JP2019154089A - Motor drive controller and autonomous travel device - Google Patents

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陽一 藤原
Yoichi Fujiwara
陽一 藤原
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Abstract

To reduce time when regenerative current is made to flow in a regenerative resistor, to reduce interruption of travel even in a long downhill and to expand continuous travel time.SOLUTION: A motor drive controller comprises: a motor; a motor drive section for generating a drive signal for driving the motor and outputting it to the motor; a regenerative resistor for consuming regenerative power generated during regeneration operation; a field current PI control section which inputs input voltage of the motor drive section and outputs a field correction current value for controlling field current which is a field component of the drive signal, which does not contribute to torque of the motor, on the basis of a change of the input voltage; and a drive current control section for correcting torque current that is a torque component of the drive signal, which contributes to the torque of the motor, and the field current by using the field correction current value. The drive current control section corrects the field current so that a part of the regenerative current generated during regeneration operation can be consumed by the motor, and the motor drive section generates the drive signal corresponding to the corrected field current.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、モータ駆動制御装置と自律走行装置に関し、特に、充電池からの電力でモータを回転させて自律走行装置を自律走行させるモータ駆動制御装置および、モータ駆動制御装置を搭載した自律走行装置に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a motor drive control device and an autonomous traveling device, and in particular, a motor drive control device for autonomously traveling an autonomous traveling device by rotating a motor with electric power from a rechargeable battery, and an autonomous traveling device equipped with the motor drive control device. About.

電気自動車など、充電池を備え、充電池からの電力で駆動するモータを回転させて自律走行する車両では、下り坂を走行するときなど、ブレーキをかけた場合に、回生電力が発生するので、この回生電力を利用して、充電池を充電することが行われている。
また、回生電力制御装置を備え、充電池に流れる回生電流を制御し、余分な回生電力を消費させて、充電池の過充電を防止するようにしている。
In vehicles that have a rechargeable battery, such as an electric vehicle, and run autonomously by rotating a motor driven by the power from the rechargeable battery, regenerative power is generated when braking is applied, such as when traveling downhill, The rechargeable battery is charged using this regenerative power.
In addition, a regenerative power control device is provided to control the regenerative current flowing in the rechargeable battery and consume excess regenerative power to prevent overcharge of the rechargeable battery.

たとえば、充電池の電源電圧を監視し、所定電圧値以上の電源電圧が検出された場合は、回生電力制御装置に設けられた回生抵抗に電流を流し、余分な回生電力を、回生抵抗で消費させることが行われている。
また、特許文献1では、バッテリの電圧が増大するのに対応させて、段階的に、バッテリへの充電、車両駆動用モータの回生効率の低下、バイパス回路へ回生電流を流すことによる回生電流の消費、バッテリと並列に接続された回生抵抗に回生電流を流すことによる回生電流の消費という順に、回生電流の消費を制御することにより、バッテリの過充電を防止する回生制動装置が記載されている。
For example, when the power supply voltage of the rechargeable battery is monitored and a power supply voltage that exceeds a specified voltage value is detected, current is passed through the regenerative resistor provided in the regenerative power control device, and excess regenerative power is consumed by the regenerative resistor. Has been done.
Further, in Patent Document 1, in response to an increase in the voltage of the battery, charging of the battery, a decrease in the regeneration efficiency of the motor for driving the vehicle, and a regenerative current caused by flowing a regenerative current through the bypass circuit are stepwise. A regenerative braking device is described that prevents overcharging of a battery by controlling the consumption of the regenerative current in the order of consumption, regenerative current consumption by flowing a regenerative current through a regenerative resistor connected in parallel with the battery. .

特開平8−154304号公報JP-A-8-154304

しかし、従来のように、回生抵抗に回生電流を流すことにより、余分な回生電力を回生抵抗で消費させることができるが、回生電流が回生抵抗に流れると、回生抵抗において回生電流が熱に変換されるので、回生抵抗が発熱する。   However, as in the past, by supplying regenerative current to the regenerative resistor, excess regenerative power can be consumed by the regenerative resistor, but when the regenerative current flows to the regenerative resistor, the regenerative current is converted to heat at the regenerative resistor. As a result, the regenerative resistor generates heat.

特に、下り坂を高速走行する場合や、下り坂を長時間連続走行する場合などでは、回生抵抗に連続して回生電流を流すことになるので、回生抵抗が、想定外の高温になる恐れがある。回生抵抗の高温状態が継続すると、回生抵抗が焼損する場合もある。
また、回生抵抗が焼損することを回避するためには、回生抵抗を所定の温度まで冷却する必要があるので、たとえば、走行を一旦中断する必要がある。
このように、回生抵抗に回生電流を流し、回生電流を熱に変換して余分な回生電力を消費させるだけでは、自律走行する車両の走行経路に下り坂が多い場合などでは、走行を一旦中断することにより、予め想定された自律走行が継続できなくなる場合があった。
Especially when traveling downhill at high speed or when traveling downhill continuously for a long time, a regenerative current flows continuously to the regenerative resistor, which may cause the regenerative resistor to become an unexpectedly high temperature. is there. When the high temperature state of the regenerative resistor continues, the regenerative resistor may burn out.
Further, in order to avoid the regenerative resistor from being burned out, it is necessary to cool the regenerative resistor to a predetermined temperature. For example, it is necessary to temporarily stop traveling.
In this way, when a regenerative current is passed through a regenerative resistor and the regenerative current is converted into heat and excess regenerative power is consumed, the travel is temporarily interrupted when there are many downhills in the travel route of the autonomous vehicle. As a result, the autonomous driving assumed in advance may not be continued.

そこで、この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、回生抵抗に回生電流を流す時間を減少させて、長い下り坂などでも、走行を中断させることを低減させ、連続走行時間を拡大させ、できるだけ自律走行を継続させることが可能なモータ駆動制御装置と自律走行装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in consideration of the above circumstances, and reduces the time for which the regenerative current flows through the regenerative resistor, thereby reducing the interruption of traveling even on long downhills, and the like. An object of the present invention is to provide a motor drive control device and an autonomous traveling device capable of extending traveling time and continuing autonomous traveling as much as possible.

この発明は、モータと、前記モータを駆動するための駆動信号を生成し前記モータに出力するモータ駆動部と、回生動作時に発生する回生電力を消費する回生抵抗と、前記モータ駆動部の入力電圧を入力し、前記入力電圧の変化に基づいて、前記モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を制御するための界磁補正電流値を出力する界磁電流PI制御部と、前記界磁補正電流値を利用して、前記モータのトルクに寄与する駆動信号のトルク成分であるトルク電流と、前記モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を補正する駆動電流制御部とを備え、前記駆動電流制御部が、前記回生動作時に発生する回生電力の一部を、前記モータで消費できるように、前記界磁電流を補正し、前記モータ駆動部が、前記補正された界磁電流に対応した前記駆動信号を生成することを特徴とするモータ駆動制御装置を提供するものである。   The present invention relates to a motor, a motor drive unit that generates a drive signal for driving the motor and outputs the drive signal, a regenerative resistor that consumes regenerative power generated during a regenerative operation, and an input voltage of the motor drive unit And a field current PI control unit that outputs a field correction current value for controlling a field current that is a field component of the drive signal that does not contribute to the torque of the motor based on a change in the input voltage And using the field correction current value, a torque current that is a torque component of the drive signal that contributes to the torque of the motor and a field current that is a field component of the drive signal that does not contribute to the torque of the motor. A drive current control unit that corrects, the drive current control unit corrects the field current so that a part of the regenerative power generated during the regenerative operation can be consumed by the motor, and the motor drive unit But There is provided a motor drive control device and generates the driving signal corresponding to the corrected field current.

また、前記回生動作時に、前記モータ駆動部の入力電圧が上昇した場合に、前記界磁電流PI制御部は、前記入力電圧の上昇に対応させて、前記界磁補正電流値を増加させ、前記駆動電流制御部は、前記増加した界磁補正電流値に対応して前記界磁電流が増加するように前記界磁電流を補正することによって、前記モータで消費される回生電力を増加させることを特徴とする。
これによれば、入力電圧の上昇に対応させて、界磁電流が増加するように界磁電流を補正することによって、モータで消費される回生電力を増加させるので、回生抵抗に回生電流を流す時間を減少させて、回生抵抗の温度の上昇を抑制させることができ、モータ駆動制御装置を備えた自律走行装置の自律走行を、長時間継続させることができる。
Further, when the input voltage of the motor drive unit is increased during the regeneration operation, the field current PI control unit increases the field correction current value in response to the increase of the input voltage, The drive current control unit increases the regenerative power consumed by the motor by correcting the field current so that the field current increases in response to the increased field correction current value. Features.
According to this, since the regenerative power consumed by the motor is increased by correcting the field current so as to increase the field current in response to the increase of the input voltage, the regenerative current is passed through the regenerative resistor. The time can be reduced to prevent the temperature of the regenerative resistor from rising, and the autonomous traveling device provided with the motor drive control device can continue autonomous traveling for a long time.

また、参照電圧を記憶した記憶部をさらに備え、前記界磁電流PI制御部が、前記参照電圧をさらに入力し、前記入力されたモータ駆動部の入力電圧と前記参照電圧との差分に基づいて、界磁電流目標値を生成する目標値生成部と、前記界磁電流目標値の上限値を設定したリミッタとを備え、前記生成された界磁電流目標値が、前記上限値以上の場合は、前記上限値を、前記界磁補正電流値として出力し、前記生成された界磁電流目標値が、前記上限値よりも小さい場合は、前記界磁電流目標値を、前記界磁補正電流値として出力することを特徴とする。
これによれば、界磁電流目標値に上限値を設定しているので、界磁電流の急激な増加を防止して、モータの回転動作が不安定な循環に陥ることを回避し、安定した走行を確保することができる。
Further, the storage device further includes a storage unit that stores a reference voltage, and the field current PI control unit further inputs the reference voltage, based on a difference between the input voltage of the input motor driving unit and the reference voltage. A target value generating unit for generating a field current target value and a limiter that sets an upper limit value of the field current target value, and when the generated field current target value is equal to or higher than the upper limit value. The upper limit value is output as the field correction current value, and when the generated field current target value is smaller than the upper limit value, the field current target value is set as the field correction current value. Is output as
According to this, since the upper limit value is set for the field current target value, it is possible to prevent a sudden increase in the field current and to prevent the rotational operation of the motor from falling into an unstable circulation, and to stabilize the field current. Driving can be ensured.

また、前記モータの回転速度を生成する電気角推定部をさらに備え、前記回転速度が、前記界磁電流PI制御部に入力され、前記リミッタが、前記入力された回転速度に対応して、前記界磁補正電流値の最大値を、前記界磁電流目標値の上限値よりも低い値に設定し、前記回転速度が所定値以上に上昇した場合に、前記界磁電流PI制御部は、前記回転速度の上昇に従って、前記界磁補正電流値の最大値を、減少させることを特徴とする。
これによれば、回転速度に対応して、界磁補正電流値の最大値を、界磁電流目標値の上限値よりも低い値に設定し、回転速度の上昇に従って、界磁補正電流値の最大値を減少させるので、モータの逆起電力の上昇が抑制され、自律走行をより安定させることができ、より長時間の連続走行が可能となる。
The motor further includes an electrical angle estimation unit that generates a rotation speed of the motor, the rotation speed is input to the field current PI control unit, and the limiter corresponds to the input rotation speed, When the maximum value of the field correction current value is set to a value lower than the upper limit value of the field current target value, and the rotation speed is increased to a predetermined value or more, the field current PI control unit The maximum value of the field correction current value is decreased as the rotational speed increases.
According to this, the maximum value of the field correction current value is set to a value lower than the upper limit value of the field current target value corresponding to the rotation speed, and as the rotation speed increases, the field correction current value Since the maximum value is reduced, an increase in the back electromotive force of the motor is suppressed, autonomous running can be made more stable, and continuous running for a longer time becomes possible.

また、前記モータ駆動部の温度を測定する第1の温度測定部をさらに備え、前記測定されたモータ駆動部の温度が、前記界磁電流PI制御部に入力され、前記リミッタが、前記入力された温度に対応して、前記界磁補正電流値の最大値を、前記界磁電流目標値の上限値よりも低い値に設定し、前記入力温度が所定値以上に上昇した場合に、前記界磁電流PI制御部は、前記入力温度の上昇に従って、前記界磁補正電流値の最大値を、減少させることを特徴とする。
これによれば、モータ駆動部の温度の上昇に従って、界磁補正電流値の最大値を、界磁電流目標値の上限値よりも減少させるので、界磁電流の増加が抑制され、モータ駆動部の温度が定格の最大温度値を超えないように制御され、モータ駆動部の半導体部品が破損することを防止し、より安定した長時間の自律走行が可能となる。
The apparatus further includes a first temperature measurement unit that measures the temperature of the motor drive unit, the measured temperature of the motor drive unit is input to the field current PI control unit, and the limiter is input. When the maximum value of the field correction current value is set to a value lower than the upper limit value of the field current target value corresponding to the temperature, and the input temperature rises above a predetermined value, the field correction current value The magnetic current PI control unit decreases the maximum value of the field correction current value as the input temperature increases.
According to this, since the maximum value of the field correction current value is decreased from the upper limit value of the field current target value as the temperature of the motor driving unit increases, the increase in the field current is suppressed, and the motor driving unit The temperature of the motor is controlled so as not to exceed the rated maximum temperature value, so that the semiconductor components of the motor drive unit are prevented from being damaged, and more stable autonomous traveling for a long time becomes possible.

また、前記回生抵抗の温度を測定する第2の温度測定部をさらに備え、前記測定された回生抵抗の温度が、前記界磁電流PI制御部に入力され、前記界磁電流PI制御部が、前記入力された回生抵抗の温度に対応して、前記界磁補正電流値の最大値を変化させ、前記駆動電流制御部は、前記界磁電流PI制御部から出力される前記界磁補正電流値に対応させて前記界磁電流を補正することによって、前記回生抵抗による回生電力の消費と、前記界磁電流を増加させることによって発生する前記モータでの回生電力の消費とを調整することを特徴とする。   Further, the apparatus further comprises a second temperature measuring unit that measures the temperature of the regenerative resistor, the measured temperature of the regenerative resistor is input to the field current PI control unit, and the field current PI control unit includes: In response to the input temperature of the regenerative resistor, the maximum value of the field correction current value is changed, and the drive current control unit outputs the field correction current value output from the field current PI control unit. By adjusting the field current according to the above, the consumption of the regenerative power by the regenerative resistor and the consumption of the regenerative power in the motor generated by increasing the field current are adjusted. And

また、前記回生抵抗の温度を測定する第2の温度測定部をさらに備え、前記測定された回生抵抗の温度が、前記界磁電流PI制御部に入力され、前記界磁電流PI制御部が、前記入力されたモータ駆動部の温度と回生抵抗の温度に対応して、前記界磁補正電流値の最大値を変化させ、前記駆動電流制御部は、前記界磁電流PI制御部から出力される前記界磁補正電流値に対応させて前記界磁電流を補正することによって、前記回生抵抗による回生電力の消費と、前記界磁電流を増加させることによって発生する前記モータでの回生電力の消費とを調整することを特徴とする。   Further, the apparatus further comprises a second temperature measuring unit that measures the temperature of the regenerative resistor, the measured temperature of the regenerative resistor is input to the field current PI control unit, and the field current PI control unit includes: The maximum value of the field correction current value is changed corresponding to the input temperature of the motor driving unit and the temperature of the regenerative resistor, and the driving current control unit is output from the field current PI control unit By correcting the field current in accordance with the field correction current value, consumption of regenerative power by the regenerative resistor, and consumption of regenerative power in the motor generated by increasing the field current, It is characterized by adjusting.

また、この発明は、車体と、前記車体を走行させる駆動部材と、前記駆動部材を制御するモータ駆動制御装置とを備えた自律走行装置であって、前記モータ駆動制御装置が、上記に記載したいずれかのモータ駆動制御装置であることを特徴とする自律走行装置を提供するものである。   The present invention is also an autonomous traveling device including a vehicle body, a drive member that causes the vehicle body to travel, and a motor drive control device that controls the drive member, wherein the motor drive control device is described above. The present invention provides an autonomous traveling device that is any one of motor drive control devices.

また、この発明は、回生抵抗によって、回生動作時に発生する回生電力を消費させ、モータを駆動するための駆動信号を生成するモータ駆動部の入力電圧の変化に基づいて、前記モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を制御するための界磁補正電流値を出力し、前記出力された界磁補正電流値を利用して、前記モータのトルクに寄与する駆動信号のトルク成分であるトルク電流と、前記モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を補正し、前記界磁電流の補正は、前記回生動作時に発生する回生電力の一部を、前記モータで消費できるようにする補正であり、前記回生動作時に、前記モータ駆動部の入力電圧が上昇した場合は、前記入力電圧の上昇に対応させて、前記界磁補正電流値を増加させ、前記増加した界磁補正電流値に対応して前記界磁電流が増加するように前記界磁電流を補正することによって、前記モータで消費される回生電力を増加させ、前記補正されたトルク電流と前記補正された界磁電流とに対応した駆動信号を生成し、前記駆動信号によって前記モータを駆動することを特徴とするモータ駆動制御装置のモータ駆動方法を提供するものである。   Further, the present invention contributes to the torque of the motor based on the change in the input voltage of the motor drive unit that generates the drive signal for driving the motor by consuming the regenerative power generated during the regenerative operation by the regenerative resistor. Output a field correction current value for controlling a field current that is a field component of the drive signal, and use the output field correction current value to output a drive signal that contributes to the torque of the motor. A torque current that is a torque component and a field current that is a field component of a drive signal that does not contribute to the torque of the motor are corrected, and the correction of the field current is a part of the regenerative power generated during the regenerative operation. The correction to enable consumption by the motor. When the input voltage of the motor drive unit increases during the regenerative operation, the field correction current value is increased in response to the increase of the input voltage. , By correcting the field current so that the field current increases corresponding to the increased field correction current value, the regenerative power consumed by the motor is increased, and the corrected torque current The motor drive method of the motor drive control apparatus is characterized in that a drive signal corresponding to the corrected field current is generated and the motor is driven by the drive signal.

この発明によれば、モータを駆動するための駆動信号を生成しモータに出力するモータ駆動部と、モータ駆動部の入力電圧を入力し、入力電圧の変化に基づいて、モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を制御するための界磁補正電流値を出力する界磁電流PI制御部と、界磁補正電流値を利用して、前記モータのトルクに寄与する駆動信号のトルク成分であるトルク電流と、モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を補正する駆動電流制御部とを備え、駆動電流制御部が、回生動作時に発生する回生電力の一部を、モータで消費できるように、界磁電流を補正し、モータ駆動部が、補正された界磁電流に対応した駆動信号を生成するので、回生抵抗に回生電流を流す時間を減少させて、長い下り坂などでも、走行を中断させることを低減させ、連続走行時間を拡大させることができ、モータ駆動制御装置を備えた自律走行装置の自律走行を、できるだけ長時間継続させることができる。   According to the present invention, the motor drive unit that generates a drive signal for driving the motor and outputs the drive signal to the motor, and the input voltage of the motor drive unit are input, and the motor torque is not contributed based on the change in the input voltage. A field current PI controller that outputs a field correction current value for controlling a field current that is a field component of the drive signal, and a drive that contributes to the torque of the motor using the field correction current value A torque current that is a torque component of the signal, and a drive current control unit that corrects a field current that is a field component of the drive signal that does not contribute to the torque of the motor. The field current is corrected so that a part of the electric power can be consumed by the motor, and the motor drive unit generates a drive signal corresponding to the corrected field current. Decrease and long down In such hill reduces the disrupting travel, it is possible to expand the continuous running time, the autonomous travel of the autonomous traveling device provided with a motor drive control device, it is possible to possible long-lasting.

この発明の自律走行装置のモータ駆動制御装置に関する構成の第1実施形態のブロック図である。It is a block diagram of a 1st embodiment of composition about a motor drive control device of an autonomous running device of this invention. この発明のモータ駆動部における第1実施形態の構成ブロック図である。It is a block diagram of the first embodiment of the motor drive unit of the present invention. この発明の界磁電流PI制御部における第1実施形態の構成ブロック図である。It is a block diagram of the first embodiment of the field current PI control unit of the present invention. この発明の界磁電流PI制御部のリミッタにおける特性グラフの一実施例である。It is one Example of the characteristic graph in the limiter of the field current PI control part of this invention. モータ駆動部の入力電圧上昇時におけるモータ駆動動作の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the motor drive operation | movement at the time of the input voltage rise of a motor drive part. この発明の自律走行装置のモータ駆動制御装置に関する構成の第2実施形態のブロック図である。It is a block diagram of 2nd Embodiment of the structure regarding the motor drive control apparatus of the autonomous running apparatus of this invention. この発明の界磁電流PI制御部における第2実施形態の構成ブロック図である。It is a block diagram of the second embodiment of the field current PI control unit of the present invention. この発明の界磁電流PI制御部のリミッタにおける回転速度と界磁補正電流の最大値との関係を示す特性グラフの一実施例である。It is one Example of the characteristic graph which shows the relationship between the rotational speed in the limiter of the field current PI control part of this invention, and the maximum value of a field correction current. この発明の自律走行装置のモータ駆動制御装置に関する構成の第3実施形態のブロック図である。It is a block diagram of 3rd Embodiment of the structure regarding the motor drive control apparatus of the autonomous running apparatus of this invention. この発明のモータ駆動部における第3実施形態の構成ブロック図である。It is a block diagram of the third embodiment of the motor drive unit of the present invention. この発明の界磁電流PI制御部における第3実施形態の構成ブロック図である。It is a block diagram of the third embodiment of the field current PI control unit of the present invention. この発明の界磁電流PI制御部のリミッタにおけるインバーターの温度と界磁補正電流の最大値との関係を示す特性グラフの一実施例である。It is one Example of the characteristic graph which shows the relationship between the temperature of the inverter in the limiter of the field current PI control part of this invention, and the maximum value of a field correction current. この発明のモータ駆動部における第4実施形態の構成ブロック図である。It is a structure block diagram of 4th Embodiment in the motor drive part of this invention. この発明のモータ駆動部の温度と回生電力消費との対応を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows a response | compatibility with the temperature of the motor drive part of this invention, and regenerative power consumption. この発明の自律走行装置の走行経路と回生電力消費との対応を示す一実施例の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of one Example which shows a response | compatibility with the driving | running route of the autonomous traveling apparatus of this invention, and regenerative electric power consumption. この発明の自律走行装置におけるモータ駆動制御処理の一実施例のフローチャートである。It is a flowchart of one Example of the motor drive control process in the autonomous running apparatus of this invention. この発明の自律走行装置の一実施例の外観図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is an external view of one Example of the autonomous traveling apparatus of this invention.

以下、図面を使用して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施例の記載によって、この発明が限定されるものではない。
この発明の自律走行装置は、車体と、車体を走行させる駆動部材(車輪)と、駆動部材を制御するモータ駆動制御装置とを備え、所定の経路情報に基づいて、障害物を避けながら、自律的に移動する機能を有する車両である。
モータ駆動制御装置は、充電池(以下、バッテリとも呼ぶ)を備え、充電池から供給される電力を利用して、車輪を回転させるモータを駆動する。
自律走行装置は、移動機能に加えて、輸送機能、監視機能、掃除機能、誘導機能、通報機能などの種々の機能を備えてもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by description of the following examples.
The autonomous traveling device of the present invention includes a vehicle body, a drive member (wheel) for traveling the vehicle body, and a motor drive control device that controls the drive member, and is autonomous while avoiding an obstacle based on predetermined route information. It is a vehicle which has a function to move automatically.
The motor drive control device includes a rechargeable battery (hereinafter also referred to as a battery), and drives a motor that rotates a wheel using electric power supplied from the rechargeable battery.
The autonomous traveling device may include various functions such as a transportation function, a monitoring function, a cleaning function, a guidance function, and a notification function in addition to the moving function.

<自律走行装置の構成>
図17に、この発明の自律走行装置の一実施例の外観図を示す。
図17の外観図において、自律走行装置1(以下、車両とも呼ぶ)は、主として、車体4と、4つの車輪(前輪5,後輪6)と、監視ユニット2と、制御ユニット3と、充電池を備える。
監視ユニット2は、移動する領域や路面の状態を確認する機能や監視対象を監視する機能を有する部分であり、たとえば、カメラ(撮像装置)7や、図示しない移動する前方空間の状態を確認する距離検出装置、走行している現在位置の情報を取得する位置情報取得装置などから構成される。
制御ユニット3は、自律走行装置の有する走行機能や監視機能などを実行する部分であり、たとえば図示しない制御装置、モータ、モータ駆動制御装置、通信装置、記憶装置などから構成される。
充電池としては、たとえば、リチウムイオン電池などが用いられ、車体のほぼ中央位置の下部に載置される。
<Configuration of autonomous traveling device>
In FIG. 17, the external view of one Example of the autonomous running apparatus of this invention is shown.
In the external view of FIG. 17, the autonomous mobile device 1 (hereinafter also referred to as a vehicle) mainly includes a vehicle body 4, four wheels (front wheels 5 and rear wheels 6), a monitoring unit 2, a control unit 3, A battery is provided.
The monitoring unit 2 is a part having a function of confirming a moving region and a road surface state and a function of monitoring a monitoring target. For example, the monitoring unit 2 confirms the state of a camera (imaging device) 7 or a moving front space (not shown). It is comprised from a distance detection apparatus, the positional information acquisition apparatus etc. which acquire the information of the present position which drive | works.
The control unit 3 is a part that executes a traveling function, a monitoring function, and the like of the autonomous traveling device, and includes, for example, a control device, a motor, a motor drive control device, a communication device, and a storage device that are not shown.
As the rechargeable battery, for example, a lithium ion battery or the like is used, and the rechargeable battery is placed at the lower part of the center position of the vehicle body.

この発明の自律走行装置1は、カメラや距離検出装置などを利用して、車体の進行方向の前方の状態を確認しながら自走する。たとえば、前方に、障害物や段差等が存在することを検出した場合には、障害物に衝突することなどを防止するために、静止、回転、後退、前進等の動作を行って進路を変更し、障害物を認識した場合や、接触を検出した場合には、車体の停止動作など、所定の機能を実行する。
また、走行中に回生電力によってモータ駆動装置の入力電圧が上昇し、電子部品の耐圧を超過して電子部品が破損しないように、回生抵抗によって、回生動作時に発生する回生電力を消費させ、原則として、回生抵抗が所定温度以上になった場合には、走行を停止させる。
The autonomous traveling device 1 of the present invention self-travels while confirming the front state of the traveling direction of the vehicle body using a camera, a distance detection device, or the like. For example, when it is detected that there are obstacles, steps, etc. ahead, the course is changed by performing operations such as rest, rotation, backward movement, and forward movement in order to prevent collision with the obstacles. When an obstacle is recognized or contact is detected, a predetermined function such as a stop operation of the vehicle body is executed.
Also, in order to prevent the input voltage of the motor drive device from rising due to regenerative power during traveling and exceeding the withstand voltage of the electronic component and damaging the electronic component, regenerative power generated during regenerative operation is consumed by the regenerative resistor. When the regenerative resistance becomes equal to or higher than a predetermined temperature, the traveling is stopped.

ただし、後述するように、少なくとも回生抵抗が所定温度以上にならないように、モータ自身でも回生電力を消費させ、できるだけ自律走行が継続できるように、回生電力の制御を行う。
また、充電池の残容量が少なくなってきた場合は、所定の位置に戻るか、あるいは走行を停止する。
この発明では、自律走行装置の機能のうち、特に、モータ駆動制御の機能に特徴があるので、以下の実施例では、主として、自律走行装置のモータ駆動と回生電力の制御に関係するモータ駆動制御装置の構成と機能と動作について説明する。
However, as will be described later, the regenerative power is controlled so that the motor itself consumes the regenerative power and the autonomous running can be continued as much as possible so that the regenerative resistance does not exceed a predetermined temperature.
Further, when the remaining capacity of the rechargeable battery is decreasing, the battery returns to a predetermined position or stops traveling.
In the present invention, among the functions of the autonomous mobile device, the motor drive control function is particularly characteristic. Therefore, in the following embodiments, the motor drive control mainly related to the motor drive and regenerative power control of the autonomous mobile device. The configuration, function, and operation of the apparatus will be described.

(自律走行装置の第1実施形態)
<自律走行装置のモータ駆動制御装置の構成>
図1に、この発明の自律走行装置のモータ駆動制御装置に関する構成の第1実施形態のブロック図を示す。
図1において、この発明の自律走行装置1のモータ駆動制御装置は、主として、速度PI制御部11、電流PI制御部12、逆Park変換部13、3相信号生成部14、モータ駆動部15、電流取得部16、Clarke変換部17、Park変換部18、電気角推定部19、モータ21、回転速度検出部22、電源部23、界磁電流PI制御部24、加算器25を備える。
後述するように、電流PI制御部12、逆Park変換部13、3相信号生成部14、電流取得部16、Clarke変換部17、およびPark変換部18は、駆動電流制御部20を構成する。
(First embodiment of autonomous traveling device)
<Configuration of motor drive control device of autonomous traveling device>
FIG. 1 shows a block diagram of a first embodiment of a configuration relating to a motor drive control device of an autonomous traveling device of the present invention.
1, the motor drive control device of the autonomous traveling device 1 of the present invention mainly includes a speed PI control unit 11, a current PI control unit 12, an inverse Park conversion unit 13, a three-phase signal generation unit 14, a motor drive unit 15, A current acquisition unit 16, a Clark conversion unit 17, a Park conversion unit 18, an electrical angle estimation unit 19, a motor 21, a rotation speed detection unit 22, a power supply unit 23, a field current PI control unit 24, and an adder 25 are provided.
As will be described later, the current PI control unit 12, the inverse Park conversion unit 13, the three-phase signal generation unit 14, the current acquisition unit 16, the Clark conversion unit 17, and the Park conversion unit 18 constitute a drive current control unit 20.

制御部10は、自律走行装置1の全体的な動作を制御する部分であり、モータ駆動制御装置の動作も制御する。
モータ21は、モータ駆動制御装置が制御する対象であり、3相のブラシレス直流モータであるものとする。
この発明のモータ駆動制御装置では、ベクトル制御を利用して、モータの回転を制御する。
また、図1には図示していないが、回生動作時に発生する回生電力を消費する回生抵抗を備える。
The control unit 10 is a part that controls the overall operation of the autonomous mobile device 1 and also controls the operation of the motor drive control device.
The motor 21 is a target controlled by the motor drive control device, and is a three-phase brushless DC motor.
In the motor drive control device of the present invention, the rotation of the motor is controlled using vector control.
Although not shown in FIG. 1, a regenerative resistor that consumes regenerative power generated during the regenerative operation is provided.

自律走行装置1の制御部10は、電源部23などのモータ駆動制御装置の各構成要素の動作を制御する部分であり、主として、CPU,ROM,RAM,I/Oコントローラ,タイマー等からなるマイクロコンピュータによって実現される。
CPUは、ROM等に予め格納された制御プログラムに基づいて、各種ハードウェアを有機的に動作させて、この発明の走行機能、回生制御機能などを実行する。
The control unit 10 of the autonomous traveling device 1 is a part that controls the operation of each component of the motor drive control device such as the power supply unit 23, and is a micro that mainly includes a CPU, ROM, RAM, I / O controller, timer, and the like. Realized by computer.
The CPU organically operates various hardware based on a control program stored in advance in a ROM or the like, and executes the traveling function, the regeneration control function, and the like of the present invention.

また、制御部10は、記憶部10aを含み、記憶部としては、ROM,RAM、フラッシュメモリのような半導体メモリや、あるいは、ハードディスクHDDや、SSDのような記憶装置が用いられる。
この発明では、特に、ROMなどの記憶部10aに、後述する参照電圧Vddref、目標回転速度ωrefなどの基準となる数値を予め記憶しておく。
制御部10が、記憶された参照電圧等を、記憶部から読み出して、モータ駆動制御装置に与えることにより、モータ駆動制御装置が、参照電圧等を利用して、モータ21を駆動させる。
The control unit 10 includes a storage unit 10a. As the storage unit, a semiconductor memory such as a ROM, a RAM, or a flash memory, or a storage device such as a hard disk HDD or an SSD is used.
In the present invention, in particular, reference values such as a reference voltage Vddref and a target rotational speed ωref described later are stored in advance in the storage unit 10a such as a ROM.
The control unit 10 reads out the stored reference voltage and the like from the storage unit and supplies the reference voltage to the motor drive control device, so that the motor drive control device drives the motor 21 using the reference voltage and the like.

速度PI制御部11は、モータの回転速度を調整するための情報を生成する部分である。
特に、モータの現在の回転速度ωと、制御部10から与えられる目標回転速度ωrefを入力データとし、回転速度ωと、目標回転速度ωrefとが一致するように、モータの回転を制御するための2相の基準電流情報(Iqref、Idref)を出力する。
モータには、永久磁石が埋め込まれたローター(回転子)が含まれ、ローターの近傍空間には、3つの電磁石が所定の間隔で配置されている。
モータに含まれるローターは、3つの電磁石に流す電流を変化させることにより、発生する磁界により回転させられるが、ローターを回転させる力は、直交する2つの成分(トルク成分、界磁成分)に分解される。
The speed PI control unit 11 is a part that generates information for adjusting the rotation speed of the motor.
In particular, the current rotation speed ω of the motor and the target rotation speed ωref given from the control unit 10 are used as input data, and the rotation of the motor is controlled so that the rotation speed ω matches the target rotation speed ωref. Two-phase reference current information (Iqref, Idref) is output.
The motor includes a rotor (rotor) in which permanent magnets are embedded, and three electromagnets are arranged at predetermined intervals in a space near the rotor.
The rotor included in the motor is rotated by the generated magnetic field by changing the current flowing through the three electromagnets, but the force to rotate the rotor is decomposed into two orthogonal components (torque component and field component) Is done.

2相の基準電流情報は、この2つの成分に対応した電流情報であり、トルク成分に対応する基準電流を、トルク目標電流Iqrefと呼び、界磁成分に対応する基準電流を、界磁目標電流Idrefと呼ぶ。
すなわち、速度PI制御部11は、入力される回転速度ωと、目標回転速度ωrefとから、トルク目標電流Iqrefと、界磁目標電流Idrefとを生成する。
The two-phase reference current information is current information corresponding to these two components, the reference current corresponding to the torque component is called the torque target current Iqref, and the reference current corresponding to the field component is the field target current. Called Idref.
That is, the speed PI control unit 11 generates a torque target current Iqref and a field target current Idref from the input rotational speed ω and the target rotational speed ωref.

電流PI制御部12は、モータを回転させる電流を補正するための情報を生成する部分である。
ここでは、上記した2相の基準電流情報(トルク目標電流Iqref、界磁目標電流Idref)と、モータを駆動させている現在の電流値を変換した2相のモニタ電流(Iq、Id)とを入力データとし、基準電流情報とモニタ電流とが一致するようにPI制御して、補正情報を出力する。
The current PI control unit 12 is a part that generates information for correcting the current for rotating the motor.
Here, the above-described two-phase reference current information (torque target current Iqref, field target current Idref) and the two-phase monitor current (Iq, Id) converted from the current value for driving the motor are used. As input data, PI control is performed so that the reference current information matches the monitor current, and correction information is output.

入力される2相のモニタ電流は、上記したトルク成分に対応するトルク電流Iqと、界磁成分に対応する界磁電流Idであり、トルク目標電流Iqrefとトルク電流Iq、界磁目標電流Idrefと界磁電流Idとが、それぞれ一致するようにPI制御が行われる。
電流は電圧に比例して増減するため、電流を増減するために電圧が制御される。よって、電流PI制御部から出力される補正情報は電圧値(補正電圧)となる。
The input two-phase monitor current is the torque current Iq corresponding to the torque component and the field current Id corresponding to the field component. The torque target current Iqref, the torque current Iq, and the field target current Idref PI control is performed so that the field currents Id match each other.
Since the current increases and decreases in proportion to the voltage, the voltage is controlled to increase and decrease the current. Therefore, the correction information output from the current PI control unit is a voltage value (correction voltage).

出力される2相の補正情報のうち、トルク成分に対応する補正電圧をトルク補正電圧Vqと呼び、界磁成分に対応する補正電圧を界磁補正電圧Vdと呼ぶ。
2相の補正電圧(Vq、Vd)はローターの接線方向と法線方向の成分であり、ローターは回転しているため回転座標となる。
逆Park変換部13は、電気角推定部19から与えられるローターの回転角θelを利用してベクトル演算を行うことにより回転座標の補正電圧(Vq、Vd)を固定座標(Vα、Vβ)に変換する。
Of the two-phase correction information that is output, the correction voltage corresponding to the torque component is called the torque correction voltage Vq, and the correction voltage corresponding to the field component is called the field correction voltage Vd.
The two-phase correction voltages (Vq, Vd) are components in the tangential direction and normal direction of the rotor, and become rotational coordinates because the rotor is rotating.
The inverse Park conversion unit 13 converts the correction voltage (Vq, Vd) of the rotation coordinate into the fixed coordinate (Vα, Vβ) by performing vector calculation using the rotation angle θel of the rotor given from the electrical angle estimation unit 19. To do.

3相信号生成部14は、固定座標に変換した後の2相の補正電圧(Vα、Vβ)から、3相の制御電圧(以下、3相制御信号と呼ぶ)を生成する部分である。
逆Park変換部13によって固定座標に変換した後の2相の補正電圧(Vα、Vβ)に対して、所定の空間ベクトル変換処理をして、モータ駆動部15に入力できる状態の3相の制御電圧(3相制御信号)を生成する。
3相信号生成部14は、SVPWM生成部(Space Vector Pulse Width Modulation)とも呼ぶ。
The three-phase signal generation unit 14 is a part that generates a three-phase control voltage (hereinafter referred to as a three-phase control signal) from the two-phase correction voltages (Vα, Vβ) after conversion into fixed coordinates.
A three-phase control in a state in which a predetermined space vector conversion process is performed on the two-phase correction voltages (Vα, Vβ) after conversion into fixed coordinates by the inverse Park conversion unit 13 and can be input to the motor drive unit 15. A voltage (three-phase control signal) is generated.
The three-phase signal generator 14 is also called an SVPWM generator (Space Vector Pulse Width Modulation).

生成する3相制御信号は、後述するモータ駆動部15に含まれる6つのトランジスタにそれぞれ与えられる6つの信号(u,v,w,x,y,z)である。
3相制御信号x,y,zは、それぞれ、3相制御信号u,v,wを反転させることにより生成する。
The three-phase control signals to be generated are six signals (u, v, w, x, y, z) respectively given to six transistors included in the motor drive unit 15 described later.
The three-phase control signals x, y, and z are generated by inverting the three-phase control signals u, v, and w, respectively.

モータ駆動部15は、モータ21を駆動するための駆動信号を生成し、モータ21に出力する部分である。
特に、モータ21が3相のブラシレス直流モータの場合は、モータ21を駆動するための3相駆動信号を、モータ21に与える部分であり、インバーターとも呼ぶ。
ここでは、3相信号生成部14から出力された6つの3相制御信号(u,v,w,x,y,z)を入力とし、モータ21を駆動するための3相駆動信号(U,V,W)を出力する。
モータ駆動部15は、後述するように、主として、上段と下段のトランジスタからなる1組の駆動回路を3組備えた電子回路であり、上段と下段のトランジスタの間から引き出された3つのラインから、それぞれ3相駆動信号(U,V,W)が、モータ21に与えられる。
3相のモータ21に、それぞれ120度だけ位相のずれた正弦波の3相駆動信号(U,V,W)の交流信号を与えることにより、モータ21に含まれるローターを回転させる。
The motor drive unit 15 is a part that generates a drive signal for driving the motor 21 and outputs the drive signal to the motor 21.
In particular, when the motor 21 is a three-phase brushless DC motor, it is a part that gives a three-phase drive signal for driving the motor 21 to the motor 21 and is also called an inverter.
Here, six three-phase control signals (u, v, w, x, y, z) output from the three-phase signal generator 14 are input, and a three-phase drive signal (U, V) for driving the motor 21 is input. V, W) is output.
As will be described later, the motor drive unit 15 is an electronic circuit mainly including three sets of drive circuits each composed of upper and lower transistors. From the three lines drawn from between the upper and lower transistors, The three-phase drive signals (U, V, W) are supplied to the motor 21, respectively.
The rotor included in the motor 21 is rotated by giving the three-phase motor 21 an AC signal of a sine wave three-phase drive signal (U, V, W) whose phase is shifted by 120 degrees.

また、3相駆動信号(U,V,W)を出力する3つのラインに流れる駆動電流の電流値を測定した電流情報(測定電流)を、電流取得部16に出力する。
出力される測定電流(Iu,Iv,Iw)は、3つのラインごとに測定された3相の駆動電流であり、3相測定電流と呼ぶ。
In addition, current information (measurement current) obtained by measuring the current values of the drive currents flowing through the three lines that output the three-phase drive signals (U, V, W) is output to the current acquisition unit 16.
The output measurement currents (Iu, Iv, Iw) are three-phase drive currents measured for every three lines, and are called three-phase measurement currents.

電流取得部16は、モータ駆動部15から出力される3相測定電流(Iu,Iv,Iw)を取得し、2相の測定電流(Ia,Ib)に変換する部分である。
3相交流の特性からIu+Iv+Iw=0であるため、Iu, Iv, Iwにおいて2相分のデータが取得できれば全相のデータを取得したことになる。回転角度によってIu, Iv, Iwの大小が変化し各相データの精度が変換するため、精度が高い2相のデータを取得し、これをベースに所定形式の2相分のデータ(Ia,Ib)として出力する。
この2相の測定電流(Ia,Ib)は、Clarke変換部17に与えられる。
The current acquisition unit 16 is a part that acquires the three-phase measurement currents (Iu, Iv, Iw) output from the motor drive unit 15 and converts them into two-phase measurement currents (Ia, Ib).
Since Iu + Iv + Iw = 0 from the characteristics of the three-phase alternating current, if data for two phases can be acquired in Iu, Iv, and Iw, data for all phases is acquired. Iu, Iv, Iw changes depending on the rotation angle, and the accuracy of each phase data is converted, so two-phase data with high accuracy is acquired, and based on this, data for two phases (Ia, Ib) ).
The two-phase measurement currents (Ia, Ib) are given to the Clarke conversion unit 17.

Clarke変換部17は、電流取得部16から出力された2相測定電流(Ia,Ib)を、(Vα、Vβ)と同一座標系の2相モニタ電流(Iα,Iβ)に変換する部分である。
ここで生成された(Iα,Iβ)は、固定座標による電流値である。
The Clarke conversion unit 17 converts the two-phase measurement current (Ia, Ib) output from the current acquisition unit 16 into a two-phase monitor current (Iα, Iβ) in the same coordinate system as (Vα, Vβ). .
The (Iα, Iβ) generated here is a current value with fixed coordinates.

Park変換部18は、固定座標で表された2相のモニタ電流(Iα,Iβ)を、ベクトル演算を行って回転座標に変換する部分である。
ここでローターの接線方向の電流成分をトルク電流Iqと呼び、法線方向の電流成分を界磁電流Idと呼ぶ。
回転座標に変換した後のトルク電流Iqと界磁電流Idは、上記したように、電流PI制御部12に与えられる。
The Park conversion unit 18 is a part that converts a two-phase monitor current (Iα, Iβ) expressed in fixed coordinates into rotation coordinates by performing vector calculation.
Here, the current component in the tangential direction of the rotor is referred to as torque current Iq, and the current component in the normal direction is referred to as field current Id.
As described above, the torque current Iq and the field current Id after being converted into the rotation coordinates are given to the current PI control unit 12.

回転速度検出部22は、モータ21の回転速度を検出する部分であり、たとえば、ホールIC(Hall IC)が用いられる。
ホールICは磁石のN極、S極を検出することができるため、これをローターの周辺に120°の角度で配置することでローターの方向を検出することができる。たとえば、ホールICからN極を検出した時に1、S極を検出した時に0になるデジタル信号を出力することにより、3相のホールIC出力信号(ω1、ω2、ω3)が得られる。
The rotational speed detection unit 22 is a part that detects the rotational speed of the motor 21, and uses, for example, a Hall IC.
Since the Hall IC can detect the N pole and S pole of the magnet, the direction of the rotor can be detected by arranging it at an angle of 120 ° around the rotor. For example, a three-phase Hall IC output signal (ω1, ω2, ω3) is obtained by outputting a digital signal that becomes 1 when the N pole is detected from the Hall IC and becomes 0 when the S pole is detected.

電気角推定部19は、主として、モータの回転速度ωを生成する部分である。
ここでは、回転速度検出部22から与えられるホールIC出力信号(ω1、ω2、ω3)から、ローターの回転角θelと、モータの回転速度ωを生成する。たとえば(ω1、ω2、ω3)の反転周期を測定することで回転速度ωを算出できる。また(ω1、ω2、ω3)の0, 1パターンには(0, 0, 0)(1, 1, 1)を除く全6パターンがあるが、どのパターンになっているかで60°精度の回転角を得ることができる。一定速度で回転している時には回転速度ωによって回転角度を推定できるので、直接得られる60°精度の回転角を補間して、より高精度の回転角を算出する。
ローターの回転角θelは、逆Park変換部13と、Park変換部16に与えられる。
回転速度ωは、速度PI制御部11に与えられる。
The electrical angle estimation unit 19 is a part that mainly generates the rotational speed ω of the motor.
Here, the rotation angle θel of the rotor and the rotation speed ω of the motor are generated from the Hall IC output signals (ω1, ω2, ω3) given from the rotation speed detection unit 22. For example, the rotational speed ω can be calculated by measuring the inversion period of (ω1, ω2, ω3). In addition, there are 6 patterns except for (0, 0, 0) (1, 1, 1) in 0, 1 pattern of (ω1, ω2, ω3). You can get a corner. Since the rotation angle can be estimated from the rotation speed ω when rotating at a constant speed, the rotation angle with 60 ° accuracy obtained directly is interpolated to calculate a more accurate rotation angle.
The rotation angle θel of the rotor is given to the inverse Park conversion unit 13 and the Park conversion unit 16.
The rotational speed ω is given to the speed PI control unit 11.

電源部23は、自律走行装置を動作させる動力源であり、自律走行装置が自走するために、充電池が用いられる。充電池は、自律走行装置の電気で動作する部材に、所定の電源電圧を供給する。
充電池23としては、リチウムイオン電池の他に、鉛蓄電池や空気電池などを用いてもよい。
充電池から供給される直流電力は、制御部やモータ駆動制御装置、その他にもカメラなど電気で動作する部材に与えられる。
充電池は直流電源であり、たとえば、電源電圧Vddの直流電圧が、モータ駆動部15や、界磁電流PI制御部24などに与えられる。
電源電圧Vddは、一意的に決められるものではないが、たとえば24Vや48Vが良く使用される。
また、電源部23の構成として、後述する図2に示すように、充電池に並列に、モータ駆動部の入力電圧Vddを測定する電圧検出部(電圧センサ)63と、回生電力を消費する回生抵抗62および回生抵抗62に直列接続されたトランジスタ61とが接続される。
The power supply unit 23 is a power source that operates the autonomous traveling device, and a rechargeable battery is used for the autonomous traveling device to self-propel. The rechargeable battery supplies a predetermined power supply voltage to a member that operates by electricity of the autonomous mobile device.
As the rechargeable battery 23, a lead storage battery or an air battery may be used in addition to the lithium ion battery.
The DC power supplied from the rechargeable battery is supplied to a control unit, a motor drive control device, and other members that operate by electricity such as a camera.
The rechargeable battery is a DC power supply, and for example, a DC voltage of the power supply voltage Vdd is given to the motor drive unit 15, the field current PI control unit 24, and the like.
The power supply voltage Vdd is not uniquely determined, but for example, 24V or 48V is often used.
Further, as shown in FIG. 2 to be described later, the power supply unit 23 is configured in parallel with the rechargeable battery, a voltage detection unit (voltage sensor) 63 that measures the input voltage Vdd of the motor drive unit, and a regenerative power consuming regenerative power. A resistor 62 and a transistor 61 connected in series to the regenerative resistor 62 are connected.

界磁電流PI制御部24は、モータ駆動部の入力電圧Vddの変化に対応して、電流PI制御部12に入力される界磁目標電流Idrefを調整する部分である。
この発明では、特に、モータ駆動部の入力電圧を入力し、入力電圧の変化に基づいて、モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を制御するための界磁補正電流値を出力し、界磁目標電流Idrefを調整する。
以下、出力される界磁補正電流値を、界磁補正電流ΔIdrefとも呼ぶ。
The field current PI control unit 24 is a part that adjusts the field target current Idref input to the current PI control unit 12 in response to a change in the input voltage Vdd of the motor drive unit.
In the present invention, in particular, the field correction current for inputting the input voltage of the motor drive unit and controlling the field current which is the field component of the drive signal that does not contribute to the torque of the motor based on the change of the input voltage. Value is output and the field target current Idref is adjusted.
Hereinafter, the output field correction current value is also referred to as a field correction current ΔIdref.

後述するように、回生動作に基づくモータ駆動部の入力電圧Vddの過度の上昇は、回生抵抗の大きな発熱をもたらし、走行の中断が必要となる場合もあるので好ましくない。
また、SPM (Surface Permanent Magnet)型ブラシレス直流モータを使用する場合、モータを駆動するモータ駆動部15から出力された3相の測定電流から得られた2相のモニタ電流(トルク電流Iq、界磁電流Id)のうち、モータの回転トルクに寄与するのは、トルク電流Iqであり、界磁成分である界磁電流Idは、回転トルクに寄与しない。
したがって、原則として、界磁電流Idを増加させても、モータの回転速度は変化しない。界磁電流Idの増減は、電流PI制御部12に入力される界磁目標電流Idrefの増減によって制御される。
As will be described later, an excessive increase in the input voltage Vdd of the motor drive unit based on the regenerative operation is not preferable because it may cause a large amount of heat generation in the regenerative resistance and may require the suspension of traveling.
When using a SPM (Surface Permanent Magnet) type brushless DC motor, a two-phase monitor current (torque current Iq, field field) obtained from the three-phase measurement current output from the motor drive unit 15 that drives the motor is used. Of the current Id), the torque current Iq contributes to the rotational torque of the motor, and the field current Id, which is a field component, does not contribute to the rotational torque.
Therefore, in principle, even if the field current Id is increased, the rotational speed of the motor does not change. Increase / decrease in the field current Id is controlled by increase / decrease in the field target current Idref input to the current PI control unit 12.

さらに、界磁電流Idを増加すると、モータを駆動するモータ駆動部15に流れる駆動電流が増加する。
そこで、この発明では、モータ駆動部の入力電圧Vddが、所定の参照電圧以上に上昇した場合に、回生電力を回生抵抗だけで消費するのではなく、モータの回転に直接寄与しない界磁成分の界磁目標電流を増加させ、モータに流す駆動電流を増加させることによってモータ自身で回生電力を消費させ、モータ駆動部の入力電圧Vddの上昇を抑制するように制御する。
Further, when the field current Id is increased, the drive current flowing through the motor drive unit 15 that drives the motor is increased.
Therefore, in the present invention, when the input voltage Vdd of the motor driving unit rises to a predetermined reference voltage or higher, the regenerative power is not consumed only by the regenerative resistor, but the field component that does not directly contribute to the rotation of the motor. By increasing the field target current and increasing the drive current flowing to the motor, control is performed so that the motor itself consumes regenerative power and suppresses the increase in the input voltage Vdd of the motor drive unit.

界磁電流PI制御部24は、モータ駆動部の入力電圧Vddと、制御部10から与えられる参照電圧Vddrefを入力データとし、界磁補正電流ΔIdrefを出力する。
界磁補正電流ΔIdrefは、速度PI制御部11から出力された界磁目標電流Idrefを調整するための電流値であり、加算器25に与えられる。
参照電圧Vddrefは、モータ駆動部の入力電圧Vddが上昇し、界磁目標電流Idrefを調整する必要があると考える目安となる電圧値であり、ROMなどの記憶装置に予め記憶される。
加算器25では、界磁補正電流ΔIdrefと、界磁目標電流Idrefを加算し、ΔIdref+Idrefを、電流PI制御部12に与える。
The field current PI control unit 24 uses the input voltage Vdd of the motor driving unit and the reference voltage Vddref supplied from the control unit 10 as input data, and outputs a field correction current ΔIdref.
The field correction current ΔIdref is a current value for adjusting the field target current Idref output from the speed PI control unit 11 and is given to the adder 25.
The reference voltage Vddref is a voltage value that serves as a guideline that the input voltage Vdd of the motor driving unit rises and that the field target current Idref needs to be adjusted, and is stored in advance in a storage device such as a ROM.
The adder 25 adds the field correction current ΔIdref and the field target current Idref, and gives ΔIdref + Idref to the current PI control unit 12.

また、界磁電流PI制御部24では、入力されるモータ駆動部の入力電圧Vddと参照電圧Vddrefとを比較し、所定の演算を行って、モータ駆動部の入力電圧Vddが参照電圧Vddrefを超過した場合(Vdd>Vddref)に、その超過量(Vdd−Vddref)に対応した界磁補正電流ΔIdrefを算出する。
この超過量(Vdd−Vddref)が増加すれば、界磁補正電流ΔIdrefも増加する。
The field current PI control unit 24 compares the input voltage Vdd of the motor driving unit and the reference voltage Vddref to be inputted, performs a predetermined calculation, and the input voltage Vdd of the motor driving unit exceeds the reference voltage Vddref. In the case (Vdd> Vddref), the field correction current ΔIdref corresponding to the excess amount (Vdd−Vddref) is calculated.
If this excess amount (Vdd−Vddref) increases, the field correction current ΔIdref also increases.

界磁補正電流ΔIdrefが増加すると、電流PI制御部12に入力される加算器25の出力値(ΔIdref+Idref)が増加し、モータに与えられる界磁成分の駆動電流が増加することにより、モータ自身で回生電力が消費される。
モータ自身で回生電力が消費されることにより、モータ駆動部の入力電圧Vddの上昇が抑制されるので、回生抵抗による回生電力の消費が抑制されて回生抵抗への通電時間が減少し、回生抵抗の温度の上昇が抑制されることになる。
特に、長い下り坂の走行中において、回生動作が連続して発生するような状況では、回生抵抗の温度の上昇を抑制することによって、走行を中断しなければならない状況が発生することを防止でき、自律走行装置の連続走行時間を拡大することもできる。
界磁電流PI制御部24の内部構成のブロックについては、後述する。
When the field correction current ΔIdref increases, the output value (ΔIdref + Idref) of the adder 25 input to the current PI control unit 12 increases, and the drive current of the field component given to the motor increases, so that the motor itself Regenerative power is consumed.
As the regenerative power is consumed by the motor itself, the increase in the input voltage Vdd of the motor drive unit is suppressed, so the regenerative power consumption due to the regenerative resistor is suppressed and the energization time to the regenerative resistor is reduced, so The rise in the temperature is suppressed.
In particular, in situations where regenerative operations occur continuously while traveling on a long downhill, it is possible to prevent the situation where traveling must be interrupted by suppressing the increase in the temperature of the regenerative resistance. In addition, the continuous travel time of the autonomous traveling device can be extended.
The block of the internal configuration of the field current PI control unit 24 will be described later.

また、この第1実施形態において、たとえば、充電池の標準的な電源電圧Vddが、50ボルトであり、参照電圧Vddrefが、60ボルトに予め設定されている場合、現在のモータ駆動部の入力電圧Vddが、60ボルトになるまでは、回生抵抗による回生電力の消費のみを使用し、界磁電流Idの増加による回生電力の消費は、使用しないようにしてもよい。
一方、現在のモータ駆動部の入力電圧Vddが、参照電圧Vddrefを超えた場合(Vdd>Vddref)、界磁補正電流ΔIdrefを出力して、界磁電流Idの増加による回生電力の消費(モータ自身での回生電力の消費)も行うようにしてもよい。
In the first embodiment, for example, when the standard power supply voltage Vdd of the rechargeable battery is 50 volts and the reference voltage Vddref is preset to 60 volts, the current input voltage of the motor drive unit Until Vdd reaches 60 volts, only the regenerative power consumption by the regenerative resistor may be used, and the regenerative power consumption by the increase of the field current Id may not be used.
On the other hand, when the current input voltage Vdd of the motor drive unit exceeds the reference voltage Vddref (Vdd> Vddref), the field correction current ΔIdref is output and the regenerative power consumption due to the increase of the field current Id (the motor itself) (Consumption of regenerative electric power in).

<モータ駆動制御処理の概要>
以上に、モータ駆動制御装置の構成ブロックを示したが、モータ駆動制御装置は、主として、1または複数のLSIから構成されるモータ駆動制御モジュールであり、各構成ブロックの動作は、各機能を実行する1または複数のLSIにより実現される。
また、モータ駆動制御装置の処理は、次に示すような2つのループにより、実行される。
<Outline of motor drive control processing>
The configuration block of the motor drive control device has been described above. The motor drive control device is a motor drive control module mainly composed of one or a plurality of LSIs, and the operation of each configuration block executes each function. This is realized by one or a plurality of LSIs.
Further, the processing of the motor drive control device is executed by the following two loops.

1つは、主として、電流PI制御部12、逆Park変換部13、3相信号生成部14、モータ駆動部15、電流取得部16、Clarke変換部17、およびPark変換部18で形成される電流制御ループである。
もう一つは、主として、速度PI制御部11、電気角推定部19、回転速度検出部22を含む回転速度制御ループである。
電流制御ループにおいて、電流PI制御部12、逆Park変換部13、3相信号生成部14、電流取得部16、Clarke変換部17、およびPark変換部18は、上記した駆動電流制御部20を構成する。
One is a current formed mainly by the current PI control unit 12, the inverse Park conversion unit 13, the three-phase signal generation unit 14, the motor drive unit 15, the current acquisition unit 16, the Clark conversion unit 17, and the Park conversion unit 18. It is a control loop.
The other is a rotational speed control loop mainly including a speed PI control unit 11, an electrical angle estimation unit 19, and a rotational speed detection unit 22.
In the current control loop, the current PI control unit 12, the inverse Park conversion unit 13, the three-phase signal generation unit 14, the current acquisition unit 16, the Clark conversion unit 17, and the Park conversion unit 18 constitute the drive current control unit 20 described above. To do.

電流制御ループの駆動電流制御部20は、界磁電流PI制御部24から出力される界磁補正電流値を利用して、モータのトルクに寄与する駆動信号のトルク成分であるトルク電流と、モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を補正する。特に、回生動作時に発生する回生電力の一部を、モータで消費できるように、界磁電流を補正する。
電流制御ループの駆動電流制御部20によって、界磁電流が補正された場合は、モータ駆動部15は、補正された界磁電流に対応した駆動信号を生成して、モータに与える。
The drive current control unit 20 of the current control loop uses the field correction current value output from the field current PI control unit 24, the torque current that is the torque component of the drive signal contributing to the motor torque, and the motor The field current that is the field component of the drive signal that does not contribute to the torque is corrected. In particular, the field current is corrected so that a part of the regenerative power generated during the regenerative operation can be consumed by the motor.
When the field current is corrected by the drive current control unit 20 of the current control loop, the motor drive unit 15 generates a drive signal corresponding to the corrected field current and gives it to the motor.

また、電流制御ループでは、モータ駆動部15からモータに与えられる3相駆動信号(U,V,W)を監視し、3相駆動信号に対応する3相測定電流を利用して、2相のモニタ電流(Iq、Id)を生成し、2相のモニタ電流と、基準電流情報(トルク目標電流Iqref、界磁目標電流Idref)とから、ベクトル変換により、モータ駆動部15に与える6つの3相制御信号(u,v,w,x,y,z)を生成し、さらにモータ駆動部15によって、モータを駆動する3相駆動信号(U,V,W)を生成して、このループを1回実行することにより、モータに含まれるローターを、所定の角度だけ回転させる。
上記したように、トルク目標電流Iqrefと、界磁目標電流Idrefが、モータに与える3相駆動信号のトルク成分と界磁成分の目標電流値であり、実際にモータに与える3相駆動信号(U,V,W)のトルク成分と界磁成分が、それぞれIqrefとIdrefになるように、制御される。
In the current control loop, a three-phase drive signal (U, V, W) given from the motor drive unit 15 to the motor is monitored, and a two-phase measurement current corresponding to the three-phase drive signal is used to make a two-phase measurement. Monitor current (Iq, Id) is generated, and six three-phases are given to the motor drive unit 15 by vector conversion from the two-phase monitor current and the reference current information (torque target current Iqref, field target current Idref) A control signal (u, v, w, x, y, z) is generated, and further, a three-phase drive signal (U, V, W) for driving the motor is generated by the motor drive unit 15, and this loop is set to 1. By executing the rotation once, the rotor included in the motor is rotated by a predetermined angle.
As described above, the torque target current Iqref and the field target current Idref are the torque component of the three-phase drive signal given to the motor and the target current value of the field component, and the three-phase drive signal (U , V, W) are controlled so that the torque component and the field component become Iqref and Idref, respectively.

回転速度制御ループでは、モータの現在の回転速度ωが、目標回転速度ωrefに一致するように、トルク目標電流Iqrefと、界磁目標電流Idrefを生成する。
すなわち、予め設定された期間中に、複数回の電流制御ループを実行させた後に、速度PI制御部11によって、モータの現在の回転速度ωを取得して、回転速度ωが目標回転速度ωrefに一致するように調整するための基準電流情報(トルク目標電流Iqref、界磁目標電流Idref)を生成し、さらに、界磁電流PI制御部24によって、界磁目標電流Idrefを調整するための界磁補正電流ΔIdrefを生成し、電流制御ループに与える。
モータの現在の回転速度ωが、目標回転速度ωrefよりも小さい場合は、トルク目標電流Iqrefを増加することにより、回転速度を上げる。一方、モータの現在の回転速度ωが、目標回転速度ωrefよりも大きい場合は、トルク目標電流Iqrefを減少することにより、回転速度を減少させる。
In the rotational speed control loop, the torque target current Iqref and the field target current Idref are generated so that the current rotational speed ω of the motor matches the target rotational speed ωref.
That is, after the current control loop is executed a plurality of times during a preset period, the current rotational speed ω of the motor is acquired by the speed PI control unit 11 and the rotational speed ω becomes the target rotational speed ωref. Reference current information (torque target current Iqref, field target current Idref) for adjusting to match is generated, and a field current for adjusting the field target current Idref by the field current PI control unit 24 is generated. A correction current ΔIdref is generated and applied to the current control loop.
When the current rotational speed ω of the motor is smaller than the target rotational speed ωref, the rotational speed is increased by increasing the torque target current Iqref. On the other hand, when the current rotational speed ω of the motor is larger than the target rotational speed ωref, the rotational speed is decreased by decreasing the torque target current Iqref.

以上のように、この発明では、電流制御ループと、回転速度制御ループによって、モータの駆動制御が行われるが、特に、回生動作時に、回生抵抗の温度ができるだけ上昇しないようにすることが、この発明の目的の1つである。
すなわち、回生動作時に、モータ駆動部の入力電圧が上昇した場合に、界磁電流PI制御部24は、モータ駆動部の入力電圧の上昇に対応させて、界磁補正電流値を増加させ、駆動電流制御部20は、増加した界磁補正電流値に対応して界磁電流が増加するように界磁電流を補正することによって、モータで消費される回生電力を増加させることを特徴とする。
このように、モータのトルクに寄与しない界磁成分の界磁電流を増加させて、モータで消費される回生電力を増加させることにより、相対的に、回生抵抗による回生電力の消費が減少するので、回生抵抗の温度の上昇を抑制することができる。
As described above, in the present invention, motor drive control is performed by the current control loop and the rotation speed control loop. In particular, it is possible to prevent the temperature of the regenerative resistor from rising as much as possible during the regenerative operation. One of the objects of the invention.
That is, when the input voltage of the motor drive unit increases during the regenerative operation, the field current PI control unit 24 increases the field correction current value in accordance with the increase of the input voltage of the motor drive unit, and drives The current control unit 20 is characterized in that the regenerative power consumed by the motor is increased by correcting the field current so that the field current increases corresponding to the increased field correction current value.
In this way, by increasing the field current of the field component that does not contribute to the motor torque and increasing the regenerative power consumed by the motor, the consumption of the regenerative power due to the regenerative resistance is relatively reduced. The temperature increase of regenerative resistance can be suppressed.

図16に、この発明の自律走行装置におけるモータ駆動制御処理の一実施例のフローチャートを示す。
図16のステップS1において、タイマーTに、初期値T1を設定する。
タイマーTに初期設定する初期値T1は、回転速度制御ループを繰り返す周期に相当する。
タイマーTがタイムアウトするごとに、次の回転速度制御ループを開始する。
また、1回の回転速度制御ループの周期の間に、電流制御ループを数回繰り返す。
ステップS2において、速度PI制御部11による速度PI制御を行う。
ステップS3において、界磁電流PI制御部24による界磁電流PI制御を行う。
FIG. 16 shows a flowchart of an embodiment of the motor drive control process in the autonomous mobile device of the present invention.
In step S1 of FIG. 16, an initial value T1 is set in the timer T.
The initial value T1 initially set in the timer T corresponds to a cycle in which the rotation speed control loop is repeated.
Each time the timer T times out, the next rotation speed control loop is started.
Further, the current control loop is repeated several times during the period of one rotation speed control loop.
In step S2, speed PI control by the speed PI control unit 11 is performed.
In step S3, the field current PI control by the field current PI control unit 24 is performed.

次のステップS4からステップS11までの処理が、電流制御ループの処理に相当する。
ステップS4において、回転速度検出部22によるローターの回転速度の検出を行う。
ステップS5において、電気角推定部19による電気角の推定処理を行う。
ステップS6において、電流取得部16による電流値の取得処理を行う。
ステップS7において、Clarke変換部17によるClarke変換処理を行う。
ステップS8において、Park変換部18によるPark変換処理を行う。
ステップS9において、電流PI制御部12による電流PI制御処理を行う。
ステップS10において、逆Park変換部13による逆Park変換処理を行う。
The next processing from step S4 to step S11 corresponds to the processing of the current control loop.
In step S4, the rotation speed detector 22 detects the rotor rotation speed.
In step S5, the electrical angle estimation unit 19 performs electrical angle estimation processing.
In step S6, the current acquisition unit 16 performs current value acquisition processing.
In step S7, the Clark conversion process by the Clark conversion unit 17 is performed.
In step S8, Park conversion processing by the Park conversion unit 18 is performed.
In step S9, current PI control processing by the current PI control unit 12 is performed.
In step S10, reverse Park conversion processing by the reverse Park conversion unit 13 is performed.

ステップS11において、3相信号生成部14による3相信号生成(SVPWM生成)処理を行う。この3相信号生成処理により、モータ駆動部15に出力される3相制御信号(u,v,w,x,y,z)が生成される。3相制御信号がモータ駆動部15に与えられると、モータ駆動部15から、3相駆動信号(U,V,W)がモータ21に出力され、3相駆動信号に対応してモータ21が回転させられる。   In step S11, a three-phase signal generation (SVPWM generation) process by the three-phase signal generation unit 14 is performed. By this three-phase signal generation process, a three-phase control signal (u, v, w, x, y, z) output to the motor drive unit 15 is generated. When a three-phase control signal is given to the motor drive unit 15, the motor drive unit 15 outputs a three-phase drive signal (U, V, W) to the motor 21, and the motor 21 rotates corresponding to the three-phase drive signal. Be made.

ステップS12において、タイマーTを、1だけ減少させ、更新する。
ステップS13において、タイマーTがタイムアウト(T=0)したか否かをチェックする。
タイマーTがタイムアウトした場合は、ステップS1に戻り、上記した処理を繰り返す。
一方、タイマーTがタイムアウトしていない場合は、ステップS4に戻り、上記したステップS4からステップS11までの電流制御ループの処理を繰り返す。
このようなモータ駆動制御処理を繰り返し行うことにより、モータの回転速度を変更し、モータの回転軸に接続された車輪を回転させ、自律走行装置の走行を制御する。
In step S12, the timer T is decreased by 1 and updated.
In step S13, it is checked whether or not the timer T has timed out (T = 0).
If the timer T has timed out, the process returns to step S1 and the above processing is repeated.
On the other hand, if the timer T has not timed out, the process returns to step S4, and the current control loop process from step S4 to step S11 is repeated.
By repeatedly performing such motor drive control processing, the rotation speed of the motor is changed, the wheels connected to the rotation shaft of the motor are rotated, and the traveling of the autonomous traveling device is controlled.

<モータ駆動部の概略構成の説明>
図2に、この発明のモータ駆動部における第1実施形態の構成ブロック図を示す。
図2において、モータ駆動部(インバーター)15は、主として、図のように配置される6つのトランジスタ51から56(Tr1からTr6)を備える。
各トランジスタ(51から56)には、3相信号生成部14によって生成された3相制御信号(u,v,w,x,y,z)がそれぞれ入力され、3相制御信号に基づいて、各トランジスタがオン制御またはオフ制御される。
<Description of schematic configuration of motor drive unit>
FIG. 2 shows a block diagram of the first embodiment of the motor drive unit of the present invention.
In FIG. 2, the motor drive unit (inverter) 15 mainly includes six transistors 51 to 56 (Tr1 to Tr6) arranged as shown in the figure.
The three-phase control signals (u, v, w, x, y, z) generated by the three-phase signal generator 14 are input to the transistors (51 to 56), respectively, and based on the three-phase control signals, Each transistor is on-controlled or off-controlled.

たとえば、1組のトランジスタTr1とTr4には、それぞれ、3相制御信号uと、この信号uを反転させた3相制御信号xが入力される。
この1組のトランジスタTr1とTr4を接続したラインを流れる信号が引き出され、1つの3相駆動信号Uとして、モータ21に与えられる。
For example, a set of transistors Tr1 and Tr4 receives a three-phase control signal u and a three-phase control signal x obtained by inverting the signal u.
A signal flowing through the line connecting the one set of transistors Tr1 and Tr4 is extracted and given to the motor 21 as one three-phase drive signal U.

また、1組のトランジスタTr2とTr5には、それぞれ、3相制御信号vと、この信号vを反転させた3相制御信号yが入力され、この1組のトランジスタTr2とTr5を接続したラインを流れる信号が引き出され、1つの3相駆動信号Vとして、モータ21に与えられる。
さらに、1組のトランジスタTr3とTr6には、それぞれ、3相制御信号wと、この信号wを反転させた3相制御信号zが入力され、この1組のトランジスタTr3とTr6を接続したラインを流れる信号が引き出され、1つの3相駆動信号Wとして、モータ21に与えられる。
In addition, a set of transistors Tr2 and Tr5 is respectively input with a three-phase control signal v and a three-phase control signal y obtained by inverting the signal v, and a line connecting the set of transistors Tr2 and Tr5 is connected. The flowing signal is extracted and given to the motor 21 as one three-phase drive signal V.
Further, the three-phase control signal w and the three-phase control signal z obtained by inverting the signal w are input to the pair of transistors Tr3 and Tr6, respectively, and a line connecting the pair of transistors Tr3 and Tr6 is connected. The flowing signal is extracted and given to the motor 21 as one three-phase drive signal W.

また、モータを駆動する3つの3相駆動信号(U,V,W)をモニタするために、3相駆動信号に対応した3相測定電流(Iu,Iv,Iw)を、電流取得部18に出力する。
3相測定電流(Iu,Iv,Iw)は、それぞれ、3組のトランジスタ(Tr1, Tr2, Tr3)もしくは(Tr4, Tr5, Tr6)から引き出された電流に相当する。
Further, in order to monitor three three-phase drive signals (U, V, W) for driving the motor, three-phase measurement currents (Iu, Iv, Iw) corresponding to the three-phase drive signals are supplied to the current acquisition unit 18. Output.
The three-phase measurement currents (Iu, Iv, Iw) correspond to currents drawn from the three sets of transistors (Tr1, Tr2, Tr3) or (Tr4, Tr5, Tr6), respectively.

また、図2に示すように、充電池23の電源電圧Vddが、モータ駆動部(インバーター)15に与えられるように、充電池23が接続され、モータ駆動部の入力電圧Vddを検出する電圧センサ63が、並列に接続される。
電圧センサ63によって検出されたモータ駆動部の入力電圧Vddは、図1に示すように、界磁電流PI制御部24に与えられる。
Further, as shown in FIG. 2, the rechargeable battery 23 is connected so that the power supply voltage Vdd of the rechargeable battery 23 is supplied to the motor drive unit (inverter) 15, and the voltage sensor detects the input voltage Vdd of the motor drive unit. 63 are connected in parallel.
The input voltage Vdd of the motor driving unit detected by the voltage sensor 63 is given to the field current PI control unit 24 as shown in FIG.

さらに、直列接続したトランジスタTr0(61)と回生抵抗R0(62)とが、モータ駆動部の入力に接続される。
トランジスタTr0(61)は、回生抵抗R0(62)に回生電流を流すか否かを制御する素子である。
また、図示しないが、電圧センサ63によって検出されるモータ駆動部の入力電圧Vddの値に基づいて、トランジスタTr0(61)をオフ状態またはオン状態に制御するための信号を、トランジスタTr0(61)に出力する電子回路が、電圧センサ63の周辺に設けられる。
Furthermore, the transistor Tr0 (61) and the regenerative resistor R0 (62) connected in series are connected to the input of the motor drive unit.
The transistor Tr0 (61) is an element that controls whether or not a regenerative current flows through the regenerative resistor R0 (62).
Although not shown, a signal for controlling the transistor Tr0 (61) to be turned off or on based on the value of the input voltage Vdd of the motor driving unit detected by the voltage sensor 63 is a transistor Tr0 (61). An electronic circuit that outputs the signal is provided around the voltage sensor 63.

回生動作を行わない場合は、回生抵抗R0(62)で回生電力を消費する必要はないので、トランジスタTr0(61)はオフ状態に制御され、回生抵抗R0(62)には、電流は流れない。
一方、電圧センサ63によって検出されるモータ駆動部の入力電圧Vddが、所定値以上に上昇した場合には、電圧センサ63から出力される信号により、トランジスタTr0(61)はオン状態に制御され、回生抵抗R0(62)に電流を流すようにする。
すなわち、回生動作を行う場合において、回生抵抗R0(62)に電流を流すことにより、モータ駆動部の入力電圧Vddの上昇が抑制される。
When the regenerative operation is not performed, it is not necessary to consume regenerative power at the regenerative resistor R0 (62), so the transistor Tr0 (61) is controlled to be in an off state, and no current flows through the regenerative resistor R0 (62). .
On the other hand, when the input voltage Vdd of the motor driving unit detected by the voltage sensor 63 rises to a predetermined value or more, the transistor Tr0 (61) is controlled to be turned on by a signal output from the voltage sensor 63, A current is caused to flow through the regenerative resistor R0 (62).
That is, in the case of performing the regenerative operation, an increase in the input voltage Vdd of the motor drive unit is suppressed by passing a current through the regenerative resistor R0 (62).

<界磁電流PI制御部の概略構成の説明>
図3に、この発明の界磁電流PI制御部における第1実施形態の構成ブロック図を示す。
上記したように、界磁電流PI制御部24は、モータ駆動部の入力電圧Vddと、制御部10から与えられる参照電圧Vddrefを入力データとし、界磁補正電流ΔIdrefを出力する。
図3に示すように、界磁電流PI制御部24は、主として、減算器71、乗算器72、乗算器73、積分器74、加算器75、およびリミッタ76を備える。
<Description of schematic configuration of field current PI controller>
FIG. 3 shows a configuration block diagram of the first embodiment in the field current PI control unit of the present invention.
As described above, the field current PI control unit 24 uses the input voltage Vdd of the motor driving unit and the reference voltage Vddref supplied from the control unit 10 as input data, and outputs the field correction current ΔIdref.
As shown in FIG. 3, the field current PI control unit 24 mainly includes a subtractor 71, a multiplier 72, a multiplier 73, an integrator 74, an adder 75, and a limiter 76.

ここで、減算器71、乗算器72、乗算器73、積分器74、および加算器75は、目標値生成部に相当する。
目標値生成部は、電源電圧と、記憶部から読み出した参照電圧を入力し、入力された電源電圧と参照電圧との差分に基づいて、後述する界磁電流目標値ΔIdを生成する。
Here, the subtractor 71, the multiplier 72, the multiplier 73, the integrator 74, and the adder 75 correspond to a target value generation unit.
The target value generation unit receives the power supply voltage and the reference voltage read from the storage unit, and generates a field current target value ΔId, which will be described later, based on the difference between the input power supply voltage and the reference voltage.

リミッタ76は、界磁電流目標値ΔIdの上限値を設定するものであり、生成された界磁電流目標値ΔIdを入力とし、生成された界磁電流目標値ΔIdか、あるいは、予め設定された界磁電流目標値ΔIdの上限値(Idrmx)のどちらかを、界磁補正電流値ΔIdrefとして、出力する。
すなわち、生成された界磁電流目標値ΔIdが、予め設定された上限値以上の場合は、上限値(Idrmx)を、界磁補正電流値として出力し、生成された界磁電流目標値ΔIdが、上限値(Idrmx)よりも小さい場合は、生成された界磁電流目標値ΔIdを、界磁補正電流値として出力する。
The limiter 76 sets an upper limit value of the field current target value ΔId. The limiter 76 receives the generated field current target value ΔId and inputs the generated field current target value ΔId or a preset value. One of the upper limit values (Idrmx) of the field current target value ΔId is output as the field correction current value ΔIdref.
That is, when the generated field current target value ΔId is equal to or larger than a preset upper limit value, the upper limit value (Idrmx) is output as a field correction current value, and the generated field current target value ΔId is When the value is smaller than the upper limit value (Idrmx), the generated field current target value ΔId is output as a field correction current value.

減算器71は、モータ駆動部の入力電圧Vddから参照電圧Vddrefを減算した電圧値(差分:Vdd−Vddref)を出力する。
差分は、2つの乗算器に、それぞれ与えられる。
乗算器72は、差分の比例項に対し、所定の定数Kpを乗算するものである。
乗算器73と積分器74は、差分の積分項に対し、所定の定数Kiを乗算した後、積分演算をするものである。
The subtracter 71 outputs a voltage value (difference: Vdd−Vddref) obtained by subtracting the reference voltage Vddref from the input voltage Vdd of the motor drive unit.
The difference is given to each of the two multipliers.
The multiplier 72 multiplies the proportional term of the difference by a predetermined constant Kp.
The multiplier 73 and the integrator 74 multiply the difference integral term by a predetermined constant Ki, and then perform an integral operation.

ただし、界磁補正電流ΔIdrefは、ゼロ以上の値となるので、差分の積分項もゼロ以上の数値にするようにし、積分器74から出力される差分の積分項の数値が負数になった場合は、積分器74から出力される差分の積分項の数値は、ゼロに切り上げて出力する。
乗算器72から出力される差分の比例項と、積分器74から出力される差分の積分項は、加算器75によって加算される。
加算器75によって加算された後の数値を、界磁電流目標値ΔIdと呼ぶ。
However, since the field correction current ΔIdref is a value greater than or equal to zero, the difference integral term is also set to a value greater than or equal to zero, and the value of the difference integral term output from the integrator 74 is a negative number. The value of the integral term of the difference output from the integrator 74 is rounded up to zero and output.
The proportional term of the difference output from the multiplier 72 and the integral term of the difference output from the integrator 74 are added by the adder 75.
The numerical value after the addition by the adder 75 is referred to as a field current target value ΔId.

界磁電流目標値ΔIdをそのまま出力し、図1の加算器25に与えてもよいが、後述する理由により、不都合な現象が発生することがないようにするために、界磁電流目標値ΔIdに上限を設定する。
界磁電流目標値ΔIdは、リミッタ76に与えられ、リミッタ76により、上限値(Idrmx)が設定された界磁補正電流ΔIdrefを生成する。
リミッタ76には、上限値(Idrmx)が予め設定され、界磁電流目標値ΔIdが、上限値(Idrmx)よりも小さい場合は、界磁電流目標値ΔIdを、そのまま界磁補正電流ΔIdrefとして出力する。一方、界磁電流目標値ΔIdが、上限値(Idrmx)以上の場合は、界磁電流目標値ΔIdを制限し、上限値Idrmxを、界磁補正電流ΔIdrefとして出力する。
The field current target value ΔId may be output as it is and supplied to the adder 25 of FIG. 1. However, in order to prevent an undesired phenomenon from occurring for reasons described later, the field current target value ΔId is not generated. Set an upper limit for.
The field current target value ΔId is given to the limiter 76, and the limiter 76 generates a field correction current ΔIdref in which the upper limit value (Idrmx) is set.
In the limiter 76, an upper limit value (Idrmx) is set in advance, and when the field current target value ΔId is smaller than the upper limit value (Idrmx), the field current target value ΔId is directly output as the field correction current ΔIdref. To do. On the other hand, when the field current target value ΔId is equal to or greater than the upper limit value (Idrmx), the field current target value ΔId is limited, and the upper limit value Idrmx is output as the field correction current ΔIdref.

図4に、この発明の界磁電流PI制御部のリミッタにおける特性グラフの一実施例を示す。
図4には、界磁電流目標値ΔIdと、界磁補正電流ΔIdrefの関係を示すグラフを示している。
界磁補正電流ΔIdrefには、上限値(Idrmx)を予め設定する。
ここで、界磁電流目標値ΔIdが、たとえば、ΔId0以上になっていたとしても、ΔId0に対応する上限値(Idrmx)を、界磁補正電流ΔIdrefとして、出力することを意味する。
FIG. 4 shows an example of a characteristic graph in the limiter of the field current PI controller of the present invention.
FIG. 4 shows a graph showing the relationship between the field current target value ΔId and the field correction current ΔIdref.
An upper limit (Idrmx) is set in advance for the field correction current ΔIdref.
Here, even if the field current target value ΔId is equal to or greater than ΔId0, for example, it means that the upper limit value (Idrmx) corresponding to ΔId0 is output as the field correction current ΔIdref.

界磁電流目標値ΔIdに上限を設定する理由について、図5を利用して説明する。
図5に、モータ駆動部の入力電圧上昇時におけるモータ駆動動作の概略説明図を示す。
図5では、モータ駆動部の入力電圧上昇時におけるモータ駆動動作を簡単に説明するために、モータ21と、モータ駆動部15の一部分と、充電池からなる構成部分を切り出したものを示している。
モータ駆動部15の一部分は、説明を簡単にするために、4つのトランジスタ(Q0、Q1、Q2、Q3)と、各トランジスタに並列に接続される還流ダイオード(D0、D1、D2、D3)で示す。
1組のトランジスタ(Q0、Q1)の接続点と、他の1組のトランジスタ(Q2、Q3)の接続点から引き出されたラインは、モータ21のコイルLに接続される。
The reason why an upper limit is set for the field current target value ΔId will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of the motor driving operation when the input voltage of the motor driving unit is increased.
In FIG. 5, in order to briefly explain the motor driving operation when the input voltage of the motor driving unit is increased, the motor 21, a part of the motor driving unit 15, and a component part made up of a rechargeable battery are cut out. .
In order to simplify the explanation, a part of the motor drive unit 15 includes four transistors (Q0, Q1, Q2, Q3) and a free-wheeling diode (D0, D1, D2, D3) connected in parallel to each transistor. Show.
A line drawn from the connection point of one set of transistors (Q0, Q1) and the connection point of another set of transistors (Q2, Q3) is connected to the coil L of the motor 21.

回生動作時には、モータ21のコイルLには、逆起電力Vmが発生する。
2つの組のトランジスタには、モータ駆動部の入力電圧Vddが印加され、コンデンサCの両端電圧は、各組のトランジスタの両端にかかる電圧(バス電圧Vbusと呼ぶ)に相当する。
During the regenerative operation, a counter electromotive force Vm is generated in the coil L of the motor 21.
The input voltage Vdd of the motor drive unit is applied to the two sets of transistors, and the voltage across the capacitor C corresponds to the voltage (referred to as the bus voltage Vbus) applied across the two sets of transistors.

以下に示すように、界磁電流目標値ΔIdに上限を設定しない場合は、界磁電流Idが増加しすぎて、次のような現象が発生するので、モータの動作が不安定になる。
まず、回生動作が始まると、モータ21の逆起電力Vmがバス電圧Vbusよりも小さい時でも、インバーター15のトランジスタと、還流ダイオードと、モーターコイルとが、昇圧チョッパ回路を構成するため、バス電圧Vbusが上昇する。
よって、通常は、Vbus>Vmで動作する。
As will be described below, when the upper limit is not set for the field current target value ΔId, the field current Id increases excessively and the following phenomenon occurs, so that the motor operation becomes unstable.
First, when the regenerative operation starts, even when the back electromotive force Vm of the motor 21 is smaller than the bus voltage Vbus, the transistor of the inverter 15, the freewheeling diode, and the motor coil constitute a boost chopper circuit. Vbus rises.
Therefore, it normally operates with Vbus> Vm.

その後、バス電圧Vbusが上昇してくると、界磁電流Idを増加させるように、界磁電流PI制御部24が、界磁電流目標値ΔIdを生成する。
ただし、界磁電流Idが増加すると、コイルLの磁束密度が増加するので、逆起電力Vmが上昇する。ただし、Vbus>Vmが成立している間は、バス電圧Vbusの低減効果が有効となる。
Thereafter, when the bus voltage Vbus increases, the field current PI control unit 24 generates the field current target value ΔId so as to increase the field current Id.
However, when the field current Id increases, the magnetic flux density of the coil L increases, so that the back electromotive force Vm increases. However, the effect of reducing the bus voltage Vbus is effective while Vbus> Vm is established.

界磁電流Idを増加し続けると、最終的にVbus<Vmになる。
このとき、還流ダイオード経由で、電流が逆流し、バス電圧Vbusが上昇を始める。
If the field current Id is continuously increased, Vbus <Vm is finally obtained.
At this time, the current flows backward via the freewheeling diode, and the bus voltage Vbus starts to rise.

バス電圧Vbusが上昇するので、界磁電流PI制御部24は、界磁電流目標値ΔIdを増加することになる。
これにより、界磁電流Idが増加し、それに伴って逆起電力Vmが上昇し、バス電圧Vbusがさらに上昇するという循環に入ってしまう。
Since the bus voltage Vbus rises, the field current PI control unit 24 increases the field current target value ΔId.
As a result, the field current Id increases, and accordingly, the counter electromotive force Vm rises and the bus voltage Vbus further rises.

この循環が継続すると、急激に界磁電流Idが増加してしまい、界磁電流Idが増加すると、ローターが界磁方向の磁界に張り付いて、回転が停止する。
ローターが停止した場合、逆起電力Vmが0になり、モータを駆動することが可能な元の正常な状態に戻る。
When this circulation continues, the field current Id increases abruptly. When the field current Id increases, the rotor sticks to the magnetic field in the field direction and stops rotating.
When the rotor stops, the back electromotive force Vm becomes 0, and the original normal state in which the motor can be driven is restored.

このように、界磁電流目標値ΔIdに上限を設定しない場合は、以上の動作を繰り返すことになるため、走行動作が不安定になる。
そこで、安定して走行を継続するためには、界磁電流Idが増加しすぎないように、界磁電流目標値ΔIdに上限を設定し、Vbus>Vmとなる領域で界磁電流Idを制御する必要がある。
なお、モータの逆起電力Vmは、定数kと、磁束密度φ(界磁電流に比例)と、回転数nの積で決定することができる。したがって、回転数nの最大値が決まれば、界磁電流の最大値、すなわち、界磁電流目標値ΔIdの上限値(Idrmx)を、一意に決めることができる。
界磁電流目標値ΔIdの上限値は、上記した界磁補正電流ΔIdrefの上限値Idrmxに相当する。
As described above, when the upper limit is not set for the field current target value ΔId, the above operation is repeated, and the traveling operation becomes unstable.
Therefore, in order to continue running stably, an upper limit is set to the field current target value ΔId so that the field current Id does not increase excessively, and the field current Id is controlled in a region where Vbus> Vm. There is a need to.
The back electromotive force Vm of the motor can be determined by the product of the constant k, the magnetic flux density φ (proportional to the field current), and the rotation speed n. Therefore, if the maximum value of the rotation speed n is determined, the maximum value of the field current, that is, the upper limit value (Idrmx) of the field current target value ΔId can be uniquely determined.
The upper limit value of the field current target value ΔId corresponds to the upper limit value Idrmx of the field correction current ΔIdref.

上記したように、実施形態1では、界磁電流PI制御部24を備え、界磁電流PI制御部24が、モータ駆動部の入力電圧Vddと参照電圧Vddrefを入力データとし、所定の演算を行って、界磁電流目標値ΔIdを算出し、界磁補正電流ΔIdrefを出力する。この界磁補正電流ΔIdrefを利用して、電流制御ループにおいて、界磁電流Idを制御する。
回生動作が発生したことにより、モータ駆動部の入力電圧Vddが参照電圧Vddref以上に上昇してきた場合には、界磁電流目標値ΔIdを増加させ、モータの回転トルクに寄与しない界磁成分の界磁電流Idが増加するように制御することにより、モータ駆動部の入力電圧Vddの上昇を抑制し、回生抵抗の発熱を抑える。
As described above, in the first embodiment, the field current PI control unit 24 is provided, and the field current PI control unit 24 uses the input voltage Vdd and the reference voltage Vddref of the motor drive unit as input data and performs a predetermined calculation. Thus, the field current target value ΔId is calculated, and the field correction current ΔIdref is output. By using this field correction current ΔIdref, the field current Id is controlled in the current control loop.
When the input voltage Vdd of the motor drive unit rises above the reference voltage Vddref due to the occurrence of regenerative operation, the field current target value ΔId is increased, and the field component field that does not contribute to the motor torque is increased. By controlling so that the magnetic current Id increases, the increase of the input voltage Vdd of the motor drive unit is suppressed, and the heat generation of the regenerative resistor is suppressed.

これにより、自律走行ができなくなる状況ができるだけ発生しないようにでき、自律走行装置の連続走行時間を拡大することができる。
また、界磁電流目標値ΔIdに上限を予め設定しておくことにより、上記のようなモータの回転動作が不安定な循環に陥ることを回避し、安定した走行を確保することができる。
Thereby, it is possible to prevent a situation in which autonomous traveling cannot be performed as much as possible, and to extend the continuous traveling time of the autonomous traveling device.
Further, by setting an upper limit in advance for the field current target value ΔId, it is possible to avoid the rotation of the motor as described above from falling into an unstable circulation and to ensure stable running.

(自律走行装置の第2実施形態)
<自律走行装置のモータ駆動制御の構成>
図6に、この発明の自律走行装置のモータ駆動制御装置に関する構成の第2実施形態のブロック図を示す。
ここでは、電気角推定部19で生成されたモータの回転速度ωを、界磁電流PI制御部24に入力する。
また、界磁電流PI制御部24は、入力された回転速度ωを利用して、リミッタ76から出力される界磁補正電流ΔIdrefの最大値を設定する。
(Second Embodiment of Autonomous Traveling Device)
<Configuration of motor drive control of autonomous traveling device>
FIG. 6 shows a block diagram of a second embodiment of the configuration relating to the motor drive control device of the autonomous traveling device of the present invention.
Here, the rotational speed ω of the motor generated by the electrical angle estimation unit 19 is input to the field current PI control unit 24.
The field current PI control unit 24 sets the maximum value of the field correction current ΔIdref output from the limiter 76 using the input rotation speed ω.

たとえば、リミッタ76が、入力された回転速度ωに対応して、界磁補正電流値の最大値を、界磁電流目標値の上限値よりも低い値に設定し、回転速度ωが所定値以上に上昇した場合に、界磁電流PI制御部24が、回転速度ωの上昇に従って、界磁補正電流の最大値を、減少させる。
以下に示すように、回転速度ωが上昇した場合、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を、予め設定されていた界磁補正電流ΔIdrefの上限値Idrmxよりも低く設定することにより、自律走行をより安定させることができる。
For example, the limiter 76 sets the maximum value of the field correction current value to a value lower than the upper limit value of the field current target value corresponding to the input rotational speed ω, and the rotational speed ω is equal to or higher than a predetermined value. The field current PI control unit 24 decreases the maximum value of the field correction current as the rotational speed ω increases.
As shown below, when the rotational speed ω is increased, the maximum value of the field correction current ΔIdref is set lower than the preset upper limit value Idrmx of the field correction current ΔIdref, thereby making autonomous driving more It can be stabilized.

図6において、各構成要素と、その接続関係は、図1に示した第1実施形態のブロック図とほぼ同様であるが、電気角推定部19から出力される回転速度ωが、界磁電流PI制御部24に入力されることが、第1実施形態と異なる。
各構成ブロックの処理は、第1実施形態と同様なので、説明を省略する。
回転速度ωは、界磁電流PI制御部24のリミッタ76に与えられる。
In FIG. 6, each component and its connection relationship are substantially the same as those in the block diagram of the first embodiment shown in FIG. 1, but the rotational speed ω output from the electrical angle estimator 19 represents the field current. The input to the PI control unit 24 is different from the first embodiment.
Since the processing of each component block is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
The rotational speed ω is given to the limiter 76 of the field current PI control unit 24.

図7に、この発明の界磁電流PI制御部における第2実施形態の構成ブロック図を示す。
図7において、各構成要素と、その接続関係は、図3に示した第1実施形態のブロック図とほぼ同様であるが、電気角推定部19から出力される回転速度ωが、リミッタ76に入力されることが、第1実施形態と異なる。
図3に示したリミッタ76の特性は、図4に示すように、予め固定されており、界磁補正電流ΔIdrefの最大値も、1つの固定値(上限値Idrmx)に予め設定されていた。
しかし、第2実施形態では、回転速度ωの数値に対応して、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を、変化させる。
FIG. 7 shows a configuration block diagram of the second embodiment in the field current PI controller of the present invention.
In FIG. 7, each component and its connection relationship are substantially the same as those in the block diagram of the first embodiment shown in FIG. 3, but the rotational speed ω output from the electrical angle estimator 19 is applied to the limiter 76. The input is different from the first embodiment.
The characteristics of the limiter 76 shown in FIG. 3 are fixed in advance as shown in FIG. 4, and the maximum value of the field correction current ΔIdref is also set in advance to one fixed value (upper limit value Idrmx).
However, in the second embodiment, the maximum value of the field correction current ΔIdref is changed in accordance with the numerical value of the rotational speed ω.

図8に、この発明の界磁電流PI制御部のリミッタにおける回転速度と界磁補正電流の最大値との関係を示す特性グラフの一実施例を示す。
ここで、界磁補正電流ΔIdrefの最大値の上限値を、Idrmxとする。
FIG. 8 shows an example of a characteristic graph showing the relationship between the rotation speed and the maximum value of the field correction current in the limiter of the field current PI controller of the present invention.
Here, the upper limit value of the maximum value of the field correction current ΔIdref is defined as Idrmx.

図8(a)は、回転速度ωが上昇するに従って、界磁補正電流ΔIdrefの最大値が、非線形に減少する特性を示している。
たとえば、回転速度ωが、所定値ω0までは、界磁補正電流ΔIdrefの最大値は、上限値Idrmxを採用するが、回転速度ωが、所定値ω0以上に上昇した場合、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を、上限値Idrmxよりも低くなるように設定する。
FIG. 8A shows a characteristic in which the maximum value of the field correction current ΔIdref decreases nonlinearly as the rotational speed ω increases.
For example, the upper limit value Idrmx is adopted as the maximum value of the field correction current ΔIdref until the rotation speed ω reaches the predetermined value ω0, but when the rotation speed ω increases to the predetermined value ω0 or more, the field correction current ΔIdref Is set to be lower than the upper limit value Idrmx.

上記したように、逆起電力Vmは、定数k、磁束密度φ(界磁電流に比例)、回転数nの積で決定されるので、逆起電力Vmは、回転数nに比例する。
すなわち、回転数nが増加すると、回転数nに比例して、逆起電力Vmも増加するが、これは、単位時間あたりの回転数nに相当する回転速度ωが上昇すると、逆起電力Vmも上昇することを意味する。
逆起電力Vmが上昇すると、上記したローターが界磁方向の磁界に張り付いて回転が停止する現象が発生し、走行動作が不安定になる。
As described above, the counter electromotive force Vm is determined by the product of the constant k, the magnetic flux density φ (proportional to the field current), and the rotation speed n, so the counter electromotive force Vm is proportional to the rotation speed n.
That is, when the rotational speed n increases, the counter electromotive force Vm also increases in proportion to the rotational speed n. This is because when the rotational speed ω corresponding to the rotational speed n per unit time increases, the counter electromotive force Vm Also means rising.
When the back electromotive force Vm rises, the above-described rotor sticks to the magnetic field in the magnetic field direction and the rotation stops, and the traveling operation becomes unstable.

そこで、回転速度ωが上昇した場合、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を低くすることにより、逆起電力Vmの上昇を抑えることができる。
すなわち、回転速度ωの上昇に対応させて、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を、上限値Idrmxよりも低く設定することにより、逆起電力Vmの上昇が抑制され、自律走行をより安定させることができ、より長時間の連続走行が可能となる。
Therefore, when the rotational speed ω increases, the increase in the back electromotive force Vm can be suppressed by reducing the maximum value of the field correction current ΔIdref.
In other words, by setting the maximum value of the field correction current ΔIdref to be lower than the upper limit value Idrmx in response to the increase in the rotational speed ω, the increase in the back electromotive force Vm is suppressed, and autonomous running is further stabilized. Can be continued for a longer time.

図8(b)は、回転速度ωが上昇するに従って、界磁補正電流ΔIdrefの最大値が、線形的に減少する特性を示している。非線形に変化させるよりも線形に変化させた方が制御上の取り扱いが容易になる。
このように、リミッタの特性を、線形的に変化するようにしても、上記の図8(a)と同様に、逆起電力Vmの上昇が抑制され、自律走行をより安定させることができる。
FIG. 8B shows a characteristic that the maximum value of the field correction current ΔIdref decreases linearly as the rotational speed ω increases. It is easier to handle the control when it is changed linearly than when it is changed non-linearly.
As described above, even when the limiter characteristic is changed linearly, the increase in the counter electromotive force Vm is suppressed as in the case of FIG. 8A, and the autonomous running can be further stabilized.

(自律走行装置の第3実施形態)
<自律走行装置のモータ駆動制御の構成>
図9に、この発明の自律走行装置のモータ駆動制御装置に関する構成の第3実施形態のブロック図を示す。
ここでは、後述する図10に示すようなインバーター15の温度Tempを測定する温度センサ64を備え、測定されたインバーター15の温度Tempを、界磁電流PI制御部24に入力する。
また、界磁電流PI制御部24は、入力されたインバーターの温度Tempを利用して、リミッタ76から出力される界磁補正電流ΔIdrefの最大値を設定する。
(Third embodiment of autonomous traveling device)
<Configuration of motor drive control of autonomous traveling device>
FIG. 9 shows a block diagram of a third embodiment of the configuration relating to the motor drive control device of the autonomous traveling device of the present invention.
Here, a temperature sensor 64 for measuring the temperature Temp of the inverter 15 as shown in FIG. 10 described later is provided, and the measured temperature Temp of the inverter 15 is input to the field current PI control unit 24.
Further, the field current PI control unit 24 sets the maximum value of the field correction current ΔIdref output from the limiter 76 using the input temperature Temp of the inverter.

たとえば、リミッタ76が、入力された温度Tempに対応して、界磁補正電流値の最大値を、界磁電流目標値の上限値よりも低い値に設定し、入力温度Tempが所定値以上に上昇した場合に、界磁電流PI制御部24は、入力温度Tempの上昇に従って、界磁補正電流値の最大値を、減少させる。
以下に示すように、インバーターの温度Tempが上昇した場合、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を、予め設定されていた界磁補正電流ΔIdrefの上限値Idrmxよりも低く設定することにより、自律走行をより安定させることができる。
For example, the limiter 76 sets the maximum value of the field correction current value to a value lower than the upper limit value of the field current target value corresponding to the input temperature Temp, and the input temperature Temp becomes equal to or higher than a predetermined value. When it rises, the field current PI control unit 24 reduces the maximum value of the field correction current value as the input temperature Temp rises.
As shown below, when the temperature Temp of the inverter increases, the maximum value of the field correction current ΔIdref is set lower than the preset upper limit value Idrmx of the field correction current ΔIdref. It can be made more stable.

図9において、各構成要素と、その接続関係は、図1や図6に示したブロック図とほぼ同様であるが、測定されたインバーターの温度Tempを、界磁電流PI制御部24に入力することが、第1および第2実施形態と異なる。
各構成ブロックの処理は、第1実施形態と同様なので、説明を省略する。
測定されたインバーターの温度Tempは、界磁電流PI制御部24のリミッタ76に与えられる。
In FIG. 9, each component and its connection relationship are substantially the same as those in the block diagrams shown in FIGS. 1 and 6, but the measured inverter temperature Temp is input to the field current PI control unit 24. This is different from the first and second embodiments.
Since the processing of each component block is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
The measured temperature Temp of the inverter is supplied to the limiter 76 of the field current PI control unit 24.

図10に、この発明のモータ駆動部における第3実施形態の構成ブロック図を示す。
図10のモータ駆動部15においても、図2に示したモータ駆動部15と同様に、6つのトランジスタを備える。
6つのトランジスタの接続および動作は、図2の説明で示したものと同様なので、説明を省略する。
図10に示すように、モータ駆動部15に、温度センサ64を設ける。
この温度センサ64は、上記した第1の温度測定部に相当する。
FIG. 10 shows a block diagram of a third embodiment of the motor drive unit of the present invention.
Similarly to the motor drive unit 15 shown in FIG. 2, the motor drive unit 15 shown in FIG. 10 includes six transistors.
The connection and operation of the six transistors are the same as those shown in the description of FIG.
As shown in FIG. 10, a temperature sensor 64 is provided in the motor drive unit 15.
The temperature sensor 64 corresponds to the first temperature measurement unit described above.

たとえば、モータ駆動部15が、1つのIC回路によって構成されている場合は、温度センサ64は、そのIC回路に接触するように配置すればよい。
あるいは、トランジスタが個別部品で構成されている場合は、温度センサ64を、トランジスタのヒートシンク等に配置すればよい。
この温度センサ64によって、モータ駆動部(インバーター)15の温度Tempを測定する。
温度センサ64によって測定されたインバーターの温度Tempと、電圧センサ63によって測定されたモータ駆動部の入力電圧Vddとが、界磁電流PI制御部24に入力される。
For example, when the motor driving unit 15 is configured by one IC circuit, the temperature sensor 64 may be disposed so as to contact the IC circuit.
Alternatively, in the case where the transistor is composed of individual components, the temperature sensor 64 may be disposed on the heat sink of the transistor.
The temperature sensor 64 measures the temperature Temp of the motor drive unit (inverter) 15.
The inverter temperature Temp measured by the temperature sensor 64 and the input voltage Vdd of the motor drive unit measured by the voltage sensor 63 are input to the field current PI control unit 24.

図11に、この発明の界磁電流PI制御部における第3実施形態の構成ブロック図を示す。
図11において、各構成要素と、その接続関係は、図3および図7に示したブロック図とほぼ同様であるが、インバーターの温度Tempが、リミッタ76に入力されることが、第2実施形態と異なる。
図4に示したリミッタ76の特性では、界磁補正電流ΔIdrefの最大値は1つの固定値(上限値Idrmx)に予め設定されており、図8に示したリミッタ76の特性では、回転速度ωの数値に対応して、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を変化させていたが、第3実施形態では、インバーターの温度Tempの数値に対応して、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を変化させる。
FIG. 11 shows a configuration block diagram of the third embodiment in the field current PI control unit of the present invention.
In FIG. 11, each component and its connection relation are almost the same as those in the block diagrams shown in FIGS. 3 and 7, but the temperature Temp of the inverter is input to the limiter 76 in the second embodiment. And different.
In the characteristic of the limiter 76 shown in FIG. 4, the maximum value of the field correction current ΔIdref is preset to one fixed value (upper limit value Idrmx). In the characteristic of the limiter 76 shown in FIG. In the third embodiment, the maximum value of the field correction current ΔIdref is changed in accordance with the numerical value of the inverter temperature Temp. .

図12に、この発明の界磁電流PI制御部のリミッタにおけるインバーターの温度と界磁補正電流の最大値との関係を示す特性グラフの一実施例を示す。
ここでも、界磁補正電流ΔIdrefの最大値の上限値を、Idrmxとする。
FIG. 12 shows an example of a characteristic graph showing the relationship between the inverter temperature and the maximum value of the field correction current in the limiter of the field current PI controller of the present invention.
Again, the upper limit value of the maximum value of the field correction current ΔIdref is assumed to be Idrmx.

図12は、インバーターの温度Tempが上昇するに従って、界磁補正電流ΔIdrefの最大値が、線形的に減少する特性を示している。
たとえば、インバーターの温度Tempが上昇しても、所定値T0までは、界磁補正電流ΔIdrefの最大値としては、上限値Idrmxを採用するが、温度Tempが、所定値T0以上に上昇した場合、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を、上限値Idrmxよりも低くなるように設定する。
FIG. 12 shows a characteristic in which the maximum value of the field correction current ΔIdref decreases linearly as the inverter temperature Temp increases.
For example, even if the temperature Temp of the inverter rises, the maximum value Idrmx is used as the maximum value of the field correction current ΔIdref until the predetermined value T0, but when the temperature Temp rises above the predetermined value T0, The maximum value of the field correction current ΔIdref is set to be lower than the upper limit value Idrmx.

上記のように、界磁電流Idを増加させて、モータ自身で回生電力を消費させた場合、インバーター15を流れる電流が増加する。インバーター15を流れる電流が増加すると、6つのトランジスタなどのインバーター15を構成する半導体部品が発熱し、インバーター15の温度が上昇する。
半導体部品の定格には、最大温度値が予め決められているので、インバーター15の温度がこの最大温度値を超えた場合には、半導体部品が破損する可能性がある。
As described above, when the field current Id is increased and the regenerative power is consumed by the motor itself, the current flowing through the inverter 15 increases. When the current flowing through the inverter 15 increases, the semiconductor components constituting the inverter 15 such as six transistors generate heat, and the temperature of the inverter 15 rises.
Since the maximum temperature value is predetermined for the rating of the semiconductor component, if the temperature of the inverter 15 exceeds this maximum temperature value, the semiconductor component may be damaged.

そこで、インバーター15の温度がこの最大温度値を超えないように、界磁電流Idを小さくする必要がある。
すなわち、インバーター15の温度Tempの上昇に対応させて、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を、上限値Idrmxよりも低く設定する。これにより、界磁電流Idの増加が抑制され、インバーター15の温度が定格の最大温度値を超えないように制御されるので、インバーター15の半導体部品が破損することを防止し、安定した自律走行をすることができる。
Therefore, it is necessary to reduce the field current Id so that the temperature of the inverter 15 does not exceed the maximum temperature value.
That is, the maximum value of the field correction current ΔIdref is set lower than the upper limit value Idrmx in accordance with the increase in the temperature Temp of the inverter 15. As a result, the increase in the field current Id is suppressed, and the temperature of the inverter 15 is controlled so as not to exceed the rated maximum temperature value, so that the semiconductor components of the inverter 15 are prevented from being damaged, and the stable autonomous traveling Can do.

また、第2実施形態では、リミッタ76に回転速度ωを入力して界磁補正電流ΔIdrefの最大値を設定する例を示し、第3実施形態では、リミッタ76にインバーター15の温度Tempを入力して界磁補正電流ΔIdrefの最大値を設定する例を示したが、この2つの実施形態を組み合わせて、出力される界磁補正電流ΔIdrefを設定するようにしてもよい。
たとえば、図7の構成のリミッタ76と、図11の構成のリミッタ76とを並列に接続して、同じ界磁電流目標値ΔIdを、2つのリミッタ76に同時に入力し、2つのリミッタ76のそれぞれから出力される界磁補正電流ΔIdrefのうち、小さい方の界磁補正電流ΔIdrefを採用するようにしてもよい。
Further, the second embodiment shows an example in which the rotational speed ω is input to the limiter 76 and the maximum value of the field correction current ΔIdref is set. In the third embodiment, the temperature Temp of the inverter 15 is input to the limiter 76. In this example, the maximum value of the field correction current ΔIdref is set. However, the field correction current ΔIdref to be output may be set by combining the two embodiments.
For example, the limiter 76 having the configuration of FIG. 7 and the limiter 76 having the configuration of FIG. 11 are connected in parallel, and the same field current target value ΔId is input to the two limiters 76 at the same time. Of the field correction currents ΔIdref output from, the smaller field correction current ΔIdref may be adopted.

(自律走行装置の第4実施形態)
上記した第3実施形態では、インバーター15の温度Tempを測定する温度センサ64を備え、インバーターの温度Tempが上昇した場合、界磁補正電流ΔIdrefの最大値を、予め設定されていた界磁補正電流ΔIdrefの上限値Idrmxよりも低く設定することにより、自律走行をより安定させるものについて説明した。
しかし、インバーターの温度Tempに基づいて界磁電流を制御することにより、下り坂で安定した自律走行が可能となっても、回生電力をモータで消費したために、インバーターの温度Tempがかなり上昇してしまった場合において、たとえば、次の走行経路に、長く急な登り坂があり大きなトルクが必要な状況にも関わらず既にインバーターが高温になっているため、モータに流す駆動電流を大きくすることができないおそれがある。
(4th Embodiment of an autonomous traveling apparatus)
In the third embodiment described above, the temperature sensor 64 for measuring the temperature Temp of the inverter 15 is provided. When the temperature Temp of the inverter rises, the maximum value of the field correction current ΔIdref is set to a preset field correction current. A description has been given of what stabilizes autonomous traveling by setting it lower than the upper limit value Idrmx of ΔIdref.
However, by controlling the field current based on the inverter temperature Temp, even if stable autonomous driving is possible on the downhill, the regenerative power is consumed by the motor, so the inverter temperature Temp rises considerably. In this case, for example, because the inverter is already at a high temperature despite the fact that the next travel route has a long and steep climb and a large torque is required, the drive current flowing to the motor may be increased. It may not be possible.

回生電力を消費する方法としては、上記したように、回生抵抗62による電力消費と、界磁電流Idを増加させることによるモータ自身での電力消費とがある。
回生抵抗のみによる電力消費では、回生抵抗の温度の上昇をもたらし、一方、界磁電流Idを増加させることによるモータ自身での電力消費では、インバーターの温度Tempの上昇をもたらし、どちらも、過度に温度が上昇することは、自律走行に問題を及ぼす可能性がある。
As described above, the method of consuming regenerative power includes power consumption by the regenerative resistor 62 and power consumption by the motor itself by increasing the field current Id.
Power consumption due to regenerative resistance alone leads to an increase in the temperature of the regenerative resistance, while power consumption by the motor itself by increasing the field current Id leads to an increase in the inverter temperature Temp, both of which are excessively An increase in temperature can cause problems for autonomous driving.

そこで、回生抵抗の温度の上昇と、インバーターの温度Tempの上昇に対応させて、2つの回生電力を消費する方法をうまく組合せることにより、できるだけ安定した自律走行ができるようにすることが好ましい。
この第4実施形態では、回生抵抗62にも温度センサを設けて、回生抵抗の温度とインバーターの温度Tempを測定し、2つの回生電力を消費する方法を使い分ける。
Therefore, it is preferable that autonomous driving can be performed as stably as possible by properly combining the methods of consuming two regenerative electric powers in response to the increase in the temperature of the regenerative resistor and the increase in the temperature Temp of the inverter.
In the fourth embodiment, a temperature sensor is also provided in the regenerative resistor 62, the temperature of the regenerative resistor and the temperature Temp of the inverter are measured, and a method of consuming two regenerative electric powers is properly used.

図13に、この発明のモータ駆動部における第4実施形態の構成ブロック図を示す。
図13のモータ駆動部(インバーター)15では、図2に示したモータ駆動部15と同様に、6つのトランジスタを備え、図10に示したモータ駆動部15と同様に、モータ駆動部15に、温度センサ64を設ける。
さらに、図13のモータ駆動部(インバーター)15では、回生抵抗62に、温度センサ65を設ける。
温度センサ65は、回生抵抗62の温度TempRを測定するもので、上記した第2の温度測定部に相当する。
この温度センサ65によって測定された回生抵抗62の温度TempRは、界磁電流PI制御部24に与えられる。
温度センサ65は、回生抵抗62に接触するように配置すればよい。
FIG. 13 shows a block diagram of a fourth embodiment of the motor drive unit of the present invention.
The motor drive unit (inverter) 15 in FIG. 13 includes six transistors, similar to the motor drive unit 15 illustrated in FIG. 2, and similarly to the motor drive unit 15 illustrated in FIG. A temperature sensor 64 is provided.
Further, in the motor drive unit (inverter) 15 of FIG. 13, a temperature sensor 65 is provided in the regenerative resistor 62.
The temperature sensor 65 measures the temperature TempR of the regenerative resistor 62 and corresponds to the above-described second temperature measurement unit.
The temperature TempR of the regenerative resistor 62 measured by the temperature sensor 65 is given to the field current PI control unit 24.
The temperature sensor 65 may be disposed so as to contact the regenerative resistor 62.

第4実施形態では、温度センサ65によって測定された回生抵抗62の温度TempRと、温度センサ64によって測定されたインバーター15の温度Tempと、電圧センサ63によって測定されたモータ駆動部の入力電圧Vddとが、界磁電流PI制御部24に入力される。
界磁電流PI制御部24では、入力されたインバーターの温度Tempと、回生抵抗の温度TempRに対応して、界磁補正電流値の最大値を変化させる。
さらに、電流制御ループを構成する駆動電流制御部20において、界磁電流PI制御部24から出力される界磁補正電流値に対応させて界磁電流を補正することによって、回生抵抗による回生電力の消費と、界磁電流を増加させることによって発生するモータでの回生電力の消費とを調整する。
この2つの回生電力の消費を調整することによって、自律走行装置の連続走行時間を拡大させる。
In the fourth embodiment, the temperature TempR of the regenerative resistor 62 measured by the temperature sensor 65, the temperature Temp of the inverter 15 measured by the temperature sensor 64, and the input voltage Vdd of the motor drive unit measured by the voltage sensor 63 Is input to the field current PI control unit 24.
The field current PI control unit 24 changes the maximum value of the field correction current value in accordance with the input inverter temperature Temp and regenerative resistance temperature TempR.
Further, in the drive current control unit 20 constituting the current control loop, the field current is corrected in accordance with the field correction current value output from the field current PI control unit 24, so that the regenerative power generated by the regenerative resistor is reduced. The consumption and the consumption of regenerative power in the motor generated by increasing the field current are adjusted.
By adjusting the consumption of these two regenerative electric powers, the continuous running time of the autonomous mobile device is expanded.

図14に、この発明のモータ駆動部の温度等と回生電力消費との対応関係の一実施例を示す概略説明図を示す。
この対応関係は、2つの回生電力の消費のうち、どちらを優先させるかを決める判断基準に相当する。
2つ回生電力の消費のうち、どちらを優先させるかを判断するためには、たとえば、図示しない2つの温度を入力とする制御回路を、界磁電流PI制御部24に設けてもよい。
図14では、回生抵抗温度TempRとインバーター温度Tempの高低の程度の4通りの組合せに対応させて、回生電力の消費パターンと自律走行装置の走行停止させる場合とを示している。
FIG. 14 is a schematic explanatory diagram showing an embodiment of the correspondence relationship between the temperature of the motor drive unit and the regenerative power consumption according to the present invention.
This correspondence is equivalent to a criterion for determining which of the two regenerative power consumptions has priority.
In order to determine which of the two regenerative power consumptions has priority, for example, a control circuit that receives two temperatures (not shown) may be provided in the field current PI control unit 24.
FIG. 14 shows a consumption pattern of the regenerative power and a case where the traveling of the autonomous traveling device is stopped in correspondence with four combinations of the regenerative resistance temperature TempR and the inverter temperature Temp.

主として、回生抵抗の温度TempRが低い場合は、回生抵抗62による回生電力の消費を優先的に使用し、回生抵抗の温度TempRが上昇してきた場合は、界磁電流Idの増加による回生電力の消費を優先的に使用するようにし、インバーター温度Tempが高い状態では、回生抵抗62による回生電力の消費を優先的に使用する。また、回生抵抗の温度TempRとインバーター温度Tempがどちらも高い状態では、自律走行装置の走行を停止させる。   Mainly, when the temperature TempR of the regenerative resistor is low, the consumption of the regenerative power by the regenerative resistor 62 is preferentially used, and when the temperature TempR of the regenerative resistor increases, the consumption of the regenerative power due to the increase of the field current Id. Is used preferentially, and in the state where the inverter temperature Temp is high, the consumption of the regenerative power by the regenerative resistor 62 is preferentially used. Further, when both the regenerative resistance temperature TempR and the inverter temperature Temp are high, the autonomous traveling device stops traveling.

図14において、番号1の「◎」は、ほとんど、回生抵抗62による回生電力の消費のみを使用することを意味する。
番号2と3の「○」は、対応する回生電力の消費の方を優先的に使用し、「△」は、対応する回生電力の消費も使用するが、他方よりも優先度が低いことを意味する。
番号4の「◎」は、回生電力の消費はせずに、自律走行装置の走行を停止させることを意味する。
ただし、判断基準は、図14に示したものに限るものではなく、他の判断基準を利用してもよい。
In FIG. 14, “◎” of number 1 means that almost only the consumption of regenerative power by the regenerative resistor 62 is used.
Numbers 2 and 3 indicate that the corresponding regenerative power consumption is preferentially used, and “△” indicates that the corresponding regenerative power consumption is also used, but the priority is lower than the other. means.
The number “◎” of No. 4 means that the traveling of the autonomous traveling device is stopped without consuming regenerative power.
However, the determination criteria are not limited to those shown in FIG. 14, and other determination criteria may be used.

図14において、温度の程度を、高温と低温の2つに分けているが、高温と低温を区別する明確な数値があるわけではない。回生抵抗の抵抗値や、インバーターを構成する部品の種類、回生抵抗に流れる電流の電流値などによっても、高温と低温を区別する温度は変化し、明確な数値を設定するものではない。   In FIG. 14, the degree of temperature is divided into two, high temperature and low temperature, but there is no clear numerical value that distinguishes high temperature from low temperature. Depending on the resistance value of the regenerative resistor, the types of components that make up the inverter, the current value of the current flowing through the regenerative resistor, etc., the temperature that distinguishes the high temperature from the low temperature changes, and no clear value is set.

図14において、インバーター温度Tempが比較的低温で、かつ、回生抵抗の温度TempRも比較的低温である場合は、回生抵抗62が損傷する可能性はほとんどないので、回生抵抗62による回生電力の消費を積極的に使用し、界磁電流Idの増加による回生電力の消費はしないように制御する。   In FIG. 14, when the inverter temperature Temp is relatively low and the regenerative resistance temperature TempR is also relatively low, there is almost no possibility that the regenerative resistor 62 is damaged. Is controlled so that regenerative power is not consumed due to an increase in the field current Id.

また、回生抵抗の温度TempRが比較的低温であるが、インバーター温度Tempが上昇し比較的高温になった場合は、引き続き回生抵抗62による回生電力の消費を優先的に使用するが、回生抵抗の温度に応じて界磁電流Idの増加による回生電力の消費も併用するように制御する。   In addition, although the regenerative resistance temperature TempR is relatively low, when the inverter temperature Temp rises to a relatively high temperature, the regenerative power consumption by the regenerative resistor 62 continues to be preferentially used. Control is made so that the consumption of regenerative power due to the increase of the field current Id is also used in accordance with the temperature.

また、インバーター温度Tempが比較的低温であるが、回生抵抗の温度TempRが上昇し比較的高温になった場合は、界磁電流Idの増加による回生電力の消費を優先的に使用するようにし、回生抵抗62による回生電力の消費を少なくするか、あるいは、回生抵抗62による回生電力の消費を中止するように制御する。   Also, when the inverter temperature Temp is relatively low, but the temperature TempR of the regenerative resistor rises and becomes relatively high, the consumption of regenerative power due to the increase of the field current Id is used preferentially, Control is made so that the consumption of the regenerative power by the regenerative resistor 62 is reduced or the consumption of the regenerative power by the regenerative resistor 62 is stopped.

また、インバーター温度Tempが比較的高温で、かつ、回生抵抗の温度TempRも比較的高温になった場合は、回生抵抗62による回生電力の消費を継続してもよいが、回生抵抗やインバーターが損傷するのを回避するために、回生電力の消費はせずに、自律走行装置の走行を停止させることが好ましい。その後、回生抵抗やインバーターの温度がある程度低下した場合に、走行を再開することが好ましい。   When the inverter temperature Temp is relatively high and the regenerative resistance temperature TempR is also relatively high, the regenerative power consumption by the regenerative resistor 62 may be continued, but the regenerative resistor and the inverter are damaged. In order to avoid this, it is preferable to stop the traveling of the autonomous traveling device without consuming regenerative power. Thereafter, when the regenerative resistance and the temperature of the inverter are lowered to some extent, it is preferable to restart the running.

(自律走行装置の第5実施形態)
この第5実施形態では、自律走行装置が走行する経路の高低差(傾斜)が予め分かっている場合において、走行経路の位置や領域に対応して、回生抵抗62による回生電力の消費と、界磁電流Idの増加による回生電力の消費のどちらを優先的に使用するかを、予め設定する場合について説明する。
(5th Embodiment of an autonomous traveling apparatus)
In the fifth embodiment, when the height difference (inclination) of the route traveled by the autonomous traveling device is known in advance, the consumption of regenerative power by the regenerative resistor 62 and the field corresponding to the position and region of the travel route are determined. A case will be described in which which of the regenerative power consumption due to the increase of the magnetic current Id is preferentially used is set.

所定の構内を巡回監視する目的で自律走行する自律走行装置では、走行する経路が予め設定されている場合がある。したがって、たとえば、走行経路において、どの地点で上り坂が始まるとか、どの地点で下り坂が終わるとか、どの領域では下り坂が続くとか、どの領域は平坦な経路であるということが、走行前に分かるので、走行経路の区間と、傾斜とを対応付けて記憶しておくことができる場合がある。   In an autonomous traveling device that autonomously travels for the purpose of patrol monitoring a predetermined premises, a traveling route may be set in advance. Therefore, for example, on the travel route, where the uphill starts, at which point the downhill ends, in which region the downhill continues, which region is a flat route before traveling Since it understands, there may be a case where the section of the travel route and the inclination can be stored in association with each other.

図15に、この発明の自律走行装置の走行経路と回生電力消費との対応を示す一実施例の概略説明図を示す。
図15(a)では、自律走行装置が走行する巡回経路の一実施例を示しており、その巡回経路が、区間Aから区間Iまでの9つの区間に分けられているものとする。
たとえば、区間Aと区間Dと区間Iは、傾斜が平坦な区間であり、区間Bと区間Eから区間Hまでの間は、傾斜の異なる下りの区間であり、区間Cは、登りの区間であったとする。
また、区間Bは、比較的距離の短い下り坂であり、区間Eから区間Hまでの間は、比較的距離の長い下り坂区間であったとする。したがって、区間Bの走行中と、区間Eから区間Hまでの間の走行中には、回生動作が行われ、回生電力が発生する。
FIG. 15 is a schematic explanatory diagram of one embodiment showing the correspondence between the travel route and the regenerative power consumption of the autonomous traveling device of the present invention.
FIG. 15 (a) shows an example of a traveling route traveled by the autonomous traveling device, and the traveling route is divided into nine sections from section A to section I.
For example, section A, section D, and section I are sections with a flat slope, sections B and sections E to section H are down sections with different slopes, and section C is a climb section. Suppose there was.
Further, it is assumed that the section B is a downhill section having a relatively short distance, and the section from the section E to the section H is a downhill section having a relatively long distance. Therefore, during the travel in the section B and during the travel from the section E to the section H, the regenerative operation is performed and regenerative power is generated.

このような走行経路においては、下り坂である区間Bの直後に、登りの区間Cがあるので、登り坂での電流上昇によるインバーターの温度上昇に備えて、区間Bでは、回生抵抗62による回生電力の消費を優先的に使用することが好ましいと言える。
また、区間Eから区間Hまでの間は、比較的距離の長い下り坂が続くので、回生抵抗62による回生電力の消費だけでは、回生抵抗の温度が上がりすぎる可能性があるので、界磁電流Idの増加による回生電力の消費を優先的に使用することが好ましいと言える。
In such a travel route, since there is an uphill section C immediately after the downhill section B, the regenerative resistor 62 regenerates in the section B in preparation for an increase in the inverter temperature due to an increase in current on the uphill. It can be said that it is preferable to use power consumption preferentially.
In addition, since the downhill with a relatively long distance continues from the section E to the section H, the temperature of the regenerative resistor may be excessively increased only by the consumption of the regenerative power by the regenerative resistor 62. It can be said that it is preferable to preferentially use the regenerative power consumption due to the increase in Id.

したがって、巡回経路のように、自律走行装置が走行する経路の区間と傾斜の関係が予めわかっている場合は、その走行経路の区間と、傾斜と、優先的に使用する回生電力の消費方法とを対応付けた経路傾斜情報を、予め設定記憶しておけばよい。
自律走行装置が巡回経路を走行する場合に、予め記憶された経路傾斜情報を利用して、走行経路の所定の区間でその情報の設定内容どおりの回生電力の消費方法を使用することにより、回生抵抗とインバーターの温度上昇に配慮し、その巡回経路の傾斜(登り下り)に適合した回生電力の消費をさせることができ、安定した長時間走行を行わせることができる。
Therefore, when the relation between the section of the route on which the autonomous traveling device travels and the inclination is known in advance, such as a traveling route, the section of the traveling route, the inclination, and the method of consuming regenerative power to be used preferentially It is only necessary to previously set and store the route inclination information associated with.
When the autonomous traveling device travels on a patrol route, it uses the stored slope information and uses the regenerative power consumption method according to the information set in the predetermined section of the travel route. Considering the temperature rise of the resistance and the inverter, it is possible to consume regenerative power suitable for the inclination (up and down) of the circulation route, and to perform stable long-time running.

たとえば、図15(b)のように、自律走行装置が走行する経路の区間と、傾斜と、回生抵抗62による回生電力の消費と、界磁電流Idの増加による回生電力の消費との関係を示す経路傾斜情報を、ハーディスクHDDなどの記憶装置に予め記憶しておけばよい。
自律走行装置の走行中において記憶された経路傾斜情報を読み出し、現在の位置と、経路傾斜情報の区間とを比較し、たとえば、自律走行装置が回生抵抗62による回生電力の消費を優先的に使用することが設定されている区間に入った場合は、回生抵抗62による回生電力の消費を優先的に使用するように、モータ駆動制御装置を制御すればよい。
For example, as shown in FIG. 15 (b), the relationship between the section of the route on which the autonomous traveling device travels, the inclination, the consumption of the regenerative power by the regenerative resistor 62, and the consumption of the regenerative power by the increase of the field current Id. The route inclination information shown may be stored in advance in a storage device such as a hard disk HDD.
The route inclination information stored during the traveling of the autonomous traveling device is read and the current position is compared with the section of the route inclination information. For example, the autonomous traveling device preferentially uses the consumption of regenerative power by the regenerative resistor 62. When entering the section in which it is set, the motor drive control device may be controlled so that the consumption of the regenerative power by the regenerative resistor 62 is preferentially used.

1 自律走行装置、
2 監視ユニット、
3 制御ユニット、
4 車体、
5 車輪、
6 車輪、
7 カメラ、
10 制御部、
10a 記憶部、
11 速度PI制御部、
12 電流PI制御部、
13 逆Park変換部、
14 3相信号生成部、
15 モータ駆動部、
16 電流取得部、
17 Clarke変換部、
18 Park変換部、
19 電気角推定部、
20 駆動電流制御部、
21 モータ
22 回転速度検出部、
23 電源部(充電池)、
24 界磁電流PI制御部
25 加算器、
51 トランジスタ、
52 トランジスタ、
53 トランジスタ、
54 トランジスタ、
55 トランジスタ、
56 トランジスタ、
61 トランジスタ、
62 回生抵抗、
63 電圧センサ、
64 温度センサ、
65 温度センサ、
71 減算器、
72 乗算器、
73 乗算器、
74 積分器、
75 加算器、
76 リミッタ
1 autonomous traveling device,
2 monitoring units,
3 Control unit,
4 Body,
5 wheels,
6 wheels,
7 Camera,
10 control unit,
10a storage unit,
11 Speed PI controller,
12 Current PI controller,
13 Inverse Park converter,
14 3-phase signal generator,
15 motor drive unit,
16 Current acquisition unit,
17 Clarke converter,
18 Park converter,
19 Electrical angle estimator,
20 drive current controller,
21 Motor 22 Rotation speed detector,
23 Power supply (rechargeable battery),
24 field current PI controller 25 adder,
51 transistors,
52 transistors,
53 transistors,
54 transistors,
55 transistors,
56 transistors,
61 transistors,
62 regenerative resistance,
63 Voltage sensor,
64 temperature sensor,
65 temperature sensor,
71 subtractor,
72 multiplier,
73 multiplier,
74 integrator,
75 adder,
76 limiter

Claims (9)

モータと、
前記モータを駆動するための駆動信号を生成し前記モータに出力するモータ駆動部と、
回生動作時に発生する回生電力を消費する回生抵抗と、
前記モータ駆動部の入力電圧を入力し、前記入力電圧の変化に基づいて、前記モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を制御するための界磁補正電流値を出力する界磁電流PI制御部と、
前記界磁補正電流値を利用して、前記モータのトルクに寄与する駆動信号のトルク成分であるトルク電流と、前記モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を補正する駆動電流制御部とを備え、
前記駆動電流制御部が、前記回生動作時に発生する回生電力の一部を、前記モータで消費できるように、前記界磁電流を補正し、
前記モータ駆動部が、前記補正された界磁電流に対応した前記駆動信号を生成することを特徴とするモータ駆動制御装置。
A motor,
A motor drive unit that generates a drive signal for driving the motor and outputs the drive signal to the motor;
A regenerative resistor that consumes regenerative power generated during regenerative operation;
Inputs an input voltage of the motor drive unit, and outputs a field correction current value for controlling a field current that is a field component of a drive signal that does not contribute to the torque of the motor based on a change in the input voltage. A field current PI control unit,
Using the field correction current value, the torque current that is the torque component of the drive signal that contributes to the torque of the motor and the field current that is the field component of the drive signal that does not contribute to the torque of the motor are corrected. A drive current control unit,
The drive current control unit corrects the field current so that a part of the regenerative power generated during the regenerative operation can be consumed by the motor,
The motor drive control device, wherein the motor drive unit generates the drive signal corresponding to the corrected field current.
前記回生動作時に、前記モータ駆動部の入力電圧が上昇した場合に、
前記界磁電流PI制御部は、前記入力電圧の上昇に対応させて、前記界磁補正電流値を増加させ、
前記駆動電流制御部は、前記増加した界磁補正電流値に対応して前記界磁電流が増加するように前記界磁電流を補正することによって、前記モータで消費される回生電力を増加させることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動制御装置。
When the input voltage of the motor drive unit rises during the regenerative operation,
The field current PI control unit increases the field correction current value in response to an increase in the input voltage,
The drive current control unit increases the regenerative power consumed by the motor by correcting the field current so that the field current increases corresponding to the increased field correction current value. The motor drive control device according to claim 1.
参照電圧を記憶した記憶部をさらに備え、
前記界磁電流PI制御部が、
前記参照電圧をさらに入力し、前記入力されたモータ駆動部の入力電圧と前記参照電圧との差分に基づいて、界磁電流目標値を生成する目標値生成部と、
前記界磁電流目標値の上限値を設定したリミッタとを備え、
前記生成された界磁電流目標値が、前記上限値以上の場合は、前記上限値を、前記界磁補正電流値として出力し、前記生成された界磁電流目標値が、前記上限値よりも小さい場合は、前記界磁電流目標値を、前記界磁補正電流値として出力することを特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動制御装置。
A storage unit that stores the reference voltage;
The field current PI controller is
A target value generating unit that further inputs the reference voltage and generates a field current target value based on a difference between the input voltage of the input motor driving unit and the reference voltage;
A limiter that sets an upper limit value of the field current target value,
If the generated field current target value is greater than or equal to the upper limit value, the upper limit value is output as the field correction current value, and the generated field current target value is greater than the upper limit value. 3. The motor drive control device according to claim 1, wherein when the value is smaller, the field current target value is output as the field correction current value. 4.
前記モータの回転速度を生成する電気角推定部をさらに備え、
前記回転速度が、前記界磁電流PI制御部に入力され、
前記リミッタが、前記入力された回転速度に対応して、前記界磁補正電流値の最大値を、前記界磁電流目標値の上限値よりも低い値に設定し、
前記回転速度が所定値以上に上昇した場合に、前記界磁電流PI制御部は、前記回転速度の上昇に従って、前記界磁補正電流値の最大値を、減少させることを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動制御装置。
An electrical angle estimation unit for generating a rotation speed of the motor;
The rotational speed is input to the field current PI control unit,
The limiter sets the maximum value of the field correction current value to a value lower than the upper limit value of the field current target value corresponding to the input rotation speed,
4. The field current PI control unit decreases the maximum value of the field correction current value as the rotation speed increases when the rotation speed increases to a predetermined value or more. The motor drive control device described in 1.
前記モータ駆動部の温度を測定する第1の温度測定部をさらに備え、
前記測定されたモータ駆動部の温度が、前記界磁電流PI制御部に入力され、
前記リミッタが、前記入力された温度に対応して、前記界磁補正電流値の最大値を、前記界磁電流目標値の上限値よりも低い値に設定し、
前記入力温度が所定値以上に上昇した場合に、前記界磁電流PI制御部は、前記入力温度の上昇に従って、前記界磁補正電流値の最大値を、減少させることを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動制御装置。
A first temperature measuring unit for measuring the temperature of the motor driving unit;
The measured temperature of the motor drive unit is input to the field current PI control unit,
The limiter sets the maximum value of the field correction current value corresponding to the input temperature to a value lower than the upper limit value of the field current target value,
4. The field current PI control unit decreases the maximum value of the field correction current value as the input temperature rises when the input temperature rises above a predetermined value. The motor drive control device described in 1.
前記回生抵抗の温度を測定する第2の温度測定部をさらに備え、
前記測定された回生抵抗の温度が、前記界磁電流PI制御部に入力され、
前記界磁電流PI制御部が、前記入力された回生抵抗の温度に対応して、前記界磁補正電流値の最大値を変化させ、
前記駆動電流制御部は、前記界磁電流PI制御部から出力される前記界磁補正電流値に対応させて前記界磁電流を補正することによって、前記回生抵抗による回生電力の消費と、前記界磁電流を増加させることによって発生する前記モータでの回生電力の消費とを調整することを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動制御装置。
A second temperature measuring unit for measuring the temperature of the regenerative resistor;
The measured temperature of the regenerative resistance is input to the field current PI control unit,
In response to the input temperature of the regenerative resistor, the field current PI control unit changes the maximum value of the field correction current value,
The drive current control unit corrects the field current in accordance with the field correction current value output from the field current PI control unit, and thereby consumes regenerative power by the regenerative resistor and the field current. The motor drive control device according to claim 3, wherein consumption of regenerative electric power in the motor generated by increasing a magnetic current is adjusted.
前記回生抵抗の温度を測定する第2の温度測定部をさらに備え、
前記測定された回生抵抗の温度が、前記界磁電流PI制御部に入力され、
前記界磁電流PI制御部が、前記入力されたモータ駆動部の温度と回生抵抗の温度に対応して、前記界磁補正電流値の最大値を変化させ、
前記駆動電流制御部は、前記界磁電流PI制御部から出力される前記界磁補正電流値に対応させて前記界磁電流を補正することによって、前記回生抵抗による回生電力の消費と、前記界磁電流を増加させることによって発生する前記モータでの回生電力の消費とを調整することを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動制御装置。
A second temperature measuring unit for measuring the temperature of the regenerative resistor;
The measured temperature of the regenerative resistance is input to the field current PI control unit,
The field current PI control unit changes the maximum value of the field correction current value corresponding to the input temperature of the motor driving unit and the temperature of the regenerative resistor,
The drive current control unit corrects the field current in accordance with the field correction current value output from the field current PI control unit, and thereby consumes regenerative power by the regenerative resistor and the field current. The motor drive control device according to claim 5, wherein a consumption of regenerative electric power in the motor generated by increasing a magnetic current is adjusted.
車体と、
前記車体を走行させる駆動部材と、
前記駆動部材を制御するモータ駆動制御装置とを備え、
前記モータ駆動制御装置は、前記請求項1から7のいずれかに記載したモータ駆動制御装置であることを特徴とする自律走行装置。
The car body,
A drive member for running the vehicle body;
A motor drive control device for controlling the drive member;
The autonomous driving device, wherein the motor drive control device is the motor drive control device according to any one of claims 1 to 7.
回生抵抗によって、回生動作時に発生する回生電力を消費させ、
モータを駆動するための駆動信号を生成するモータ駆動部の入力電圧の変化に基づいて、前記モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を制御するための界磁補正電流値を出力し、
前記出力された界磁補正電流値を利用して、前記モータのトルクに寄与する駆動信号のトルク成分であるトルク電流と、前記モータのトルクに寄与しない駆動信号の界磁成分である界磁電流を補正し、
前記界磁電流の補正は、前記回生動作時に発生する回生電力の一部を、前記モータで消費できるようにする補正であり、
前記回生動作時に、前記モータ駆動部の入力電圧が上昇した場合は、
前記入力電圧の上昇に対応させて、前記界磁補正電流値を増加させ、
前記増加した界磁補正電流値に対応して前記界磁電流が増加するように前記界磁電流を補正することによって、前記モータで消費される回生電力を増加させ、
前記補正されたトルク電流と前記補正された界磁電流とに対応した駆動信号を生成し、
前記駆動信号によって前記モータを駆動することを特徴とするモータ駆動制御装置のモータ駆動方法。
The regenerative resistor consumes regenerative power generated during regenerative operation,
A field correction current for controlling a field current that is a field component of the drive signal that does not contribute to the torque of the motor based on a change in the input voltage of the motor drive unit that generates a drive signal for driving the motor Output the value
Using the output field correction current value, a torque current that is a torque component of the drive signal that contributes to the torque of the motor and a field current that is a field component of the drive signal that does not contribute to the torque of the motor To correct
The correction of the field current is a correction that allows a part of the regenerative power generated during the regenerative operation to be consumed by the motor.
When the input voltage of the motor drive unit rises during the regenerative operation,
In response to the increase of the input voltage, the field correction current value is increased,
By correcting the field current to increase the field current corresponding to the increased field correction current value, the regenerative power consumed by the motor is increased,
Generating a drive signal corresponding to the corrected torque current and the corrected field current;
A motor drive method of a motor drive control device, wherein the motor is driven by the drive signal.
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