2021年に読んだモータ・パワエレ関連の論文まとめ【読んだら追記】

論文

2021年に読んでおもしろかったモータ・パワエレ関連の論文をこのページにまとめておこうと思います。全てが2021年発表の論文という訳ではありません。2020年ver.(↓のリンク)の作成がめちゃくちゃ手間だったので,随時更新の形式にします。

2020年に読んだモータ・パワエレ関連の論文まとめ
今更ながら,2020年に読んだモータ・パワエレ関連の論文をこのページにまとめておこうと思います。(精読してかつ印象に残ってたやつ。)全てが2020年発表の論文という訳ではありません。 「タイトル(発表雑誌)+リンク+1行説明」の構成で...

「タイトル(発表雑誌)+リンク+概要(twitterまま)」の構成です。

1. モータ構造解析

Review: Recent Advances in Micromotors [IEEE Access 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9274422

マイクロモータの技術動向をまとめたレビュー。静電モータ、電磁モータ、超音波モータの動作原理と代表的な研究事例を紹介し、体積vs出力、トルクからトレンドを分析。出力密度では電磁モータ、超音波モータが、トルク密度では超音波モータが優勢。

Analytical Modeling of Slotted, Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Motors With Different Rotor Frames and Magnet Shapes [IEEE Magn 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9234517

弓形の磁石付きSPMSMの特性をFEAを用いずに解析する論文。スロットレスモータにスロットの等価回路を組み込む形でスロット効果を考慮。磁石は角度毎に分割して計算。ポアソン方程式から境界条件を求めて、ギャップ磁束を計算。4種形状でFEAと近しい結果に。

Experimental Characterization and Feasibility Study on High Mechanical Strength Electrical Steels for High-Speed Motors Application [IEEE IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9237150

アモルファス合金2605SA1と高Si電磁鋼板10JNEX900の磁気・機械特性を比較、高速IPMモータに適用した場合の運転特性を比較した論文。カタログ性能は前者が圧倒的だが、製造での性能劣化を考慮すると後者が高性能。アモルファスの測定結果が尽く直感に反しておもしろい

Design of High-Speed Multilayer IPMSM Using Ferrite PM for EV Traction Considering Mechanical and Electrical Characteristics [IEEE IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9240059

フェライト磁石を用いた多層IPMSMの不可逆減磁特性と機械応力を考慮したロータ形状設計に関する論文。初期形状を検討(磁石厚さ,層数,ブリッジ数・幅)した後,応答曲面法で最適化。逆起電力のリプルを低減するようスロット数,極角度,スキュー角を調整,非対称化。

Design Optimization and Comparison of Direct-Drive Outer-Rotor SRMs Based on Fast Current Profile Estimation and Transient FEA [IEEE IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9219193

インホイールモータ用SRMの方形波電圧駆動時の電流波形を近似的に算出し,その波形をそのままFEAの電流源として使用することで解析時間を短縮した論文。提案FEA手法と差分進化法を組み合わせて質量,損失に関して多目的最適化。実機実証。

An Overview of Methods and a New Three-Dimensional FEA and Analytical Hybrid Technique for Calculating AC Winding Losses in PM Machines [IEEE IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9242250

アキシャルモータの回転子永久磁石の界磁磁束によって固定子コイルに発生するAC損を短時間で高精度に計算する手法を提案した論文。数点の単純な3D-FEA結果から理論式の補正係数を決定。従来の3D-FEAより100分の1オーダーの計算時間に。

A Novel Modular Permanent Magnet-Assisted Synchronous Reluctance Motor [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9335981

IPMSMとPMA-SynRMのロータを軸方向に組み合わせた構造を提案した論文。MTPA制御の電流位相を揃えるため,機械角をずらして設計。コギングを減らすため更に軸方向で分割して位相ずらし。元のモータに比べリプル低減,Nd磁石使用量に対するトルク向上を達成。

空間高調波を利用した受動可変界磁PMモータの提案と実機検証 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/4/141_354/_article/-char/ja

空間高調波を受動的に界磁磁束に利用した新たな構造の可変界磁モータを提案した論文。ステータコイルによる空間2次高調波を励磁巻線を通して界磁巻線に伝達。従来研究より簡素な構造で界磁起磁力を向上。受動的な界磁起磁力の特性から,可変速特性も拡大。

Analysis of Superconducting Synchronous Motors With Halbach Array Field Excitation [IEEE AS 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9273225

界磁巻線型の航空機用超電導モータの界磁巻線を,ハルバッハ配列のような磁束波形となるよう配置し出力密度を向上した論文。超電導線材の使用量が多くなることと付属部品(クリオスタットetc)で体積が大きくなることが課題。

金型によって打抜き加工されたアモルファス鉄心を有するモータの実機評価 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/5/141_423/_article/-char/ja

ラジアル型IPMSMのステータコアをプレス加工したアモルファス金属により製造,性能評価した論文。素材幅から分割コアを選択。従来の電磁鋼板に比べ飽和磁束密度が低く高トルク側は不利だが,高速域の鉄損は半分程度に。製造コストは1.3倍に抑えられる。

Sensitivity Analysis of Manufacturing Tolerances in Permanent Magnet Synchronous Machines With Stator Segmentation [IEEE EC 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9170844

IPMSMの各寸法の製造公差がトルク,トルクリプル,ラジアル力に与える影響を感度解析に基づいて調査した論文。preinvestigationとして,各寸法の確立分布を仮定し,3σ範囲での特性への影響が大きいものを選択。選択パラメータに対して線形回帰を用いて感度解析

A Novel Spoke-Type Asymmetric Rotor Interior Permanent Magnet Machine [IEEE IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9496164

スポーク型IPMSMの非対称フラックスバリアにより,高トルク,低トルクリプルを達成した論文。矩形の非対称フラックスバリアを持つ形状とエアギャップ長を非対称にした形状をそれぞれ寸法最適化。最良形状の特性比較,実機実証。

Identification Method of Current Conditions Suitable for Synchronous Machines Having Multiple Operating Points [IEEJ IA 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejjia/10/5/10_20003641/_article/-char/ja

巻線界磁型同期モータの特性計算のためのFEAに入力する電流条件の同定のため、運転点(速度、トルク)から電流条件を逆解析する手法を提案した論文。d,q軸磁束を用いて関係式を記述し、ニュートンラフソン法により電流条件を短時間で計算。

集中巻PMモータの新巻線方式によるトルクリプル低減 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/10/141_763/_article/-char/ja

集中巻PMモータのステータ巻線について、5,7次の巻線係数低減のため同スロットに異なる相の巻線を設定し、6次のトルク高調波を低減した論文。対象モータは10極12スロット。実測で、誘起電圧基本波振幅が3.8%減少するものの、トルク6次成分を82%低減。

溶接レス平角線コイルを用いた高占積率モータの開発 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/10/141_771/_article/-char/ja

自動車用モータの平角線コイルを嵌合で製造することで溶接レスとし、軸方向の小型化を図った論文。嵌合部の軸方向ばらつきが生じるため、接触抵抗による抵抗増加や局所過熱について定量評価。

A Stepwise Optimal Design Applied to an Interior Permanent Magnet Synchronous Motor for Electric Vehicle Traction Applications [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9514593

2層の磁石層を有するIPMSMの0からの設計手法をまとめた論文。まず等価回路法から無負荷時特性を概算し仮寸法を決定,通電時特性まで概算。有限要素解析で特性の検証と減磁,応力解析。最後にkriging法?(明示されていない)でトルクリプルについてステータ形状最適化。

Performance Improvement of Synchronous Reluctance Machines—A Review Research [IEEE Magn 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9524708

SynRMの平均トルク,トルクリプル,効率の改善手法に関してまとめたレビュー。ロータ形状による特性改善手法,電磁鋼板の違いによる影響,巻線方式による特性改善手法,事故時の制御戦略に分類して様々な研究事例を紹介。

Mechanism of Torque Ripple Generation by Time and Space Harmonic Magnetic Fields in Permanent Magnet Synchronous Motors [IEEE IE 2022]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9599574

PMSMの時間・空間高調波磁界によるトルクリプルの発生メカニズムを解明した論文。ギャップ磁束密度とトルクリプルの一般式をMaxwell応力テンソルを用いて導出。トルクリプルの特定高調波成分をほぼゼロとするようなロータ表面形状の最適化設計も可能に。

An Improved Analytical Model of Magnetic Field in Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor With Magnetic Pole Cutting [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9570353

SPMSMの回転子磁石の切り欠き部を考慮した等価磁気回路を導出し,等価解析モデルを提案した論文。切り欠きのある永久磁石を二つの磁石で等価的に表現。4つのsub domainにおいてPoisson方程式とLaplace方程式より求解。FEAに比べて誤差6%, 計算時間は0.59%にまで短縮。

2. モータ形状最適化・異常検知

Multiload Point Optimization of Interior Permanent Magnet Synchronous Machines for High-Performance Variable-Speed Drives [IEEE IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9268094

IPMSMの複数出力点でのトルク最大化,リプル最小化,磁石量最小化設計を行った論文。形状は横埋込とV字。z実機実証。global response surface methodを用いたらしいが,詳細が全くない。N-T特性が高精度に予測できているので気になる

Multi-Objective Design Optimization of an IPMSM Based on Multilevel Strategy [IEEE IE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8960645

IPMSMの寸法ベースのmultilevel最適化に関する論文。Pearsonの相関係数とF検定による因子分析からステータ、ロータ寸法を3つに分類し、順番に最適化。手法はkrigingとNSGA II、トルク・リプル・損失の多目的最適化。

Explainable Deep Neural Network for Design of Electric Motors [IEEE Magn 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9366983

IPMSMのロータ形状トポロジー最適化において,トルク最大化を行ったあとにGrad-CAMにより高トルク化に寄与する領域を決定し,続けてそれ以外の領域でトルクリプル最小化設計を行う論文。トポロジー最適化の加速とGrad-CAM用に形状とトルクの関係をCNNで学習。

An Effective Method for Detection of Demagnetization Fault in Axial Flux Coreless PMSG With Texture-Based Analysis [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9317852

PMSGの電流,電圧波形を画像に変換し,テクスチャ解析によって不可逆減磁を検出した論文。0,3,6%減磁時の電流,電圧波形を用意し,画像に変換した後local binary pattern特徴量を抽出,kNNによって分類。92.1-100%の分類精度を達成。

Optimal Design of PMa-SynRM for Electric Vehicles Exploiting Adaptive-Sampling Kriging Algorithm [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9336657

PMa-SynRMのロータ形状最適化のためのadaptive sampling kriging法を提案した論文。初期形状を多様性を保ちつつ生成,サロゲートモデル更新のためのサンプルは予測中の大域的最適解付近とデータ密度による適用範囲外から選択。リプル低減を達成する形状に到達。

Research on Selection Criterion of Design Tolerance for Air-Core Permanent Magnet Synchronous Linear Motor [IEEE IE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9037202

PMSLMの寸法公差,幾何公差を決定するため,公差から推進力,リプルを予測する機械学習モデルを構築し,コストの最小化を行った論文。対称度,平行度,真直度が最悪時の特性を三層NNで予測,公差に対するコスト関数を定義して推進力とリプル制約下でGAで最小化。

Analysis and Design of a PM-Assisted Wound Rotor Synchronous Machine With Reluctance Torque Enhancement [IEEE IE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9047160

巻線界磁同期モータの回転子にフェライト磁石を付け加えて力率を改善した論文。q軸反対方向に磁石を設定することで鎖交磁束ベクトルの位相を調整し突極比を向上,力率を改善しトルク向上。kriging法とGAを用いて形状最適化。

Surrogate Models for Design and Optimization of Inverter-Fed Synchronous Motor Drives [IEEE magn 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9393368

正弦波駆動のIPMSMのsurrogate modelがPWM駆動時の最適化に使用可能か調査した論文。PWM駆動のFEAは分解能を上げる必要がありtime consuming. gradient boostingで構築したモデルをPWM有り無しで比較すると,平均トルク・音圧は高相関,効率は微妙,脈動には使えない

Optimal Design of Spoke-Type IPM Motor Allowing Irreversible Demagnetization to Minimize PM Weight [IEEE access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9393900

磁石減磁を3%まで許容したスポーク型IPMSMの形状最適化設計に関する論文。2寸法を入力変数とし,LHSによる10形状の解析結果からkrigingモデルを構築。GAにより最適化。目的関数は磁石量とラジアル力の最小化,効率最大化,制約に減磁率を設定。ペナルティ法を使用

A Data-Driven Automatic Design Method for Electric Machines Based on Reinforcement Learning and Evolutionary Optimization [IEEE access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9427216

強化学習と最適化手法を組み合わせたリニア誘導モータの自動設計システムを提案した論文。極数やスロット数などの離散変数を木構造で階層的に表現。その後詳細な設計パラメータを決定。各設計の評価値推定にはガウス過程を使用。CMA-ESで最適化。

Towards End-to-End Deep Learning Performance Analysis of Electric Motors [actuators 2021]

https://www.mdpi.com/2076-0825/10/2/28

CNNによりIPMSMのトルク波形予測を行った論文。ロータ形状画像から,電気角1度ごとの瞬時トルク(91次元出力)を予測。4種類のCNNを使用,ResNet50が最も高精度。新規性はあまりないが,電気工学分野でのDeep Learningの展望や実装プロセスが詳しくまとめられている

Advanced Design Optimization Technique for Torque Profile Improvement in Six-Phase PMSM Using Supervised Machine Learning for Direct-Drive EV [IEEE EC 2019]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8789459

2重3相IPMSMの回転子形状の設計時間を,サポートベクター回帰による代理モデルで短縮した論文。設計変数は3次元,予測特性はトルク,トルクリプル,損失,コストの4種類。データ数は200。最適化アルゴリズムは使用せずgrid searchで最適解を求めている

Optimal Torque Ripple Reduction Technique for Outer Rotor Permanent Magnet Synchronous Reluctance Motors [IEEE EC 2018]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8170272

アウターロータ型PMaSynRMのロータ表面のノッチ形状を差分進化法により最適化し,トルクリプルとコギングトルクを低減した論文。ネオジム磁石,フェライト磁石を用いた2形状に対し,2種類のノッチ形状を検討。平均トルクを維持しながらリプルを35%低減。

A New Convolutional Neural Network-Based Data-Driven Fault Diagnosis Method [IEEE IE 2018]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8114247

モータベアリング,遠心ポンプ,油圧ポンプの故障診断のためのCNNを提案した論文。時系列データを点列のままグレースケール画像に変換。LeNet-5ベースのCNNを構築して変換した画像を学習。SVMやその他DLに比べて高精度な診断が可能

Design and optimization of reverse salient permanent magnet synchronous motor based on controllable leakage flux [CES 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9473195

可変漏れ磁束(磁石)モータのフラックスバリア形状を順突極(Ld>Lq)となるよう設計し,高速域トルク・減磁特性・高速域鉄損特性を改善した論文。中低電流の高速域でLdが大きくなるよう設計。感度解析と応答極圏法で寸法最適化。

密度法・レベルセット法の段階的使用によるIPMモータのマルチマテリアル構造最適化 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/9/141_729/_article/-char/ja

IPMSM回転子において,最急降下法による密度法で初期形状のグローバル探索,レベルセット法によりその形状付近でさらに最適化を実施する,多段階なマルチマテリアルトポロジー最適化を実施した論文。2種類のヘビサイト関数を導入して3材料を考慮。

Cascade Convolutional Neural Network With Progressive Optimization for Motor Fault Diagnosis Under Nonstationary Conditions [IEEE II 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9120176

カスケード型のCNN構造を提案し,モータの故障診断精度を向上した論文。異常による細かな波形変動が畳み込みによって失われないように,高次の特徴量マップ情報を低次の層にupsampling. 予測誤差を高次から低次に段階的に最適化することで過学習を防止。

Phase Loss Detection Using Current Signals: A Review [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9514832

モータ電流信号を用いた欠相(特に開相故障)の検出技術に関するレビュー。欠相検出技術を電流,モデル,電圧ベースのものに分類した後,電流ベースの事例を紹介。検出速度が電流周期より早いか遅いかで大別。data-drivenな方法は含まず

Feature Extraction of Partial Discharges During Multiple Simultaneous Defects in Low-Voltage Electric Machines [IEEE Instrumentation and Measurement 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9521774

ステータ絶縁による部分放電の要因分類のため,k-meansベースのクラスタリング手法を提案した論文。健全なモータ,ボイドや含浸不良のあるモータ,絶縁不良のモータ,鉄と塩の粒子を含んだ空気で汚染されたモータ,巻線がゆるく軸のずれたモータを製造し,PD信号を生成

Torque Performance Improvement of Permanent Magnet Arc Motor Based on Two-Step Strategy [IEEE II 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9336297

PMAMの巻線方式の工夫により無負荷リプルを低減し、およびトルク、リプル、逆起電力、THDに関する予測モデルを用いた多目的最適化設計を行った論文。予測モデルの入力変数はSHAPを用いた感度解析により選択した寸法パラメータ。予測手法にはXGBoostを使用。

Induction Machines Fault Detection: An Overview [IEEE Instrumentation & Measurement Magazine 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9549228

誘導器の異常検知技術に関するレビュー。故障をステータ,ロータ起因のものに分類し,特にロータバー,ベアリングの故障について詳細を記述。センサデータの数値処理方法と,処理データの分類方法,実験環境について紹介。

Accurate Demagnetization Faults Detection of Dual-Sided Permanent Magnet Linear Motor Using Enveloping and Time-Domain Energy Analysis [IEEE II 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8943990

PMLMの減磁故障検出のため,連続ウェーブレット変換したギャップ磁束密度の包絡線から,Teager–Kaiserエネルギー演算子により特徴量抽出,random forestで減磁判定した論文。実機環境では,ガウスメータを負荷モータで動作してギャップ磁束密度を測定,故障判定。

3. モータ制御

第3次高調波電流制御を用いたオープン巻線構造PMSMの駆動手法検討 [電学論 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/1/141_39/_article/-char/ja

デュアルインバータ駆動で巻線に中性点がないPMSMにおいて、零相成分として生じる3次高調波電流を制御してトルクリプル6次成分・ラジアル力2次成分を低減する論文。零相の制御には外乱オブザーバを使用。位相制御によりリプル70%低減、ラジアル力20%低減を達成。

Two-Level MPC Speed Profile Optimization of Autonomous Electric Vehicles Considering Detailed Internal and External Losses [IEEE Access 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9258886

自動運転車の最適な車速を消費エネルギー、到着時間の2変数最適化問題から算出する論文。電池SOCからシャシーまでを凸性を保ちながら定式化。損失はモータ効率マップからlook-up tableで参照しsuccessive convexより最適化。初期値は2段階のMPCから決定。

フィードフォワード補償およびオンラインパラメータ推定を用いた永久磁石同期モータのトルク脈動抑制制御 [電学論 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/1/141_18/_article/-char/ja/

推定した磁束の高調波振幅から電圧のフィードフォワード補償を行い,PMSMのトルクリプル6次高調波を低減する論文。id=0制御下でiqに6次電流を追加し,トルク6次⇒12次高調波に変化,振幅を低減。iq指令は電圧補償として表現。磁束は電流から積分演算により推定。

Data-Driven Recursive Least Squares Estimation for Model Predictive Current Control of Permanent Magnet Synchronous Motors [IEEE PE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9131869

PMSMインダクタンスの磁気飽和変動を考慮してオンラインで推定,モデル予測制御を行う論文。dq軸の磁気飽和を考慮した電圧方程式のインダクタンス行列を逐次最小二乗法で同定。誤差関数には通常,疎,疎+高調波考慮を使用。look-up tableに比べ誤差が低減

Decoupling Control of Permanent Magnet Synchronous Motor With Support Vector Regression Inverse System Method [IEEE Access 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9262908

PMSMの電圧方程式と運動方程式内のパラメータ変動に対するロバスト性を向上するために、逆システムの入出力関係を時系列データからサポートベクター回帰で学習してベクトル制御する論文。rbfカーネル空間内距離に応じて特徴量ごとに重みづけして学習。応答性が向上

Virtual Third Harmonic Back EMF-Based Sensorless Drive for High-Speed BLDC Motors Considering Machine Parameter Asymmetries [IEEE IAS 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9240058

3相巻線間にインダクタンス非対称性があるBLDCモータで、virtual 3rd harmonic EMFを用いた速度センサレス制御法を提案する論文。zero crossing pointをローパスフィルタを使わずに検出、インダクタンス非対称性の影響も補償。加減速時の速度リプル、電流サージを低減。

Operation Efficiency Optimization for Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Improved Particle Swarm Optimization [IEEE Access 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9306751

PSOによりPMSMの最大効率制御を達成する論文。非定常時の局所最適化への収束を避けるため、PSOにevaporation mechanismとdiversity mechanismを適用。モータ速度、トルク、電流情報からd軸電流司令値を最適化。異なる負荷トルク、速度条件で高効率駆動を達成。

An Impedance Model-Based Multiparameter Identification Method of PMSM for Both Offline and Online Conditions [IEEE PE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9112331

高周波低振幅電圧を注入してIPMSMのパラメータ同定を行う論文。高周波電圧印加時のd,q軸等価回路を用いることで,id=0制御時や低速・停止時にもインダクタンス,磁石鎖交,巻線抵抗値の磁束を同定可能。また過渡時にも良好な同定が可能。

Adaptive Maximum Torque per Ampere Control of Synchronous Reluctance Motors by Radial Basis Function Networks [IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics 2019]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8418355

SynRMの定常状態におけるdq軸電流と鎖交磁束の関係をRBFニューラルネットによりオンライン学習し、磁気飽和を考慮した高精度なMTPA制御を行った論文。id=iq制御に比べて真のMTPA制御に近い制御が行えることを実機実証。

Improved Harmonic Iron Loss and Stator Current Vector Determination for Maximum Efficiency Control of PMSM in EV Applications [IEEE IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9246281

PWM高調波鉄損まで考慮した等価モデルを用いてlook up tableを用いることなくPMSMの最大効率制御を行った論文。高調波等価回路の電流,電圧は磁気飽和を考慮したインダクタンスのFEAから計算し,高調波鉄損抵抗を実装。実機でも実際の最大効率点に近い制御が可能に。

Robust Control of a Variable-Speed BLDC Motor Drive [IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9246217

BLDCモータの巻線抵抗,インダクタンス変動にロバストな速度制御法を提案した論文。極の取りうる範囲をLMIで規定,さらにその面積(円の半径)を最小化(凸最適化)してフィードバックゲインを決定。電圧,電流変動を与えても極配置法や離散LQRに比べてロバストな結果に。

Robust Model Predictive Control for a Three-Phase PMSM Motor With Improved Control Precision [IEEE IE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9162499

PMSMのモデル予測制御のパラメータに対するロバスト性を向上した論文。電圧6角形内の可能な全制御点を対象として指令電圧を決定,制御精度の向上。予測モデルから磁束の排除,インダクタンス外乱オブザーバの追加しロバスト性を向上。パラメータ変動時でもリプルを低減

Speed Ripple Reduction of Direct-Drive PMSM Servo System at Low-Speed Operation Using Virtual Cogging Torque Control Method [IEEE IE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8949446

停止時ブレーキのためコギングトルクを大きく設計したPMSMの低速時速度リプルを低減する制御法を提案した論文。機械角に対して正弦波上にq軸電流を通電し,仮想的な力学的安定点が1つだけできるよう設定。ダンパー項も加え,正確な速度情報なしに速度リプルを低減。

PMSMの磁気飽和を考慮した鎖交磁束高調波成分推定値を用いたトルクリプル抑制制御 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/4/141_366/_article/-char/ja

PMSMのトルク推定式の磁気随伴エネルギー項に磁化特性の非線形性を考慮し,トルクリプルを抑制する制御法を提案した論文。空間高調波成分の磁化特性の非線形性が強いモータに対し,台形積分した磁束の値を用いてトルク推定。事前測定が必要だが6次リプルを効果的に低減

Improved Loss Minimization Control for IPMSM Using Equivalent Conversion Method [IEEE PE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9149830

IPMSMの等価回路から鉄損と銅損の和を最小化する電流条件を数値的に解析し,効率最大制御を行った論文。等価回路から導かれる式が電流に対して解けないため,逆関数を多項式フィッティングして関係式を取得。従来法に比べて様々な負荷トルク,速度条件で高効率に。

An Accurate Virtual Signal Injection Control for IPMSM With Improved Torque Output and Widen Speed Region [IEEE PE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9144477

IPMSMの仮想信号注入によるMTPA制御において,フィルタ無しで高精度な制御を達成した論文。仮想矩形波信号をd,q軸電流に重畳してdT/dβを計算。インバータ電圧の変動補償項と組み合わせ。従来法と同じくらいMTPA点に近い制御が可能に。FW制御への拡張も提案。

Intelligent Maximum Power Factor Searching Control Using Recurrent Chebyshev Fuzzy Neural Network Current Angle Controller for SynRM Drive System [IEEE PE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9167461

SynRMの最大力率角をrecurrent Chebyshev fuzzy neural networkを用いてオンライン学習し,最大力率制御を行った論文。 巻線抵抗をPI制御で推定し,その情報から力率が最大となるよう制御。力率の最高点に収束可能で,PI制御による力率角制御より収束が早い。

A Deep Q-Learning Direct Torque Controller for Permanent Magnet Synchronous Motors [IEEE Open Journal of the IES 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9416143

深層強化学習をPMSMの電流ベクトル制御に適用した論文。電流ベクトルの場所に応じて,電流ベクトルorトルク値を報酬関数として定義。学習済みモデルは,様々な速度トルク条件でモデル予測制御と同等レベルの性能を発揮したが高速時が少し精度低。オンライン化が課題

Advanced Control of Switched Reluctance Motors (SRMs): A Review on Current Regulation, Torque Control and Vibration Suppression [IEEE Open Journal of the IES 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9420328

SRMの制御法のレビュー論文。SRMの動作原理と駆動回路(非対称ハーフブリッジコンバータ)について解説した後,制御法を電流制御(モデル独立/モデルベース),トルク制御(直接/間接),振動抑制制御に分類して様々な制御事例を紹介。

インダクタンス変化量を用いた永久磁石同期モータの極性判別法 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/7/141_552/_article/-char/ja

PMSMセンサレス制御において,2種類の方形波電圧の重畳による極性判定法を提案した論文。始動時に,回転子の突極性を用いて位置推定を行うと磁極を誤判定する可能性があるため,電圧重畳時のインダクタンス変化から磁極の極性を判別。磁気飽和時にも判別が可能

Torque Ripple Suppression Control for PMSMs using Feedforward Compensation and Online Parameter Estimation [IEEJ IA 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejjia/10/4/10_20003337/_article/-char/ja

PMSMセンサレス制御において,計算負荷の小さいトルクリプル低減制御方式を提案した論文。トルクリプルを抑制するためのリプル電流を,推定した磁束高調波から計算するフィードフォワード方式の電圧指令で生成。16ビットマイコンに実装可能。

Speed Harmonic Based Decoupled Torque Ripple Minimization Control for Permanent Magnet Synchronous Machine With Minimized Loss [IEEE EC 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9086143

PMSMの速度情報から電圧高調波指令を計算し,トルクリプルを低減する制御法を提案した論文。ある特定の高調波次数について,速度高調波からq軸電流高調波の振幅,位相をそれぞれ2つのPI制御器から独立して調整。損失最小化条件からd軸電流を計算し,電圧指令に変換。

Model-Free Predictive Control of Motor Drives and Power Converters: A Review [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9492066

モータドライブとコンバータにおけるモデルフリー予測制御のレビュー論文。model-based/-free predictive controlの原理の違いを説明した後,どれだけモデルに依存しているかによって3つのタイプに分類して研究事例を紹介。

Continuous Voltage Vector Model-Free Predictive Current Control of Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Motor [IEEE EC 2019]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8453015

SPMSMの電圧ベクトルmodel-free predictive電流制御法により定常時の電流リプルを低減した論文。ultra localモデルに基づいて指令電流に追従するようSVPWMの電圧位相⇒振幅の順にオンライン最適化。従来のモデル予測制御に比べてPWMによるリプルを低減,応答性は維持。

Estimation and Control of Motor Core Temperature With Online Learning of Thermal Model Parameters: Application to Musculoskeletal Humanoids [IEEE Robotics and Automation Letters 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9079649

ロボット用モータの熱モデルパラメータをオンライン学習し,モータコアの温度推定,異常検知,最適制御法を行った論文。温度の関係式にパラメータ変動を考慮した変数を追加,ハウジング温度センサー情報から各パラメータを勾配降下法により推定。

キャリア波の位相をシフトする同期PWM制御による永久磁石同期モータの低振動化 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/9/141_709/_article/-char/ja

同期PWM制御におけるキャリア波の位相シフトによりPMSMのトルクリプルを低減した論文。トルクリプルの特定成分(論文では12次成分)に対して逆位相の高調波が発生するようにキャリア波を位相シフト。リプルの位相はFEAで事前入手。

Fast Maximum Torque per Ampere (MTPA) Angle Detection for Interior PMSMs using Online Polynomial Curve Fitting [IEEE PE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9527156

IPMSMの電流位相-トルク特性をオンラインで多項式近似し,勾配法によりMTPA点探索を行った論文。2,3次多項式では微分=0が単純に計算できるため,素早いMTPA点への収束が可能。近似曲線導出のため(次数+1)点の電流位相,トルクの組を取得して最小二乗法により係数を計算

多層ニューラルネットワークを用いたPMSMの低速域センサレス制御の高性能化 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/10/141_749/_article/-char/ja

INFORM法を用いた低速時のPMSMセンサレス制御において、リンギングによる電流検出誤差の除去のため、ANNにより磁極位置情報を推定した論文。ANNの入力は短時間の電流時系列データ。制御性能のロバスト性向上には、教師データの多様性が重要。

Controller Design for Electrical Drives by Deep Reinforcement Learning: A Proof of Concept [IEEE II 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8877848

深層強化学習によるPMSMの電流ベクトル制御を実施した論文。アクター・クリティックを使用。報酬は電流誤差と電流制限に関するペナルティ関数。確率的な方策で電圧が正規分布に従うよう設定(効果は不明)。結果は微妙だが,学習の設定が細かく記述されている

Interests and Limits of Machine Learning-Based Neural Networks for Rotor Position Estimation in EV Traction Drives [IEEE II 2017]

https://ieeexplore.ieee.org/document/8081830

PMSMのセンサレス制御において,NNによる位置推定法を提案した論文。入力は電圧と電流のα,β成分で,cosθ, sinθを予測。学習データはシミュレーションで生成,実装はmatlabのtoolboxを使用。NN予測値とPI制御により位置推定,速度制御。HFやEKFよりは誤差が大きい。

PMSMのトルクリップル抑制用高調波電流重畳指令値生成方法の検討 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/11/141_848/_article/-char/ja

PMSMのトルク6次高調波を磁束高調波と電流高調波に起因する成分に分解してフェーザ表示し,両者が逆相となるように電流高調波を重畳することでトルクリプルを低減した論文。FEAベースで指令電流のパラメータを設定しても,トルク6次成分が96.7%低減。

Current Ripple Minimisation in Deadbeat Parameter-Free Predictive Control of Synchronous Motor Drives [IEEE Open Journal of IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9540351

PMSMのモデルフリー予測制御において、離散SVMによりスイッチング周波数が同条件で電流リプルを低減した論文。モデルフリーのパラメータ同定には逐次最小二乗法を使用し、デッドビートで実装。従来のモデルベース制御に比べて電流THDを低減。

4. パワエレ関連・その他

Artificial Intelligence Techniques: How Can it Solve Problems in Power Electronics?: An Advancing Frontier [IEEE PE Magazine 2020]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9296920

パワエレ業界におけるAI技術のレビュー。といっても第2次AIブームの内容のみ。expert systemの基本原理, fuzzy理論を用いた風力発電の制御法,artificial neural networkを用いたスマートグリッドの電力異常検出法について紹介。

高速IPMSMにおける最適パルスパターンによるステータ鉄心の鉄損低減 [電学論D 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejias/141/4/141_313/_article/-char/ja

IPMSMのPWMパルスパターンを最適化し,高速軽負荷運転時の鉄損低減した論文。鉄損を拡張スタインメッツ方程式を基にモデル化し,パルスのタイミングを最適化。キャリア非同期PWMやキャリア同期PWM駆動時に比べて鉄損を低減。

Opportunities and Challenges of Utilizing Additive Manufacturing Approaches in Thermal Management of Electrical Machines [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9364970

金属3Dプリンタによるモータの冷却部品の製造に関するレビュー論文。3Dプリンタの3つ方式について解説した後,ヒートシンク,熱交換機,ヒートパイプや液冷・空冷用パイプの3Dプリンタによる製造例について紹介。航空用が多い。

Evaluation of Three Improved Space-Vector-Modulation Strategies for the High-Speed Permanent Magnet Motor Fed by a SiC/Si Hybrid Inverter [IEEE PE 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9200695

高速PMSMの電流リプルとコスト低減の両立のため,SiC-MOSFETとSi-IGBTを組み合わせたインバータトポロジーを提案した論文。Siインバータに2つのSiCでの降圧コンバータを接続。SVPWMのゼロ電圧ベクトルをSiCが担いSiのswitching損を低減。キャリア高周波化でリプル低減

NISSAN e-POWER: 100% Electric Drive and Its Powertrain Control [IEEJ IA 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejjia/10/4/10_20013024/_article/-char/ja

日産NOTE(2016)のe-POWERシステムの解説論文。システム構成や制御戦略などを紹介。

Outstanding Technical Features of Traction System in N700S Shinkansen New Generation Standardized High Speed Train [IEEJ IA 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejjia/10/4/10_20012560/_article/-char/ja

2020年夏から運転開始した東海道新幹線N700Sの駆動システムの解説論文。高速鉄道としては世界初のSiCデバイスを適用し,ブロアレス冷却器の小型化や誘導機の多極化に貢献。車両によりFull/Hybrid SiCを切り分け。リチウムイオン電池による自走も可能。

Impact of High Switching Speed and High Switching Frequency of Wide-Bandgap Motor Drives on Electric Machines [IEEE Access 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9446970

GaNやSiCによるモータ制御において,高dv/dt,高スイッチング周波数によりどのような過電圧を生じるか実験に基づいて調査した論文。相間,相-中性点,中性点-グラウンドの3つのモータ過電圧と軸受について時間,周波数の側面から検証。

Review of Modeling and Suppression Techniques for Electromagnetic Interference in Power Conversion Systems [IEEJ IA 2021]

https://www.jstage.jst.go.jp/article/ieejjia/advpub/0/advpub_21006800/_article

電力変換システムにおけるEMI技術に関するレビュー。半導体デバイスのスイッチング高速化が波形の周波数スペクトルに与える影響について議論した後,3種類のEMIモデリング手法を紹介。次に,EMIフィルタリング技術についてpassive/acitve型に分けて紹介。

Thermal Monitoring of Electric Motors: State-of-the-Art Review and Future Challenges [IEEE Open Journal of IA 2021]

https://ieeexplore.ieee.org/document/9463739

モータドライブにおける温度センシング技術のレビュー。モータパラメータ(抵抗,磁束,インダクタンス)変化からの推定法,lumped-parameter thermal networksによる推定法,機械学習による推定法の3つを紹介し,課題と展望を述べている。

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モータ研究者の技術解説

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