(57)【要約】【課題】坂道の登坂能力を上げ、水や雪の多いところで使う場合でも走行安定性に優れ、かつ、電力の使用効率を向上させたフォークリフトの提供。【解決手段】一般的にフォークリフトは、駆動源で前２輪を駆動し、後輪を操舵輪としているが、前記駆動源で駆動される２輪以外の操舵輪もしくは補助輪に、加速時に前記駆動源のパワーアシストを行うと共に制動時に発電機として動作させて電力回生を行う電動機を接続し、坂道の登坂能力を上げ、水や雪の多いところで使う場合でも走行安定性に優れ、かつ、弱め界磁制御を必要とする運転領域を狭めて電力の使用効率を向上させたことを特徴とする。【選択図】　　図１
2004115200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪のうち２輪を駆動する駆動源を持つフォークリフトにおいて、
前記駆動源で駆動される２輪以外の操舵輪もしくは補助輪を駆動する電動機を接続し、加速時に前記駆動源のパワーアシストを行い、制動時に前記電動機を発電機として動作させて電力回生を行うことを特徴とするフォークリフト。
【請求項２】
前記フォークリフトの車輪が４輪、または３輪であり、前記駆動源がエンジンで、前記操舵輪もしくは補助輪を駆動する電動機用のバッテリを設けたことを特徴とする請求項１に記載したフォークリフト。
【請求項３】
前記フォークリフトの車輪が４輪、または３輪であり、前記駆動源がバッテリを電源とする電動機であることを特徴とする請求項１に記載したフォークリフト。
【請求項４】
前記フォークリフトの車輪が４輪、または３輪であり、前記駆動源が燃料電池で駆動する電動機で、前記操舵輪もしくは補助輪を駆動する電動機用のバッテリを設けたことを特徴とする請求項１に記載したフォークリフト。
【請求項５】
前記電動機が磁石モータであることを特徴とする請求項１に記載したフォークリフト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、坂道などの登坂能力に優れ、水や雪の多いところにおいても安定した走行のできるフォークリフトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フォークリフトなどの産業用車輌は、一般的に特許文献１の図２に示されているように、単一のエンジンや電動機とデファレンシャルギアを用い、前輪を駆動して後輪によって操舵するようにしたものが多く、また、部品点数を減らして安価にするため、特許文献２の図１に示されているように３輪としたものもある。さらに強い駆動力を得るため、大きなエンジンや電動機を用いているものや、走行安定性を確保するため、左右の車輪を独立した駆動源で駆動するようにしたものもある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３９１７４号公報（図２）
【特許文献２】
特開２００１−２６１２９４号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のフォークリフトは、エンジンや電動機で前輪の２輪を駆動しているだけなので、例えば食品関係や北国など、水や雪の多いところで使う場合、１輪が滑って空転すると走行安定性という面で問題の生じることがあった。また、坂道における登坂能力や加速性能を上げようとすると大きなエンジンや電動機を使う必要があり、大型化すると共にバッテリを備えて電動機で駆動する場合、電動機の回転数を上げるために一般的には弱め界磁制御が用いられているが、こういった制御をおこなうと電力の使用効率が落ちるという問題もある。
【０００５】
そのため本発明においては、坂道の登坂能力を上げ、水や雪の多いところで使う場合でも走行安定性に優れ、かつ、電力の使用効率を向上させたフォークリフトを提供することが課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため本発明においては、請求項１に記載したように、
車輪のうち２輪を駆動する駆動源を持つフォークリフトにおいて、
前記駆動源で駆動される２輪以外の操舵輪もしくは補助輪を駆動する電動機を接続し、加速時に前記駆動源のパワーアシストを行い、制動時に前記電動機を発電機として動作させて電力回生を行うことを特徴とする。
【０００７】
このようにフォークリフトを構成することによって、操舵輪もしくは補助輪に接続した電動機によるパワーアシストで坂道における登坂能力が向上し、水や雪の多いところで使う場合でも、例え駆動源を有する２輪のうちの１輪が滑っても、操舵輪若しくは補助輪により駆動力が確保されるから走行安定性に優れ、かつ、制動時の回生により電力の使用効率を向上させたフォークリフトを提供することができる。また、駆動源を前輪と後輪のそれぞれに設けて複数とすることにより、個々の駆動源を小さなものとすることが可能になり、省スペース化も図れる。
【０００８】
そして本発明は、請求項２乃至４に記載したように、種々の形態のフォークリフトに適用することができる。すなわち請求項２は、
前記フォークリフトの車輪が４輪、または３輪であり、前記駆動源がエンジンで、前記操舵輪もしくは補助輪を駆動する電動機用のバッテリを設けたことを特徴とする。
そして請求項３は、
前記フォークリフトの車輪が４輪、または３輪であり、前記駆動源がバッテリを電源とする電動機であることを特徴とする。
そして請求項４は、
前記フォークリフトの車輪が４輪、または３輪であり、前記駆動源が燃料電池で駆動する電動機で、前記操舵輪もしくは補助輪を駆動する電動機用のバッテリを設けたことを特徴とする。
【０００９】
このように本発明は種々の形態のフォークリフトに適用可能であり、かつ、駆動源がエンジンの場合、制動時の電力回生によって蓄えた電力で加速時や登坂時のパワーアシストが可能である。また、駆動源が電動機の場合、バッテリによる駆動の場合も燃料電池による駆動の場合も、複数の駆動源を用いることで電動機の回転数を上げるために用いられている弱め界磁制御の範囲を小さくすることができ、電力の使用効率を良くすることができる。
【００１０】
そして、操舵輪もしくは補助輪を駆動する電動機は請求項５に記載したように、前記電動機が磁石モータであることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１２】
図１は本発明を電動機駆動の４輪フォークリフトに適用した場合の側面から見た概略概念図、図２は同じく後面から見た概略概念図、図３は本発明を電動機駆動の３輪フォークリフトに適用した場合の側面から見た概略概念図、図４は同じく後面から見た概略概念図である。
【００１３】
図中１は本発明になる４輪フォークリフト、２はフォークリフトの前輪、３は同じく後輪、４は前輪モータ（電動機）を有する前輪駆動モジュール、５は前輪走行コントローラ、６は後輪駆動モジュール、７は後輪走行コントローラ、８は操舵装置、９はフォークリフトの床、３−１は右側後輪、３−２は左側後輪、６−１は右側後輪駆動モジュール、６−２は左側後輪駆動モジュール、７−１は右側後輪走行コントローラ、７−２は左側後輪走行コントローラ、１０−１は右側後輪モータ、１０−２は左側後輪モータ、３０は本発明になる３輪フォークリフト、３１は前輪、３２は前輪駆動モジュール、３３は前輪走行コントローラ、３４は後輪、３５は後輪駆動モジュール、３６は後輪走行コントローラ、３７はバッテリ、３８は床、３９は操舵装置、４０は後輪モータ、５０は低速回転領域、５１は高速回転領域、６０は前輪モータによるトルク、６１は後輪モータによるトルク、６２は低速領域、６３は高速領域である。
【００１４】
本発明におけるフォークリフト１は、電動機で駆動する４輪フォークリフトの一例を側面から見た概略概念図を示した図１のように、前輪２、該前輪２を駆動する前輪モータやディファレンシャル部を含んだ前輪駆動モジュール４、該前輪駆動モジュール４をコントロールする前輪走行コントローラ５、後輪３、該後輪３を駆動する後輪駆動モジュール６、該後輪駆動モジュール６をコントロールする後輪走行コントローラ７、これら駆動モジュール４、６、走行コントローラ５、７などを駆動するためのバッテリ１１を有する。また、前輪駆動モジュール４とバッテリ１１は、フォークリフト１の運転者が搭乗する床９の下に配置され、図示されていない操作部に、フォークリフト１のかじ取りのためのハンドル、加速操作に用いるアクセルペダル、推進を減速または停止させるブレーキペダルを有し、前記ハンドルにより操作される操舵装置８を備えている。操舵装置８は、運転者が操作部にする操作内容に基づき、一般的な方法で後輪３の回転軸を鉛直方向に概ね平行な軸を中心に回転させて、フォークリフト１が推進する方向を定める。また前輪走行コントローラ５と後輪走行コントローラ７は、運転者がその操作部にする操作内容と前輪駆動モジュール４、後輪駆動モジュール６の状態に基づき、前輪駆動モジュール４と後輪駆動モジュール６の動作を制御する。なお、左右の前輪２のそれぞれに前輪モータを対応して配す場合、ディファレンシャル部は必要なく、また、モータの代わりにエンジン駆動の場合は、前輪駆動モジュール４の代わりにエンジンからの駆動力を前輪２に伝えるギアやディファレンシャル部が設けられる。
【００１５】
そして後輪３と後輪駆動モジュール６、および後輪走行コントローラ７は、図２にその詳細を示したように、右側後輪３−１と左側後輪３−２のそれぞれに対応させ、右側後輪駆動モジュール６−１と左側後輪駆動モジュール６−２、右側後輪走行コントローラ７−１と左側後輪走行コントローラ７−２が設けられ、さらに右側後輪駆動モジュール６−１と左側後輪駆動モジュール６−２は、右側後輪モータ１０−１と左側後輪モータ１０−２とを有している。
【００１６】
前輪走行コントローラ５、及び右側後輪走行コントローラ７−１と左側後輪走行コントローラ７−２とは情報処理装置（コンピュータ）であり、運転者が操作部にする操作内容と、前輪駆動モジュール４に含まれる前輪モータ、及び右側後輪モータ１０−１と左側後輪モータ１０−２が生成する回転動力の単位時間当たりの回転数（以下、「回転数」と略記する）とに基づき、前輪駆動モジュール４と右側後輪駆動モジュール６−１、左側後輪駆動モジュール６−２の動作を制御して、前輪モータと右側後輪モータ１０−１、左側後輪モータ１０−２とにより生成される回転動力を前輪２、右側後輪３−１、左側車輪３−２に伝達して回転させる。また右側後輪モータ１０−１と左側後輪モータ１０−２とは、ブレーキ時に発電機として動作させ、右側後輪３−１、左側車輪３−２の回転負荷から回生電力を生成する。
【００１７】
図３は、電動機で駆動する３輪フォークリフト３０の一例を側面から見た概略概念図であり、図４は後面から見た概略概念図である。この３輪フォークリフト３０は、前記図１に示した４輪フォークリフトの一例と同様に、前輪３１、該前輪３１を駆動する前輪モータやディファレンシャル部を含んだ前輪駆動モジュール３２、該前輪駆動モジュール３２をコントロールする前輪走行コントローラ３３、後輪３４、該後輪３４を駆動する後輪モータ４０を含んだ後輪駆動モジュール３５、該後輪駆動モジュール３５をコントロールする後輪走行コントローラ３６、これら駆動モジュール３２、３５、走行コントローラ３３、３６などを駆動するためのバッテリ３７とを有する。また、前輪駆動モジュール３２とバッテリ３７は、フォークリフト３０の運転者が搭乗する床３８の下に配置され、図示されていない操作部に、フォークリフト３０のかじ取りのためのハンドル、加速操作に用いるアクセルペダル、推進を減速または停止させるブレーキペダルを有し、前記ハンドルにより操作される操舵装置３９を備えている。操舵装置３９は、運転者が操作部にする操作内容に基づき、一般的な方法で後輪３４の回転軸を鉛直方向に概ね平行な軸を中心に回転させて、フォークリフト１が推進する方向を定める。また前輪走行コントローラ３３と後輪走行コントローラ３６は、運転者がその操作部にする操作内容と前輪駆動モジュール３２、後輪駆動モジュール３５の状態に基づき、前輪駆動モジュール３２と後輪駆動モジュール３５の動作を制御する。なお、左右の前輪３１のそれぞれに前輪モータを対応させて配す場合、ディファレンシャル部は必要なく、また、モータの代わりにエンジン駆動の場合は、前輪駆動モジュール３２の代わりにエンジンからの駆動力を前輪３１に伝えるギアやディファレンシャル部が設けられる。
【００１８】
前輪走行コントローラ３３と後輪走行コントローラ３６とは情報処理装置（コンピュータ）であり、運転者が操作部にする操作内容と、前輪駆動モジュール３２に含まれる前輪モータと後輪モータ４０が生成する回転動力の単位時間当たりの回転数（以下、「回転数」と略記される）とに基づき、前輪駆動モジュール３２と後輪駆動モジュール３５の動作を制御して、前輪モータと後輪モータ４０とにより生成される回転動力を前輪３１、後輪３４に伝達して回転させる。また後輪モータ４０は、ブレーキ時に発電機として動作させ、後輪３４の回転負荷から回生電力を生成する。
【００１９】
一般に、電力から回転動力を生成するモータのトルクＴは、モータ径をＤ、モータ長さをＬとし、定数ｋを用いて、次の（１）式により表現される。
Ｔ＝ｋＤ２Ｌ　………　（１）
本発明になるフォークリフト１、３０の推進力は、前輪駆動モジュール４、３１に含まれる前輪モータ、右側後輪モータ１０−１および左側後輪モータ１０−２、後輪モータ４０に分担されて生成され、そのため、各モータに要求されるトルクＴは、モータを１つだけ搭載したフォークリフトのモータに要求されるトルクＴより小さくすることができ、各モータの径Ｄ、または長さＬを小さくすることができる。また、前輪駆動モジュール４、３２に含まれる前輪モータを左右の前輪のそれぞれに対応させて設けた場合、さらに各モータに要求されるトルクＴを小さくでき、各モータの径Ｄ、または長さＬを小さくできる。その結果、各モータが小さくなった分、レイアウトの自由度が増し、フォークリフト１、３０を小型化することができる。なお、前輪をエンジン駆動するフォークリフトの場合は、エンジンにより生成されるトルクと、右側後輪モータ１０−１および左側後輪モータ１０−２、後輪モータ４０に分担されたトルクとにより推進力が生成され、この場合はそれぞれのモータが担当するトルクに応じたモータの径Ｄ、または長さＬとなる。
【００２０】
そして本発明によるフォークリフトは、前輪走行コントローラ５、３３と後輪走行コントローラ７、３６により、前輪駆動モジュール４、３２から前輪モータの回転数を、後輪駆動モジュール６、３５から右側後輪モータ１０−１、左側後輪モータ１０−２、後輪モータ４０の回転数を、操作部から運転者の操作内容、すなわち、アクセルペダルの動き量、ブレーキペダルの動き量、ハンドルの回転量などを収集する。そして、前輪走行コントローラ５、３３と後輪走行コントローラ７、３６とは、そのアクセルペダルの動き量に基づき、フォークリフト１の駆動に必要なトルクを算出し、さらに、収集された回転数に基づき、各モータによる最大トルクを算出する。そして、アクセルペダルの動き量に基づいて算出されたトルクが各モータによる最大トルクより小さいとき、各モータによる最大トルクがアクセルペダルの動き量に基づいて算出されたトルクとなるよう制御する。また、アクセルペダルの動き量に基づいて算出されたトルクが各モータによる最大トルクより大きいとき、アクセルペダルの動き量に基づいて算出されたトルクとなるよう各モータを制御する。
【００２１】
また、前輪走行コントローラ５、３３と後輪走行コントローラ７、３６とは、さらに、ブレーキペダルの動きに基づき、前輪モータ、右側後輪モータ１０−１、左側後輪モータ１０−２、後輪モータ４０を発電機として動作させ、フォークリフト１、３０の推進力を電力に変換して、フォークリフト１、３０を減速し、または制動する。このとき、前輪モータとによる制動力と、右側後輪モータ１０−１、左側後輪モータ１０−２、後輪モータ４０とによる制動力を適切に制御する。このような制御によれば、フォークリフト１、３０は、加減速時に車輪をスリップさせることなく、前方にのめることなく安定して減速し、または制動することができる。
【００２２】
前輪走行コントローラ５、３３と後輪走行コントローラ７、３６とは、さらに前輪モータ、右側後輪モータ１０−１、左側後輪モータ１０−２、後輪モータ４０のうち、一部のモータが生成する回転動力の回転数が他のモータの回転数より十分に大きいとき、その一部のモータが生成する回転動力のトルクを減少させる。このような制御は、フォークリフト１の一部の車輪がスリップしたとき、走行性能を劣化させることなく走行を継続することができる。
【００２３】
前輪モータ、右側後輪モータ１０−１、左側後輪モータ１０−２、後輪モータ４０は、前輪走行コントローラ５、３３と後輪走行コントローラ７、３６の指令するトルクを発生するが、その出力トルク特性は、横軸に電動機の回転数、縦軸にトルクとして表すと図５に示したように、電動機の回転数が低速回転領域５０の範囲では最大トルクを一定に出力できるが、高速回転領域５１では回転数に対して低下してゆき、最高回転数ではτとなる。これは一般的な電動機の場合、電動機に印加できる電圧がバッテリの電圧によって決まってしまうことと、電動機を高速回転させる場合、高速回転に応じて発生する誘起電圧を抑制して高速まで回転させるためにいわゆる弱め界磁制御をおこなっており、電動機に流す電流に高速回転では弱め界磁をするための電流が含まれることになってトルクを発生するための電流が相対的に小さくなり、高速領域５１でトルクが小さくなるためである。
【００２４】
しかしながら本発明になるフォークリフト１、３０においては、前輪モータ、右側後輪モータ１０−１、左側後輪モータ１０−２、後輪モータ４０と、複数のモータを用いているため、図６に示したように、フォークリフト１、３０の推進トルクは前輪モータにより生じるトルク６０と後輪モータにより生じるトルク６１の和になり、低速領域６２では６４で示したように一定のトルクとなり、高速領域６３では回転数に応じで低下する６５で示したようなトルクとなる。そのため、低速領域６２で大きいトルクが要求され、高速領域６３まで駆動することを要求されるフォークリフトにおいても、それぞれのモータに対して負荷分担されているため、各モータは低速領域６２で極端な大トルクを必要とせず、弱め界磁を押さえたモータ設計が可能となって、より効率よくモータを使用することができる。そのためこれらモータは、界磁に永久磁石を用いる磁石モータを用いることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、操舵輪もしくは補助輪に電動機を接続したことにより、坂道における登坂能力が向上し、水や雪の多いところで使う場合でも、例え駆動源を有する２輪のうちの１輪が滑っても、操舵輪若しくは補助輪により駆動力が確保されるから走行安定性に優れ、かつ、制動時の回生により電力の使用効率を向上させたフォークリフトを提供することができる。また、駆動源を複数とすることによって、個々の駆動源を小さなものとすることができ、省スペース化が図れると共に電動機の回転数を上げるために用いられている弱め界磁制御の範囲を小さくすることができ、電力の使用効率を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を電動機駆動の４輪フォークリフトに適用した場合の側面から見た概略概念図である。
【図２】本発明を電動機駆動の４輪フォークリフトに適用した場合の後面から見た概略概念図である。
【図３】本発明を電動機駆動の３輪フォークリフトに適用した場合の側面から見た概略概念図である。
【図４】本発明を電動機駆動の３輪フォークリフトに適用した場合の後面から見た概略概念図である。
【図５】電動機の出力トルク特性である。
【図６】本発明になるフォークリフトのトルク特性である。
【符号の説明】
１　４輪フォークリフト
２　前輪
３　後輪
４　前輪駆動モジュール
５　前輪走行コントローラ
６　後輪駆動モジュール
７　後輪走行コントローラ
８　操舵装置
９　フォークリフトの床
１１　バッテリ
【図１】
2004115200.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004115200.tif 000007
【図６】
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