号を電気機器に出力して当該電気機器の鉄心を励磁させたときのヒステリシスループおよび鉄心の鉄損を測定することを、変調率ｍ、およびキャリア周波数を変更して実施する。また、ＰＷＭインバータから出力される励磁信号から高調波を除いた信号を当該電気機器に出力して当該電気機器の鉄心を励磁させたときの鉄心の鉄損を測定する。尚、これらの測定に代えて、電磁場解析（数値解析）を行ってもよい。
【００５４】
そして、第１の動作が実現される変調率ｍおよびキャリア周波数を探索する。このとき、例えば、（マイナーループを含む）ヒステリシスループを測定または解析することにより得て、当該ヒステリシスループから、第１の動作が実現されることを確認することができる。第２の動作についても同様にして第２の動作が実現される変調率ｍおよびキャリア周波数を探索する。
そして、探索した変調率ｍおよびキャリア周波数の中から、ＰＷＭインバータから励磁信号で鉄心を励磁させた場合の鉄心の鉄損が、当該励磁信号から高調波を除いた信号で当該鉄心を励磁させた場合の鉄心の鉄損を下回るものを選択する。
そして、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域と、第１の動作に対して選択した変調率ｍおよびキャリア周波数とを相互に関連付けた情報を変調情報として記憶する。同様に、第２の動作を実施するヒステリシスループの領域と、第２の動作に対して選択した変調率ｍおよびキャリア周波数とを相互に関連付けた情報を変調情報として記憶する。尚、変調情報における、第１の動作（第２の動作）を実施するヒステリシスループの領域とは、ヒステリシスループにおいて、磁束密度Ｂが増加（減少）する領域として想定される領域（磁束密度Ｂと磁界強度Ｈとにより定まる領域）である。
【００５５】
このとき、電気機器が定常動作をしない（即ち、励磁条件が変更される）電気機器である場合、第１の動作に対して選択した変調率ｍおよびキャリア周波数の組として、可及的に多くの組を記憶しておくのが好ましい。電気機器の動作指令を満たす変調率ｍおよびキャリア周波数を可及的に選択できるようにするためである。このことは、第２の動作に対して選択した変調率ｍおよびキャリア周波数についても同じである。
例えば、電気機器がモータであれば、電気機器の動作指令には、モータの運転状態の目標値（目標範囲）が含まれる。モータの運転状態の目標値（目標範囲）には、モータの回転数の目標値（目標範囲）とトルクの目標値（目標範囲）とが含まれる。
【００５６】
その後、ＰＷＭインバータを用いて電気機器の鉄心を励磁する際に、電気機器の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈが、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域内にある場合、当該第１の動作を実施するヒステリシスループの領域に関連付けて記憶しておいた変調率ｍおよびキャリア周波数で動作することをＰＷＭインバータに指示する。同様に、電気機器の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈが、第２の動作を実施するヒステリシスループの領域内にある場合、当該第２の動作を実施するヒステリシスループの領域に関連付けて記憶しておいた変調率ｍおよびキャリア周波数で動作することをＰＷＭインバータに指示する。
【００５７】
＜電気機器内の鉄心の励磁システム＞
図１４は、電気機器内の鉄心の励磁システムの構成の一例を示す図である。以下の説明では、電気機器内の鉄心の励磁システムを、必要に応じて、励磁システムと略称する。
図１４において、励磁システムは、電気機器１４１０と、ＰＷＭインバータ１４２０と、変調動作設定装置１４３０とを有する。
【００５８】
電気機器１４１０は、鉄心を有する電気機器であれば、特に限定されない。例えば、電気機器１４１０として、モータ、リアクトル、およびトランス（変圧器、変流器、変成器）等を用いることができる。電気機器は、単相のものでも三相のものでもよい。三相モータにおいては、分布巻きとすると、ステータコアの１つのティースに複数の相のコイルが巻き回される。このため、ステータコアにおける磁束が複雑になるため、鉄心の鉄損を低減できる変調率ｍおよびキャリア周波数の範囲が特定できなくなる虞がある。従って、三相モータについては、集中巻きの三相モータを電気機器１４１０として用いるのが好ましい。
【００５９】
ＰＷＭインバータ１４２０は、電気機器１４１０の鉄心を励磁する電源である。本実施形態では、ＰＷＭインバータ１４２０は、キャリア波の振幅Ｅc（ＰＷＭインバータの変調率ｍ）およびキャリア周波数を連続的に変更することができるものとする。
【００６０】
以下に、変調動作設定装置１４３０が有する機能の一例を説明する。尚、変調動作設定装置１４３０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、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を用いることにより実現される。変調動作設定装置１４３０は、インバータ電源の変調動作を設定する設定手段として機能する。
【００６１】
変調情報記憶部１４３１は、変調情報を記憶する。変調情報は、第１の動作または第２の動作を実施するヒステリシスループの領域と、変調動作を定めるパラメータとが相互に関連付けられた情報である。本実施形態では、インバータ電源がＰＷＭ方式で制御される。従って、変調動作を定めるパラメータは、＜知見＞の項で説明したように変調率ｍおよびキャリア周波数を含む。変調情報の求め方は、＜知見＞の項で説明した通りである。ここでは、ヒステリシスループにおいて、磁界強度Ｈの絶対値が１００［Ａ／ｍ］以下の領域（詳細には、高調波を除いた励磁信号（つまり、正弦波の励磁信号）で鉄心を励磁する場合に鉄心の磁界強度Ｈの絶対値が１００［Ａ／ｍ］以下になる領域）で第１の動作および第２の動作を実施するものとする。
【００６２】
ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されているか否かを判定する。
ここで、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂは、例えば、電気機器１４１０の鉄心の磁束を検出するためのサーチコイルを配置し、サーチコイルに誘起される起電力からファラデーの電磁誘導の法則に基づいて導出することができる。また、電気機器１４１０の鉄心の磁界強度Ｈは、例えば、電気機器１４１０に流れる励磁電流からアンペールの法則に基づいて導出することができる。また、電気機器１４１０内にＨコイルを設置し、磁界強度Ｈを測定することもできる。
【００６３】
まず、ヒステリシス領域判定部１４３２は、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域、または、第２の動作を実施するヒステリシスループの領域内に、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値があるか否かを判定する。
【００６４】
この判定の結果、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域、または、第２の動作を実施するヒステリシスループの領域内に、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値がない場合、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されていないと判定し、そのことを示す情報を、ＰＷＭ信号生成部１４３３に出力する。
【００６５】
一方、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域、または、第２の動作を実施するヒステリシスループの領域内に、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値がある場合、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値が、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域および第２の動作を実施するヒステリシスループの領域の何れの範囲内にあるかを判定する。
【００６６】
そして、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値が、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域内にある場合、当該第１の動作を実施するヒステリシスループの領域を含む変調情報の中に、電気機器１４１０の動作指令を満たす変調率ｍおよびキャリア周波数を含む変調情報があるか否かを判定する。
【００６７】
この判定の結果、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域を含む変調情報の中に、電気機器１４１０の動作指令を満たす変調率ｍおよびキャリア周波数を含む変調情報がなければ、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されていないと判定し、そのことを示す情報を、ＰＷＭ信号生成部１４３３に出力する。
【００６８】
一方、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域を含む変調情報の中に、電気機器１４１０の動作指令を満たす変調率ｍおよびキャリア周波数を含む変調情報があれば、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されていると判定する。そして、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の動作指令を満たす変調率ｍおよびキャリア周波数を含む変調情報のうちの１つを選択し、選択した変調情報を特定する情報をＰＷＭ信号生成部１４３３に出力する。
【００６９】
変調情報の選択は、例えば、変調率ｍが最も小さい変調情報を選択するといった予め設定されたルールに従って行うことができる。
また、電気機器１４１０が定常動作をする（即ち、励磁条件が変更されない）電気機器である場合、ヒステリシス領域判定部１４３２は、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域を含む変調情報の中に、電気機器１４１０の動作指令を満たす変調率ｍおよびキャリア周波数を含む変調情報があるか否かを判定しないようにすることができる。この場合、ヒステリシス領域判定部１４３２は、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域を含む変調情報のうちの１つを選択し、選択した変調情報を特定する情報をＰＷＭ信号生成部１４３３に出力する。
【００７０】
また、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値が、第２の動作を実施するヒステリシスループの領域内にある場合にも、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値が、第１の動作を実施するヒステリシスループの領域内にある場合と同様に、変調情報を特定する情報、または、変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されていないことを示す情報をＰＷＭ信号生成部１４３３に出力する。
【００７１】
ＰＷＭ信号生成部１４３３は、ヒステリシス領域判定部１４３２から、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報を特定する情報が出力されると、当該変調情報に含まれる変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）を、変調情報記憶部１４３１から読み出す。そして、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、基本波およびキャリア波を生成するために必要な情報を含むＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭインバータ１４２０に出力する。当該情報には、例えば、キャリア波の振幅Ｅc、キャリア周波数、基本波の周波数等、ＰＷＭインバータ１４２０で基本波およびキャリア波を生成する際に変更することができるパラメータを含めることができる。
【００７２】
一方、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、ヒステリシス領域判定部１４３２により、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されていないことを示す情報が出力されると、変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）として、鉄損の低減（のためのマイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxと最小値Ｈminとの関係の調整）に寄与しない値を採用する。そして、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、採用した値に基づいて、基本波およびキャリア波を生成するために必要な情報を含むＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭインバータ１４２０に出力する。
【００７３】
このときの変調動作を定めるパラメータの値として、例えば、第１の動作または第２の動作を行うときの変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）を用いることができる。尚、このようなパラメータを設定しても、磁界強度Ｈの変化に対し磁束密度Ｂの変化が鈍る領域では、第１の動作または第２の動作を実施することができない。即ち、このようなパラメータを設定しても、鉄損の低減（のためのマイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxと最小値Ｈminとの関係の調整）に寄与しない。
【００７４】
しかしながら、＜知見＞の項で説明したように、第１の動作または第２の動作を行うときの変調動作を定めるパラメータでＰＷＭインバータを動作させることを、ヒステリシスループの一周期に亘って継続して行っても、鉄心の鉄損を、高調波が重畳されていない正弦波で励磁した場合よりも低減することができる（図１１のグラフ１１０１、１１０３を参照）。従って、このようにすれば、鉄心の損失を、より確実に低減することができる。ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、既存のＰＷＭインバータにおける動作に戻るように、変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）を設定してもよい。
【００７５】
ＰＷＭインバータ１４２０は、以上のようにしてＰＷＭ信号生成部１４３３から出力されるＰＷＭ信号に基づいてＰＷＭ方式の変調動作を実施し、電気機器１４１０内の鉄心を励磁する。
【００７６】
＜動作フローチャート＞
次に、図１５のフローチャートを参照しながら、本実施形態の駆動システムの動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ１５０１において、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、電気機器１４１０の運転の開始が指示されると、基本波およびキャリア波を生成するために必要な情報を含むＰＷＭ信号をＰＷＭインバータ１４２０に出力することにより、電気機器１４１０の運転の開始を指示する。このときに出力される変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）は、特に限定されない。例えば、このときに出力される変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）を、運転開始時の値として予め定められている値とすることができる。
【００７７】
次に、ステップＳ１５０２において、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値を取得（導出）する。
次に、ステップＳ１５０３において、ヒステリシス領域判定部１４３２は、ステップＳ１５０２で取得した電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されているか否かを判定する。この判定の結果、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されている場合、処理は、ステップＳ１５０４に進む。
【００７８】
処理がステップＳ１５０４に進むと、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報を特定する情報をＰＷＭ信号生成部１４３３に出力する。電気機器１４１０が定常動作をしない（即ち、励磁条件が変更される）電気機器である場合、電気機器１４１０の動作指令を満たす変調率ｍおよびキャリア周波数を含む変調情報が特定され、ＰＷＭ信号生成部１４３３に出力される。
【００７９】
次に、ステップＳ１５０４において、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、ステップＳ１５０４で出力された情報で特定される変調情報に含まれる変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）を、変調情報記憶部１４３１から読み出す。そして、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、当該読み出した変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）と、外部から入力される基本波の情報とに基づいて、基本波およびキャリア波を生成するために必要な情報を含むＰＷＭ信号を生成する。
【００８０】
次に、ステップＳ１５０６において、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、ＰＷＭ信号をＰＷＭインバータ１４２０に出力する。ＰＷＭインバータ１４２０は、ＰＷＭ信号に基づいてＰＷＭ方式の変調動作を実施し、電気機器１４１０内の鉄心を励磁する。
次に、ステップＳ１５０７において、変調動作設定装置１４３０は、電気機器１４１０の動作を終了させるか否かを判定する。この判定は、例えば、オペレータが、変調動作設定装置１４３０のユーザインターフェースに対して、電気機器１４１０の動作を終了させるための操作を行ったか否かによって実現することができる。
【００８１】
この判定の結果、電気機器１４１０の動作を終了させない場合、処理はステップＳ１５０２に戻り、電気機器１４１０内の鉄心の励磁を継続させる。そして、ステップＳ１５０７において、電気機器１４１０の動作を終了させると判定されると、図１５のフローチャートによる処理が終了する。
【００８２】
前述したステップＳ１５０３において、ステップＳ１５０２で取得した電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報が変調情報記憶部１４３１に記憶されていないと判定されると、処理は、ステップＳ１５０８に進む。処理がステップＳ１５０８に進むと、ヒステリシス領域判定部１４３２は、電気機器１４１０の鉄心の磁束密度Ｂおよび磁界強度Ｈの現在値に対応する変調情報がないことを示す情報をＰＷＭ信号生成部１４３３に出力する。
【００８３】
次に、ステップＳ１５０９において、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、変調動作を定めるパラメータ（変調率ｍおよびキャリア周波数）を、鉄損の低減（のためのマイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxと最小値Ｈminとの関係の調整）に寄与しない値とする。そして、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、基本波およびキャリア波を生成するために必要な情報を含むＰＷＭ信号を生成する。そして、処理は、前述したステップＳ１５０６に進み、ＰＷＭ信号生成部１４３３は、当該ＰＷＭ信号をＰＷＭインバータ１４２０に出力する。
【００８４】
＜まとめ＞
以上のように本実施形態では、変調動作設定装置１４３０は、ヒステリシスループのマイナーループにおける磁界強度の最大値Ｈmaxと最小値Ｈminとの関係が調整されることにより、高調波を含む励磁信号から高調波を除いた信号で電気機器の鉄心を励磁する場合の当該鉄心の鉄損よりも当該鉄心の鉄損が小さくなるように、ＰＷＭインバータ１４２０の変調動作を設定する。具体的には、変調動作設定装置１４３０は、ヒステリシスループにおいて磁束密度Ｂが増加（減少）する領域の一部において、一部のマイナーループにおける磁界強度Ｈの最小値Ｈminの絶対値｜Ｈmin｜が、当該マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxの絶対値｜Ｈmax｜を上回る（下回る）ようにＰＷＭインバータ１４２０を動作させる。従って、インバータ電源を用いて励磁される鉄心の鉄損を低減することができる。
【００８５】
＜変形例＞
<<第１の変形例>>
本実施形態では、第１の動作および第２の動作の双方を実施する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、第１の動作または第２の動作のみを実施してもよい。このようにする場合であって、電気機器が、定常動作をする（即ち、励磁条件が変更されない）電気機器である場合、ヒステリシス領域判定部１４３２は、必ずしも必要ではない。即ち、第１の動作のみを実施する場合には、第１の動作に対する変調率ｍおよびキャリア周波数を継続して選択することができる。同様に、第２の動作のみを実施する場合には、第２の動作に対して選択する変調率ｍおよびキャリア周波数を継続して選択することができる。また、より確実に鉄損を低減するために、変調率ｍおよびキャリア周波数に加えて、変調動作を定めるその他のパラメータ（キャリア波の振幅や基本波の振幅等）も含めて変調情報を求めてもよい。
【００８６】
<<第２の変形例>>
また、ＰＷＭインバータ１４２０から出力される励磁信号から高調波成分を除いた信号で励磁した場合の鉄心の鉄損よりも鉄心の鉄損が小さくなるように（即ち、磁束密度Ｂの最大値を変えずに、ヒステリシスループの面積が小さくなるように）、マイナーループにおける磁界強度Ｈの最大値Ｈmaxおよび最小値Ｈminの関係が調整されれば、必ずしも、第１の動作および第２の動作を実行しなくてもよい。図１１において、微小領域ＨｄＢの積算値が減少しなくても、微小領域ＨｄＢの積算値の増加率（単位時間あたりの増加量）が、正弦波で鉄心を励磁した場合の微小領域ＨｄＢの積算値（グラフ１１０１）よりも小さければ、鉄心の鉄損を低減することができるからである。
【００８７】
<<第３の変形例>>
本実施形態では、鉄心の鉄損の低減のみを考慮する場合を例に挙げて説明した。例えば、鉄心の発熱による昇温のために、電気機器１４１０としての動作が保証されなくなるのを抑制する必要がある等、他の部分よりも鉄心の発熱を抑制する必要がある場合がある。このような場合には、鉄心の鉄損の低減が、他の部分の損失の低減よりも優先される。
【００８８】
尚、電気機器１４１０の主な損失としては、鉄損の他に銅損がある。銅損は、電気機器１４１０におけるコイルの配置スペースを大きくしてコイルの電流密度を低減し（コイルの断面積を大きくし）、コイルの直流抵抗を低減することにより、低減することができる。また、インバータ電源の主な損失として、スイッチング損失がある。スイッチング損失は、例えば、複数のインバータ電源を同期させて並列に動作させることにより、各スイッチング素子に流れる電流を小さくすることにより、低減することができる。
【００８９】
しかしながら、電気機器１４１０の損失の内訳として、鉄損よりも銅損またはスイッチング損失の占める割合が多い場合がある。その場合、鉄損のみの低減を目的として変調動作を決定したとしても電気機器の効率が改善しない場合がある。そこで、高調波を含む励磁信号から高調波を除いた信号で電気機器の鉄心を励磁する場合の当該鉄心の鉄損よりも当該鉄心の鉄損が小さくなるように、変調情報（変調動作を定めるパラメータ）を求めることに代えて、励磁システム全体の損失（電気機器１４１０の損失（主として鉄損および銅損）とＰＷＭインバータ１４２０の損失（主としてスイッチング損失）との和）が小さくなるように、変調情報（変調動作を定めるパラメータ）を求めるようにしてもよい。
【００９０】
<<第４の変形例>>
本実施形態では、インバータ電源としてＰＷＭインバータを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、インバータ電源は、ＰＷＭインバータを有するものに限定されない。インバータ電源の変調動作を定めるパラメータ（本実施形態では変調率ｍとキャリア周波数）は、インバータ電源における変調方式に基づいて定められる。例えば、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）インバータを用いる場合には、インバータ部に供給される直流電圧とモータへの出力電圧の比が変調動作を定めるパラメータに含まれる。
【００９１】
<<その他の変形例>>
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。
【符号の説明】
【００９２】
１４１０：電気機器、１４２０：ＰＷＭインバータ、１４３０：変調動作設定装置、１４３１：変調情報記憶部、１４３２：ヒステリシス領域判定部、１４３３：ＰＷＭ信号生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
2020059852.tif 000019
2020059852.tif 000020