| 【発明の名称】 |
電動フォ―クリフト制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松原 正吉
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| 【要約】 |
【課題】通常走行に必要な定格容量のスイッチング素子の組み合わせにより、ハイパワー走行モードを新たに備えた電動フォークリフト車両の制御装置の提供。
【解決手段】直流電源２２の正極から走行用電源正極ライン２７及び荷役用電源正極ライン２８と、直流電源２２の負極から共通の電源負極ライン２９で並列接続の走行駆動回路２３及び荷役駆動回路２４とを備える。荷役用スイッチング素子９の接続を切り替用のコンタクタ４０を設ける。ハイパワー走行モード時には、コンタクタ４０の接続切り換え動作により、荷役用スイッチング素子９が走行用スイッチング素子８と並列接続され、走行用モータ２には通常走行モード時の約２倍の電流を流す。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 走行駆動回路と荷役駆動回路とが１つの電源に対して並列に接続された構成にある電動フォークリフト制御装置において、該走行駆動回路が走行用モータと走行用スイッチング素子とを直列に接続する構成にあり、該荷役駆動回路が荷役用モータと荷役用スイッチング素子とを直列に接続する構成にあり、該荷役駆動回路中の該荷役用スイッチング素子の接続を切り離し、該走行駆動回路側の該走行用スイッチング素子と並列に接続する接続変更手段を備えたことを特徴とする電動フォークリフト制御装置。
【請求項２】 前記荷役駆動回路が電流通電順に前記荷役用モータの次に前記荷役用スイッチング素子が直列に接続される構成にあって、前記接続変更手段が、該荷役用スイッチング素子の主電流入力用電極の接続を、該荷役用モータの負極側への接続と、前記走行用モータと前記走行用スイッチング素子との中間接続位置への接続との、任意の選択切り替えを可能にすることを特徴とする請求項１記載の電動フォークリフト制御装置。
【請求項３】 前記接続変更手段は荷役用スイッチング素子の主電流入力用電極をどの接続方向にも接続しない非接続状態にも切り替え設定可能な構成にあることを特徴とする請求項２記載の電動フォークリフト制御装置。
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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、電動フォークリフトの制御において、通常走行と別にハイパワー走行用のモードを簡便かつ低コストで備える制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２は、電動フォークリフトにおいて、走行用モータ２および荷役ポンプ用モータ３の作動を制御する制御回路の従来より使用されている一構成例を示す回路図である。
【０００３】この回路は、基本的には、上記２つの駆動用モータ２、３がいずれも直流直巻型であり、それぞれの界磁コイル４、５にはスイッチング素子８、９が直列に接続されて、不図示のドライブ回路からゲート端子（半導体スイッチング素子の制御用電極）に入力するチョッパ信号によりデューティ比制御を行い、それにより通電させる直流電流量を制御する構成である。
【０００４】デューティ比制御について、詳しくは、不図示のドライブ回路からのチョッパ信号により定電流回路中に接続されているスイッチング素子８、９が数十ｋＨｚまでのオン・オフのスイッチング制御を行い、その１周期中におけるオン状態の占有時間比（オン・デューティ比）を変化させることによって、総量的に比例する通電電流量の制御を行うものである。
【０００５】そして、走行用モータ２および荷役ポンプ用モータ３の各駆動回路１０、１１中に通電可能となる最大電流値は、それぞれ別個に接続されるスイッチング素子８、９の最大定格電流値に基づき過電流制限値（ＯＣＬ）として設定され、それにより前記スイッチング素子のドライブ回路が各駆動回路１０、１１中のモータ２、３およびスイッチング素子８、９に直列に接続される電流センサー１２、１３からのフィードバック制御を行うことで、通電する最大電流値を制限し、即ちこれに比例する車両の最大出力を制限する構成となる。
【０００６】また、上述のようにスイッチング素子８、９は高精度の高周波制御を行うため、大電流を通電させるだけの容量の確保が困難であり、最大定格電流値の大きい構成のものほど大幅なコストアップが避けられない構成部品となっている。
【０００７】そのため従来においては、規定内荷重の積載状態下における平坦な場所での通常の作動・走行のみを行うことを想定して、それに相当する分だけの最大定格電流値を有するスイッチング素子８、９を使用することで、製作コストを最小限に抑える構成としていた。
【０００８】また、同回路図中において、各駆動モータ２、３およびスイッチング素子８、９と直列に接続された接続コンタクタ１４、１５は、それぞれ走行駆動回路１０（走行用モータ２の駆動回路）および荷役駆動回路１１（荷役ポンプ用モータ３の駆動回路）のマスタースイッチであり、実回路上は主にリレーコンタクタ（またはサイリスタ）の形態で構成される回路接続部品である。これらの接続コンタクタ１４、１５は、スイッチング素子８、９などの半導体部品や他の部品が故障して、それによる作動異常を運転者が察知した場合に手操作で主回路を遮断できるよう、緊急時の危険回避用として設けられたものである。
【０００９】また、上記荷役ポンプ用モータ３は、不図示のポンプを回転駆動させることで作動油制御回路中に油圧を付加し、フォーク荷台の昇降やマストティルトなどの荷役動作を行うための動力源として機能する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年では上記電動フォークリフト等の荷役車両のような実使用現場においては、荷重物を積載したままの登坂走行や他の車両の牽引等のような、従来以上のハイパワーを要する高い機動性能が要求されてきている。そのため、上記の電動フォークリフト車両の制御装置において、走行用モータに通常走行時よりも大きな電流を流すためにＯＣＬ（過電流制限値）をより大きく設定すると共に、より大きな最大定格電流値のスイッチング素子を用いることが提案されているが、この場合、その分の大幅なコストアップが避けられないといった問題があった。
【００１１】よって、本発明は上記問題点に鑑み、従来より通常走行に必要な定格容量のスイッチング素子を組み合わせて利用することにより極力追加変更する箇所を抑え、それにより、大幅なコストアップを招くことなく容量的にムダのないハイパワー走行モードを新たに備える電動フォークリフト車両の制御装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、主にＩＧＢＴをスイッチング素子として使用した場合を想定するが、これに限らずバイポーラトランジスタやサイリスタ等その他の半導体スイッチの使用も可能である。
【００１３】なお、半導体スイッチの種類で各電極の呼称が異なるため、便宜上、各電極の機能を考慮して”主電流入力用電極”、”主電流出力用電極”、”制御電極”という呼称を使用する。例えばＩＧＢＴの場合は、ドレイン電極が主電流入力用電極に、ソース電極が主電流出力用電極に、ゲート電極が制御用電極に、それぞれ相当する。
【００１４】そして本発明は、上記課題を解決するために以下のように構成する。まず、本発明は、走行駆動回路と荷役駆動回路とが１つの電源に対して並列に接続された構成にある電動フォークリフト制御装置に適用され、該走行駆動回路が走行用モータと走行用スイッチング素子とを直列に接続する構成にあり、該荷役駆動回路が荷役用モータと荷役用スイッチング素子とを直列に接続する構成にあり、該荷役駆動回路中の該荷役用スイッチング素子の接続を切り離し該走行駆動回路側の該走行用スイッチング素子と並列に接続する接続変更手段を備えるよう構成される。
【００１５】これにより、荷役動作を一般的に行うことのないハイパワー走行時において不使用状態となる荷役用スイッチング素子を、任意に走行用スイッチング素子と並列に接続可能な構成となり、このため、大容量で高コストのスイッチング素子を使用することなく、また従来の部品構成から大幅な追加変更を行うことなく、ハイパワー走行時に走行駆動回路中で必要となる電流量に対しての通電許容量の確保が可能となる。
【００１６】また、前記荷役駆動回路が電流通電順に前記荷役ポンプ用モータの次に前記荷役用スイッチング素子が直列に接続される構成にあって、前記接続変更手段が、該荷役用スイッチング素子の主電流入力用電極の接続を、該荷役用モータの負極側への接続と、前記走行用モータと前記走行用スイッチング素子との中間接続位置への接続との、任意の選択切り替えが可能なように構成する。これにより、上記部品構成の変更を最小限に抑えた簡便な構成となる。
【００１７】前記接続変更手段は、荷役用スイッチング素子のどの接続方向にも接続しない非接続状態にも切り替え設定可能な構成とする。これにより、接続変更手段を危険回避用のマスタースイッチと兼用に構成できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本発明の制御装置に使用される半導体スイッチング素子は、大きな電流が通電可能であって、上述のような数十ｋＨｚまでに及ぶ周波数でのスイッチングを可能とするものであり、様々なタイプの素子を採用可能である。本実施形態においてはＩＧＢＴを使用する構成とし、よって主電流入力用電極、主電流出力用電極、制御用電極に対応する各電極の名称がそれぞれドレイン、ソース、ゲートとなる。
【００１９】図１は、本発明の一実施の形態にある電動フォークリフト制御装置の制御回路２１の主要部回路図である。この図において、制御回路２１は、基本的には、１つの直流電源２２の正極からそれぞれ走行用ヒューズ２５と荷役用ヒューズ２６を介して形成された走行用電源正極ライン２７および荷役用電源正極ライン２８と、直流電源２２の負極から共通に設けられた電源負極ライン２９によって並列に接続された走行駆動回路２３および荷役駆動回路２４とで構成されている。
【００２０】一方の走行駆動回路２３において、車両の駆動輪を回転させるための走行用モータ２は直流直巻型であり、走行用電源正極ライン２７から走行用コンタクタ１４および走行用カレントセンサー１２を介して該走行用モータ２の正極側が接続され、また、走行用コンタクタ１４と走行用カレントセンサー１２の間には走行回生用ダイオード３０のカソードが接続され、アノードが電源負極ライン２９に接続されている。
【００２１】また、該走行用モータ内部の電機子６と界磁コイル４との間の電気的接続においては、走行用モータ２の回転方向を切り替えるためのコンタクタ機構３２、３３と、ターンオフ時の過渡過電圧による損傷を防ぐためのフリーホイールダイオード３４ａ、３４ｂとが接続されており、さらに、電機子６の負極側には回生用のトランジスター３５と抵抗３６が電源正極ライン２７から直列に接続されている。
【００２２】詳しくは、界磁コイル４の両端にそれぞれフリーホイールダイオード３４ａ、３４ｂのアノードが接続され、それぞれのカソードが電源正極ライン２７に接続されている。
【００２３】そしてさらに、界磁コイル４の両端にそれぞれ基点の接続された前進用コンタクタ３２および後進用コンタクタ３３は２点接触型であり、各接触点はそれぞれ電機子６の負極側と走行用スイッチング素子８とに接続されている。これら２つのコンタクタ３２、３３が互いに逆方向に接続される２通りの接続経路の使い分けにより、界磁コイル４の通電方向および発生する磁界方向の選択が可能となり、よって走行用モータ２の回転方向の切り替えが行われる。
【００２４】そして、上記２つの回転方向切り替えコンタクタ３２、３３の電機子６接続側と反対の各接触端子は、１つの走行用スイッチング素子８のドレインに接続され、ソース側が電源負極ライン２９に接続される。また、電流通電順に直列に接続されたアブソーバー用ダイオード３７ａ（順方向）およびアブソーバー用コンデンサ３８ａが走行用スイッチング素子８と並列に接続されており、またアブソーバー用ダイオード３７ａとアブソーバー用コンデンサ３８ａの間に電源正極ライン２７からのアブソーバー用抵抗３９ａが接続される。
【００２５】次に、他方の荷役駆動回路２４においては、荷役作動を行うための油圧制御回路中に油圧を付加させるための油圧ポンプ（不図示）の駆動源である荷役ポンプ用モータ３もまた直流直巻型であり、例えば従来例として図２に示した回路構成においては、この荷役ポンプ用モータ３の正極側と荷役用電源正極ライン２８との間に荷役用コンタクタ１５が接続されていたところ、図１に示す本実施形態においてはそのようなコンタクタ１５を介在させずに直接接続されている。
【００２６】そして、その内部において電機子７と界磁コイル５が直接接続された荷役用モータ３が荷役用カレントセンサー１３と直列に接続されており、フリーホイールダイオード３４ｃがこれら直列に接続された２つの部品と並列となるよう、そのカソードが荷役ポンプ用モータ３の正極側に、アノードがカレントセンサー１３の負極側に接続されている。
【００２７】また、電流通電順に直列に接続されたアブソーバー用ダイオード３７ｂ（順方向）およびアブソーバー用コンデンサ３８ｂが荷役用スイッチング素子９と並列に接続されており、またアブソーバー用ダイオード３７ｂとアブソーバー用コンデンサ３８ｂの間に電源正極ライン２８からのアブソーバー用抵抗３９ｂが接続されている。
【００２８】そして、本実施形態の最も特徴とする構成である、荷役用スイッチング素子９の接続を切り替えるためのコンタクタ機構４０として、荷役用スイッチング素子９のドレインに２点接触型の接続切り替えコンタクタ４０の基点４０ａが接続され、一方の接触端子４０ｂには荷役用カレントセンサー１３の負極側が接続され、他方の接触端子４０ｃには走行用スイッチング素子８のドレインがジャンパ線４１により接続されている。
【００２９】また、この接続切り替えコンタクタ４０は、実回路上はロータリー式スイッチ等の機構的な切り替えを行うスイッチ部品であり、荷役用スイッチング素子９のドレインに接続される基点端子４０ａが上記２つの接触端子４０ｂ、ｃのどちらにも接触しない基点端子位置４０ｄをさらに備えることで、従来のフォークリフト制御装置１の荷役駆動回路１１（図２参照）中における緊急時の危険回避用として設けられたマスタースイッチである接続コンタクタ１５を兼用する構成となる。
【００３０】さらに、本実施形態においては、両スイッチング素子８、９の各ゲートに制御信号を入力してデューティ比制御を行う走行・荷役ドライブ回路４２に、上記接続切り替えコンタクタ４０の切り替え選択によって、両スイッチング素子８、９が並列接続状態のハイパワー走行モードにあることを入力伝達可能なように、接続切り替えコンタクタ４０と同軸にあって連動切り替え可能な構成のロータリー式スイッチ部品であるドライブモード切り替えコンタクタ４０’が設けられている。
【００３１】そして、この接続切り替えコンタクタ４０および連動切り替えを行うドライブモード切り替えコンタクタ４０’は、実回路上は、上記の同軸にある２つのロータリー式以外でも、連動するスライド式やトグル式などの他の形態によっても構成可能である。
【００３２】以上のような構成からなる本実施形態のフォークリフト制御装置２１では、従来の油圧作動による荷役作動を同時に行える通常走行モードとは別に、高出力での走行を可能にするハイパワー走行モードが新たに設定され、このハイパワー走行モード選択時には荷役動作が行えないようになっている。これは、前述したようにハイパワー走行時には上り坂での登坂や、他車両の牽引などのような車両の走行が不安定な状態にあるため、危険を回避する意味で、あえてフォーク荷台の昇降やマストティルトなどの荷役動作を行えないようにするためである。
【００３３】そして、本発明は、このハイパワー走行モード時においては、荷役ポンプ用モータ３に電流が流れず、荷役用スイッチング素子９がオフ・ワーク状態にある点に注目して、荷役用スイッチング素子９の接続を荷役駆動回路２４から切り離し、このハイパワー走行時においてより大きい電流容量を必要とする走行用スイッチング素子８に並列に接続することで、走行駆動回路２３中において電流許容量（合計最大定格電流値）を大幅に増加させる構成としている。
【００３４】また、本実施形態において、その走行モードの切り替えを行う具体的な構成が上記の接続切り替えコンタクタ４０であり、荷役動作の可能な通常走行モードと、走行のみのハイパワー走行モードと、緊急時の荷役動作停止用のオフ・モードとの、運転者による任意の切り替え選択が可能となる。
【００３５】そして、接続切り替えコンタクタ４０の操作によるハイパワー走行モード選択時においては、ジャンパ線４１、電源負極ライン２９および接続切り替えコンタクタ４０の接続により、荷役用スイッチング素子９が走行用スイッチング素子８に並列に接続される構成となり、ドレイン側とソース側の両端子間に通電可能な最大電流許容量は単純に２つのスイッチング素子８、９のそれらを合計したものとなる。従って、走行駆動回路２３における最大定格電流値が大幅に増加し、これにより、走行用モータ２への供給可能電流の大幅な増加、ひいては高出力での走行（ハイパワー走行）が可能となる。
【００３６】また、この時点で両スイッチング素子８、９のデューティ比制御を行う走行・荷役ドライブ回路４２もまたドライブモード切り替えコンタクタ４０’によりハイパワー走行モードに設定され、運転室内に設置されたアクセルペダル４３の踏み込み量に応じて両スイッチング素子８、９ともに同じデューティ比かつ同じオン・オフタイミングでスイッチング制御され、以降においても特別な操作を必要とすることなくハイパワー走行が行えることになる。このようなハイパワー走行モードは、特に発進時、登坂時、牽引時等に有効であり、これらの時はいずれも大きなトルクを必要とするため、走行用モータ２には２つのスイッチング素子８、９を介して大電流を流すことができる。この場合、各スイッチング素子８、９には、走行用モータ２に流れる電流のほぼ半分の大きさの電流しか流れないことになる。
【００３７】このように荷役用スイッチング素子９の接続切り替えを行う構成とすることで、走行用スイッチング素子８にコストの高い大容量のものを単純に組み込むよりも、制御装置全体において容量的に無駄なく効率的に機能する構成となり、しかも低コストでの製造が可能となる。
【００３８】また、本実施形態では走行駆動回路２３および荷役駆動回路２４ともに電流通電順にモータ２、３の次にスイッチング素子８、９が接続される構成であるが、本発明においてはハイパワー走行時に荷役用スイッチング素子９の接続が荷役駆動回路２４から切り離されて走行用スイッチング素子８に並列に接続可能な構成であれば、各駆動回路おいてモータ２、３とスイッチング素子８、９の接続順を逆にする接続構成も可能である。
【００３９】しかし、上記の荷役用スイッチング素子９の接続を走行用スイッチング素子８に並列接続するために接続切り替えを行うコンタクタは、通常、荷役用スイッチング素子９の正極側、負極側（ドレイン、ソース）のそれぞれに１つずつ設置する必要があるところ、本実施形態の場合は２つのスイッチング素子８、９の負極側が電源負極ライン２９に直接共通して接続されているため、２つのスイッチング素子８、９を並列に接続するために必要とする接続切り替えコンタクタ４０は荷役用スイッチング素子９の正極側に一箇所設けるのみでよい。
【００４０】また、ハイパワー走行モードへの切り替えは、上記のように運転者が任意に手動で切り替え選択を行う以外にも、例えば、回路構成は若干複雑化するが、ハイパワー走行モードか通常走行モードかを走行用カレントセンサ１２の出力値やアクセルの踏み込み量等に基づいて検出する手段を設け、その検出結果に基づいて自動的にコンタクタ４０を切り替える構成とすることも可能である。
【００４１】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、荷役用スイッチング素子の接続切り替えを行う構成により、走行用スイッチング素子にコストの高い大容量のものを組み込むよりも、制御装置全体において容量的に無駄なく、必要に応じて適切に最大定格容量を増加させる構成となり、その結果、従来型と比較してもほとんどコストアップなく、ハイパワー走行モードを新たに備える電動フォークリフト制御装置を実現できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２１８
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機製作所
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| 【出願日】 |
平成１１年７月２９日（１９９９．７．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４０９９
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２１７２１０（Ｐ２０００−２１７２１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年８月４日（２０００．８．４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２１４５２１ |
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