(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流モータをチョッパ制御するスイッチング素子と並列に接続されたダイオード及びコンデンサと、該コンデンサとバッテリのプラス端子との間に接続されたスナバ用抵抗とを含むスナバ回路の断線検出装置であって、
前記スナバ用抵抗と前記コンデンサとの中間点の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記スイッチング素子のチョッパ制御中には前記電圧検出手段の検出電圧と予め設定された駆動時基準電圧とを比較して、検出電圧が駆動時基準電圧以上のときに断線と判断するとともに、前記直流モータの駆動停止中には前記電圧検出手段の検出電圧と前記バッテリの出力電圧より低い停止時基準電圧とを比較して、検出電圧が停止時基準電圧未満のときに断線と判断する判断手段と
を備えたバッテリ車のスイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置。
【請求項２】
前記判断手段はマイクロコンピュータで構成され、前記電圧検出手段は入力側が前記スナバ用抵抗と前記コンデンサとの中間位置に接続され、出力側が前記マイクロコンピュータに接続されたアナログディジタル変換器である請求項１に記載のバッテリ車のスイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置。
【請求項３】
前記直流モータは走行用モータであり、バッテリ車の走行中に前記スイッチング素子のチョッパ制御により前記走行用モータに流れる電流が制御され、前記走行用モータの駆動停止時、バッテリ車は走行停止状態である請求項１又は請求項２に記載のバッテリ車のスイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のスイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置を備え、走行中に前記判断手段が断線と判断したとき、走行停止制御を開始するバッテリ車の走行制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリ車のスイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置及び走行制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バッテリーフォークリフトの走行用モータの駆動制御には通常チョッパ制御が採用され、例えば、図３に示すような制御回路が使用されている。走行モータ５１は直巻の直流モータであって、電機子５１ａ及び界磁巻線５１ｂを備えている。界磁巻線５１ｂには前進用コンタクタ５２と後進用コンタクタ５３とが接続され、両コンタクタ５２，５３の切り換え動作に基づいて界磁巻線５１ｂに流れる界磁電流の方向を変えて走行モータ５１を正逆回転させることにより、フォークリフトが前後進するようになっている。トランジスタ５４は走行モータ５１に対して直列に接続され、そのベース端子に入力されるチョッパ信号に基づいて駆動制御される。
【０００３】
チョッパ制御時におけるトランジスタ５４のチョッパサージ電圧を吸収するためのスナバコンデンサ５５がダイオード５６を介してトランジスタ５４のコレクタ端子に接続されている。また、スナバコンデンサ５５とバッテリ５７のプラス端子との間にスナバ抵抗５８が接続されている。
【０００４】
従来、スナバ抵抗５８の断線の検出は、走行停止時にスナバコンデンサ５５とダイオード５６との間の点Ｐの電圧を検出し、その値と所定のしきい値とを比較することにより行われていた。スナバ抵抗５８の正常時の走行停止時における点Ｐの電圧は、図４に実線で示すように、所定電圧Ｖ0 で一定となり、スナバ抵抗５８の断線時には、破線で示すように、電圧Ｖ0 より低い所定電圧Ｖｄとなる。そこで、正常時の所定電圧Ｖ0 と断線時の所定電圧Ｖｄの中間の値をしきい値電圧（停止時基準電圧）Ｖ1 とし、走行停止時に点Ｐの電圧を制御装置５９に入力して、スナバ抵抗５８の断線の有無を判断していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スナバ抵抗５８が断線した場合、スナバコンデンサ５５に吸収されたサージ電圧の放電はスナバ抵抗５８以外の経路、例えば制御装置５９を介して行われるため時間がかかる。従って、前記の検出方法では走行中にスナバ抵抗５８が断線した場合、走行中にダイオード５６を介してスナバコンデンサ５５に吸収されたサージ電圧がスナバコンデンサ５５から放電されるのに時間がかかる。そのため、走行停止状態となって点Ｐの電圧を検出しても、その電圧がしきい値電圧Ｖ1 より下がるまでに時間がかかり、断線しているにも拘わらず断線を検出できないまま、走行が再開される場合がある。その結果、スナバコンデンサ５５はサージ電圧を吸収するだけで放電が殆ど行われず、破損する場合がある。
【０００６】
また、バッテリーフォークリフトでは走行用モータの他に、荷役用の油圧ポンプを駆動する直流モータが別に設けられ、そのチョッパ制御回路にもスイッチング素子を保護するために同様なスナバ回路が設けられており、同様な問題がある。
【０００７】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、第１の目的は直流モータをチョッパ制御するスイッチング素子のスナバ回路を構成するスナバ抵抗の断線をチョッパ制御中に検出可能なバッテリ車のスイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置を提供することにあり、第２の目的はその断線検出装置を備えた走行制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、直流モータをチョッパ制御するスイッチング素子と並列に接続されたダイオード及びコンデンサと、該コンデンサとバッテリのプラス端子との間に接続されたスナバ用抵抗とを含むスナバ回路の断線検出装置であって、前記スナバ用抵抗と前記コンデンサとの中間点の電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチング素子のチョッパ制御中には前記電圧検出手段の検出電圧と予め設定された駆動時基準電圧とを比較して、検出電圧が駆動時基準電圧以上のときに断線と判断するとともに、前記直流モータの駆動停止中には前記電圧検出手段の検出電圧と前記バッテリの出力電圧より低い停止時基準電圧とを比較して、検出電圧が停止時基準電圧未満のときに断線と判断する判断手段とを備えた。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、前記判断手段はマイクロコンピュータで構成され、前記電圧検出手段は入力側が前記スナバ用抵抗と前記コンデンサとの中間位置に接続され、出力側が前記マイクロコンピュータに接続されたアナログディジタル変換器である。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記直流モータは走行用モータであり、バッテリ車の走行中に前記スイッチング素子のチョッパ制御により前記走行用モータに流れる電流が制御され、前記走行用モータの駆動停止時、バッテリ車は走行停止状態である。
第２の目的を達成するため、請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のスイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置を備え、走行中に前記判断手段が断線と判断したとき、走行停止制御を開始する。
【００１２】
従って、請求項１に記載の発明によれば、直流モータはチョッパ制御により駆動される。チョッパ制御を行うスイッチング素子のターンオフ時のサージ電圧がダイオードを介してコンデンサに吸収される。そして、コンデンサに蓄えられたエネルギー（電圧）はスナバ用抵抗を介してバッテリに放電される。スナバ用抵抗と前記コンデンサとの中間点の電圧が電圧検出手段によりを検出される。スイッチング素子のチョッパ制御中に電圧検出手段に検出された検出電圧と、予め設定された駆動時基準電圧とが判断手段によって比較され、検出電圧が駆動時基準電圧以上のときに断線と判断される。また、直流モータの駆動停止中に前記電圧検出手段の検出電圧と前記バッテリの出力電圧より低い停止時基準電圧とが判断手段によって比較され、検出電圧が停止時基準電圧未満のときに断線と判断される。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明では、スナバ用抵抗と前記コンデンサとの中間位置の電圧がアナログディジタル変換器を介してマイクロコンピュータに入力される。そして、マイクロコンピュータにおいてアナログディジタル変換器からの入力値と前記駆動時基準電圧に相当するデータと比較されて、断線の有無が判断される。また、マイクロコンピュータにおいてアナログディジタル変換器からの入力値と前記バッテリの出力電圧より低い停止時基準電圧に相当するデータと比較されて、断線の有無が判断される。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、バッテリ車の走行用モータの制御に際して前記判断がなされる。
請求項４に記載の発明では、前記断線検出装置により走行中に断線と判断されると、走行停止制御が開始される。従って、スナバ用のコンデンサの放電が阻止された状態でバッテリ車が走行を継続することによる不具合の発生が防止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をバッテリ式フォークリフトの走行回路に具体化した一実施の形態を図１及び図２に従って説明する。
【００１７】
走行用モータ１はバッテリ２に接続されている。走行用モータ１には直巻の直流モータが使用され、図示しない駆動輪を駆動させるようになっている。走行用モータ１は電機子１ａと界磁巻線１ｂとを備えている。界磁巻線１ｂには前進用コンタクタ３及び後進用コンタクタ４が接続されている。そして、両コンタクタ３，４の相補的な切り換え動作により、界磁巻線１ｂに流れる磁界電流の方向が変化し、走行用モータ１が正逆転されてフォークリフトを前後進させるようになっている。
【００１８】
フライホイールダイオード５はそのアノードが界磁巻線１ｂと前進用コンタクタ３との間の接続点に接続され、カソードがバッテリ２のプラス側端子に接続されている。フライホイールダイオード６はそのアノードが界磁巻線１ｂと後進用コンタクタ４との間に接続され、カソードがバッテリ２のプラス側端子に接続されている。
【００１９】
スイッチング素子としてのトランジスタ７は、そのコレクタ端子が前進用コンタクタ３及び後進用コンタクタ４に接続され、エミッタ端子がバッテリ２のマイナス側端子に接続されている。従って、トランジスタ７は走行用モータ１に対して直列に接続されている。そして、トランジスタ７のベース端子に入力されるチョッパ信号に基づいてトランジスタ７がオン・オフ制御され、走行用モータ１に流れる電流が制御されてフォークリフトの速度が制御されるようになっている。
【００２０】
トランジスタ７のコレクタ端子とエミッタ端子との間にはスナバ回路を構成するダイオード８とコンデンサ９とが直列に接続されている。ダイオード８はアノードがトランジスタ７のコレクタ端子に接続され、カソードがコンデンサ９に接続されている。コンデンサ９とバッテリのプラス端子との間にはスナバ用抵抗１０が接続されている。
【００２１】
また、バッテリ２にはキースイッチ１１を介してコントローラ１２が接続されている。コントローラ１２は判断手段としてのマイクロコンピュータ（マイコン）１３と、トランジスタ７の駆動回路１４とを備えている。駆動回路１４はトランジスタ７のベース端子に接続されている。マイクロコンピュータ１３はコンデンサ９とスナバ用抵抗１０との中間位置に電圧検出手段としてのＡＤ変換器（アナログディジタル変換器）１５を介して接続されている。
【００２２】
マイクロコンピュータ１３はスナバ用抵抗１０の断線か否かの判断に使用する基準値を図示しない記憶部に記憶している。基準値は、走行停止状態（走行モータの停止状態）においての判断に使用する第１の基準値と、チョッパ制御時においての判断に使用する第２の基準値とが記憶されている。第１の基準値は従来の走行停止状態におけるスナバ用抵抗１０の断線判断時に使用していた停止時基準電圧に対応する値に設定されている。第２の基準値は、コンデンサ９に吸収されたサージ電圧がスナバ用抵抗１０を介して放電されない状態となったときに到達する所定の駆動時基準電圧Ｖ2 に対応する値に設定されている。
【００２３】
マイクロコンピュータ１３は走行用モータの停止中（走行停止時）と、走行用モータ１のチョッパ制御中に、前記各基準値とＡＤ変換器１５の出力信号とを比較して、スナバ用抵抗１０が断線か否かの判断を行う。マイクロコンピュータ１３は断線と判断すると、図示しない断線報知手段の作動指令信号を出力する。断線報知手段としては報知ランプやブザーが使用され、運転席に設けられる。マイクロコンピュータ１３は走行停止時に断線と判断すると、走行操作が行われても走行制御プログラムを実行しないようになっている。また、マイクロコンピュータ１３は走行用モータ１のチョッパ制御中に断線と判断すると、走行停止制御を開始するようになっている。なお、スナバ用抵抗１０が断線状態であっても、図示しないスイッチを操作することにより、マイクロコンピュータ１３が走行制御プログラムを実行可能となる。
【００２４】
また、マイクロコンピュータ１３はアクセルペダルの踏込量に基づいて所定のデューティ比でトランジスタ７をチョッパ制御するようになっている。
コントローラ１２は図示しない前進スイッチ及び後進スイッチの操作に基づいてリレーを動作させ、前進用コンタクタ３及び後進用コンタクタ４を切り換え作動させるようになっている。前進用コンタクタ３が図１に鎖線で示す位置に配置され、後進用コンタクタ４が図１に実線で示す位置に配置された状態で走行用モータ１が正転されて、フォークリフトは前進走行する。前進用コンタクタ３が図１に実線で示す位置に配置され、後進用コンタクタ４が図１に鎖線で示す位置に配置された状態で走行用モータ１が逆転されて、フォークリフトは後進走行する。
【００２５】
次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
キースイッチ１１がオン操作されると、コントローラ１２が動作可能な状態となる。この状態でマイクロコンピュータ１３は中間点Ｐの電圧に対応するディジタルデータをＡＤ変換器１５から入力し、その値と停止時基準電圧Ｖ1 に対応する第１の基準値とを比較する。そして、ＡＤ変換器１５からの入力データが基準値以上であれば正常と判断し、基準値未満であればスナバ用抵抗１０が断線していると判断する。スナバ用抵抗１０が断線していると判断されると、断線報知手段が作動されて作業者にスナバ用抵抗１０の断線が報知される。また、走行操作が行われても走行制御プログラムが実行されず、走行用モータ１は駆動されない。
【００２６】
そして、スナバ用抵抗１０の正常状態において、コントローラ１２は前進スイッチ及び後進スイッチの操作状態に対応して、前進用コンタクタ３及び後進用コンタクタ４の切り換え制御を行う。例えば、前進スイッチがオンされたときは、前進用コンタクタ３が図１に鎖線で示す位置に配置される。そして、その状態でアクセルペダルが踏み込まれると、アクセルペダルの踏み込み量に対応したデューティ比でトランジスタ７がチョッパ制御されてフォークリフトが前進走行される。
【００２７】
トランジスタ７がオンの状態では電流は、バッテリ２のプラス端子→電機子１ａ→後進用コンタクタ４→界磁巻線１ｂ→前進用コンタクタ３→トランジスタ７→バッテリ２のマイナス端子の回路で流れる。このとき走行用モータ１にはバッテリ２のほぼ全電圧が印加されている。
【００２８】
トランジスタ７へのベース電流供給を停止すると、トランジスタ７のコレクタ、エミッタ間の電圧は徐々に上昇しトランジスタ７はオフ状態に向かう。トランジスタ７がオフ状態になる時（ターンオフ時）のサージ電圧はダイオード８を通ってコンデンサ９に吸収される。トランジスタ７が完全にオフになると、コンデンサ９に蓄えられたエネルギー（電圧）はコンデンサ９→スナバ用抵抗１０→バッテリ２→コンデンサ９の回路を通って放電される。その際、サージエネルギーは一部がスナバ用抵抗１０で熱として放出され、一部はバッテリ２に戻る。
【００２９】
トランジスタ７がオフし、コンデンサ９の放電も終了した状態では、モータ電流は電機子１ａ→後進用コンタクタ４→界磁巻線１ｂ→フライホイールダイオード５→電機子１ａの回路で流れ続ける。
【００３０】
コンデンサ９とスナバ用抵抗１０との中間点Ｐの電圧は、スナバ用抵抗１０が正常であれば図２に実線で示すように、トランジスタ７が完全にオフし、コンデンサ９の放電が開始される時が最高となり、放電終了時に最低となる三角波状に変化する。また、スナバ用抵抗１０が断線すると、トランジスタ７のターンオフ時にコンデンサ９に吸収されたサージ電圧が、トランジスタ７が完全にオフになってもスナバ用抵抗１０を介して放電されない。その結果、中間点Ｐの電圧は、図２に破線で示すように上昇を続けてしきい値（駆動時基準電圧Ｖ2 ）を超える状態となる。
【００３１】
マイクロコンピュータ１３は中間点Ｐの電圧に対応するディジタルデータをＡＤ変換器１５から入力し、その値と駆動時基準電圧Ｖ2 に対応する第２の基準値とを比較する。そして、ＡＤ変換器１５からの入力データが第２の基準値以上になると、スナバ用抵抗１０が断線していると判断する。マイクロコンピュータ１３は断線と判断すると、走行停止制御を開始するとともに断線報知手段に作動指令を出力する。そして、フォークリフトの走行が停止される。また、断線報知手段が作動される。
【００３２】
この実施の形態では以下の効果を有する。
（イ）  トランジスタ７（スイッチング素子）のチョッパ制御中に、スナバ用抵抗１０とサージ電圧吸収用のコンデンサ９との中間点Ｐの電圧を予め設定された駆動時基準電圧Ｖ2 との比較によって、スナバ用抵抗１０の断線を検出できる。従って、従来に比較してスナバ用抵抗１０の断線を早期に検出できる。
【００３３】
（ロ）  スナバ用抵抗１０とコンデンサ９との中間点Ｐの電圧が電圧検出手段としてＡＤ変換器１５を介してマイクロコンピュータ１３に入力され、マイクロコンピュータ１３において駆動時基準電圧Ｖ2 に相当するデータと比較されて、断線の有無が判断される。従って、駆動時基準電圧Ｖ2 の設定変更が容易となり、機種の異なる車両で共通の装置を使用できる。
【００３４】
（ハ）  走行停止中にスナバ用抵抗１０の断線の有無判断をマイクロコンピュータで行う従来装置に、トランジスタ７のチョッパ制御中にスナバ用抵抗１０の断線の有無判断を行う制御プログラムを記憶させることにより、簡単に実施できる。
【００３５】
（ニ）  走行停止中にもスナバ用抵抗１０の断線の有無を判断できる。従って、メンテナンス作業時の結線忘れ等を走行前にチェックできる。
（ホ）  マイクロコンピュータ１３は走行中にスナバ用抵抗１０の断線と判断したとき、走行停止制御を開始する。従って、コンデンサ９からの放電がなされずにサージ電圧の吸収が長時間繰り返されることが回避され、コンデンサ９の破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００３６】
（ヘ）  スナバ用抵抗１０が断線と判断されたとき、断線報知手段が作動されるため、作業者はスナバ用抵抗１０の断線を直ちに確認でき、必要な処置をとることができる。
【００３７】
（ト）  スナバ用抵抗１０の断線を走行中に直ちに検出できるため、断線に対応した適切な処置を直ちに取ることができる。
なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
【００３８】
○  フォークリフトの走行用モータ１に限らず、荷役作業用の油圧ポンプを駆動する荷役用モータのチョッパ制御を行うスイッチング素子用スナバ回路に適用してもよい。この場合、荷役用モータのチョッパ制御中にスナバ用抵抗の断線が検出されたときには、荷役用モータの駆動を停止させる構成とすれば、スナバ回路のコンデンサの過充電を回避でき、該コンデンサの破損等の不具合を防止できる。
【００３９】
○  フォークリフトに限らず他のバッテリ式の産業車両車あるいは産業車両に限らずバッテリ式の乗用車等に実施してもよい。
○  スナバ用抵抗１０の断線の有無判断をスイッチング素子のチョッパ制御中のみ行い、モータの停止中は断線の有無判断を行わない構成としてもよい。この場合、モータの停止中にはスナバ用抵抗１０の断線を検出できないが、モータのチョッパ制御が開始されるとすぐにスナバ用抵抗１０の断線を検出できるため、さほど支障はない。
【００４０】
○  スナバ用抵抗１０の断線の有無判断をマイクロコンピュータ１３で、ソフト的に行う代わりに、中間点Ｐの電圧と駆動時基準電圧Ｖ2 とを判断手段としての比較回路（コンパレータ回路）で比較する構成とする。比較回路からは、中間点Ｐの電圧が駆動時基準電圧Ｖ2 より大きいときに所定の電圧が出力される。その出力の有無により断線か否かの判断がなされる。比較回路の出力により報知手段を作動させる構成とすれば、作業者あるいは搭乗者が断線状態にあることを直ちに認識できる。この場合、比較回路が電圧検出手段を兼ねている。
【００４１】
○  ＡＤ変換器１５をマイクロコンピュータ１３に内蔵した構成としてもよい。この場合も前記実施の形態（イ）〜（ト）の効果を有する。
○  スイッチング素子としてのトランジスタ７はスイッチング機能を有していればよく、バイポーラトランジスタに限らず、例えばＭＯＳトランジスタ、ＳＩＴ（静電誘導トランジスタ）等のトランジスタを使用してもよい。また、トランジスタに代えてサイリスタ等のスイッチング素子を使用してもよい。
【００４２】
前記各実施の形態から把握できる技術思想（発明）について、以下にその効果とともに記載する。
（１）  バッテリ式フォークリフトは、前記スイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置を、走行用モータ及び荷役用モータのスイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置として備える。この場合、走行用モータ及び荷役用モータのスイッチング素子用スナバ回路のコンデンサからの放電がなされずにサージ電圧の吸収が長時間繰り返されることが回避され、コンデンサの破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００４３】
（２）  バッテリ車は、前記スイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置を備える。この場合、走行用モータのスナバ回路用のコンデンサからの放電がなされずにサージ電圧の吸収が長時間繰り返されることが回避され、コンデンサの破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００４４】
（３）  前記スイッチング素子用スナバ回路の断線検出装置は、前記判断手段が断線と判断したとき、その出力信号により報知手段を作動させる。この場合、作業者は断線を直ちに認識できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように各請求項に記載の発明によれば、直流モータをチョッパ制御するスイッチング素子のスナバ回路を構成するスナバ用抵抗の断線をチョッパ制御中に検出できる。また、直流モータの駆動停止中にもスナバ用抵抗の断線の有無を判断できる。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、駆動時基準電圧の設定変更が容易となり、機種の異なる車両で共通の装置を使用できる。
【００４７】
請求項３に記載の発明によれば、走行用モータのスイッチング素子のスナバ回路のスナバ用抵抗の断線を走行中に直ちに検出できるため、断線に対応した適切な処置を直ちに取ることができる。走行停止中にもスナバ用抵抗の断線の有無を判断できるため、メンテナンス作業時の結線忘れ等を走行前にチェックできる。
【００４８】
請求項４に記載の発明によれば、スイッチング素子用スナバ回路のコンデンサからの放電がなされずにサージ電圧の吸収が長時間繰り返されることが回避され、コンデンサの破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を具体化したバッテリ車の走行制御回路図。
【図２】  断線判断のための基準電圧と検出電圧の関係を示すグラフ。
【図３】  従来技術のバッテリ車の走行制御回路図。
【図４】  従来の断線判断のしきい値と検出電圧の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…直流モータとしての走行用モータ、２…バッテリ、７…スイッチング素子としてのトランジスタ、８…スイッチング素子用のスナバ回路を構成するダイオード、９…同じくコンデンサ、１０…同じくスナバ用抵抗、１３…判断手段としてのマイクロコンピュータ、１５…電圧検出手段としてのＡＤ変換器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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