(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォークリフトに搭載される走行モータ、荷役モータ、ステアリングモータを駆動するモータ駆動装置であって、
それぞれがモータごとに設けられ、対応するモータに電力を供給する複数の電力変換装置であって、共通の電池からの電池電圧が供給されており、それぞれが、対応する操作手段へのオペレータからの操作入力に応じて対応するモータを駆動する、複数の電力変換装置と、
前記電池電圧を監視し、前記電池電圧の低下にともない、前記複数の電力変換装置の全体の許容出力電力を低下させ、前記複数の電力変換装置に優先順位を付与し、前記許容出力電力を超えないように、優先順位の低い電力変換装置から順に電力を制限する出力制限部と、
を備えることを特徴とするフォークリフト用のモータ駆動装置。
【請求項２】
前記出力制限部は、前記荷役モータを駆動する電力変換装置よりも前記走行モータを駆動する電力変換装置の優先順位を高く設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記出力制限部は、前記荷役モータを駆動する電力変換装置の優先順位を最も低く、前記走行モータを駆動する電力変換装置の優先順位を次いで低く、前記ステアリングモータを駆動する電力変換装置の優先順位を最も高く設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記出力制限部は、前記複数の電力変換装置の優先順位を、前記フォークリフトの状態に応じて切りかえることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
前記出力制限部は、前記走行モータ、荷役モータ、ステアリングモータのうち、先に駆動された電力変換装置の優先順位を高く設定し、非駆動中のモータの優先順位を低く設定することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記出力制限部による前記電力変換装置の電力の制限は、トルクの制限、速度の制限、加速度の制限、電流の制限、キャリア周波数の低下、３相変調から２相変調への切りかえ、キャリア周波数の低下のいずれかひとつ、またはそれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のモータ駆動装置。
【請求項７】
車体と、
前記車体を支持する車輪と、
前記車輪に動力を伝達する走行モータと、
前記車体の前部に設けられた昇降体と、
前記昇降体を駆動する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに動力を伝達する荷役モータと、
ステアリングモータと、
前記走行モータ、前記荷役モータおよび前記ステアリングモータを駆動する請求項１から６のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
を備えることを特徴とするフォークリフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォークリフト用のモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業車両のひとつに、電池を動力源とする電動フォークリフトがある。電動フォークリフト（以下単にフォークリフトとも称する）は、走行用車輪（駆動輪）である前輪に動力を伝達する走行モータと、転舵輪である後輪の転舵角（操舵角）を制御する油圧ポンプに動力を伝達する油圧アクチュエータ用モータ（ステアリングモータ）と、昇降体を制御する油圧ポンプに動力を伝達する油圧アクチュエータ用モータ（荷役モータ）と、走行モータ、ステアリングモータ、荷役モータそれぞれを駆動する電力変換装置を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１１３９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池の容量は有限である一方、フォークリフトには長い動作可能時間が要求される。限られた電池容量内で長時間動作を実現するためには、走行モータおよび荷役モータでの消費電力を抑制する必要がある。
【０００５】
電池が発生する直流電圧（電池電圧）は時間とともに低下していく。そして電池電圧が低下すると、モータのコイルに印加される電圧振幅が小さくなるため、モータに対して同じ電力を供給するために必要な電流は大きくなる。回路電流が大きくなると、配線抵抗での電力損失が大きくなり、効率が低下するという問題がある。したがって電池電圧が低下したときにも、電力変換装置の消費電力を低減することが好ましい。
【０００６】
走行モータや荷役モータおよびそれらを駆動する電力変換装置の消費電力を制限するには、電流すなわちトルクを制限する必要がある。ここでモータおよび電力変換装置の消費電力を低減するために、走行モータ、荷役モータ、ステアリングモータの区別無く、各モータを駆動する電力変換装置の出力を一律に制限すると、加速したいときに加速しない、坂が上れない、あるいは重い荷物を持ち上げたいときに時間がかかるなど、快適な操作感が損なわれ、ユーザがストレスを感じるという問題が生ずる。
【０００７】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、操作感の低下を抑制しつつ、消費電力を低減可能なフォークリフトの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、フォークリフトに搭載される複数のモータを駆動するモータ駆動装置に関する。モータ駆動装置は、それぞれがモータごとに設けられ、対応するモータに電力を供給する複数の電力変換装置と、複数の電力変換装置に優先順位を付与し、優先順位の低い電力変換装置から順に消費電力を制限する出力制限部と、を備える。
【０００９】
この態様によると、電力変換装置、言い換えればモータに優先順位を付け、優先すべきモータには十分な電力を供給し、それ以外のモータへの電力供給を制限することにより、操作感の低下を抑制しつつ、消費電力を低減できる。本明細書において、「電力変換装置の消費電力」は、それにより駆動される負荷の消費電力も含むものとする。
【００１０】
複数のモータは、走行モータおよび荷役モータを含んでもよい。出力制限部は、荷役モータを駆動する電力変換装置よりも走行モータを駆動する電力変換装置の優先順位を高く設定してもよい。
この態様によれば、荷物は運べなくても、最低限の走行能力は確保できる。
【００１１】
複数のモータは、走行モータ、荷役モータおよびステアリングモータを含んでもよい。出力制限部は、荷役モータを駆動する電力変換装置の優先順位を最も低く、走行モータを駆動する電力変換装置の優先順位を次いで低く、ステアリングモータを駆動する電力変換装置の優先順位を最も高く設定してもよい。
【００１２】
出力制限部は、複数の電力変換装置の優先順位を、フォークリフトの状態に応じて切りかえてもよい。
フォークリフトには、荷役を優先すべき場合、走行を優先すべき場合がある。この場合に、フォークリフトの状態に応じて優先順位を切りかえることで、操作感の低下を抑制しつつ、消費電力を低減できる。
【００１３】
出力制限部は、複数のモータのうち、先に駆動された電力変換装置の優先順位を高く設定し、非駆動中の電力変換装置の優先順位を低く設定してもよい。
【００１４】
出力制限部による消費電力の制限は、トルクの制限、速度の制限、加速度の制限、電流の制限、キャリア周波数の低下、３相変調から２相変調への切りかえ、キャリア周波数の低下のいずれかひとつ、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００１５】
本発明の別の態様は、フォークリフトに関する。フォークリフトは、車体と、車体を支持する車輪と、車輪に動力を伝達する走行モータと、車体の前部に設けられた昇降体と、昇降体を駆動する油圧アクチュエータと、油圧アクチュエータに動力を伝達する荷役モータと、走行モータおよび荷役モータを駆動する上述のモータ駆動装置と、を備える。
【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、消費電力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】フォークリフトの外観図を示す斜視図である。
【図２】フォークリフトの操縦パネルの一例を示す図である。
【図３】フォークリフトの電気系統、機械系統の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態に係るモータ駆動装置の動作の一例を示す波形図である。
【図５】実施の形態に係るモータ駆動装置の動作の別の一例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２０】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２１】
図１は、フォークリフトの外観図を示す斜視図である。フォークリフト６００は、車体（シャーシ）６０２、フォーク６０４、昇降体（リフト）６０６、マスト６０８、車輪６１０、６１２を備える。マスト６０８は車体６０２の前方に設けられる。昇降体６０６は、油圧アクチュエータ（図１（ａ）に不図示、図３の１１６）などの動力源によって駆動され、マスト６０８に沿って昇降する。昇降体６０６には、荷物を支持するためのフォーク６０４が取り付けられている。
【００２２】
図２は、フォークリフトの操縦パネル７００の一例を示す図である。操縦パネル７００は、イグニッションスイッチ７０２、ステアリングホイール７０４、リフトレバー７０６、アクセルペダル７０８、ブレーキペダル７１０、ダッシュボード７１４、前後進レバー７１２を備える。
【００２３】
イグニッションスイッチ７０２は、フォークリフト６００の起動用のスイッチである。ステアリングホイール７０４は、フォークリフト６００の操舵を行うための操作手段である。リフトレバー７０６は、昇降体６０６を上下に移動させるための操作手段である。アクセルペダル７０８は、走行用の車輪の回転を制御する操作手段であり、ユーザが踏み込み量を調節することでフォークリフト６００の走行が制御される。ユーザがブレーキペダル７１０を踏み込むと、ブレーキがかかる。前後進レバー７１２は、フォークリフト６００の走行方向を、前進と後進で切りかえるためのレバーである。そのほか、図示しないインチングペダルが設けられてもよい。
【００２４】
続いて、フォークリフト６００の構成を、走行、荷役、操舵それぞれについて説明する。図３は、フォークリフト６００の電気系統、機械系統の構成を示すブロック図である。ＥＣＵ（電子制御コントローラ）１１０は、フォークリフト６００全体を制御するためのプロセッサである。
【００２５】
電池１０６は、Ｐ線およびＮ線の間に、電池電圧ＶＢＡＴを出力する。
第１電力変換装置１００、第２電力変換装置１０２、第３電力変換装置１０４および出力制御部３０２は、モータ駆動装置３００を構成する。モータ駆動装置３００は、ＥＣＵ１１０からの、第１制御指令値Ｓ１〜第３制御指令値Ｓ３にもとづき、走行モータＭ１、荷役モータＭ２、ステアリングモータＭ３それぞれを駆動する。第１電力変換装置１００、第２電力変換装置１０２、第３電力変換装置１０４はそれぞれ、電池電圧ＶＢＡＴを出力を受け、３相交流信号に変換して、対応するモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３に供給する。
【００２６】
（走行）
ＥＣＵ１１０は、前後進レバー７１２からの前進、後進を指示する信号と、アクセルペダル７０８からの、踏み込み量に応じた走行操作量を示す信号を受け、それに応じた第１制御指令値Ｓ１を第１電力変換装置１００に出力する。第１電力変換装置１００は、第１制御指令値Ｓ１に応じて走行モータＭ１に供給する電力を制御する。第１制御指令値Ｓ１は、走行モータＭ１の目標回転数を指示する速度指令値と相関を有する。駆動輪である前輪６１０は、ドライブシャフト１１４と接続される。ギアボックス１１２およびドライブシャフト１１４は、走行モータＭ１からの動力を前輪６１０に伝達する。
【００２７】
（荷役）
リフトレバー７０６の傾きによって、昇降体６０６の上下動が制御される。ＥＣＵ１１０は、リフトレバー７０６の傾きを検出し、傾きに応じた荷役操作量を示す第２制御指令値Ｓ２を第２電力変換装置１０２に出力する。第２電力変換装置１０２は、第２制御指令値Ｓ２に応じた電力を荷役モータＭ２に供給し、その回転を制御する。昇降体６０６は、油圧アクチュエータ１１６と連結される。油圧アクチュエータ１１６は、荷役モータＭ２が生成する回転運動を、直線運動に変換し、昇降体６０６を制御する。
【００２８】
（操舵）
レゾルバ１２２は、ステアリングホイール７０４の回転角を検出し、回転角を示す信号をＥＣＵ１１０に出力する。ＥＣＵ１１０は、回転角に応じた第３制御指令値Ｓ３を第３電力変換装置１０４に出力する。第３電力変換装置１０４は、第３制御指令値Ｓ３に応じた電力をステアリングモータＭ３に供給し、その回転数を制御する。転舵輪である後輪６１２は、タイロッド１２６を介してギアボックス１２４と連結される。ステアリングモータＭ３の回転運動は、油圧アクチュエータ１１８およびギアボックス１２４を介して、タイロッド１２６に伝達され、操舵が制御される。
【００２９】
出力制御部３０２は、電池電圧ＶＢＡＴを監視し、ＶＢＡＴの低下にともない、モータ駆動装置３００全体の許容出力電力ＰＴＯＴＡＬを低下させる。許容出力電力ＰＴＯＴＡＬは、第１電力変換装置１００および走行モータＭ１の消費電力の合計Ｐ１、第２電力変換装置１０２および荷役モータＭ２の消費電力の合計Ｐ２、第３電力変換装置１０４およびステアリングモータＭ３の消費電力の合計Ｐ３の総和である。これにより、電池電圧ＶＢＡＴの低下に回路電流が増大するのを防止でき、電流経路の抵抗における電力損失を低減できる。
【００３０】
あるいは出力制御部３０２は、あらかじめ定められた複数のモード（たとえば省エネモード、通常モード、パワーモード）が切りかえ可能に構成される。そして各モードごとに、異なる許容出力電力ＰＴＯＴＡＬが定められている。具体的にはパワーモードでは許容出力電力は最大値ＰＭＡＸであり、省エネモードでは最小値ＰＭＩＮであり、通常モードではそれらの間の値ＰＮＯＲＭをとる。
【００３１】
出力制御部３０２は、第１電力変換装置１００、第２電力変換装置１０２、第３電力変換装置１０４に優先順位を付与し、優先順位の低い電力変換装置から順に消費電力を制限する。言い換えれば走行モータＭ１、荷役モータＭ２、ステアリングモータＭ３が順位づけられる。
【００３２】
ここでの消費電力は、電力変換装置そのものの消費電力と負荷であるモータに投入される電力の合計である。以下、第１電力変換装置１００の消費電力をＰ１、第２電力変換装置１０２の消費電力をＰ２、第３電力変換装置１０４の消費電力をＰ３と記す。
【００３３】
消費電力の制限とは、トルクの制限、速度の制限、加速度の制限、電流の制限、キャリア周波数の低下、３相変調から２相変調への切りかえ、キャリア周波数の低下のいずれかひとつ、またはそれらの任意の組み合わせを含んでもよい。本発明において、ある電力変換装置の出力の制限の手法は限定されず、結果として、その電力変換装置自体とそれによって駆動されるモータの消費電力の合計が低下すればよい。
【００３４】
また消費電力を制限する手段は、第１電力変換装置１００、第２電力変換装置１０２、第３電力変換装置１０４ごとに異なっていてもよい。たとえば第１電力変換装置１００ではトルクの制限を行い、第２電力変換装置１０２では３相変調と２相変調の切りかえを行い、第３電力変換装置１０４ではキャリア周波数を変化させてもよい。
【００３５】
本実施の形態において、第１電力変換装置１００、第２電力変換装置１０２、第３電力変換装置１０４の優先順位はあらかじめ定められている。具体的には、走行モータＭ１を駆動する第１電力変換装置１００の優先順位は、荷役モータＭ２を駆動する電力変換装置１０２のそれよりも高く定められる。ステアリングモータＭ３を駆動する電力変換装置１０４の優先順位は、走行モータＭ１を駆動する電力変換装置１００より高く設定してもよい。
【００３６】
以上がフォークリフト６００の構成である。続いてその動作を説明する。
【００３７】
図４は、実施の形態に係るモータ駆動装置３００の動作の一例を示す波形図である。図４は、時間とともに電池電圧ＶＢＡＴが低下する様子が示される。このとき、出力制御部３０２は、電池電圧ＶＢＡＴの低下とともに、許容出力電力ＰＴＯＴＡＬを低下させていく。許容出力電力ＰＴＯＴＡＬがあるしきい値より大きいとき、優先順位の最も低い第２電力変換装置１０２の合計消費電力Ｐ２が先に制限され、徐々に小さくなっていく。第１電力変換装置１００、第３電力変換装置１０４それぞれの消費電力Ｐ１、Ｐ３は制限されない。
【００３８】
そして許容出力電力ＰＴＯＴＡＬがあるしきい値より小さくなると（時刻ｔ１）、それ以降は、優先順位が２番目の第１電力変換装置１００の合計消費電力Ｐ１が制限され、徐々に小さくなっていく。図４の例では、優先順位の最も高い第３電力変換装置１０４については、何の制限も行われない。
【００３９】
図５は、実施の形態に係るモータ駆動装置３００の動作の別の一例を示す波形図である。出力制御部３０２は、ユーザの指示にしたがって、通常モード、省エネモード、パワーモードを切りかえる。あるいは出力制御部３０２はフォークリフト６００の状態を監視し、検出された状態に応じて自律的にモードを切りかえる。
【００４０】
図５では、パワーモード、通常モード、省エネモードの順で切りかえられる様子が示される。このとき、許容出力電力ＰＴＯＴＡＬは、モードの切りかえに応じて、ＰＭＡＸ、ＰＮＯＲＭ、ＰＭＩＮの順に低下していく。許容出力電力ＰＴＯＴＡＬが最大値ＰＭＡＸのときは、消費電力Ｐ１〜Ｐ３はいずれも制限されない。
【００４１】
許容出力電力ＰＴＯＴＡＬが中間値ＰＮＯＲＭに低下すると、優先順位の低い第２電力変換装置１０２の消費電力Ｐ２が制限される。許容出力電力ＰＴＯＴＡＬが最小値ＰＭＩＮに低下すると、次に優先順位の低い第１電力変換装置１００の消費電力Ｐ１が制限される。図５の例においても、優先順位の最も高い第３電力変換装置１０４については、何の制限も行われない。
【００４２】
以上がモータ駆動装置３００の動作である。
このように実施の形態に係るモータ駆動装置３００によれば、電力変換装置、すなわちモータに優先順位を付け、優先すべきモータには十分な電力を供給し、それ以外のモータへの電力供給を制限することにより、操作感の低下を抑制しつつ、消費電力を低減できる。
【００４３】
実施の形態では、荷役モータＭ２よりも走行モータＭ１の優先順位を高く設定した。この場合、許容出力電力ＰＴＯＴＡＬが低下すると、先に積載可能な荷物に制限がかかり、続いて走行モータＭ１の出力が徐々に制限されていく。
【００４４】
たとえば多くの使用現場において、フォークリフト６００は、安全性を考慮すると荷物が積載できなくても走行できることが望ましい。そこで、許容出力電力ＰＴＯＴＡＬが小さな領域では、消費電力Ｐ２をゼロに制限し、消費電力Ｐ１に割り当てることにより、最低限度の走行能力を確保することが望ましい。このモータ駆動装置３００によれば、優先順位を定めることにより、このような制御が可能となる。
【００４５】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。
【００４６】
実施の形態では、第１電力変換装置１００、第２電力変換装置１０２、第３電力変換装置１０４の優先順位があらかじめ定められている場合を説明したが、本発明はそれに限定されない。たとえば出力制御部３０２は、フォークリフト６００の状態に応じて、電力変換装置の優先順位を決定してもよい。
【００４７】
出力制御部３０２は、先に駆動された電力変換装置の優先順位を高くし、残りの非使用の電力変換装置の優先順位を低くしてもよい。たとえばユーザがフォークリフト６００の走行を停止し、フォーク６０４に荷物を積載しようとしたとする。この場合には、第１電力変換装置１００および第３電力変換装置１０４が非使用の状態で、荷役モータＭ２を駆動する第２電力変換装置１０２が使用される。このとき出力制御部３０２は、第２電力変換装置１０２の優先順位を最も高く設定し、そのときの許容出力電力ＰＴＯＴＡＬのすべて、あるいは大部分を第２電力変換装置１０２の消費電力Ｐ２に割り当て、残りを第１電力変換装置１００および第３電力変換装置１０４の消費電力Ｐ１、Ｐ３に割り当ててもよい。
【００４８】
あるいは出力制御部３０２は、そのときの許容出力電力ＰＴＯＴＡＬのうち、非使用状態の第１電力変換装置１００および第３電力変換装置１０４に対して、それぞれ所定の最小値に割り当て、残りをすべて第２電力変換装置１０２の消費電力Ｐ２に割り当ててもよい。
【符号の説明】
【００４９】
６００…フォークリフト、６０２…車体、６０４…フォーク、６０６…昇降体、６０８…マスト、６１０…前輪、６１２…後輪、１００…第１電力変換装置、１０２…第２電力変換装置、１０４…第３電力変換装置、１０６…電池、１１０…ＥＣＵ、１１２…ギアボックス、１１４…ドライブシャフト、１１６，１１８…油圧アクチュエータ、１２０…ステアリングシャフト、１２２…レゾルバ、１２４…ギアボックス、１２６…タイロッド、Ｍ１…走行モータ、Ｍ２…荷役モータ、Ｍ３…ステアリングモータ、７００…操縦パネル、７０２…イグニッションスイッチ、７０４…ステアリングホイール、７０６…リフトレバー、７０８…アクセルペダル、７１０…ブレーキペダル、７１２…前後進レバー、７１４…ダッシュボード。
【図１】
0005855503.tif 000002
【図２】
0005855503.tif 000003
【図３】
0005855503.tif 000004
【図４】
0005855503.tif 000005
【図５】
0005855503.tif 000006