| 【発明の名称】 |
バッテリ駆動の車両 |
| 【発明者】 |
【氏名】桑山 純一
|
| 【要約】 |
【課題】低電圧のバッテリと複数の交流モータを用いて高出力が得られるようにすることである。
【解決手段】直流／交流変換回路３２，３３は、交流モータ１１に内蔵されるセンサで検出される回転数と運転者から指示された目標速度とに基づいて生成される制御信号により出力が制御される。交流モータ１１，１２は、それぞれ直流／交流変換回路３２，３３から出力される電流により駆動され、２個の交流モータ１１，１２の駆動力は駆動力伝達部材１７で合成されて車輪２４に伝達される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】低電圧のバッテリと、前記バッテリの出力電圧を交流電圧に変換する直交変換回路と、前記バッテリに対して並列に接続され、前記直交変換回路から電圧が供給される複数の交流モータと、前記複数の交流モータの出力軸と係合し、前記複数の交流モータから得られる駆動力を車輪に伝達する駆動力伝達部材とからなることを特徴とするバッテリ駆動の車両。
【請求項２】前記直交変換回路は、前記複数の交流モータに対応して複数設けられ、前記複数の交流モータの中の少なくとも１つの交流モータの回転数を検出する検出手段と、前記検出手段により検出される回転数に基づいて前記検出手段を有する前記交流モータ及び他の交流モータの回転数を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載のバッテリ駆動の車両。
【請求項３】前記駆動力伝達部材は、第１の交流モータの出力軸と係合する第１の歯車と、第２の交流モータの出力軸と係合する第２の歯車と、前記第１及び第２の歯車と連結される第３の歯車とを有し、前記第１及び第２の交流モータの駆動力を合成して前記車輪に伝達することを特徴とする請求項１または２記載のバッテリ駆動の車両。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車、フォークリフト等のバッテリにより駆動される車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】バッテリを電源としてモータにより走行する車両、例えば、フォークリフトでは、重量の重い荷物をより高速で運搬できるように高出力化が望まれている。フォークリフトの高出力化の方法は、駆動モータの出力を大きくすることである。しかしながら、モータの出力を大きくするためにはモータの径を大きくするか、モータの軸方向の長さを長くする必要があり、モータを収容する装置の外形が大きくなるという問題点があった。また、高出力用のモータを新たに開発すると、モータのコストが高くなるという問題点もある。
【０００３】このような問題点を解決するために、例えば、実願平５−４２９０４号に係る考案（実開平７−１１８０７号）では、バッテリに対して直流モータを２個直列に接続し、２個の直流モータの出力軸に出力合成機構を連結し、さらに出力合成機構を車軸に係合させている。これによりモータの２倍の出力を得るようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モータをバッテリに直列に接続する方法は直流モータにのみ適用できる方法であり交流モータには適用することができない。また、モータを２個直列に接続するためには、バッテリの出力電圧もそれに合わせて高くする必要がある。
【０００５】例えば、３トン以下の重量の荷物の運搬に用いられるフォークリフトでは、バッテリの出力電圧は３６Ｖや４８Ｖ程度の低電圧のものが一般的であり、直流モータもバッテリの出力電圧に対応して駆動電圧が３６Ｖ、あるいは４８Ｖのモータが用いられている。
【０００６】直流モータを２個直列に接続して４トン以上の荷物を運搬する高負荷のフォークリフトを実現する場合には、バッテリの出力電圧は直流モータの駆動電圧の２倍の電圧が必要となるので、その出力電圧は７２Ｖまたは９６Ｖ必要となる。そのような高い出力電圧のバッテリと電源回路が他の装置で広く使用されている場合には、それらを利用することができるが、３トン以下の負荷に用いられるフォークリフトに使用されるバッテリは５０Ｖ以下の低電圧のものが多い。
【０００７】従って、直流モータを直列に接続して高出力を得る方法は、高電圧のバッテリを使用し、高電圧用の専用の電源回路を設計する必要があり、開発時間がかかり、部品コストも高くなるという問題点がある。交流モータの場合について考えてみると、出力電圧が７２Ｖまたは９６Ｖの高電圧のバッテリと、３６Ｖ用または４８Ｖ用の交流モータを２個使用することも考えられるが、そのためには変圧器によりバッテリの出力電圧を降圧する必要があり、その分部品コストが上昇することになる。
【０００８】また、高電圧のバッテリを使用する場合でも、フォークリフトの補機、ランプ等のモータ以外の部品は最大定格電圧が４８Ｖ以下のものが多いので、高電圧のバッテリを使用する場合、モータ以外の部品をバッテリの４８Ｖの端子に接続する必要があり、バッテリが片減りするという問題が生じる。
【０００９】さらに、既存の低電圧のバッテリを搭載したフォークリフトの代替を目指す場合には、充電設備の変更等が生じないようにバッテリの出力電圧を既存の機種と合わせる必要があり、従来と異なる高出力電圧のバッテリを使用することは難しい。
【００１０】本発明の課題は、低電圧のバッテリと交流モータを用いて高出力が得られるようにすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、低電圧のバッテリと、バッテリの出力電圧を交流電圧に変換する直交変換回路と、バッテリに対して並列に接続され、直交変換回路から電圧が供給される複数の交流モータと、複数の交流モータの出力軸と係合し、複数の交流モータから得られる駆動力を車輪に伝達する駆動力伝達部材とからなる。
【００１２】この発明によれば、低電圧のバッテリと低出力の複数の交流モータを使用して低コストで高出力の車両を提供できる。さらに、複数の交流モータの中の少なくとも１つの交流モータの回転数を検出する検出手段と、検出手段により検出される回転数に基づいて検出手段を有する交流モータ及び他の交流モータの回転数を制御する制御手段とを有するように構成しても良い。
【００１３】このように構成することで、少なくとも１つの交流モータの回転数に基づいて複数の交流モータの回転数を制御することができるので、複数の交流モータの回転数の制御が簡単になる。例えば、１つの交流モータの回転数と運転者から指示された目標速度とに基づいて直交変換回路の出力電流を制御する制御信号を制御手段が生成し、検出手段を有する交流モータに接続される直交変換回路と、他の交流モータに接続される直交変換回路を同じ制御信号により制御して交流モータの回転数を制御することができる。
【００１４】これにより、複数の交流モータの回転数の制御が同じ制御信号により行えるので交流モータの回転数の制御が簡単になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態のフォークリフトの交流モータ１１，１２と交流モータ１１，１２の回転を車軸に伝える駆動力伝達部１７とを示す図である。
【００１６】２個の３相交流モータ１１，１２のモータ軸１３，１４に歯車１５，１６が取り付けられている。駆動力伝達部１７は、モータ軸１３，１４に固定された歯車１５，１６と係合する上下（図１の上下方向）の２個の歯車１８，１９と、車軸２０の中央部に取り付けられるかさ歯車２１と係合するかさ歯車２２とを有する。この駆動力伝達部材１７は、両端部の歯車１５，１６とかさ歯車２２が軸により連結され、その軸がベアリングにより支持されている。そして、ベアリングの外周部がフォークリフトのフレームに取り付けられている。この駆動力伝達部１７は、２個の交流モータ１１，１２の駆動力を合成して車軸２０に伝達する機能をはたす。
【００１７】車軸２０の中央部には、かさ歯車２１が固定され、車軸２０の両端にはタイヤが取り付けられた車輪２４が固定されている。交流モータ１１，１２の回転は、歯車１５，１６によりそれぞれ駆動力伝達部材１７の歯車１８，１９に伝えられ、歯車１８，１９が回転することにより、かさ歯車２２が回転する。かさ歯車２２の回転は車軸２０に取り付けられたかさ歯車２１に伝達され、それにより車輪２４が回転する。
【００１８】駆動力伝達部１７、車軸２０及び車軸２０に取り付けられたかさ歯車２１はケース２３で覆われている。次に、交流モータ１１，１２に駆動電圧を供給する電源回路を図２を参照して説明する。
【００１９】バッテリ３１は、出力電圧が４８Ｖの低電圧のバッテリであり、その出力端子には直流／交流変換回路（直交変換回路）３２，３３が並列に接続されている。直流／交流変換回路３２，３３は、例えば、複数のＭＯＳＦＥＴで構成され、それらのＭＯＳＦＥＴをオン、オフすることで３相交流電圧に変換する。
【００２０】直流／交流変換回路３２の出力端子には交流モータ１１の電源端子が接続され、直流／交流変換回路３３の出力端子には交流モータ１２の電源端子が接続されている。すなわち、交流モータ１１，１２はバッテリ３１に対して並列に接続されている。交流モータ１１，１２はバッテリ３１の出力電圧に対応した低電圧用の交流モータである。
【００２１】次に、図３は、直流／交流変換回路３２，３３の一例を示す図である。直流／交流変換回路３２，３３は、それぞれ６個のＭＯＳＦＥＴ４１〜４６と、それぞれのＭＯＳＦＥＴ４１〜４６に並列に接続されたダイオード４７〜５２とからなる。ＭＯＳＦＥＴ４１とＭＯＳＦＥＴ４２とが直列に接続され、その接続点Ａが交流モータ１１の電源端子の１つに接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ４３とＭＯＳＦＥＴ４４とが直列に接続され、その接続点Ｂが交流モータ１１の２番目の電源端子に接続されている。さらに、ＭＯＳＦＥＴ４５とＭＯＳＦＥＴ４６が直列に接続され、その接続点Ｃが交流モータ１１の３番目の電源端子に接続されている。
【００２２】ＭＯＳＦＥＴ４１〜４６のゲート端子４１Ｇ〜４６Ｇは制御部５３に接続され、制御部５３によりＭＯＳＦＥＴ４１〜４６がオンまたはオフに制御される。交流モータ１１の内部には回転子の回転数を検出するためのセンサが設けられており、そのセンサの検出信号ｄは制御部５３に出力される。交流モータ１１内部の回転数検出用のセンサとしては、光学式のエンコーダ、磁気センサを使用した回転数計等の公知のセンサを用いることができる。
【００２３】制御部５３は、モータ１１の回転数検出用センサにより検出される検出信号ｄからフォークリフトの速度を算出する。同時に、アクセルの踏み込み量等から運転者から指示された目標速度を検出し、指示された速度となるように、直流／交流変換回路３２，３３の出力電流を制御する。この実施の形態では、２個の交流モータ１１，１２を使用しているが、回転数を検出するセンサは一方の交流モータ１１にのみ設け、そのセンサにより検出される回転数に基づいて２つの直流／交流変換回路３２，３３の出力電流を制御している。
【００２４】２個の交流モータ１１，１２の出力特性が異なるとき、それらの交流モータ１１，１２に同じ電流を供給すると、それぞれの交流モータ１１，１２の回転数は異なることになる。しかしながら、２個の交流モータ１１，１２は駆動力伝達部材１７により連結されているので、２個の交流モータの回転数が異なる場合でも、出力の小さい方の交流モータが出力の大きい方の交流モータの負荷となり、最終的には回転が安定する。
【００２５】従って、一方の交流モータの回転数を検出し、検出した回転数に応じて２つの直流／交流変換回路１１，１２の出力電流を制御することで、２個の交流モータ１１，１２の回転数を適正に制御することができる。上述した実施の形態によれば、低負荷用フォークリフトに使用されている低電圧のバッテリと低電圧用の交流モータを用いて高負荷用フォークリフトを実現できるので、部品コストを抑えることができる。また、既存の交流モータを使用でき、新たな交流モータを設計する必要がないので、製品の開発期間をその分短縮することができる。
【００２６】また、２個の交流モータの一方にのみ回転数を検出するセンサを設け、１つのセンサで検出される回転数に基づいて２つの直流／交流変換回路３２，３３の出力を制御する制御信号を生成しているので、直流／交流変換回路が複数ある場合でも、それらの制御が簡単になる。また、回転数を検出するセンサを１つの交流モータにのみ設ければよいので、部品コストも抑えることができる。
【００２７】駆動力伝達部材１７は、実施の形態に述べた平歯車１８，１９とかさ歯車２２とからなる構造のものに限らず、他の公知の駆動力伝達機構を利用することができる。例えば、歯車の構成を多段にしても良いし、歯付きベルト等により回転力を伝達するようにしても良い。
【００２８】なお、上述した実施の形態では、２個の交流モータの一方の回転数に基づいて両方の交流モータの回転数を制御したが、それぞれの交流モータにセンサを設け、それぞれ独立に、あるいは複数のセンサの検出結果に基づいてモータを制御するようにしても良い。また、回転数以外に角速度等を検出しても良い。
【００２９】上述した実施の形態は、本発明をフォークリフトに適用した場合であるが、フォークリフトに限らず、バッテリを電源としてモータを駆動する装置、あるいは車両であればどのようなものにも適用できる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、低電圧のバッテリと複数の交流モータを用いることで、低コストで高出力の車両を提供できる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３２１８
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
|
| 【出願日】 |
平成１２年５月１６日（２０００．５．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４０９９
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−３２７００４（Ｐ２００１−３２７００４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１１月２２日（２００１．１１．２２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１４３８８９（Ｐ２０００−１４３８８９） |
|