(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリフォークリフトの電動機を駆動制御する装置において、
上記バッテリフォークリフトが押込み動作中であるか否かを判別する押込み動作判別手段と、
この押込み動作判別手段によって押込み動作中であると判別された場合に、上記電動機を駆動制御する駆動制御信号の基準となる基準クロック周波数を低下させる調整手段とを有し、
上記押込み動作判別手段は、上記電動機の回転数が所定回転数以下であり且つアクセル開度が所定値以上である場合に、押込み動作中であると判別することを特徴とする電動機の駆動制御装置。
【請求項２】
上記駆動制御信号は、上記電動機に電力を供給するパワースイッチング素子のスイッチング制御を行うものであり、上記調整手段によって基準クロック周波数を低下させることで、押込み動作時のパワースイッチング素子のスイッチング損失が低減されることを特徴とする請求項１記載の電動機の駆動制御装置。
【請求項３】
上記調整手段は、上記基準クロック周波数を低下させる為に、高周波の基準クロックから低周波の基準クロックへ切り替えることを特徴とする請求項１又は２記載の電動機の駆動制御装置。
【請求項４】
バッテリフォークリフトの電動機を駆動制御する方法において、
上記電動機の回転数が所定回転数以下であり且つアクセル開度が所定値以上である場合に、押込み動作中であると判別し、
押込み動作中であると判別した場合に、上記電動機を駆動制御する駆動制御信号の基準となる基準クロック周波数を低下させることを特徴とする電動機の駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリフォークリフト等の電動機械の電動機を駆動制御する駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォークリフトは、一般にフォークに荷を乗せて運搬するものであるが、その他に押込み動作という特有の動作を行わせる場合がある。
【０００３】
この押込み動作は、例えば、フォークリフトによって荷（木箱等）をトラックの荷台等に乗せた後、この荷を荷台の奥に押込む動作である。これは、例えば、フォークリフトのフォーク部の先を荷に対して水平方向に当てて、この状態でフォークリフトを前進させることで、荷を水平方向にズラしていくものである。
【０００４】
このとき、（荷の形状、材質、重さにもよるが）、荷の下面と荷台（その他、地面等）との摩擦力等によって、フォークに荷を乗せて運ぶ場合に比べて、大きな前進駆動力を必要とする。
【０００５】
更に、状況によっては、先に荷台の途中まで押込んであった荷を、次の荷を押込むことに伴って、一緒に更に奥に押込むような荷積の仕方もあり、このような複数の荷を一緒に押込む場合、駆動装置に非常に大きな出力が要求される。
【０００６】
ここで、フォークリフトの走行用駆動装置として電動モータを用いるバッテリフォークリフトが存在する。
このバッテリフォークリフトは、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ；パルス幅変調）回路からの駆動制御信号に応じて、電動機へ供給する電流（平均電流）を変化させることで、モータ出力を制御するものである。
【０００７】
このようなバッテリフォークリフトによって上記押込み動作を行う場合には、回転数が非常に小さなものとなる。一方、大きな駆動力が必要であるので、電動機へ供給する電流は大きなものとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、従来のバッテリフォークリフトでは、押込み動作中は、駆動制御装置（ＰＷＭ回路を有する）からの駆動制御信号に応じて駆動装置が電動機に供給する電流値は、最大定格（最大定格近く）になっているが、電動機の回転数は非常に小さいもの（例えばある機種においては数百  ｒｐｍ）となっている。
【０００９】
一方、駆動装置中のスイッチング素子（パワー素子）をスイッチング制御する駆動制御信号は、例えば１０  ｋＨｚのクロック信号に基づいて生成される為、パワー素子のスイッチング損失が大きくなり、駆動装置の温度上昇が非常に大きなものになるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、例えばバッテリフォークリフトのように電動機によって駆動動作する電動機械が、例えば押込み動作のように電動機に大きな負荷が掛かる過負荷動作を行う場合でも、駆動装置の温度上昇を抑えるようにするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動機の駆動制御装置は、バッテリフォークリフトの電動機を駆動制御する装置において、上記バッテリフォークリフトが押込み動作中であるか否かを判別する押込み動作判別手段と、この押込み動作判別手段によって押込み動作中であると判別された場合に、上記電動機を駆動制御する駆動制御信号の基準となる基準クロック周波数を低下させる調整手段とを有し、上記押込み動作判別手段は、上記電動機の回転数が所定回転数以下であり且つアクセル開度が所定値以上である場合に、押込み動作中であると判別する。
【００１２】
上記駆動制御信号は、バッテリフォークリフトの電動機に電力を供給するパワースイッチング素子のスイッチング制御を行うものであり、上記押込み動作判別手段によって押込み動作中であると判別された場合に、上記調整手段によって駆動制御信号の基準となる基準クロック周波数を低下させることで、押込み動作中のパワースイッチング素子のスイッチング損失が低減される。押込み動作は、バッテリフォークリフト特有の動作であり、上記押込み動作判別手段は、上記電動機の回転数が所定回転数以下であり且つアクセル開度が所定値以上である場合に、押込み動作中であると判別する。
【００１３】
これによって、バッテリフォークリフトが押込み動作中である場合でも、パワースイッチング素子のスイッチング損失による温度上昇を抑えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
尚、以下の一実施形態の説明では、電動機で動作する電動機械の（主に外的要因による）過負荷状態の一例として、バッテリフォークリフトの押込み動作について説明するが、これに限るものではない。例えば、バッテリフォークリフトが急斜面を登坂中の場合であっても良い。あるいは、走行用の電動機に限るものではなく、例えばフォークを上下動させる荷役用の電動機であってもよい。また、バッテリフォークリフトに限るものではなく、電動機で動作する他の工作機械等であっても良く、本一実施形態の押込み動作のように電動機の駆動装置を異常に過熱させる状況が起こるもの全てに適用可能である。
【００１５】
図１は、本実施形態によるバッテリフォークリフトの走行用駆動システムの構成を示すブロック図である。
同図において、バッテリー１は走行用電動モータの動力源となる直流電源であり、例えば電気自動車用の大型・大容量の蓄電池である。
【００１６】
電力変換器２（駆動装置）は、例えば複数のパワースイッチング素子（例えばＭＯＳ  ＦＥＴ）より構成され、後述するドライバ５から増幅出力される駆動制御信号（ＰＷＭ波）のスイッチング制御に応じて、上記バッテリー１の電力を電動機３に供給する。
【００１７】
すなわち、電力変換器２は、例えば電流形ＰＷＭインバータ（直流電力を交流電力に変換するもの）である。
電動機３は、電力変換器２によって駆動されるバッテリフォークリフトの走行用電動モータであり、例えば３相交流電動機である。
【００１８】
回転センサ４は、電動機３のモータ回転数を検出するセンサ部であり、この回転数を示す信号を駆動制御回路６に出力する。
ドライバ５は、駆動制御回路６から出力される駆動制御信号を、電力変換器２を駆動制御できるレベルに変換して出力するものである。
【００１９】
駆動制御回路６は、回転センサ４、電流センサ７、アクセルポテンショ８ａ、及び前後進切替ＳＷ（スイッチ）９ａからの各出力信号に基づいて、上記駆動制御信号を生成して出力する。
【００２０】
駆動制御回路６の詳細な構成については、後に図２を参照して説明する。
電流センサ７は、電動機３を駆動するモータ電流ｉを検出して、このモータ電流値を駆動制御回路６に出力するセンサ部である。
【００２１】
アクセルポテンショ８ａは、アクセルペダル８の操作状態を検出して、この操作状態を示す信号（アクセル開度）を駆動制御回路６に出力する。アクセルポテンショ８ａは例えば可変抵抗器を用いるポテンショメータであり、アクセルペダル８の踏角に応じて変化する抵抗値に応じた電圧値を上記アクセル開度として出力するものである。
【００２２】
前後進切替ＳＷ（スイッチ）９ａは、前後進レバー９が操作されることによって切り替わるスイッチであり、例えば前進操作の場合はＯＮ、後進操作の場合はＯＦＦして、このＯＮ／ＯＦＦ信号が駆動制御回路６に入力する。そして、このＯＮ／ＯＦＦ信号に応じて、電動機３の正転／逆転制御が行われる。
【００２３】
図２は、駆動制御回路６の構成ブロック図である。
同図において、電流指令値決定回路１１は、上記回転センサ４からのモータ回転数、アクセルポテンショ８ａからのアクセル開度、及び前後進切替ＳＷ（スイッチ）９ａからのＯＮ／ＯＦＦ信号を入力して、これらの各入力信号値に基づいて電流指令値ｉ＊  を求め、この電流指令値ｉ＊  を差分回路１２に出力する。電流指令値ｉ＊  は、アクセルペダルの操作等による要求に応じたモータ電流ｉの目標値である。
【００２４】
差分回路１２は、電流指令値決定回路１１から出力される電流指令値ｉ＊  と上記電流センサ７で検出される実際のモータ電流ｉとの差分をとって、この差分電流値ΔｉをＰＩ回路１３に出力する。
【００２５】
ＰＩ回路１３は、一般的な電流−電圧変換回路であり、差分回路１２から出力される差分電流値Δｉの値に応じた指令電圧ｖ＊  をコンパレータ１９に出力する。
【００２６】
電流指令値決定回路１１、差分回路１２、及びＰＩ回路１３より成る構成は、従来より用いられている構成であるので、ここでは詳細な説明は行わないが、例えば、アクセル開度が大きくなる（アクセルが、より踏込まれる）と、電流指令値決定回路１１から出力される電流指令値ｉ＊  が大きくなる。これによって、差分電流値Δｉが大きくなり、ＰＩ回路１３から出力される指令電圧ｖ＊  は高くなる。よって、後述するコンパレータ１９から出力される駆動制御信号のパルス幅（ＯＮ時間）が長くなり、平均モータ電流値が増加する。すなわち、電動機３の出力が大きくなる。
【００２７】
基準クロックＡ１４は、高周波のクロック信号を供給するものであり、例えば１０ＫＨＺ  のクロックを発生する。
基準クロックＢ１５は、低周波のクロック信号を供給するものであり、例えば２．５ＫＨＺ  のクロックを発生する。
【００２８】
調整手段としてのスイッチ１６は、基準クロックＡ１４、基準クロックＢ１５から出力されるクロック信号のいずれか一方を三角波キャリア発生回路１８に供給させる。スイッチ１６の切換えは、押込み動作判別回路１７からの出力に応じて行われる。例えば、押込み動作判別回路１７からの出力が“Ｈ”である場合は基準クロックＢ１５に切換え、“Ｌ”である場合は基準クロックＡ１４に切換える。
【００２９】
押込み動作判別回路１７は、上記回転センサ４からのモータ回転数、及びアクセルポテンショ８ａからのアクセル開度を入力して、これに基づいて、現在のフォークリフトの状態が「押込み動作中」であるか否かを判別する。そして、この判別結果により、例えば上記“Ｈ”又は“Ｌ”をスイッチ１６に出力する。通常動作時は、押込み動作判別回路１７からの出力は“Ｌ”になっている。よって、三角波キャリア発生回路１８には基準クロック１４Ａからの（高周波）クロック信号が供給されている。
【００３０】
押込み動作判別回路１７の詳細については、後に図３を参照して説明する。
三角波キャリア発生回路１８は、上記基準クロックＡ１４、基準クロックＢ１５のいずれか一方からのクロック信号に基づいて、三角波を発生する。
【００３１】
コンパレータ１９は、上記ＰＩ回路１３からの指令電圧ｖ＊  を反転入力端子に、三角波キャリア発生回路１８からの三角波を非反転入力端子に入力し、これらの信号を比較して、駆動制御信号を出力する。
【００３２】
駆動制御信号は、三角波に応じた一定周期の信号であるが、指令電圧ｖ＊  の大きさに応じて、そのデューティ・サイクル（パルス幅のＨとＬの比）が変化するものである。すなわち、三角波の電圧値が指令電圧ｖ＊  の値より低い間は、駆動制御信号はＨとなる。よって、上述したように、指令電圧ｖ＊  が高くなると駆動制御信号の“Ｈ”のパルス幅が長くなるので、電動機３に対するモータ電流値が大きくなる。
【００３３】
上述した図１、図２に示す交流電動機の駆動システムでは、通常の動作時（すなわち、押込み動作等のようにモータに非常に大きな負荷がかかる動作以外の動作を行うとき）には、三角波キャリア発生回路１８は上記基準クロックＡ１４（高周波）のクロック信号に基づいて、三角波を発生する。
【００３４】
ここで、従来の交流電動機の駆動システムでは、基準クロックＡ１４のみを用いているので、通常動作時であっても押込み動作時であっても、駆動制御信号の周波数は変わらない。基準クロックＡ１４の周波数は、通常動作時の制御に適するように設定されているので、通常動作時では電力変換器２内のパワースイッチング素子のスイッチング損失による電力変換器２の温度上昇は、問題の無いレベルに収まる。しかしながら、押込み動作時のようにモータ電流が大きい（最大定格値）場合には、基準クロックＡ１４の周波数で電力変換器２内のパワースイッチング素子のスイッチングを行うと、スイッチング損失による電力変換器２の温度上昇は非常に大きなものとなる。
【００３５】
上記一実施例の駆動システムでは、基準クロックＢ１５、スイッチ１６、及び押込み動作判別回路１７の構成によって、例えば押込み動作時には基準クロックＢ１５のクロック信号に基づいて三角波を発生させるようにする。すなわち、押込み動作判別回路１７によって押込み動作中であることを判別すると、スイッチ１６が基準クロックＢ１５側に切換えられ、三角波キャリア発生回路１８は上記基準クロックＢ１５（低周波）のクロック信号に基づいて、三角波を発生する。
【００３６】
例えば、上記の例ではクロック信号は１０ＫＨＺ  から２．５ＫＨＺ  に切換えられるので、電力変換器２内のパワースイッチング素子の単位時間当たりのスイッチング回数は１／４になり、スイッチング損失が低減される。一方、電流指令値決定回路１１からは、例えば高いアクセル開度（通常、押込み動作時等にはアクセルをかなり大きく踏込んでいる）と、非常に低いモータ回転数とに基づいて、モータ電流値を最大（最大定格値）にするような電流指令値ｉ＊  が指示されるので、電動機３の出力はほとんど変わらない。
【００３７】
押込み動作判別回路１７の押込み動作判別は、例えば図３に示す構成によって行う。
図３は、押込み動作判別回路１７の構成の一例を示す回路ブロック図である。
【００３８】
同図において、Ｆ／Ｖコンバータ２１は、回転センサ４によって検出された電動機３の回転数（周波数）を、その値に対応する電圧値に変換するものであり、一般的な周波数−電圧変換回路である。変換する電圧値は、電動機３の回転数が高い場合は高い電圧値、低い場合は低い電圧値となる。
【００３９】
Ｆ／Ｖコンバータ２１の出力は、コンパレータ２２の反転入力端子（−）に入力する。
コンパレータ２２は、電源Ｅと抵抗Ｒ１、Ｒ２とによって予め決定される基準電圧を、その非反転入力端子（＋）に入力しており、これを閾値として、上記Ｆ／Ｖコンバータ２１の出力電圧が閾値より低い場合に“Ｈ”を出力する。すなわち、電動機３の回転数が、所定回転数より低くなると“Ｈ”を出力する。ここでは、例えば、回転数が５００ｒｐｍ  以下になると“Ｈ”を出力するように抵抗Ｒ１、Ｒ２が設定されているものとする。
【００４０】
コンパレータ２３は、アクセルポテンショ８ａからのアクセル開度を、その非反転入力端子（＋）に入力している。アクセルポテンショ８ａは上述したように可変抵抗器より成り、アクセルの踏角が大きくなるとアクセル開度（電圧値）が高くなる。コンパレータ２３の反転入力端子（−）には電源Ｅと抵抗Ｒ３、Ｒ４とによって予め決定される基準電圧（閾値）が入力している。
【００４１】
コンパレータ２３は、アクセル開度が閾値より大きくなると（すなわちアクセル開度が所定値以上となるまで踏込まれると）、“Ｈ”を出力する。ここでは、例えば、アクセル開度が０〜５（Ｖ）の範囲であるものとして、これに対して例えばアクセル開度が４（Ｖ）以上（８０％以上）である場合に、“Ｈ”を出力するように設定されているものとする。
【００４２】
ＡＮＤゲート２４は、コンパレータ２２とコンパレータ２３の両方が“Ｈ”を出力する場合に、スイッチ１６に“Ｈ”を出力する。これに応じて、スイッチ１６は、三角波キャリア発生回路１８に供給するクロック信号を基準クロックＢ１５（低周波）側に切換える。
【００４３】
上記構成の押込み動作判別回路１７は、例えばバッテリフォークリフトの操縦者がアクセルを大きく踏込んでいる（上記の例ではアクセル開度が４（Ｖ）以上）状態で、且つ電動機３のモータ回転数が非常に小さい（上記の例では、５００ｒｐｍ  ）場合に、押込み動作中であると判別する。
【００４４】
尚、以上の構成は、前進、後進の何れの操作時においても適用可能である。
これは、特に押込み動作に限るものではなく、上述してあるように例えばバッテリフォークリフトが急斜面を登坂中の場合等の他の過負荷動作においてもである。すなわち、通常時に比べて電動機に非常に大きな過負荷がかかるような動作を行わせていることを判別するものである。このことから、押込み動作判別回路１７は、過負荷判別回路であるとも言える。
【００４５】
尚、押込み動作判別回路１７は図３の回路構成に限定はされず、回転センサとアクセルポテンショ（アクセル開度センサ）とから出力される信号により、押込み動作中を判別できる他の如何なる回路構成であっても良い。
【００４６】
又、アクセルはペダル式に限定はされず、レバー式等の他の構造であっても良い。
更に、回転センサ、アクセル開度センサ、電流センサは、同様の検出機能を有していればその型式は限定されない。
【００４７】
更に、基準クロックは、前記実施例においては高・低の２種類の周波数について設定されているが、これに限定はされず、クロック周波数を低下させる他の構成を用いても良い。例えば、基準クロックを３種類以上設け、よりきめ細かい切換え制御を行なっても良い。或いは、基準クロック周波数を無段階に変化させるようにしても良い。
【００４８】
更に、電動機は交流型に限定はされず、直流型等のＰＷＭ制御が可能な他の型の電動機にも適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の電動機の駆動制御装置によれば、通常の動作に比べて電動機に大きな負荷がかかる過負荷動作（例えばバッテリフォークリフトの押込み動作等）が行われていることを判別すると、駆動制御信号の基準となる基準クロック周波数を低下させる（例えば、周波数の高いもの（通常動作時）から低いものに切換える）ことで、電動機にモータ電流を供給するパワースイッチング素子のスイッチング損失を低減できる。
【００５０】
これによって、例えば押込み動作時のように、パワースイッチング素子に大電流のモータ電流が流れている場合でも、スイッチング損失による温度の異常上昇を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】バッテリフォークリフトの走行用駆動システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す制御回路の構成ブロック図である。
【図３】図２に示す押込み動作判別回路の構成ブロック図である。
【符号の説明】
１  バッテリー
２  電力変換器
３  電動機
４  回転センサ
５  ドライバ
６  駆動制御回路
７  電流センサ
８  アクセルペダル
８ａ  アクセルポテンショ
９  前後進レバー
９ａ  前後進切替ＳＷ
１１  電流指令値決定回路
１２  差分回路
１３  ＰＩ回路
１４  基準クロックＡ（高周波）
１５  基準クロックＢ（低周波）
１６  スイッチ
１７  押込み動作判別回路
１８  三角波キャリア発生回路
１９  コンパレータ（ＰＷＭ回路）
２１  Ｆ／Ｖコンバータ
２２  コンパレータ
２３  コンパレータ
２４  アンドゲート
【図１】
0003610708.tif 000002
【図２】
0003610708.tif 000003
【図３】
0003610708.tif 000004