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High-Precision Torque Estimation of AC Machines without Torque Detector

Research Project

Project/Area Number 19K04342
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research Institution独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構職業能力開発総合大学校(能力開発院、基盤整備センター)

Principal Investigator

YAMAMOTO Shu  独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構職業能力開発総合大学校(能力開発院、基盤整備センター), 能力開発院, 教授 (00648925)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 平原 英明  独立行政法人高齢・障害・求職者雇用支援機構職業能力開発総合大学校(能力開発院、基盤整備センター), 能力開発院, 准教授 (50649209)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords電気機器 / トルク / 損失 / インバータ / 誘導電動機 / 同期機 / 漂遊負荷損 / 固定子抵抗 / 機械損 / 磁束レベル / ベクトル制御 / 可変速駆動 / 磁束 / 電流 / 可変速運転 / ターン間短絡 / オンライン推定 / 電動機 / インバータ駆動
Outline of Research at the Start

交流電動機全般を研究の対象とし、トルク検出器を用いることなく電圧と電流の情報のみから負荷運転時のトルクを高精度にオンラインで推定する新しい方法を提案する。提案法の確立によって、トルク検出器の取り付けが困難な場合のトルク計測に有効な手段を与える他、メーカとユーザの双方の工場現場におけるコスト、人手、作業時間の低減に寄与する。理論および実験的な検討をして、実用的で高精度な交流電動機のトルク推定法を確立することを目的とする。

Outline of Final Research Achievements

We have developed a highly accurate torque estimation method for three-phase AC motors considering iron, mechanical, and stray load losses. Experiments have shown that this method can be applied not only to sine-wave drive, but also to square-wave and pulse width modulation (PWM) drives. The proposed method can be applied not only to induction motors but also to permanent magnet synchronous motors and synchronous reluctance motors. For induction motors, we have shown a stray load loss estimation method that can reflect the characteristics of individual motors. Furthermore, we proposed a real-time estimation method for stator resistance to improve the accuracy of online torque estimation. The validity was clarified based on an example for a synchronous reluctance motor.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

提案するトルク推定法は、全ての電動機損失を合理的に正しく考慮でき、本質的に過渡トルクの推定が可能であるという学術的意義を有している。誘導電動機や同期電動機を包含する各種三相交流電動機に対して、ほどんど同一の演算アルゴリズムでトルクの推定が可能である点も学術的特長である。トルク検出器の取り付けが困難な場合や、モータユーザに納品されて稼働中の三相交流電動機に対して、電圧と電流の計測情報から高精度なトルクモニタリングを具現できるようになる社会的意義を有している。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Stator-Flux-Linkage-Calculation-Based Torque Estimation of Induction Motors Considering Iron, Mechanical, and Stray-Load Losses2021

    • Author(s)
      Shu Yamamoto, Hideaki Hirahara, Balapuwaduge Amith Shantha Gunasekara, Masayuki Motosugi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Industry Applications

      Volume: 57 Issue: 6 Pages: 5916-5926

    • DOI

      10.1109/tia.2021.3110498

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Torque Estimation of a Variable Speed Induction Motor Without Torque and Rotational Speed Meters2022

    • Author(s)
      Shu Yamamoto, Hideaki Hirahara, Masayuki Motosugi
    • Organizer
      The 2022 International Power Electronics Conference, IPEC-Himeji 2022 -ECCE Asia-
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電圧と電流の計測に基づくPWM インバータ駆動誘導電動機のトルク推定法における時間高調波に起因した損失の影響2021

    • Author(s)
      本杉 雅行,平原 英明,山本 修
    • Organizer
      職業大フォーラム2021 職業能力開発研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] PWMインバータ駆動可変速誘導電動機のトルク推定法2021

    • Author(s)
      本杉 雅行,平原 英明,山本 修
    • Organizer
      電気学会回転機研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 電圧と電流の計測に基づくPWMインバータ駆動誘導電動機のトルク推定法2021

    • Author(s)
      本杉 雅行,平原 英明,山本 修
    • Organizer
      令和3年電気学会産業応用部門大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 本杉 雅行,平原 英明,山本 修2021

    • Author(s)
      誘導電動機の漂遊負荷損を考慮した電圧と電流の計測に基づくトルク推定法の検討
    • Organizer
      令和3年電気学会全国大会講演論文集
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] On-Line Stator Resistance Estimation of Vector-Controlled Synchronous Reluctance Motors Using Inductance Information2020

    • Author(s)
      YAMAMOTO Shu,HIRAHARA Hideaki,ETO Ryotaro
    • Organizer
      2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電圧と電流の計測に基づく誘導電動機のトルク推定における固定子抵抗変動の影響2020

    • Author(s)
      本杉 雅行,平原 英明,山本 修
    • Organizer
      職業大フォーラム2020 職業能力開発研究発表講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] A Method to Estimate Torque and Stray Load Loss of Induction Motor without Torque Detector2019

    • Author(s)
      Shu Yamamoto, Hideaki Hirahara and Balapuwaduge Amith Shantha Gunasekara
    • Organizer
      2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 固定子磁束鎖交数演算に基づく瞬時トルク推定による誘導電動機の固定子ターン間短絡故障検出法の検討2019

    • Author(s)
      バラプワドウゲ アミス シャーンタ グナセカラ,平原 英明,山本 修
    • Organizer
      電気学会回転機研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 固定子磁束鎖交数演算に基づくトルク推定による誘導電動機の固定子ターン間短絡故障検出の検討2019

    • Author(s)
      バラプワドウゲ アミス シャーンタ グナセカラ,平原 英明,山本 修
    • Organizer
      令和元年電気学会産業応用部門大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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