荷役車両の制御装置

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【発明の名称】	荷役車両の制御装置
【発明者】	【氏名】岡田実
【要約】	【課題】電流に関係なく運転効率を向上できるようにする。【解決手段】ブリッジインバータ１を構成する各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６それぞれに、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタであるＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６を並列に接続して設け、ＭＯＳＦＥＴＦ１、Ｆ２の接続点Ｒ１を接続点Ｐ１に接続し、ＭＯＳＦＥＴＦ３、Ｆ４の接続点Ｒ２を接続点Ｐ２に、ＭＯＳＦＥＴＦ５、Ｆ６の接続点Ｒ３を接続点Ｐ３にそれぞれ接続すると共に、２個のＩＧＢＴＳ１、Ｓ２の直列回路及び２個のＭＯＳＦＥＴＦ１、Ｆ２により第１のアームＡ１を形成し、同様に２個のＩＧＢＴＳ３、Ｓ４の直列回路及び２個のＭＯＳＦＥＴＦ３、Ｆ４により第２のアームＡ２、２個のＩＧＢＴＳ５、Ｓ６の直列回路及び２個のＭＯＳＦＥＴＦ５、Ｆ６により第３のアームＡ３を形成する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】制御部により複数のスイッチング素子から成るブリッジインバータを制御し、バッテリの直流出力を交流に変換して走行用モータを駆動する荷役車両の制御装置において、前記各スイッチング素子が、電力用バイポーラトランジスタから成り、抵抗特性を有し前記制御部により制御されるユニポーラトランジスタが、前記各バイポーラトランジスタそれぞれに並列に接続されていることを特徴とする荷役車両の制御装置。
【請求項２】前記バイポーラトランジスタが、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の荷役車両の制御装置。
【請求項３】前記モータを流れるモータ電流を検出する電流検出手段、及び前記モータの温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御部は、前記電流検出手段による前記モータ電流が、そのときの前記温度検出手段によるモータ温度に応じた基準値以下のときに前記各ユニポーラトランジスタをスイッチング制御し、前記モータ電流が前記基準値を越えるとき前記各バイポーラトランジスタをスイッチング制御することを特徴とする請求項１または２に記載の荷役車両の制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、制御部により複数のスイッチング素子から成るブリッジインバータを制御し、バッテリの直流出力を交流に変換して走行用モータを駆動する荷役車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、バッテリフォークリフトにおいて、走行用モータを駆動制御する制御装置は、例えば図３に示すように構成されている。即ち、スイッチング素子である６個の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、これをＩＧＢＴと称する）により３相ブリッジインバータ１が構成され、マイクロコンピュータから成る制御部（図示せず）から出力される制御信号により、ブリッジインバータ１の各ＩＧＢＴがスイッチング制御され、３相直流モータから成る走行用モータ２の各巻線とバッテリ３との間の通電路が各ＩＧＢＴにより開閉制御されてモータ２が駆動される。
【０００３】このブリッジインバータ１では、図３に示すように、２個のＩＧＢＴＳ１、Ｓ２の直列回路により第１のアームＡ１が形成され、これと同様に２個のＩＧＢＴＳ３、Ｓ４の直列回路、及び２個のＩＧＢＴＳ５、Ｓ６の直列回路により、それぞれ第２、第３のアームＡ２、Ａ３が形成されている。
【０００４】そして、ブリッジインバータ１の各アームＡ１～Ａ３それぞれにおける両ＩＧＢＴの接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に、モータ２の３相巻線がそれぞれ接続され、ブリッジインバータ１の接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の上側にある各ＩＧＢＴＳ１、Ｓ３、Ｓ５の一端がバッテリ３の正端子に接続され、ブリッジインバータ１の接続点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の下側にある各ＩＧＢＴＳ２、Ｓ４、Ｓ６の他端がバッテリ３の負端子に接続されている。
【０００５】このような構成において、図外の制御部からの１２０゜ずつ位相のずれた制御信号により、上側の各ＩＧＢＴＳ１、Ｓ３、Ｓ５が１２０゜ずつずれてオンし、これと同様に制御部からの１２０゜ずつ位相のずれた制御信号により、下側の各ＩＧＢＴＳ２、Ｓ４、Ｓ６が１２０゜ずつずれてオンする。
【０００６】このとき、制御部により、上側の各ＩＧＢＴＳ１、Ｓ３、Ｓ５のうちオンしているＩＧＢＴのアームとは異なるアームの下側のＩＧＢＴがオンするように制御信号が出力され、かつオンすべき上側のＩＧＢＴと下側のＩＧＢＴとの組み合わせが切り換えられるようになっている。こうして、モータ２の各巻線への電流の通流方向が切換えられ、固定子の磁極が一方向に回転して回転子の回転力が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＩＧＢＴは一般に１素子あたり約１．５Ｖの損失があり、電流の大きさに比例せずにほぼ一定の値となるため、ブリッジインバータ１の損失は約３Ｖとなり、特に電流の大きい起動時等には、損失の割合は低くなって比較的有利である半面、最高速度での走行時や軽負荷時には損失の割合が大きくなって不利になるという問題があった。
【０００８】そこで、本発明は、電流に関係なく運転効率を向上できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成するために、本発明は、制御部により複数のスイッチング素子から成るブリッジインバータを制御し、バッテリの直流出力を交流に変換して走行用モータを駆動する荷役車両の制御装置において、前記各スイッチング素子が、電力用バイポーラトランジスタから成り、抵抗特性を有し前記制御部により制御されるユニポーラトランジスタが、前記各バイポーラトランジスタそれぞれに並列に接続されていることを特徴としている。ここで、前記バイポーラトランジスタが、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであるのが好ましい。
【００１０】このような構成によれば、ブリッジインバータを構成する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等の電力用バイポーラトランジスタに、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタを並列に接続して設けたため、電流の大きい重負荷時にはユニポーラトランジスタにはほとんど電流が流れずに電力用バイポーラトランジスタを電流が流れ、電力用バイポーラトランジスタを介してモータに電流が通流される。一方、電流の小さい軽負荷時には、電流の流れ易いユニポーラトランジスタを電流が流れ、ユニポーラトランジスタを介してモータに電流が通流される。
【００１１】従って、特に最高速度での走行時や軽負荷時において、ユニポーラトランジスタの動作によって損失の割合を小さくすることができ、従来のように、電力用バイポーラトランジスタの動作による損失の割合の増大が生じることもなく、電流に関係なく運転効率の向上を図ることができる。
【００１２】ここで、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタとして、例えばＭＯＳＦＥＴを用いることが望ましい。
【００１３】また、本発明は、前記モータを流れるモータ電流を検出する電流検出手段、及び前記モータの温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御部は、前記電流検出手段による前記モータ電流が、そのときの前記温度検出手段によるモータ温度に応じた基準値以下のときに前記各ユニポーラトランジスタをスイッチング制御し、前記モータ電流が前記基準値を越えるとき前記各バイポーラトランジスタをスイッチング制御することを特徴としている。
【００１４】このような構成によれば、モータ電流が基準値を超えるかどうかにより、電力用バイポーラトランジスタまたはユニポーラトランジスタのどちらかを制御部によって切換制御するため、制御部により、電力用バイポーラトランジスタ及びユニポーラトランジスタの双方に常時制御信号を出力し続ける場合に比べて、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】この発明を荷役車両であるバッテリフォークリフトに適用した場合の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。但し、図１は結線図、図２は動作説明図である。
【００１６】図１において、図３と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、図１と相違するのは以下の点である。即ち、図１に示すように、ブリッジインバータ１を構成する各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６それぞれに、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタであるＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６を並列に接続して設け、ＭＯＳＦＥＴＦ１、Ｆ２の接続点Ｒ１を接続点Ｐ１（モータ２のひとつの巻線）に接続し、ＭＯＳＦＥＴＦ３、Ｆ４の接続点Ｒ２を接続点Ｐ２（モータ２のもうひとつの巻線）に、ＭＯＳＦＥＴＦ５、Ｆ６の接続点Ｒ３を接続点Ｐ３（モータ２の残りの巻線）にそれぞれ接続すると共に、２個のＩＧＢＴＳ１、Ｓ２の直列回路及び２個のＭＯＳＦＥＴＦ１、Ｆ２により第１のアームＡ１を形成し、同様に２個のＩＧＢＴＳ３、Ｓ４の直列回路及び２個のＭＯＳＦＥＴＦ３、Ｆ４により第２のアームＡ２、２個のＩＧＢＴＳ５、Ｓ６の直列回路及び２個のＭＯＳＦＥＴＦ５、Ｆ６により第３のアームＡ３を形成していることである。
【００１７】ここで、ＭＯＳＦＥＴの内部抵抗をＲｓとすると、ＭＯＳＦＥＴの電流－電圧特性は、例えば図２中の実線に示すようになり、同図中の１点鎖線に示すようにＩＧＢＴでは電流に関係なく電圧が一定になるのに対して、ＭＯＳＦＥＴでは電流と電圧が比例関係つまり抵抗特性を有することから、各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６を流れる電流と各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６を流れる電流とがバランスするある電流値（例えば、図２中のＩｔ）を境にして、主としてＭＯＳＦＥＴを介してモータ２に電流が流れる領域（ＭＯＳＦＥＴの動作領域）と、主としてＩＧＢＴを介してモータ２に電流が流れる領域（ＩＧＢＴの動作領域）とが切り換わる。
【００１８】そのため、図示しないマイクロコンピュータから成る制御部から各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６及び各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６に常時制御信号を出力しておいても、モータ２を流れる電流値が変動すれば、各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６、或いは各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６のどちらを介してモータ２に電流が流れるか自動的に切り換わるのである。尚、制御部から各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６への制御信号の相切換のタイミングは、上記した各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６への制御信号と同様である。
【００１９】このとき、ＭＯＳＦＥＴの動作領域とＩＧＢＴの動作領域とが切り換わる電流値は、ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６及びＩＧＢＴＳ１～Ｓ６の温度によって変動する。
【００２０】このように、電流の大きい重負荷時には各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６にはほとんど電流が流れずに各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６を電流が流れ、各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６を介してモータ２に電流が通流される。一方、電流の小さい軽負荷時には、電流の流れ易い各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６を電流が流れ、各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６を介してモータ２に電流が通流される。
【００２１】従って、上記した実施形態によれば、ブリッジインバータ１を構成する各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６それぞれに、抵抗特性を有するＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６を並列に接続して設けたことにより、最高速度での走行時や軽負荷時に、各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６ではなく各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６を介してモータ２に電流を通流することができるため、各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６を介してモータ２に電流を通流する場合に比べて損失の割合を小さくすることができる。
【００２２】一方、電流の大きい重負荷時には各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６にはほとんど電流が流れずに各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６を介してモータ２に電流が流れるため、損失の割合は低くなる。その結果、モータ電流に関係なく運転効率の向上を図ることができる。
【００２３】なお、本発明の他の実施形態として、モータ２を流れるモータ電流を検出するシャント抵抗等の電流検出手段、及びモータ２の温度を検出するサーミスタ等の温度検出手段を設け、制御部により、電流検出手段によるモータ電流が、そのときの温度検出手段によるモータ温度に応じた基準値（例えば、図２中の電流Ｉｔ）以下のときに各ＭＯＳＦＥＴＦ１～Ｆ６をスイッチング制御し、モータ電流が基準値を越えるとき各ＩＧＢＴＳ１～Ｓ６をスイッチング制御するようにしても構わない。
【００２４】こうすると、ＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴの双方に常時制御信号を出力し続ける場合に比べて、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００２５】ところで、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタは上記したＭＯＳＦＥＴのみに限定されるものではなく、その他にも静電容量トランジスタ（ＳＩＴ）など抵抗特性の素子であれば良い。また、ブリッジインバータを構成する電力用バイポーラトランジスタも、上記したＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）に限定されるものでないのは勿論である。
【００２６】更に、上記した実施形態では、本発明をバッテリフォークリフトに適用した場合について説明したが、本発明はバッテリフォークリフトに限らずその他のバッテリを動力源とする荷役車両にも適用することができて、上記した実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００２７】また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【００２８】
【発明の効果】以上のように、請求項１、２に記載の発明によれば、荷役車両が特に最高速度で走行する場合や軽負荷で運転する場合において、ユニポーラトランジスタの動作によって損失の割合を小さくすることができるため、従来のように、電力用バイポーラトランジスタの動作による損失の割合の増大が生じることもなく、電流に関係なく運転効率の向上を図ることが可能になり、損失の少ない高運転効率を有する荷役車両を提供することができる。
【００２９】また、請求項３に記載の発明によれば、モータ電流が基準値を超えるかどうかにより、電力用バイポーラトランジスタまたはユニポーラトランジスタのどちらかを制御部によって切換制御するため、制御部により、電力用バイポーラトランジスタ及びユニポーラトランジスタの双方に常時制御信号を出力し続ける場合に比べて、無駄な電力消費を抑制することが可能になる。

【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１２年８月２４日（２０００．８．２４）
【代理人】
【公開番号】	特開２００２－７８１０４（Ｐ２００２－７８１０４Ａ）
【公開日】	平成１４年３月１５日（２００２．３．１５）
【出願番号】	特願２０００－２５４６８８（Ｐ２０００－２５４６８８）