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【発明の名称】 電気車の走行用モータ制御方法
【発明者】 【氏名】刀谷 郁也
【要約】 【課題】プラギング制動をフィーリング良く行う。

【解決手段】アクセルの操作量に基づくトルク指令値Ｔｏと、走行用モータの現在の運転状態に対応しかつモータ電流により演算されるトルク近似値Ｔｒとを比較して、これらの差を無くすようにトルクフィードバック処理を行う。また前記トルク計算値Ｔｒは、Ｔｒ＝Ｇ１×｛Ｇ２×Ｉｆ＋（１−Ｇ２）×Ｉａ｝2（ただし、Ｇ１、Ｇ２はゲインであり、０≦Ｇ２≦１、Ｉａはアマチュア電流、Ｉｆはフィールド電流である。）の１つの計算式により行う。
【特許請求の範囲】
【請求項１】スイッチング手段によりチョッパ駆動される直流直巻式の走行用モータと、この走行用モータの回転方向とトルクとを指示しうるアクセルと、走行用モータのフィールドコイルの励磁極性を切り換えるコンタクタと、前記走行用モータのアマチュア電流Ｉａ及びフィールド電流Ｉｆを検知しうる電流検出器と、前記スイッチング手段をオンオフするチョッパ信号を出力するコントローラとを具えた電気車の走行用モータ制御方法であって、前記コントローラは、前記アクセルの操作量に応じて定まるトルク指令値Ｔｏと、前記走行用モータに流れる電流値を用いて演算されかつ走行用モータの運転状態に対応したトルク計算値Ｔｒとを比較し、両者の差を減じる目標チョッパ信号を前記スイッチング手段に出力するトルクフィードバック処理を行うとともに、前記トルク計算値Ｔｒを下記式により演算することを特徴とする電気車の走行用モータ制御方法。
Ｔｒ＝Ｇ１×｛Ｇ２×Ｉｆ＋（１−Ｇ２）×Ｉａ｝2（ただし、Ｇ１、Ｇ２はゲインであり、０≦Ｇ２≦１である。）
【請求項２】前記コントローラは、アクセルの操作量に基づいて前記スイッチング手段の最大チョッパ信号Ｄｍを演算する最大チョッパ信号演算処理と、前記目標チョッパ信号Ｄｏが前記最大チョッパ信号Ｄｍを超えるときには、前記目標チョッパ信号を最大チョッパ信号Ｄｍの値に制限するチョッパ信号制限処理とを行うことを特徴とする請求項１記載の電気車の走行用モータ制御方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばバッテリ式フォークリフトなどの電気車に好適に用いうる走行用モータ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】直流直巻式の走行用モータを具えた例えばバッテリ式フォークリフト等の電気車を制動する場合、機械式ブレーキにより車輪を直接摩擦制動する他、アクセルレバー等を現在走行している進行方向と逆向きの方向に反転操作（いわゆるスイッチバック操作）することにより、走行用モータのフィールドコイルの励磁極性を逆転させ、アマチュアに逆方向のトルクを発生させるて制動するプラギング制動がある。
【０００３】このようなプラギング制動は、進行中の方向と逆向きのトルクを走行用モータに発生させるものであるから、その制動トルクが過大であると、急制動が行われ著しく運転フィーリングを損なうという問題がある。
【０００４】従来、このような事態を防止するために、走行用モータのプラギング状態を判別する判別手段を設け、プラキング中のときには、力行時とは異なる計算式を用いることにより、力行時とプラキング時のアクセルフィーリング、つまり、アクセル操作量と走行用モータの実発生トルクとの関係を異ならせる制御が行われていた。
【０００５】このように、従来の電気車の走行用モータの制御方法においては、プラギングの円滑な制御を行うためには、先ず第一に、プラギング状態を検知するための判別手段が必要になり、第二に、力行時とプラギング時にはそれぞれ異なるアクセルフィーリングを実現するために、異なった内容の制御を個々に行わなければならず、第三に、力行時とプラギング時の制御のつながりを円滑とするのが難しいという問題がある。
【０００６】本発明は、かかる問題点に鑑み案出されたもので、プラギング判別手段などを設けることなく、しかも力行、プラギングを一つの計算式を用いて制御しうる電気車の走行用モータ制御方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１記載の発明では、スイッチング手段によりチョッパ駆動される直流直巻式の走行用モータと、この走行用モータの回転方向とトルクとを指示しうるアクセルと、走行用モータのフィールドコイルの励磁極性を切り換えるコンタクタと、前記走行用モータのアマチュア電流Ｉａ及びフィールド電流Ｉｆを検知しうる電流検出器と、前記スイッチング手段をオンオフするチョッパ信号を出力するコントローラとを具えた電気車の走行用モータ制御方法であって、前記コントローラは、前記アクセルの操作量に応じて定まるトルク指令値Ｔｏと、前記走行用モータに流れる電流値を用いて演算されかつ走行用モータの運転状態に対応したトルク計算値Ｔｒとを比較し、両者の差を減じる目標チョッパ信号を前記スイッチング手段に出力するトルクフィードバック処理を行うとともに、前記トルク計算値Ｔｒを下記式により演算することを特徴とする電気車の走行用モータ制御方法。
Ｔｒ＝Ｇ１×｛Ｇ２×Ｉｆ＋（１−Ｇ２）×Ｉａ｝2（ただし、Ｇ１、Ｇ２はゲインであり、０≦Ｇ２≦１である。）
【０００８】また請求項２記載の発明では、前記コントローラは、アクセルの操作量に基づいて前記スイッチング手段の最大チョッパ信号Ｄｍを演算する最大チョッパ信号演算処理と、前記目標チョッパ信号Ｄｏが前記最大チョッパ信号Ｄｍを超えるときには、前記目標導通信号を最大導通信号Ｄｍの値に制限するチョッパ信号制限処理とを行うことを特徴とする請求項１記載の電気車の走行用モータ制御方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を、電気車としてリーチ型のバッテリ式フォークリフトを例にとり図面に基づき詳述する。図１に示すように、本実施形態において、バッテリ式フォークリフト（図示せず）は、直流直巻式の走行用モータ２と、この走行用モータの回転方向とトルクとを指示しうるアクセル３と、前記走行用モータ２のフィールドコイルＦの励磁極性を切り換えるコンタクタＭＦ、ＭＲと、前記走行用モータ２のアマチュア電流Ｉａ及びフィールド電流Ｉｆを検知しうる電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆと、前記走行用モータ２をチョッパ駆動しうるスイッチング手段ＣＨと、このスイッチング手段ＣＨをオンオフするためのチョッパ信号を出力するコントローラ４とを具えているものを示す。
【００１０】図２には、バッテリ式フォークリフトの走行回路の主要部を模式的に示している。図において、前記走行用モータ２は、ヒューズなどを介してバッテリＢＡのプラス側に接続するアーマチュアＡと、前進コンタクタＭＦと後進コンタクタＭＲと間に介在するフィールドコイルＦとからなり、図示しないモータ軸を走行車輪に連係している。
【００１１】また、前進コンタクタＭＦと後進コンタクタＭＲとは、例えば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）などの前記走行用モータ２に電流を流しうるスイッチング手段ＣＨを介して前記バッテリＢＡのマイナス側へと接続される。なお、前記アマチュアＡにはプラギングダイオードＤ１が並列に接続されるとともに、アマチュアＡ、フィールドコイルＦにフライホイールダイオードＤ２が並列に設けられている。
【００１２】また前記アクセル３は、図１に示すように、本実施形態では前後に傾動しうるアクセルレバー３ａと、このアクセルレバー３ａの前進、後進操作によりそれぞれ作動する方向検知スイッチ３ｆ、３ｒと、前記アクセル３の操作量を検知しうるポテンショメータ３ｂとを具えている。そして、アクセル３からの回転方向指令値ＳＦ又はＳＲと、アクセル操作量信号ＳＡとがコントローラ４の入力インターフェースＩへと入力される。
【００１３】前記電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆは、前記走行用モータ２のアーマチュア電流Ｉａ及びフィールド電流Ｉｆをそれぞれ検知でき、この各電流値Ｉａ、Ｉｆは前記コントローラ４の入力インターフェースＩへと入力される。
【００１４】次に前記コントローラ４は、本実施形態では、入力、出力インターフェースＩ、Ｏと、読み書き自在な作業用メモリであるＲＡＭと、後述する処理手順プログラムなどが予め記憶されたＲＯＭと、これらにデータバスなどを介して接続される処理装置としてのＣＰＵとから構成されたものを例示する。
【００１５】次に前記コントローラ４の処理手順を、図３に示すフローチャートに基づき説明する。先ず前記コントローラ４は、各ハードウエアを初期化し（ステップＳ１）、前記アクセル２の操作量信号ＳＡ及び回転方向指令値ＳＦ又はＳＲを作業用のＲＡＭに読み込む（ステップＳ２）。また、本例ではコントローラ４が、この読み込まれたアクセル操作量信号ＳＡに基づいて、走行用モータ２の最大チョッパ信号Ｄｍと、走行用モータ２のトルク指令値Ｔｏとを決定するものを例示する。
【００１６】本実施形態では、走行用モータ２の最大チョッパ信号Ｄｍは、図４に示すようにアクセル操作量信号ＳＡがゼロの時に最大チョッパ信号Ｄｍをゼロ（全ＯＦＦ）とし、かつ最大操作時に１００％の最大チョッパ信号Ｄｍ（全ＯＮ）となる比例関係により決定されるものを例示している。なおこの最大チョッパ信号Ｄｍとアクセル操作量信号ＳＡとの関係は、予めＲＯＭに記憶されているが、本例のように比例関係に限定されるものではない。
【００１７】また、コントローラ４は、図５に示すように、アクセル操作量信号ＳＡがゼロの時にトルク指令値Ｔｏをゼロとし、かつ最大操作時に走行用モータ２の１００％の定格トルクを出力し得る比例関係によりトルク指令値Ｔｏを定めるものを例示している。なおこのトルク指令値Ｔｏとアクセル操作量信号ＳＡとの関係は、予めＲＯＭに記憶されているが、前記同様比例関係には限定されない。
【００１８】次に、コントローラ４は、入力された走行用モータ２の回転方向指令値ＳＦ又はＳＲと、前回出力したモータの回転方向指令値とを比較し（ステップＳ３）、この方向が異なっていれば（ステップＳ３でＮ）、目標チョッパ信号Ｄｏをゼロとし（ステップＳ１３）、コンタクタの励磁極性を切り換えるためのコンタクタ切換信号ＳＭを図示しないコンタクタコイルへと出力し（ステップＳ１４）、これによってコンタクタＭＦ又はＭＲが切り換えされ、走行用モータ２の回転方向指令とコンタクタの切換え状態とが合致しうる。
【００１９】また、コントローラ４は、入力された走行用モータ２の回転方向信号ＳＦ又はＳＲと、前回出力したモータの回転方向指示とが一致しているときには（ステップＳ３でＹ）、電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆからアマチュア電流Ｉａ、フィールド電流ＩｆをＲＡＭに読み込む（ステップＳ４）。
【００２０】次に、前記コントローラ４は、前記電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆから入力されたアマチュア電流Ｉａ及びフィールド電流Ｉｆを用いて下記の式■により現在の走行用モータの運転状態に対応したトルク計算値Ｔｒを演算する（ステップＳ５）を行う。
Ｔｒ＝Ｇ１×｛Ｇ２×Ｉｆ＋（１−Ｇ２）×Ｉａ｝2 … ■（ただし、Ｇ１、Ｇ２はゲインであり、０≦Ｇ２≦１である。）
【００２１】ここで、■式は、走行用モータの力行運転時、プラギング時のいずれの状態であるかを問わず適用できる。先ず、走行用モータ２の力行時には、アマチュア電流Ｉａとフィールド電流Ｉｆとが実質的に等しくなるため（Ｉａ＝Ｉｆ）、走行用モータ２の力行時のトルク計算値Ｔｒは、前記■式から、Ｔｒ＝Ｇ１×Ｉａ2と表すことができ、ゲインＧ１によって調節することができる。
【００２２】他方、走行用モータ２のプラギング時には、フィールドコイルＦの励磁極性の切り換えにより、アマチュアＡに誘起電圧が生じ、アマチュア電流Ｉａがフィールド電流Ｉｆと、プラギングダイオードＤ１を通るプラギング電流Ｉｐとに分流（Ｉａ＝Ｉｆ＋Ｉｐ）される。このため、プラギング時は、Ｉａ＞Ｉｆとなり、前記■式から走行用モータのトルク計算値Ｔｒは、Ｔｒ＝Ｇ１×｛Ｇ２×Ｉｆ＋（１−Ｇ２）×Ｉａ｝2となる。
【００２３】ここで、フィールド電流Ｉｆがアマチュア電流Ｉａに比べて充分に小さいとき、すなわちプラギング電流Ｉｐが大きいとき、走行用モータのトルク計算値Ｔｒは、Ｔｒ＝Ｇ１×｛（１−Ｇ２）×Ｉａ｝2 に近づくこととなる。このため、プラギング時の走行用モータ２のトルク計算値Ｔｒの調整は、力行時とは異なり、ゲインＧ２の要素を加えて行うことができる。
【００２４】上記の如く、本発明では、走行用モータ２のプラギング時においてアマチュア電流Ｉａとフィールド電流Ｉｆとが異なることを利用し、かつ前記■の計算式を採用することによって、１つの計算式を用いているにも拘らず力行時とプラギング時のトルク計算値Ｔｒの調節を個別に行うことができ、制御の簡素化を図りうる。
【００２５】次に、コントローラ４は、前記トルク指令値Ｔｏとトルク計算値Ｔｒとを比較し（ステップＳ６）、これらの差を無くすよう、例えば前回出力値を増減して目標チョッパ信号Ｄｏを決定する。すなわち、コントローラ４は、トルク指令値Ｔｏとトルク近似値Ｔｒとを比較して、Ｔｏ＞Ｔｒであれば、目標チュッパ信号Ｄｏは、前回出力値に変動値「１」を加えたものとして決定する（ステップＳ７）。なお前記変動値は１以外にも種々の値を設定することができるが、前記したように目標チョッパ信号Ｄｏが取りうる値０〜１００（％）に対してトルクフィードバックしたときの応答性を考慮した値とするのが好ましい。
【００２６】逆に、トルク指令値Ｔｏとトルク近似値Ｔｒとを比較して、Ｔｏ＜Ｔｒであれば、目標チュッパ信号Ｄｏは、前回出力値に変動値「１」を減じたものとして決定され（ステップＳ９）、またＴｏ＝Ｔｒであれば、目標チョッパ信号Ｄｏは、前回出力値と等しく決定される（ステップＳ８）。
【００２７】そして、前記コントローラ４は、ステップＳ７〜９で決定された目標チョッパ信号Ｄｏと、前記ステップＳ２で求めた最大チョッパ信号Ｄｍとを比較し（ステップＳ１０）、目標チョッパ信号Ｄｏが、前記ステップＳ２で求めた最大チョッパ信号Ｄｍ以下であれば（ステップＳ１０でＮ）、目標チョッパ信号Ｄｏをスイッチング手段ＣＨに出力する（ステップＳ１１）。また、スイッチング手段ＣＨは、目標チョッパ信号Ｄｏに基づいてオンオフされ、走行用モータ２が回転しうる。
【００２８】ここで、前記■式から得られるトルク計算値Ｔｒは、現実のモータトルクの値とは異なるものの、走行用モータ２の運転状態に対応している。またこのトルク計算値Ｔｒは、フィードバック制御を行う際、トルク指令値Ｔｏと比較を行う値でもある。また、前記した通りプラギング時にはゲインＧ２を加えることにより、トルク計算値Ｔｒを力行時よりも大きい値として演算することができる。
【００２９】例えばゲインＧ２を０．５よりも小とした場合、プラギング中において力行時と同一のアクセル操作量にも拘わらず、コントローラ４は、力行時よりも大きなトルク計算値Ｔｒを演算することも可能なため、トルク指令値Ｔｏとの比較でフィードバック処理を行うと、走行用モータ２の実発生トルクを力行時よりも小さくでき、走行フィーリングを損なうことなくプラギング制動が行える。また、ゲイン２の調整により、プラギング時の制動トルクを最適なものにすることができる。
【００３０】また、本発明では、従来のようにプラギング判別手段を設けなくとも、力行に移行する際には、プラギング電流Ｉｐが減少していき、アマチュア電流Ｉａとフィールド電流Ｉｆとが等しくなれば前記計算式からは自動的にゲンイＧ２の要素が無くなるため、自動的に力行時の運転フィーリングに戻すことができるから力行時とプラギング時の制御のつながりが非常に滑らかになる利点がある。
【００３１】さらに、プラギング時には、前記計算式から明らかなようにアマチュア電流Ｉａの電流値が大きく走行用モータ２のトルクに反映されるようになるため、安定したアマチュア電流が流れるようになる。
【００３２】なお本実施形態では前記目標チョッパ信号Ｄｏが前記最大チョッパ信号Ｄｍを超えるときには、前記目標チョッパ信号Ｄｏを最大チョッパ信号Ｄｍの値に制限するチョッパ信号制限処理（ステップＳ１２）を行ない、しかる後、目標チョッパ信号Ｄｏスイッチング手段ＣＨに出力する（ステップＳ１１）。これによって、最大チョッパ信号Ｄｍが許す限りの目標チョッパ信号Ｄｏにて走行用モータ２の制御を行うことができる。
【００３３】以上、本実施形態ではバッテリ式フォークリフトを例にとり説明したが、本発明は例えば乗用を目的とした電気自動車にも採用しうるなど、種々の態様に変形しうる。
【００３４】
【発明の効果】叙上の如く本発明によれば、アクセル操作量に基づくトルク指令値Ｔｏと、現在の走行用モータの運転状態に対応した演算により求まるトルク計算値Ｔｒとを用いてトルクフィードバック制御する際に、力行時、プラギング時のいずれにおいても、トルク計算値Ｔｒを、Ｔｒ＝Ｇ１×｛Ｇ２×Ｉｆ＋（１−Ｇ２）×Ｉａ｝2 という一つの計算式により演算している。
【００３５】このため、アマチュア電流Ｉａとフィールド電流Ｉｆとが等しい力行中はゲインＧ１の要素により、またプラギング時にはゲインＧ１とゲインＧ２の要素により、夫々異なるトルク計算値を設定しうる。従って、ゲインＧ２を調節することにより、プラギング中において例えば力行時と同一のアクセル操作量にも拘わらず、走行用モータの実発生トルクは力行時よりも小さくなり、走行フィーリングを損なうことなくプラギング制動が行える。また、ゲイン２を調整する事により、プラギング時の制動トルクを最適なものにすることができる。
【００３６】また、従来のように、プラギング判別手段を設けなくとも、力行に移行する際には、プラギング電流Ｉｐが減少していき、アマチュア電流Ｉａとフィールド電流Ｉｆとが等しくなれば前記計算式からはゲンイＧ２の要素が無くなるため、力行時の運転フィーリングに自動的に戻すことができ、制御を簡素化しつつ力行時とプラギング時の制御のつながりも非常に良くなる利点がある。
【出願人】 【識別番号】０００２３２８０７
【氏名又は名称】日本輸送機株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）９月２４日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】苗村 正
【公開番号】 特開平１１−９８６２０
【公開日】 平成１１年（１９９９）４月９日
【出願番号】 特願平９−２５８５４９