| 【発明の名称】 |
電気車の速度制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】刀谷 郁也
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| 【要約】 |
【課題】負荷の変動に拘わらず定速走行する。
【解決手段】バッテリから供給される電力により駆動される直流直巻式の走行用の電動機２と、この電動機２に電力を断続的に供給するチョッパＣＨと、このチョッパＣＨを所定のデューティで導通するコントローラ４と、電動機２の目標速度Ｖｏを指示するアクセル５と、電動機２のアマチュア電流Ｉａを検出する電流検出手段６とを具えるとともに、コントローラ４が、アクセル５の最大操作量Ｓｍに対する現実の操作量Ｓａとの比（Ｓａ／Ｓｍ）で定まる基本デューティＮｍに、アマチュア電流Ｉａと電気車の最高速度走行時のアマチュア電流Ｉｍとの差（Ｉａ−Ｉｍ）に比例した電流補正デューティＮｉを加えた第１のデューティＮ１でチョッパＣＨを導通することを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】バッテリから供給される電力により駆動される直流直巻式の走行用の電動機と、この電動機に前記電力を断続的に供給するチョッパと、アクセルの操作に基づいて前記チョッパを所定のデューティで導通するコントローラと、前記電動機のアマチュア電流Ｉａを検出する電流検出手段とを具えるとともに、前記コントローラは、アクセルの最大操作量Ｓｍに対する現実の操作量Ｓａとの比（Ｓａ／Ｓｍ）で定まる基本デューティＮｍに、前記アマチュア電流Ｉａと電気車の最高速度走行時のアマチュア電流Ｉｍとの差（Ｉａ−Ｉｍ）に比例した電流補正デューティＮｉを加えた第１のデューティＮ１で前記チョッパを導通することを特徴とする電気車の速度制御装置。
【請求項２】バッテリから供給される電力により駆動される直流直巻式の走行用の電動機と、この電動機に前記電力を断続的に供給するチョッパと、アクセルの操作に基づいて前記チョッパを所定のデューティで導通するコントローラと、前記電動機のアマチュア電流Ｉａを検出する電流検出手段とを具えるとともに、前記コントローラは、アクセルの最大操作量Ｓｍに対する現実の操作量Ｓａとの比（Ｓａ／Ｓｍ）で定まる基本デューティＮｍに前記アマチュア電流Ｉａと電気車の最高速度走行時のアマチュア電流Ｉｍとの差（Ｉａ−Ｉｍ）に比例した電流補正デューティＮｉを加えた第１のデューティＮ１に、電気車の最高速度走行時のバッテリ電圧Ｅｍと、現在のバッテリ電圧Ｅｒとの比（Ｅｍ／Ｅｒ）に比例した電圧補正率を乗じて得られる第２のデューティＮ２で前記チョッパを導通することを特徴とする電気車の速度制御装置。
【請求項３】前記電気車は、前記アクセルの操作量に基づく目標速度Ｖｏを一定の比率α（α＜１）で減じる減速スイッチを具えることを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の速度制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の力行運転時の一定速度制御に好ましく採用しうる電動機の速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例えばバッテリ式フォークリフトなど走行駆動源として直流直巻式の電動機を具えた電気車は、パワートランジスタなどのスイッチング素子を含むチョッパにより該電動機を駆動している。また前記チョッパは、アクセルの操作量に応じたデューティで導通され、前記電動機に断続的にバッテリの電力を供給し、電気車の車速がコントロールされる。
【０００３】ところで、フォークリフトが荷物を積載した場合や登り坂などを走行する際には、走行用電動機への負荷が大きくなる。この場合、アクセルにより車速を一定指示しているにも拘わらず、登り坂を登り始めたり、荷物を積載した後には、走行用の電動機に流れる電流が増してトルクアップし、電動機の回転数が低下することにより車速が低下するという問題がある。
【０００４】なお速度センサなどを設け、現実の車速と目標速度との偏差に応じてＰＩＤ制御などをすることもできるが、速度センサは高価であり、装置コストを上昇させるという問題がある。
【０００５】請求項１乃至３記載の発明は、かかる問題点に鑑み案出されたもので、速度センサなどの高価な検出装置を用いることなく、簡易な構成によって、負荷の変動に拘わらず電動機の回転速度をアクセルの操作量に応じてほぼ一定に制御しうる電気車の速度制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１記載の発明は、バッテリから供給される電力により駆動される直流直巻式の走行用の電動機と、この電動機に前記電力を断続的に供給するチョッパと、アクセルの操作に基づいて前記チョッパを所定のデューティで導通するコントローラと、前記電動機のアマチュア電流Ｉａを検出する電流検出手段とを具えるとともに、前記コントローラは、アクセルの最大操作量Ｓｍに対する現実の操作量Ｓａとの比（Ｓａ／Ｓｍ）で定まる基本デューティＮｍに、前記アマチュア電流Ｉａと電気車の最高速度走行時のアマチュア電流Ｉｍとの差（Ｉａ−Ｉｍ）に比例した電流補正デューティＮｉを加えた第１のデューティＮ１で前記チョッパを導通することを特徴とする電気車の速度制御装置である。
【０００７】また請求項２記載の発明は、バッテリから供給される電力により駆動される直流直巻式の走行用の電動機と、この電動機に前記電力を断続的に供給するチョッパと、アクセルの操作に基づいて前記チョッパを所定のデューティで導通するコントローラと、前記電動機のアマチュア電流Ｉａを検出する電流検出手段とを具えるとともに、前記コントローラは、アクセルの最大操作量Ｓｍに対する現実の操作量Ｓａとの比（Ｓａ／Ｓｍ）で定まる基本デューティＮｍに前記アマチュア電流Ｉａと電気車の最高速度走行時のアマチュア電流Ｉｍとの差（Ｉａ−Ｉｍ）に比例した電流補正デューティＮｉを加えた第１のデューティＮ１に、電気車の最高速度走行時のバッテリ電圧Ｅｍと、現在のバッテリ電圧Ｅｒとの比（Ｅｍ／Ｅｒ）に比例した電圧補正率を乗じて得られる第２のデューティＮ２で前記チョッパを導通することを特徴とする電気車の速度制御装置である。
【０００８】また請求項３記載の発明は、前記電気車は、前記アクセルの操作量に基づく目標速度Ｖｏを一定の比率α（α＜１）で減じる減速スイッチを具えることを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の速度制御装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を、電気車がバッテリ式フォークリフト（以下、単にフォークリフトということがある。）の場合を例にとり図面に基づき詳述する。本実施形態の速度制御装置は、図１、図２に示すように、バッテリＢＡから供給される電力により駆動される直流直巻式の走行用の電動機２と、この電動機２に前記電力を断続的に供給するチョッパＣＨと、このチョッパＣＨを所定のデューティで導通させるコントローラ４と、前記電動機２の目標速度を指示するアクセル５と、前記電動機２のアマチュアＡに流れるアマチュア電流Ｉａを検出する電流検出手段６とを具えている。
【００１０】前記電動機２は、図２に示すように、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マチュアＡと、この電動機２の回転方向を切り換える前進コンタクタ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。なおＤ１は、プラギングダイオード、Ｄ２はフライホイールダイオードである。
【００１１】前記チョッパＣＨは、本例では電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を示し、そのゲートに所定デューティ（１パルス周期に占めるオン時間の割合）のパルス信号である駆動信号が入力され、前記電動機２にバッテリＢＡからの電力を断続的に供給することにより該電動機２を回転駆動しうる。
【００１２】前記アクセル５は、本例では運転席などに設けられ前後に傾動自在なレバーからなり、その傾動の向きにより電動機の回転方向を、また操作量（傾動量）により目標速度を指示しうるよう、適宜のスイッチ、ポテンショメータなどが配されている。本例では、図３に実線で示すように、アクセル５の操作量Ｓｒと目標速度Ｖｏとの関係は、比例直線で定められるものを示し、アクセルの最大の操作量のときに例えば目標速度が１４ｋｍ／ｈとなるように設定されている。
【００１３】また、本例のバッテリ式フォークリフトは、前記アクセル５の操作量に基づく目標速度Ｖｏを一定の比率α（α＜１）で減じる減速スイッチ７が設けられているものを示す。この減速スイッチ７は、例えば運転席付近に設けられることにより、運転者により操作でき、例えば、アクセル５の最大操作量での目標速度が１４ｋｍ／ｈのとき、前記減速スイッチは減速の比率αを０．５に設定すると、図３に１点鎖線で示すような比例直線で目標速度Ｖｏを決定でき、最高の目標速度Ｖｏを７ｋｍ／ｈと低く抑えることができる。なお減速スイッチ７は、前記比率αを可変に調節しうる。
【００１４】前記コントローラ４は、フォークリフトの車速を前記アクセルの操作量に基づく目標速度Ｖｏに制御するためのものであり、本実施形態では、入力、出力ポートＩ、Ｏと、読み書き自在な作業用メモリであるＲＡＭと、後述する処理手順や既値データ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演算処理装置としてのＣＰＵとを含むものを示す。
【００１５】前記ＲＯＭには、本実施形態では、アクセル５の最大操作量Ｓｍ、フォークリフトが最高速度で走行する時のアマチュア電流Ｉｍ及びバッテリ電圧Ｅｍ、後述するゲインＧ、最大の目標車速Ｖｍなどが記憶されている。なおフォークリフトの最高速度走行時のアマチュア電流、バッテリ電圧は、モータ特性曲線から求めるのが好ましいが、例えばフォークリフトを、バッテリＢＡを満充電としかつ平坦路を無負荷の状態で走行させ、最高速度に達したときのバッテリ電圧、アマチュア電流の実測値を用いることもできる。
【００１６】前記入力ポートＩには、本例では電流検出器６にて検出されたアマチュア電流Ｉａと、バッテリ電圧検出器９にて検出されたバッテリ電圧Ｅｒと、アクセル５からの操作量Ｓｒ及び操作の向きＳｆと、減速スイッチ７からの減速の比率αが入力される。
【００１７】また出力ポートＯは、前記前進コンタクタＭＦと後進コンタクタＭＲとを適宜切り換える切換信号ＳＭをコンタクタ制御回路１０に出力するとともに、前記チョッパＣＨのゲートに、所定デューティの駆動信号を出力しうる。
【００１８】このように構成された本実施形態の速度制御装置の処理手順について、図４に示すフローチャートに基づき説明する。先ず、ＣＰＵは、入力ポートＩから現在のバッテリ電圧Ｅｒ、アマチュア電流Ｉａ、アクセルの操作量Ｓａ、減速の比率αをそれぞれＲＡＭに読み込む（ステップＳ１〜Ｓ４）。
【００１９】次に、コントローラ４は、アクセル５の最大操作量Ｓｍに対する現実の操作量Ｓａとの比（Ｓａ／Ｓｍ）で定まる基本デューティＮｍを演算する（ステップＳ５）。この基本デューティＮｍは、本例では、減速スイッチ７を設けているため、前記比（Ｓａ／Ｓｍ）と、減速の比率αとを乗じて求めることができ、例えば下記式■と実質的に等価な演算を行うことにより求めうる。
Ｎｍ（％）＝１００×（Ｓｒ／Ｓｍ）×α …■【００２０】次に、コントローラ４は、現在のアマチュア電流Ｉａとフォークリフトの最高速度走行時のアマチュア電流Ｉｍとの差（Ｉａ−Ｉｍ）に比例した電流補正デューティＮｉを加えた第１のデューティＮ１を求める（ステップＳ６）。この電流補正デューティＮｉ、第１のデューティＮ１は、例えば下記式■、■と実質的に等価な演算を行うことにより求めうる。なお「Ｇ」はゲインであり、例えば、本例の場合０．０１〜０．５程度の範囲から適宜選択しうる。
Ｎｉ＝Ｇ×（Ｉａ−Ｉｍ） …■Ｎ１＝Ｎｍ＋Ｎｉ …■【００２１】直流直巻式の電動機２においては、電動機負荷が増すと、アマチュア電流Ｉａが大きくなり、トルクアップにより回転数が低下して回転速度が低下する。したがって、電動機２の回転数の低下を補うために、前記基本デューティＮｍに、アマチュア電流Ｉａとバッテリ式フォークリフトの最高速度走行時のアマチュア電流Ｉｍとの差（Ｉａ−Ｉｍ）に比例した電流補正デューティＮｉを加えた第１のデューティＮ１で前記チョッパＣＨを駆動すれば、電動機の回転数アップを図ることができ、ひいては負荷変動によるフォークリフトの車速が低下するのを防止しうる。
【００２２】このように、前記第１のデューティＮ１で前記チョッパＣＨを導通しても負荷変動による車速の低下を抑えることが可能であるが、本実施形態では、前記コントローラ４は、前記第１のデューティＮ１に、さらにフォークリフトの最高速度走行時のバッテリ電圧Ｅｍと、現在のバッテリ電圧Ｅｒとの比（Ｅｍ／Ｅｒ）に比例した電圧補正率を乗じた第２のデューティＮ２を演算し（ステップＳ７）、このデューティで前記チョッパＣＨのゲートに出力し（ステップＳ９）て導通するものを例示している。この第２のデューティＮ２は、例えば下記式■と実質的に等価な演算を行うことにより求めうる。
Ｎ２＝Ｎ１×（Ｅｍ／Ｅｒ） …■【００２３】例えば電動機２に大電流が流れた場合には、バッテリ電圧Ｅｒが低下するが、このような処理を行うことにより、第１のデューティＮ１を増すことができ、バッテリ電圧の低下による電動機の回転数の低下を効果的に防止しうる。なおデューティの出力に先立ち、アクセルの回転方向信号Ｓｆに基づいて前記コンタクタを切り換える切換信号を出力しておく（ステップＳ８）。
【００２４】以上説明したように、速度センサを用いなくとも、上述のような第１または第２のデューティでチョッパＣＨを導通して電動機２を駆動することにより、積載荷重の増大や、登り坂など、走行用の電動機２の負荷が大きくなっても、回転数アップを図って速度の低下を生じさせず一定の速度制御を可能とし、例えばフォークリフトが、平坦路から坂道を登る場合などにおいても、アクセル操作量が一定であれば、負荷変動に応じたトルクコントロールにより平坦路、坂道ともにほぼ一定の車速を維持することを可能としうる。
【００２５】また第１又は第２のデューティＮ１、Ｎ２によって、電動機の回転数の低下が抑えられると、アマチュア電流Ｉａは低下し、電流補正デューティＮｉによる増分は小さくなり、回転数のさらなる上昇が抑えられ、アクセル、減速スイッチによる目標速度を維持することが可能となる。
【００２６】以上、本実施形態においては、電動機２がバッテリ式フォークリフトの走行用の電動機である場合を例にとり説明したが、例えば乗用を目的とした電気自動車、その他の車両にも採用しうる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、アクセル操作量により決定しうる基本デューティＮｍに、電動機の負荷とともに増加したアマチュア電流Ｉａと電気車の最高速度走行時のアマチュア電流Ｉｍとの差に比例した電流補正デューティＮｉを加えた第１のデューティＮ１によりチョッパを導通しうる結果、例えば電動機の負荷が増大しても場合であっても、電動機の回転数アップを図ることによりアクセル操作量に応じた目標速度をほぼ維持でき、車速を一定速度で制御しうる。
【００２８】また請求項２記載の発明では、前記第１のデューティＮ１に、電気車の最高速度走行時のバッテリ電圧Ｅｍと、現在のバッテリ電圧Ｅｒとの比（Ｅｍ／Ｅｒ）に比例した電圧補正率を乗じた第２のデューティＮ２で前記チョッパを導通することにより、電動機の負荷が増大した場合であっても、電動機の回転数アップを図ることによりアクセル操作量に応じた回転速度をほぼ維持でき、一定速度制御が可能となる他、電動機に大電流が流れてバッテリ電圧が低下した場合であっても、回転数の低下を防止でき、一定速度制御をさらに正確なものとしうる。また請求項３記載の発明では、電気車の車速を、減速スイッチにて抑制しうる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２３２８０７
【氏名又は名称】日本輸送機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月１６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】苗村 正
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１２２７２０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２８３７５０ |
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