CN102317196A

CN102317196A - 叉车

Info

Publication number: CN102317196A
Application number: CN2010800080788A
Authority: CN
Inventors: 金子悟; 伊君高志; 泉枝穗; 森木秀一; 正野信夫
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2012-01-11
Also published as: KR20110122125A; JP2010189115A; JP5319320B2; EP2399862A1; WO2010095666A1; US20110297486A1

Abstract

通过简单的结构能够进行稳定的装卸动作和再生电力的高效回收。一种叉车，其在装卸驱动装置的多个货叉部分分别具备把旋转运动变换为直线运动的直动式促动器，该叉车具备分别驱动在所述多个货叉部分具备的多个促动器的感应电动机、共同驱动该感应电动机的逆变器以及控制该逆变器的控制器，该控制器使用分别检测所述多个感应电动机的旋转速度的检测器的检测值中最小的检测值来计算转差频率。

Description

叉车

技术领域

本发明涉及叉车，特别涉及具备能够通过简单的结构实现稳定的装卸动作的装卸装置的叉车。

背景技术

近年来，从环境问题、高原油价格等观点出发，对各种产品增强了节能化的要求。因此，在以使用发动机的油压驱动系统为中心的建设车辆、工业车辆中，通过电动化来实现高效率化、节能化的例子也正在增加。

电动化，即在以电动机作为动力源的情况下，除了减少废气排放外，还能够期待发动机的高效驱动、传动效率的提高、再生电力的回收等各种节能效果。特别是在所述建设车辆、工业车辆中，叉车的电动化取得了较快的进展，使用蓄电池的电力来驱动电动机的蓄电池叉车正在实用化。

已经产品化的蓄电池叉车，电源使用铅蓄电池，直接通过电动机驱动行驶用轮胎，并且通过电动油压系统驱动进行货物升降作业的装卸装置部分。在该系统中，通过电动机驱动油压泵，通过所产生的油压使叉车的左右的缸动作。

这种结构的蓄电池叉车，其目的基本上是实现在仓库内作业时的无废气排放化，但是，如果利用重复进行加减速的叉车的动作模式，则也能够期待通过再生电力来减少能量消耗量。

但是，所使用的铅蓄电池短时间大电流的充电特性差，实际上能够回收的再生电力量甚微。因此，目前为了弥补该铅蓄电池的较差的快速充电特性，并用大容量的电容器等，通过在该电容器中回收再生电力来减少能量消耗量。

另外，在进行货物的升降作业的装卸装置中，在降低货物时有机会回收蓄积的势能。但是，由于升降部的油压缸的构造，难以回收该能量，因此，现状只能废弃。

因此，正在研究把升降部的促动器从油压缸替换为通过电动机驱动的直动式促动器，高效地回收货物下降时产生的再生能量。

如此，在使用直动式促动器的情况下，在货物下降时能够通过外力使驱动用电动机旋转，因此能够通过电动机产生再生电力。

关于直动式促动器的驱动控制方式，在专利文献1中进行了公开。根据该文献，该升降系统在左右具有电动缸(相当于直动式促动器)，通过同步使用该两台电动缸，在升降系统下降时进行再生制动，能够把再生能量回收给电源。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-53693号公报

发明内容

发明要解决的课题

如所述现有的升降系统那样，当在叉车的左右配置有直动式促动器时，需要在左右的促动器之间进行协调。在所述升降机系统中，左右电动机分别具备驱动电动机的逆变器以及编码器，在驱动左右的直动式促动器的电动机之间的旋转速度差达到预定值以上时，调整左右各自的逆变器的输出电压，来把左右电动机间的旋转速度差控制到预定范围内。

如此，在现有技术中，为了使左右两个电动机的旋转速度差在预定范围内，分别在左右两个电动机中设置逆变器以及旋转传感器，进行同步控制。此时，由于左右两个电动机中分别具备逆变器，所以成本变高，在实际安装上有时也产生问题。另外，为消除左右电动机的旋转速度差，对各电动机进行逆变器控制，因此控制也变得复杂。

本发明是鉴于这些问题而提出的，其目的在于提供一种具备通过简单的结构能够进行稳定的装卸动作和再生电力的高效回收的装卸驱动装置的叉车。

用于解决课题的手段

本发明为了解决上述课题，采用了下述的手段。

本发明提供一种叉车，其在装卸驱动装置的多个货叉部分分别具备把旋转运动变换为直线运动的直动式的促动器，该叉车具备分别驱动在所述多个货叉部分具备的多个促动器的感应电动机、共同驱动该感应电动机的逆变器以及控制该逆变器的控制器，该控制器使用分别检测所述多个感应电动机的旋转速度的检测器的检测值中最小的检测值来计算转差频率。

发明效果

本发明因为具备以上结构，所以能够通过简单的结构进行稳定的装卸动作和再生电力的高效回收。

附图说明

图1是用于说明具备装卸驱动装置的叉车的图。

图2是用于说明使用油压进行再生时的油压驱动系统的图。

图3是表示在左右每个促动器中配置驱动电动机以及逆变器来驱动货叉部上升以及下降的例子的图。

图4是用于说明电动机驱动装置的基本结构的图。

图5是用于说明使用逆变器来控制感应电动机的感应电动机控制系统的框图。

图6是用于说明通过一台逆变器控制两台电动机时的电动机控制系统的图。

图7是表示感应电动机的对应于转差频率的转矩的特性的图。

具体实施方式

以下参照附图说明最佳实施方式。

如上所述，叉车的装卸装置一般通过油压驱动系统构成。该叉车被大致分为发动机式、蓄电池式两种，各自的装卸装置用油压系统的驱动源为发动机或者电动机。

如上所述，叉车中通过驱动装置的电动化进行的高效率化、节能化取得了进展，特别是在充电式中，积极地进行了在行驶过程中的减速时产生的再生电力的回收。

可以预见在叉车中今后还将谋求进一步的节能化，行驶时的再生电力的回收之后要考虑的是来自装卸装置的能量再生。来自装卸装置的能量再生，在从上方降低货物时再生与势能相当的量，被认为是节能方式中节能效果最大的方式。

在使用所述油压驱动系统从上方降低货物时，通过释放油压缸内的油压，减少支撑力，降低货物。即，以放出油压的方式消耗所积蓄的势能。

图1是用于说明成为本发明的对象的、具备装卸驱动装置的叉车的图。如图1所示，叉车1在其车体前部具备进行上下运动的货叉部2，通过直动式促动器3进行货叉部2的上升以及下降驱动。

直动式促动器例如是具备滚珠螺杆，高效地把驱动用电动机的旋转运动变换为直线运动的直动式促动器。在图1中，驱动用电动机4经由齿轮5驱动直动式促动器3，但是并不限于该方式，例如也可以通过驱动电动机4直接驱动直动式促动器3。另外，在图1中虽然未明示，但是在叉车右侧(图的相反侧)也同样具备货叉部2b、直动式促动器3b以及驱动用电动机4b，通过左右两个促动器在上升以及下降方向上驱动所述叉车的装卸装置。

图2是用于说明使用油压进行再生时的油压驱动系统的图。在该系统中，在货物下降时，来自使升降机(lift)进行升降动作的油压缸10的油经由油压配管11返回油压电动机12，使油压电动机旋转。通过该旋转力使发电机13旋转，产生电力。该产生的电力进一步经由变换器14对蓄电池15充电而积蓄。在这样通过油压进行能量再生的再生方式中，从现有的油压系统的置换比较容易，但是另一方面，再生能量依次传递到油压配管、油压电动机、发动机，因此，在各部分中的损失变大，有时无法获得足够的再生电力。

与此相对，在使用把所述电动机的旋转动力直接变换为直线运动的直动式促动器的情况下，能够改善油压驱动系统的低效率，高效率地再生所储存的势能。

图3是表示在左右的每个促动器中分别配置驱动电动机以及驱动该驱动电动机的逆变器，通过左右的促动器驱动货叉部上升以及下降的例子的图。

在该例的情况下，为消除左右促动器之间的速度差，需要在左右电动机之间进行协调。为了取得左右促动器之间的协调，需要监视左右的驱动用电动机的旋转速度、转矩、促动器的推力或者促动器的移动速度等，控制左右的驱动用电动机使该差消失。即，分别对左右的驱动用电动机4、4b供电的逆变器20、20b需要检测电动机或者促动器的状态，在其控制器21、21b之间互相交换检测值来进行控制。

因此，在图3的例子中，控制器21、21b之间通过通信线22进行信号连接，经由通信线22收发各种检测信号。另外，在图3的例子中省略了输入到各控制器的各种传感器信号。但是，实际上各种传感器附属于各电动机、逆变器，来自那里的信号被输入到各控制器中。

如此，在通过附属于各促动器的电动机以及逆变器来控制左右促动器的情况下，能够补偿左右促动器的速度差。但是，此时需要各种传感器，控制复杂化。另外，成本也随之上升。另外，对左右促动器分别需要逆变器，因此，有时在安装上也存在问题。

图4是用于说明电动机驱动装置的基本结构的图。如图4所示，分别驱动左右促动器3、3b的电动机4、4b由一个逆变器20驱动。

在此，当使用同步电动机作为驱动用电动机4、4b时，需要根据各电动机的转子磁极位置来决定来自逆变器的输出电压的相位。因此，难以通过一台逆变器驱动多个电动机。与此相对，当使用感应电动机作为驱动用电动机4、4b时，易于通过一台逆变器驱动多个电动机。

即，感应电动机在自身的控制器内生成二次侧的磁通位置，因此能够进行不依靠各电动机的旋转位置的控制，并且，根据对应于施加在电动机一次侧线圈上的频率，与加在转子上的负载平衡而产生的转差频率(slip frequency)(电动机旋转速度)，决定电动机转矩，因此，即使将多个电动机与一个逆变器连接，也能够分别稳定地产生转矩。

因此，在本实施方式中，通过一台逆变器驱动多台(例如两台)感应电动机。另外，在感应电动机的控制中需要电动机旋转速度的信息。因此，在图4的例子中，在左右的驱动用电动机4、4b上安装速度传感器22、22b，把各电动机的旋转速度输入到控制器21中。

图5是用于说明使用逆变器来控制感应电动机的感应电动机控制系统的框图。图5的框图是电动机的旋转速度控制系统，差分器30对上位的控制系统所决定的电动机速度指令ωm^*与作为被反馈的控制对象的电动机的速度检测值ωm^的差分进行运算，以运算结果作为输入的控制部(control unit)31对电动机转矩指令Tr^*进行运算。在此，控制部31由比例控制部或者比例积分控制部构成。

电流指令换算部32输入电动机转矩指令Tr^*以及电动机旋转速度ωm^，运算转矩电流指令It^*、励磁电流指令Im^*。电流控制部33对所述运算出的转矩电流指令It^*、励磁电流指令Im^*反馈实际的电流检测值It^、Im^，生成电压指令Vt^*、Vm^*。另外，电流控制部33与所述控制部31同样由比例积分控制部等构成。

通过所述电流控制部33运算出的电压指令是两旋转坐标轴的电压指令Vt^*、Vm^*。坐标变换部34使用磁通的旋转相位θ，对两旋转坐标轴的电压指令Vt^*、Vm^*进行坐标变换运算，输出交流电压指令Vu^*、Vv^*、Vw^*。另外，该旋转相位θ通过积分器35对一次频率ω1进行积分运算而获得。另外，一次频率ω1如式1所示，可以通过相加电动机速度的检测值ωm^和转差频率ωs而获得。

ω1＝ωm^+ωs (式1)

感应电动机的转矩在某个转差率的范围内与转差频率ωs成比例。因此，通过调整转差频率能够调整电动机转矩。另外，转差频率ωs可以在转差频率运算部36中根据式2来计算。

ωs＝R2×It/(L2×Im) (式2)

在此，R2为二次侧电阻值，L2为二次侧自感。所述转矩电流It、励磁电流Im一般使用指令值，因此，在实际的运算中使用的情况下，需要考虑控制延迟量等来设定数值。

以上，参照图5的例子说明了把一台电动机作为控制对象，通过一台逆变器进行驱动的情况。在本实施方式中，以这样的控制系统为基础，通过一台逆变器控制两台感应电动机。

感应电动机与同步电动机不同，如上所述，以转差频率进行旋转。因此，能够与负载平衡的基础上产生转矩。因为具有这样的特性，所以能够通过一台逆变器驱动多台(两台)感应电动机。但是，在叉车的装卸装置中，如果不使左右电动机的旋转速度差为最小限，则难以进行平滑的升降动作。因此，在本实施方式中，在把参照图5说明的感应电动机的控制系统应用于叉车用装卸装置的左右的感应电动机中时，通过在反馈的值上下功夫进行控制使速度差消失。另外，在进行装卸装置的直动式促动器3、3b的控制时，为使与现有机器的油压缸的行为相同，进行了恒定速度控制。尽管采用转矩控制没有问题，但是需要根据负载随时变化指令值，因此无法说适合于装卸装置的驱动。

图6是用于说明通过一台逆变器控制两台电动机时的电动机控制系统的图。另外，所述两台电动机分别驱动被安装在货叉部分的促动器。另外，在图6中，对与图5表示的部分相同的部分赋予相同标号并省略其说明。在该例中，通过反馈检测器的检测值中最小的检测值来补偿左右促动器的速度差，其中，该检测器分别检测分别驱动左右促动器的电动机的旋转速度。

如图6所示，反馈给电动机控制系统的电动机旋转速度，是右电动机旋转速度ωmr^和左电动机旋转速度ωml^，平均运算部40运算两个电动机旋转速度的平均值ωmave。然后，把该电动机旋转速度平均值ωmave反馈给差分器30。接着，根据差分器30运算出的差分，控制部31运算升降机以指令值的速度进行上升下降所需要的平均转矩指令Tr^*。

比较部41比较右电动机旋转速度ωmr^和左电动机旋转速度ωml^，使速度低的一方的旋转速度ωmlow通过，如式(1)所示那样，把通过的值ωmlow相加到转差频率ωs上，由此获得施加在驱动用电动机4、4b上的一次频率ω1。另外，在驱动三台以上的电动机的情况下，只要把速度最慢的电动机的旋转速度相加在转差频率ωs上即可。

图7是表示感应电动机的对应于转差频率的转矩特性的图。在图7中，横轴S表示转差率。另外，转差率S由式3定义。

S＝(Ns-Nr)/Ns (式3)

在此，Ns为施加的旋转磁场的频率(一次频率)，Nr为转子的频率。另外，在式3中，(Ns-Nr)相当于转差频率ωs。一般，转差率S的范围在通常使用的动作区域内成为非常小的值。即，在通常使用的范围中，如图7所示，当转差频率ωs变大时，电动机转矩表示变大的特性。

在本实施方式中，为了消除左右促动器之间的速度差，需要减小驱动移动速度快的一方的促动器的电动机的转矩，相反，增加驱动移动速度慢的一方的促动器的电动机的转矩。

因此，如上所述，选择左右两台电动机中旋转速度低的一方的旋转速度检测值，将其用于一次频率运算中，由此使电动机旋转速度相对高的一方的转差频率减小。由此，能够减小旋转速度高的一方的电动机转矩。与此相对，在电动机旋转速度低的一方中，按原样使用低的一方的电动机旋转速度的检测值，因此能够产生所需要的转矩。

如此，通过把左右两个电动机旋转速度中速度低的一方的检测值用于一次频率的运算中，能够减小速度高的一方的转矩，因此，能够进行使左右促动器之间的速度差消失那样地动作。

例如，在以转差率5％输出额定转矩的四极感应电动机的情况下，旋转磁场频率(一次频率)Ns为1500rpm(电动机角频率313.37rad/sec)时，根据式3，能够输出额定转矩的电动机转速Nr为1425rpm。

在此，如本实施方式那样，通过一台逆变器驱动两台电动机的情况下，当左右电动机的旋转速度差为5％时，如图6所示的电动机控制系统那样，当使用电动机转速低的一方的转速运算一次频率Ns时，低的一方的电动机转速为1425rpm，与之相对，高的一方的电动机转速为1425rpm×1.05＝1496.25rpm(电动机角频率为313.37rad/sec)。

此时的高的一方的转速的电动机的转差率S根据式3成为(314.16-313.37)/314.16＝0.0025(0.25％)。一般，在感应电动机通常使用的转差范围内，转矩与转差率几乎线性变化，因此，转差率为0.25％时，电动机转矩约为额定的1/20左右(0.25％/5％)。

如此，通过在电动机控制系统中使用的一次频率Ns的运算中使用低的一方的电动机转速的值，能够使成为相对高转速的电动机的转矩变小，可知控制正朝着减小左右的速度差的方向起作用。

另外，在图6中，反馈给电流控制部33的转矩电流检测值It^、以及励磁电流检测值Im^，反馈在两台电动机中流过的电流的合计值或平均值即可。另外，两台电动机基本上使同型号的电动机，因此反馈左右哪一方的电动机电流均可。

至此，如所说明的那样，根据本发明的实施方式，在左右两个货叉部分具有把电动机的旋转运动变换为直线运动的直动式促动器的叉车中，把感应电动机作为驱动左右两台直动式促动器的电动机，通过一个逆变器驱动左右两台电动机。此时，装卸驱动装置具有控制逆变器的输出电压的控制器，所述控制器构成所述电动机的旋转速度的反馈控制系统，反馈给所述旋转速度控制系统的电动机速度为所述左右两个电动机速度检测值的平均值。另外，所述控制器在运算所述电动机转差频率的部分，比较来自左右两台电动机的旋转传感器的检测值，用于运算所述转差频率的电动机旋转速度使用所述比较的检测值中低的速度检测值。即，作为反馈给旋转速度控制系统的电动机速度，使用左右两个电动机速度检测值的平均值，另外，运算电动机的转差频率的电动机旋转速度，使用来自左右两台电动机的旋转传感器的检测值中低的速度检测值，通过这样的简单的结构，能够进行稳定的装卸动作和高效率的再生电力的回收。

符号说明

1 叉车

2 货叉部

3 直动式促动器

4 驱动用电动机

5 齿轮

10 油压缸

11 油压配管

12 油压电动机

13 发电机

14 变换器

15 蓄电池

20 逆变器

21 控制器

25 速度传感器

31 控制部

32 电流指令换算器

33 电流控制部

34 坐标变换部

36 转差频率运算部

40 平均运算部

41 比较部

Claims

1.一种叉车，其在装卸驱动装置的多个货叉部分分别具备把旋转运动变换为直线运动的直动式的促动器，该叉车的特征在于，

具备分别驱动在所述多个货叉部分具备的多个促动器的感应电动机、共同驱动该感应电动机的逆变器以及控制该逆变器的控制器，

该控制器使用分别检测所述多个感应电动机的旋转速度的检测器的检测值中最小的检测值来计算转差频率。

2.一种叉车，其在装卸驱动装置的多个货叉部分分别具备把旋转运动变换为直线运动的直动式的促动器，该叉车的特征在于，

该控制器把分别检测所述多个感应电动机的旋转速度的检测器的检测值的平均值反馈给旋转速度控制系统，计算转矩指令。

3.一种叉车，其在装卸驱动装置的多个货叉部分分别具备把旋转运动变换为直线运动的直动式的促动器，该叉车的特征在于，

该控制器把分别检测所述多个感应电动机的旋转速度的检测器的检测值的平均值反馈给旋转速度控制系统，并使用分别检测所述多个感应电动机的旋转速度的检测器的检测值中最小的检测值来计算转差频率。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的叉车，其特征在于，

所述直动式的促动器具备把感应电动机的旋转运动变换为直线运动，在上下方向上驱动货叉的滚珠螺杆机构。