DE69324292T2

DE69324292T2 - Staplerfahrzeug mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE69324292T2
Application number: DE69324292T
Authority: DE
Inventors: Guido Palleggi
Original assignee: Fiat Om Carrelli Elevatori SpA
Current assignee: Still SpA
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2013-02-18
Also published as: ITMI920595A0; JPH0662511A; FI931116A; BG97529A; EP0560089A1; ATE178538T1; ES2131536T3; FI931116A0; DE69324292D1; IT1254284B; US5489828A; ITMI920595A1; EP0560089B1; DK0560089T3; GR3030417T3; RU2146074C1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch angetriebenes Hebefahrzeug.
Elektrisch angetriebene Hebefahrzeuge werden üblicherweise mittels eines Serienerregungsgleichstrommotors angetrieben, der mit Speicherbatterien arbeitet, die in dem Hebefahrzeug eingebaut sind, und der antriebsmäßig mit zwei vorderen Antriebsrädern des Hebefahrzeugs verbunden ist. Ein weiterentwickelterer Entwurf sieht zwei Elektromotoren des obigen Typs vor, von denen jeder eines der Antriebsräder antreibt. Anstelle von genau zwei Antriebsrädern weisen einige Hebefahrzeugtypen zwei Paare von Antriebsrädern auf.
Um ein Hebefahrzeug rückwärts anzutreiben, ist ein Satz von ferngesteuerten Schaltern angeordnet, um die Richtungen der Ströme, die durch die Leistungsversorgungsschaltung zu dem Elektromotor bzw. den Elektromotoren fließen, umzukehren. Ein ferngesteuerter Schalter wird ferner dann in der Versorgungsschaltung verwendet, wenn ein dynamisches Bremssystem in das elektrische Antriebssystem eingebaut ist; durch Schließen dieses ferngesteuerten Schalters wird die Verbindung zwischen dem Elektromotor oder den Elektromotoren und den Speicherbatterien umgekehrt, wodurch ein Energiefluß von dem Elektromotor oder den Elektromotoren, der oder die in dem Generatormodus arbeiten, zu den Speicherbatterien ermöglicht wird.
Die Verwendung von ferngesteuerten Schaltungen ist jedoch nicht frei von Nachteilen.
Die ferngesteuerten Schalter, die im allgemeinen elektromagnetisch betriebene Schalter sind, sind vor allem sperrig und belegen in dem Hebefahrzeug viel Raum.
Wenn das Hebefahrzeug in ungünstigen Umgebungen betrieben werden soll, wie z. B. in Umgebungen, die Dampf aufweisen oder die schmutzig sind, werden die Komponenten der ferngesteuerten Schalter außerdem zwangsläufig schmutzig und werden folglich praktisch unwirksam, wodurch die Einsatzfähigkeit des Hebefahrzeugs beeinträchtigt wird oder eine periodische Wartung erzwungen wird. Insbesondere verschlechtern sich mit der Zeit die Kontakte der ferngesteuerten Schalter, wodurch das Ersetzen derselben unvermeidlich wird.
Folglich machen ferngesteuerte Schalter den Betrieb des Hebefahrzeugs unzuverlässig und erhöhen dessen Betriebskosten.
Bezüglich der Aspekte des Antriebs und des elektrischen Bremsens des Hebefahrzeugs kann sich der verwendete elektrische Antrieb nur schlecht auf variierende Lastzustände einstellen, wobei dessen Betriebsparameter nicht moduliert werden können, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen. Mit einer schweren Last wird von dem Elektromotor bzw. den Elektromotoren unter anderem eine große Wärmemenge erzeugt, wobei der Wirkungsgrad niedrig ist.
Aus der EP-A-0456345 ist ein elektrisch angetriebenes Hebefahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt, bei dem ein getrennt erregter Nebenschlußgleichstrommotor und eine auf einem Mikroprozessor basierende, unabhängige PWM- Steuerung des Anker- und Feldstroms des Motors vorgesehen sind.
Aus der EP-A-0360870 ist eine Steuer- und Anzeigevorrichtung eines Batteriefahrzeugs, wie z. B. eines Gabelstaplers, bekannt, die für die Steuerung eine Mikroprozessoreinheit und zugeordnete Speicher verwendet, und die die Betriebscharakteristika des Fahrzeugs ändern kann, die die Steuerungscharakteristikadaten anzeigen kann, und die die Wartungsmanagementdaten auswählen, anzeigen und in eine bezeichnete Spezifikation umwandeln kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Hebefahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem zu schaffen, das eine zweckmäßige und wirksame Bewegung des Hebefahrzeugs ergibt.
Diese Aufgabe wird durch das elektrische Antriebssystem gemäß Anspruch 1 erreicht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild, das teilweise ein elektrisches Antriebssystem für Hebefahrzeuge gemäß der Erfindung mit einem einzigen elektrischen Antriebsmotor darstellt;
Fig. 2 ein Prinzipschaltbild, das teilweise ein weiteres elektrisches Antriebssystem für Hebefahrzeuge gemäß der Erfindung mit zwei elektrischen Antriebsmotoren darstellt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Steuerungs- und Überwachungsschaltung, die in eines der beiden obigen elektrischen Antriebssysteme gemäß der Erfindung eingebaut ist;
Fig. 4 einen graphischen Verlauf des Drehmoments über der Umdrehungsanzahl pro Minute (UPM) für die Elektromotoren der obigen elektrischen Antriebssysteme gemäß der Erfindung; und
Fig. 5 eine graphische Darstellung, die den Verlauf zeigt, der bezüglich der Versorgungsströme zu den Elektromotoren der obigen elektrischen Antriebssysteme gemäß der Erfindung während des Beschleunigungsstadiums erzwungen wird.
Bei dem elektrischen Antriebssystem von Fig. 1, das beispielhaft auf ein Hebefahrzeug mit zwei angetriebenen Vorderrädern bezogen ist, ist der einzige elektrische Antriebsmotor ein Fremderregungsgleichstrommotor.
Dieser Motor, der im allgemeinen mit M bezeichnet ist, ist angeordnet, um auf beide Antriebsräder, die mit R bezeichnet sind, des Hebefahrzeugs zu wirken.
Der Motor M weist eine Erregerwicklung (stationäre Feldwicklung) C und eine Drehankerwicklung A auf, die von einer Gleichspannungsversorgung erregt werden, die aus Speicherbatterien besteht, die an dem Hebefahrzeug befestigt sind, wie es schematisch durch zwei Pole +B (positiver Pol) und -B (negativer Pol) angezeigt ist.
Die Leistungsversorgung zu der Erregerwicklung oder dem Stator C ist über eine Transistorbrücke T1, T2, T3, T4 vorgesehen, die in einem Viereck angeordnet ist, wobei zwei diagonal gegenüberliegende Pole direkt mit der Spannungsversorgung verbunden sind, und die anderen zwei diagonal gegenüberliegenden Pole mit dem Stator C verbunden sind.
Die Leistungsversorgung zu der Ankerwicklung oder dem Rotor A ist über einen Transistor T5, zu dem eine Diode D1 parallel geschaltet ist, vorgesehen. Parallel zu dem Rotor A ist eine Verzweigung vorgesehen, die durch einen Transistor T6 aufgetrennt ist, zu dem eine Diode D2 parallel geschaltet ist.
Um das Hebefahrzeug vorwärts anzutreiben, werden die Transistoren T1, T2 in einen leitenden Zustand gebracht, wobei die Transistoren T3, T4 ausgeschaltet sind, wodurch der Stator C des Motors M entsprechend einer bestimmten Polarität mit der Spannungsversorgung verbunden werden kann, und ferner wird der Transistor T5 in einen leitenden Zustand gebracht, während der Transistor T6 ausgeschaltet gehalten wird, wodurch der Rotor A des Motors M auch mit der Spannungsversorgung verbunden werden kann. Diese Versorgung, die zu dem Motor M eingerichtet ist, bewirkt aus bekannten Gründen, daß sich der Rotor A dreht und eine Drehbewegung an die Räder R überträgt.
Um das Hebefahrzeug rückwärts anzutreiben, d. h. um das Hebefahrzeug in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung zu betreiben, werden die Transistoren T1, T2 ausgeschaltet, wobei die Transistoren T3, T4 in einen leitenden Zustand gebracht werden, wodurch die Polarität des Stators C des Motors M ausgehend von der vorherigen Verbindung zu der Spannungsversorgung umgekehrt wird, während der Transistor T5 in einem leitenden Zustand gehalten und der Transistor T6 ausgeschaltet gehalten wird, damit der Rotor A mit derselben Polarität wie vorher mit der Spannungsversorgung verbunden ist. Diese Versorgung, die zu dem Motor M eingerichtet ist, bewirkt aus bekannten Gründen, daß sich der Rotor A in der entgegengesetzten Richtung dreht und entsprechend eine entgegengesetzt gerichtete Drehbewegung an die Räder R überträgt.
Beim Bremsen wird der Motor M in dem Generatormodus betrieben, um dadurch die Spannungsversorgung wieder aufzuladen, wobei der Transistor T5 ausgeschaltet ist, der Transistor T6 in einen leitenden Zustand gebracht ist, und die Transistoren T1, T2, T3, T4 geeignet angesteuert werden, wie es im folgenden erklärt wird.
Bei dem elektrischen Antriebssystem von Fig. 2, das sich beispielsweise auch auf ein Hebefahrzeug mit zwei vorderen Antriebsrädern bezieht, sind die zwei elektrischen Antriebsmotoren wie der Motor M bei dem Antriebssystem von Fig. 1 zwei Fremderregungsgleichstrommotoren.
Diese zwei elektrischen Motoren werden jeweils mit M1, M2 bezeichnet. Der Motor M1 treibt eines der zwei Antriebsräder des Hebefahrzeugs an, das bei R1 dargestellt ist, wobei der andere Motor M2 das andere Antriebsrad des Hebefahrzeugs antreibt, das mit R2 dargestellt ist.
Der Motor M1 weist einen Stator C1 und einen Rotor A1 auf. Der Motor M2 umfaßt entsprechend einen Stator C2 und einen Rotor A2 auf.
Die Statoren C1 und C2 und die Rotoren A1 und A2 werden von einer Gleichspannungsversorgung, die wieder aus Speicherbatterien besteht, die in dem Hebefahrzeug plaziert sind, mit Energie versorgt, wie es schematisch in Fig. 1 durch die zwei Pole +B (positiver Pol) und -B (negativer Pol) dargestellt ist.
Der Stator C1 wird über eine Brücke aus MOSFET-Transistoren (die MOSFET-Transistoren werden im folgenden zur Abkürzung als MOSFETs bezeichnet) versorgt, die mit TF1, TF2, TF3 und TF4 in den Zeichnungen bezeichnet sind. Entsprechend der Transistorbrücke von Fig. 1 sind hier wieder zwei diagonal gegenüberliegende Pole direkt mit der Spannungsversorgung verbunden, wobei die anderen zwei diagonalen Pole mit dem Stator C1 verbunden sind.
Der Stator C2 wird über eine weitere MOSFET-Brücke versorgt, die mit TF7, TF8, TF9 und TF10 in den Zeichnungen angegeben ist. Die zwei diagonal gegenüberliegenden Pole in der Brücke sind wieder direkt mit der Spannungsversorgung verbunden, wobei die anderen zwei diagonal gegenüberliegenden Pole mit dem Stator C2 verbunden sind.
Der Rotor A1 des Motors M1 und der Rotor A2 des Motors M2 sind seriell verbunden und werden über einen MOSFET TF5, zu dem eine Diode DD1 parallel geschaltet ist, versorgt. Parallel zu den Rotoren A1 und A2 ist eine Verzweigung vorgesehen, die durch einen MOSFET TF6, zu dem eine Diode DD2 parallel geschaltet ist, aufgetrennt ist.
Um das Hebefahrzeug, das durch die zwei Motoren M1 und M2 angetrieben wird, entweder anzutreiben oder abzubremsen, wird wie für das Antriebssystem von Fig. 1, das mit einem einzigen Motor M ausgerüstet ist, einer entsprechenden Prozedur gefolgt.
Um das Hebefahrzeug vorwärts anzutreiben, geht man insbesondere wie folgt vor. Die MOSFETs TF1, TF2 werden in einen leitenden Zustand gebracht, während die MOSFETs TF3, TF4 ausgeschaltet gehalten werden, wodurch die Anschlüsse des Stators C1 des Motors M1 in einer gegebenen Polarität mit der Spannungsversorgung verbunden sein können, und die MOSFETs TF7, TF8 werden in einen leitenden Zustand gebracht, während die MOSFETs TF9, TF10 ausgeschaltet gehalten werden, um die Anschlüsse des Stators C2 in derselben Polarität mit der Spannungsversorgung zu verbinden. Gleichzeitig dazu wird der MOSFET TF5 in einen leitenden Zustand gebracht, während der MOSFET TF6 ausgeschaltet gehalten wird, um ferner die seriellen Rotoren A1 und A2 der Motoren M1 und M2 jeweils mit der Spannungsversorgung zu verbinden. Folglich werden die Rotoren A1 und A2 gedreht, um ihre Drehbewegung an die Räder R1 bzw. R2 zu übertragen.
Um die Bewegungsrichtung des Hebefahrzeugs umzukehren, d. h. um das Hebefahrzeug rückwärts anzutreiben, wird statt dessen der folgenden Prozedur gefolgt. Die MOSFETs TF1, TF2 werden ausgeschaltet, wobei die MOSFETs TF3, TF4 in einen leitenden Zustand gebracht werden, um dadurch den Stator C1 des Motors M1 in einer umgekehrten Polarisation, ausgehend von der vorherigen, mit der Spannungsversorgung zu verbinden, und die MOSFETs TF7, TF8 werden ausgeschaltet, während die MOSFETs TF9, TF10 in einen leitenden Zustand gebracht werden, so daß der Stator C2 des Motors M2 in derselben umgekehrten Polarisation entsprechend mit der Spannungsversorgung verbunden werden kann; gleichzeitig wird der MOSFET TF5 in einem leitenden Zustand gehalten, wobei der MOSFET TF6 ausgeschaltet wird, damit die zwei Rotoren A1 und A2 in demselben Polaritätsmuster wie bei dem Vorwärtsbewegungsmodus mit der Spannungsversorgung verbunden sind. Aufgrund der umgekehrten Polarität über den Statoren C1 und C2 werden sich die Rotoren A1 und A2 ausgehend von dem Vorwärtsbewegungsmodus in der entgegengesetzten Richtung drehen und entsprechend eine entgegengesetzt gerichtete Drehbewegung an die Räder R1 bzw. R2 übertragen.
Während eines Bremsvorgangs werden die Motoren M1 und M2 in dem Generatormodus betrieben, um die Spannungsversorgung wieder aufzuladen, indem der MOSFET TF5 ausgeschalten wird, der MOSFET TF6 in einen leitenden Zustand gebracht wird, und indem die MOSFETs TF1, TF2, TF3, TF4 und TF7, TF8, TF9, TF10, wie es im folgenden erklärt wird, geeignet angesteuert werden.
Die Transistoren in Fig. 1 und die MOSFETs in Fig. 2 werden über eine elektronische Antriebs- und Steuerungseinheit angesteuert, wie es durch das Blockdiagramm in Fig. 3 dargestellt ist.
Diese Antriebs- und Steuerungseinheit weist einen Mikroprozessor 10 auf, der mit einem Speicher 11 des EPROM-Typs und einem Speicher 12 des EEPROM-Typs verbunden ist. Der Speicher 11 enthält Programme, die von dem Mikroprozessor 10 ausgeführt werden sollen, und Daten, die in dem Mikroprozessor verarbeitet werden, wohingegen der Speicher 12 ein Arbeitsspeicher ist, in den bzw. aus dem der Mikroprozessor 10 Daten schreiben bzw. lesen kann.
Der Mikroprozessor 10 ist an der Eingangsseite mit einem Satz von Hebefahrzeugssteuerungen verbunden, wie es schematisch durch einen entsprechenden Satz von Blöcken dargestellt ist. Insbesondere ist bei 13 die Vorwärtsbewegungssteuerung, bei 14 die Rückwärtsbewegungssteuerung, bei 15 das Geschwindigkeitssteuerungspedal und bei 16 die Bremssteuerung angegeben; ferner ist bei 17 die Steuerung für ein langsames Gabelanheben angezeigt, bei 18 ist die Steuerung für ein schnelles Gabelanheben angezeigt, bei 19 ist die Neigungssteuerung des Gestells zum senkrechten Halten der Gabel angezeigt, bei 20 ist die Servolenkungssystemauswähleinrichtung angezeigt, und bei 21 ist die Steuerung zum Her ausbewegen des eingestellten Geschwindigkeitsbereichs für das Hebefahrzeug dargestellt.
Der Mikroprozessor 10 ist an der Ausgangsseite mit der elektrischen Antriebssystemschaltung von Fig. 1 oder Fig. 2 und mit dem Gleichstrommotor für eine Pumpe verbunden, die angeordnet ist, um ein unter Druck gesetztes Fluid zu dem hydraulischen Gabelhubsystem und dem Hebefahrzeugservolenkungssystem zuzuführen. Insbesondere bezieht sich der mit 22 bezeichnete Block auf Transistoren T5, T6, wenn das Layout von Fig. 3 auf das Antriebssystem von Fig. 1 angewendet wird, und auf MOSFETs TF5, TF6, wenn dieses Layout auf das Antriebssystem, das in Fig. 2 gezeigt ist, angewendet wird. Der mit 23 bezeichnete Block bezieht sich auf die Transistorbrücke T1, T2, T3, T4, wenn das Layout von Fig. 3 auf das Antriebssystem von Fig. 1 angewendet wird, und auf die MOSFET-Brücke TF1, TF2, TF3, TF4, wenn dieses Layout auf das Antriebssystem von Fig. 2 angewendet wird. Der mit 24 bezeichnete Block bezieht sich auf die MOSFET-Brücke TF7 TF8, TF9, TF10, wenn das Layout von Fig. 3 auf das Antriebssystem von Fig. 2 angewendet wird, und muß gestrichen werden, wenn dieses Layout auf das Antriebssystem von Fig. 1 angewendet wird. Der mit 25 bezeichnete Block bezieht sich im allgemeinen auf einen elektronischen Schalter, der den Elektromotor der im vorhergehenden erwähnten Pumpe steuert.
Der mit 26 bezeichnete Block bezieht sich auf eine elektronische Schaltungsanordnung und auf elektronische Bauelemente zum Erfassen sowohl der Ströme, die entweder durch die Schaltung von Fig. 1 oder die Schaltung von Fig. 2 fließen, und zum Erfassen der Spannungen, die entweder an der Schaltung von Fig. 1 oder an der Schaltung von Fig. 2 auftreten, abhängig davon, welche Schaltung anwendbar ist, als auch zum Erfassen der Ströme, die durch die elektrische Schaltung des Pumpenmotors fließen, und zum Erfassen der Spannungen, die an der elektrischen Schaltung des Pumpenmotors auftreten. Die dadurch erfaßten Strom- und Spannungsinformationen werden über eine Schnittstelle 27 in den Mikroprozessor 10 zu rückgekoppelt.
Der mit 28 bezeichnete Block ist ein elektronisches Sicherheitsüberwachungsmodul mit einem Speicher, das bei dem Auftreten einer Überspannung oder eines Überstroms, die bzw. der bei 26 erfaßt wird, verhindern würde, daß ein Transistor bei der Anwendung von Fig. 1 angesteuert wird, oder daß ein MOSFET bei der Anwendung von Fig. 2 angesteuert wird, oder verhindern würde, daß der elektronische Schalter, der den Pumpenmotor steuert, angesteuert wird, wobei dies entsprechend dort durchgeführt wird, wo die Überspannung oder der Überstrom aufgetreten ist. Dieses Sicherheitsüberwachungsmodul ist wirksam, um die Zeitpunkt- und Positionsinformationen bezüglich einer Überspannungs- oder Überstromsituation zu speichern.
Der Mikroprozessor 10 befindet sich ferner in einer bidirektionalen Kommunikation mit einem Instrument, das durch einen Block 29 dargestellt ist, welches eine Anzeige und ein Druckknopfbedienfeld auf einem Instrumentenbedienfeld des Hebefahrzeugs umfaßt. Dieses Instrument dient mehreren Funktionen: Anzeigen der Betriebscharakteristika und Betriebsparameter des Hebefahrzeugs, Einstellen und Ändern der Betriebsparameter über das Druckknopfbedienfeld und schnittstellenmäßigen Verbinden des Mikroprozessors 10 mit dem elektrischen Gesamtsystem des Hebefahrzeugs, um visuelle Anzeigen der Betriebszustände des Hebefahrzeugs zu liefern.
Die elektrischen Antriebssysteme von Fig. 1 und 2 einschließlich der Steuerungs- und Überwachungsschaltung von Fig. 3 liefern eine Reihe von Vorteilen.
Indem die Statoren der Elektromotoren, die in Fig. 1, 2 gezeigt sind, getrennt von den Rotoren erregt werden, können viel niedrigere Ströme als die, die durch den Rotor fließen, dem Stator zugeführt werden, wodurch Komponenten (d. h. die im vorhergehenden erwähnten Transistoren und MOSFETs) mit vergleichsweise niedrigen Leistungsanforderungen anstelle der ferngesteuerten Schalter, die während des Einleitungsabschnitts erwähnt wurden, verwendet werden können, um die Leistungsversorgung und Polaritätsumkehr auf dem Stator zu steuern.
Zusätzlich ergibt der von dem Rotor getrennt versorgte Stator den Elektromotor, der bezüglich des Antriebsdrehmoments gemäß der Umdrehungszahl pro Minute (UPM) des Motors ein Verhalten zeigt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, wobei das Antriebsdrehmoment mit C und die Umdrehungszahl pro Minute (UPM) durch n bezeichnet ist. Es ist zu erkennen, daß ein Satz von hyperbolischen Kurven erhalten wird, welche anzeigen, daß für ein gegebenes Antriebsdrehmoment ein Motor- UPM-Bereich vorhanden ist, und daß für eine gegebene Motor- UPM ein Bereich von Antriebsdrehmomenten vorhanden ist. Indem der Elektromotor bzw. die Elektromotoren über die Antriebs- und Steuerungseinheit geeignet versorgt werden, kann folglich eine große Vielzahl von Antriebsdrehmoment/UPM-Werten vorgesehen werden, wobei ein Hebefahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem ausgerüstet werden kann, das ohne weiteres anpaßbar ist, um variierende Lastzustände zu erfüllen und um Betriebsparameter zu besitzen, die einstellbar sind, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen. Es sollte betont werden, daß diese Anpaßbarkeits- und Einstellbarkeitsmerkmale von großer Bedeutung für ein Hebefahrzeug sind.
Bei den herkömmlichen Hebefahrzeugen, die während des Einleitungsabschnitts erwähnt wurden und die mit einem Serienerregungsgleichstrommotor ausgerüstet sind, befinden sich der Stator und der Rotor in Serie, was einen einzigen hyperbolischen Motordrehmoment/UPM-Verlauf ergibt, d. h. eine direkte Abhängigkeit des Drehmoments von der UPM, woraus sich ein unflexibles Antriebssystem ergibt.
Wenn das Hebefahrzeug entlang einer geraden Linie entweder vorwärts oder rückwärts angetrieben wird, wird die Antriebs- und Steuerungseinheit für die Antriebssysteme von Fig. 1, 2 sowohl den Strom, der durch den Stator fließt, als auch die Spannung über den Rotor des Elektromotors bzw. der Elektromotoren gemäß den Gesetzmäßigkeiten variieren, die im folgenden hierin vorgestellt werden, um eine zweckmäßige und wirksame Bewegung des Hebefahrzeugs zu ergeben.
Bei dem Beschleunigungsstadium können bezugnehmend auf Fig. 5 vier Phasen identifiziert werden, wobei die Verläufe für den Strom, der durch den Stator (gestrichelte Linie) fließt, und den Strom, der durch den Rotor (durchgezogene Linie) fließt, über der Zeit aufgetragen sind, und wobei insbesondere auf der Ordinate Ic den Strom angibt, der durch den Stator fließt, Ia den Strom angibt, der durch den Rotor fließt, MIN den minimalen Stromwert angibt, NOM den Nennstrom angibt, und MAX den maximalen Stromwert angibt (die Ströme, die durch den Stator und den Rotor fließen, werden im folgenden jeweils als Statorstrom und Rotorstrom bezeichnet, während die Spannung über den Rotor als Rotorspannung bezeichnet wird). Während der ersten Phase wird der Statorstrom sofort auf seinen Nennwert erhöht und auf demselben konstant gehalten, wobei die Rotorspannung allmählich von dem Nullwert erhöht wird, um sofort ein gutes Antriebsdrehmoment beim Starten zu besitzen. Während der zweiten Phase, die beginnt, wenn der Rotorstrom seinen Nennwert übersteigt, wird der Statorstrom allmählich erhöht, um ein erhöhtes Antriebsdrehmoment zu liefern. Während der dritten Phase, die beginnt, wenn der Statorstrom einen maximalen Grenzwert erreicht, der unter Berücksichtigung der magnetischen Sättigungscharakteristik ausgewählt werden soll, wird der Statorstrom auf dem maximalen Wert konstant gehalten, wobei der Rotorstrom allmählich auf einen maximalen Grenzwert erhöht wird, um Überströme über den Rotor zu vermeiden, woraufhin der Rotorstrom beginnen wird, sich zu verringern. Während der vierten und letzten Phase, d. h. wenn das Hebefahrzeug aus der Aufnahmeperiode (Pick-up-Periode) herauskommt, wird sich der Statorstrom allmählich verringern, wobei sich der Rotorstrom allmählich auf einen Wert verringert, bei dem das Hebefahrzeug eine gewünschte Geschwindigkeit erreichen kann.
Während der stabilisierten dynamischen Situation (das Hebefahrzeug bewegt sich bereits), d. h. während der ersten Hälfte des Geschwindigkeitssteuerungspedalhubs, wird die Rotorspannung auf einen Nennwert erhöht, während der Statorstrom bei dem Nennwert konstant gehalten wird, wobei während der zweiten Hälfte des Pedalsteuerungshubs der Statorstrom verringert wird, um mit der Zielgeschwindigkeit zusammenzupassen, während die Rotorspannung bei dem Nennwert konstant gehalten wird.
Der im vorhergehenden erwähnte elektrische Bremsvorgang ist von dem regenerativen/dissipativen Typ und wird wieder über die Antriebs- und Steuerungseinheit bei den folgenden Situationen bewirkt: beim Lösen des Geschwindigkeitssteuerungspedals; bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung; durch Herunterdrücken des Bremssteuerungspedals. Bezugnehmend auf das Antriebssystem von Fig. 1 schaltet insbesondere die Antriebs- und Steuerungsschaltung den Transistor T5 ab, um eine Versorgungsspannung über dem Motor M zu entfernen, und steuert die Transistoren T1, T2, T3, T4 geeignet an, ohne den Induktionsfluß umzukehren, derart, daß sich der Statorstrom auf einem hohen Wert befindet, der eine ausreichende elektromotorische Kraft über dem Rotor A liefert, um die Spannungsversorgung über die Diode D1 wieder aufzuladen; gleichzeitig dazu bringt die Antriebs- und Steuerungseinheit den Transistor T6 allmählich in einen leitenden Zustand, sowie sich die Geschwindigkeit des Motors M verringert, wodurch der Rotor A zunehmend über einen Nebenschluß überbrückt wird, und sich das Verhältnis des Stroms, das über den Transistor T6 dissipiert wird, erhöht, während sich das Verhältnis, das zu der Spannungsversorgung geführt wird, verringert. Bezugnehmend auf das Ansteuersystem in Fig. 2 schaltet die Ansteuer- und Steuerungsschaltung den MOSFET TF5 entsprechend ab, derart, daß keine Versorgungsspannung über den Motoren M1 und M2 vorhanden ist, und steuert die zwei MOSFET-Brücken TF1, TF2, TF3, TF4 und TF7, TF8, TF9, TF10 ohne eine Umkehrung des Induktionsflusses geeignet an, derart, daß die Statorströme bezüglich der zwei Statoren C1 und C2 sich auf einem hohen Wert befinden, wodurch über die Rotoren A1 und A2 eine ausreichende entgegengesetzte elektromotorische Kraft geliefert wird, um die Spannungsversorgung über die Diode DD1 wieder aufzuladen; gleichzeitig dazu bringt die Antriebs- und Steuerungseinheit den MOSFET TF6 allmählich in einen leitenden Zustand, sowie sich die Geschwindigkeit der Motoren M1 und M2 verringert, derart, daß die Rotoren A1, A2 zunehmend über einen Nebenschluß überbrückt werden, wobei das Verhältnis des Stroms, das über den MOSFET TF6 dissipiert wird, vergrößert wird, während sich das Verhältnis, das zu der Spannungsversorgung geführt wird, verringert.
Es sollte betont werden, daß diese Bremsanordnung im Gegensatz zu dem Antriebssystem, das einen Serienerregungsgleichstrommotor verwendet und das bei dem Einleitungsabschnitt erwähnt wurde, keine ferngesteuerten Schalter erfordert.
Die ausschließliche Verwendung von statischen elektronischen Komponenten bei den Antriebssystemen von Fig. 1, 2, ohne daß ferngesteuerte Schalter verwendet werden, bietet Raumeinsparungen bei dem Hebefahrzeug, beseitigt Komponentenwartungsoperationen und ergibt ein Hebefahrzeug, das sehr zuverlässig und unaufwendig zu betreiben ist.
Die Transistoren bei dem Antriebssystem von Fig. 1 und die MOSFETs bei dem Antriebssystem von Fig. 2 werden von der Antriebs- und Steuerungseinheit mittels eines Suchfrequenzpulssignals angesteuert, dessen Frequenz fest ist und dessen Pulsdauer, die der Zeitdauer entspricht, während der sich die Transistoren oder die MOSFETs in einem leitenden Zustand befinden, natürlich gemäß der gesuchten Einstellung variieren kann. Auf diese Weise kann der Vorteil, daß Niederleistungstransistoren oder Niederleistungs-MOSFETs verwendet und keine Hitzedissipationswege durch den Motor bzw. die Motoren erzeugt werden, die den Wirkungsgrad desselben/derselben verringern würden, sichergestellt werden. Vorzugsweise wird eine höhere Frequenz als die höchste hörbare Schallfrequenz verwendet, d. h. etwa 16 kHz, wodurch ermöglicht wird, daß das unerwünschte sogenannte "elektrische Rauschen" oder elektrische Geräusch verhindert werden kann.
Die Verwendung von Niederleistungstransistoren oder Niederleistungs-MOSFETs sorgt für einen sehr kompakten Antriebs- und Steuerungsabschnitt, der in ungünstigen Umgebungen angemessen geschützt werden kann.
Für eine Pulsansteuerung wird die Diode D2 in dem Antriebssystem von Fig. 1 verwendet, um den Rotor A während den Perioden zwischen den Pulsen, wenn sich der Transistor T5 nicht in einem leitenden Zustand befindet, aktiviert zu halten. Während dieser Perioden ermöglicht die Diode D2 im wesentlichen, daß ein Strom durch den Rotor A fließt, der durch die entgegengesetzte elektromotorische Kraft des Motors M erzeugt wird, wodurch eine Art "elektronisches Schwungrad" geliefert wird. Dieselbe Funktion wird von der Diode D2 in dem Antriebssystem von Fig. 2 bezüglich den Motoren M1 und M2 geliefert.
Das Antriebssystem von Fig. 2 bewährt sich besonders effektiv bei einer Lenksituation des Hebefahrzeugs, wobei ein Lenkvorgang bei einigen Hebefahrzeugtypen gewöhnlicherweise durch eine winkelmäflige Ausrichtung eines einzelnen hinteren Lenkrades bewirkt wird, und bei anderen Hebefahrzeugtypen durch eine winkelmäßige Ausrichtung von zwei hinteren Lenkrädern bewirkt wird. Bekannterweise weist bei einem Lenkvorgang das äußere Antriebsrad eine höhere Winkelgeschwindigkeit als das innere Antriebsrad auf. Gemäß dem Stand der Technik wird bei einem einzigen Antriebsmotor üblicherweise ein mechanisches Standarddifferentialgetriebe verwendet, um zu ermöglichen, daß sich die Antriebsräder mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten drehen können; wenn zwei Elektromotoren vorgesehen sind, werden Sensoren für die Winkelposition(en) des Lenkrads bzw. der Lenkräder verwendet, die für kleine Lenkwinkel die abgeglichenen Versorgungen zu den zwei Motoren unverändert lassen, mit dem Ergebnis, daß der Motor, der das innere Rad antreibt, für eine Überhitzung anfällig ist, wobei für mittlere Lenkwinkel die Versorgung zu dem Motor, der das innere Rad antreibt, abgeschaltet wird, mit dem Ergebnis, daß der Motor für das äußere Rad überlastet wird, und wobei für große Lenkwinkel die Versorgungsrichtung zu einem Motor bezüglich des anderen Motors umgekehrt wird, mit dem Ergebnis, daß der Motor, der das Rad mit der langsameren Winkelgeschwindigkeit antreibt, die gesamte Zeit überlastet wird. Bei dem Antriebssystem von Fig. 2 wird aufgrund der Serienschaltung der zwei Rotoren A1, A2 die Spannung über dem Rotor jedes Motors automatisch proportional zu der Winkelgeschwindigkeit des Rads eingestellt, mit dem der Motor verbunden ist, d. h. falls das Rad R1 eine höhere Winkelgeschwindigkeit als das Rad R2 aufweist, tritt über dem Rotor A1 eine proportional höhere Spannung als über dem Rotor A2 auf, und umgekehrt, wenn das Rad R1 eine niedrigere Winkelgeschwindigkeit als das Rad R2 aufweist. Folglich ist eine Art selbsteinstellendes elektronisches Differential geschaffen, das alle im vorhergehenden erwähnten Nachteile beseitigt, die der Stand der Technik aufwirft, und keine vorgegebenen Lenkkomponenten erfordert.
Durch Manipulieren des Druckknopfbedienfelds des Instruments 29 können dank der oben erklärten Flexibilität der Antriebssysteme gemäß den Fig. 1, 2 und mit der Unterstützung der Antriebs- und Steuerungseinheit die verschiedenen Parameter des Hebefahrzeugs, d. h. die Hebefahrzeughöchstgeschwindigkeit, die Beschleunigung, die Bremswirkung mittels des Bremspedals, die Bremswirkung beim Lösen des Bremspedals, die Bremswirkung beim Umkehren der Bewegungsrichtung, variiert werden.
Entsprechend kann die Gabelhubgeschwindigkeit, die Winkelgeschwindigkeit des Gabelhaltegestells, die Servolenkungsrate und die Geschwindigkeit aus dem eingestellten Geschwindigkeitsbereich variiert werden.
Bei den Antriebssystemen von Fig. 1, 2 können Transistoren, MOSFETs oder auch funktionsmäßig äquivalente elektronische Schalter wie erwünscht verwendet werden.
Die Brücken aus elektronischen Schaltern erweisen sich als außerordentlich wirksam, obwohl die Verwendung von funktionsmäßig äquivalenten elektronischen Bauelementen oder Schaltungen auch in Erwägung gezogen werden kann.

Claims

1. Ein elektrisch angetriebenes Hebefahrzeug mit einer Gleichspannungsversorgung (+B, -B), zumindest einem getrennt erregten Elektromotor (M) mit einem Stator (C) und einem Rotor (A), die von der Gleichspannungsversorgung (+B, -B) versorgt werden, wobei der Motor (M) mit den Antriebsrädern (R) des Hebefahrzeugs für die Bewegung derselben verbunden ist, einer Mikroprozessoreinheit (10) und elektronischen Schaltern (T1-T5) zum Steuern der Versorgung zu dem Stator (C) und dem Rotor (A) des Motors (M), wobei die Mikroprozessoreinheit (10) getrennt mit dem Stator (C) und dem Rotor (A) des Motors (M) über die elektronischen Schalter (T1-T5) zum getrennten Erregen des Stators (C) und des Rotors (A) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Beschleunigungssituation des Hebefahrzeugs die Mikroprozessoreinheit (10) den Statorstrom und die Rotorspannung derart steuert, daß in einer ersten Phase der Statorstrom seinen Nennwert sofort erreicht und auf demselben konstant gehalten wird, und die Rotorspannung allmählich ansteigt, in einer zweiten Phase, die beginnt, wenn der Rotorstrom seinen Nennwert übersteigt, der Statorstrom allmählich ansteigt, in einer dritten Phase, die beginnt, wenn der Statorstrom einen maximalen Grenzwert erreicht, der Statorstrom auf dem maximalen Wert konstant gehalten wird und der Rotorstrom auf einen maximalen Grenzwert ansteigt und daraufhin abfällt, und in einer vierten Phase der Stator- und der Rotorstrom gemäß der Geschwindigkeitsanforderung des Hebefahrzeugs allmählich abnehmen.

2. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 1, bei dem die Mikroprozessoreinheit (10) bei einer stabilisierten dynamischen Situation des Hebefahrzeugs den Statorstrom und die Rotorspannung derart steuert, daß während der ersten Hälfte der Strecke einer Hebefahrzeuggeschwindigkeitssteuerung die Rotorspannung allmählich auf ihren Nennwert ansteigt, während der Statorstrom auf dem Nennwert konstant gehalten wird, und während der zweiten Hälfte der Geschwindigkeitssteuerungstrecke der Statorstrom gemäß der Geschwindigkeitsanforderung allmählich abnimmt, wobei die Rotorspannung auf ihrem Nennwert konstant gehalten wird.

3. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mikroprozessoreinheit (10) ermöglicht, daß der Stator (C) mit einer vorbestimmten Polarität erregt wird, wenn das Hebefahrzeug vorwärts angetrieben wird, und mit einer umgekehrten Polarität erregt wird, wenn das Hebefahrzeug rückwärts angetrieben wird, was sowohl bei einer Vorwärts- als auch einer Rückwärts-Bewegung eine Erregung des Rotors (A) mit derselben Polarität ermöglicht.

4. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 3, bei dem die Mikroprozessoreinheit (10), um das Hebefahrzeug dynamisch zu bremsen, die Erregung des Rotors (A) deaktiviert, während die Versorgung zu dem Stator (C) auf einen hohen Wert angehoben wird, wobei dieselbe Laufpolarität beibehalten wird, und gleichzeitig fortschreitend eine Kurzschlußverbindung der Enden des Rotors (A) aktiviert, wobei der Rotor (A) derart mit der Spannungsversorgung verbunden ist, daß der Motor (M) durch den Betrieb in dem Generatormodus die Spannungsversorgung wieder aufladen kann.

5. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 3, bei dem die Versorgung zu dem Stator (C) über eine Brücke aus Transistoren (T1-T4) bewirkt wird, die in einem Viereck angeordnet ist und zwei diagonal gegenüberliegende Pole, die mit der Spannungsversorgung verbunden sind, und weitere zwei diagonal gegenüberliegende Pole aufweist, die mit dem Stator (C) verbunden sind, wobei die Transistoren (T1-T4) von der Mikroprozessoreinheit (10) angesteuert werden.

6. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 4, bei dem die Versorgung zu dem Rotor (A) über einen Transistor (T5) mit einer zu demselben parallel-geschalteten Diode (D1) zum Durchlassen eines Stroms, um die Spannungsversorgung wieder aufzuladen, bewirkt wird, und bei dem eine Verzweigung parallel zu dem Rotor (A) vorgesehen ist, die durch einen weiteren Transistor (T6) aufgetrennt ist, der den Rotor (A) kurzschließt, wobei die Transistoren (T5, T6) von der Mikroprozessoreinheit (10) angesteuert werden.

7. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem zwei getrennte Erregungsmotoren (M1, M2) vorgesehen sind, die jeweilige Rotoren (A1, A2) aufweisen, die seriell miteinander verbunden sind und von der Mikroprozessoreinheit (10) über die elektronischen Schalter (T5) gesteuert werden, und die jeweilige Statoren (C1, C2) aufweisen, die unabhängig voneinander und von den Rotoren (A1, A2) von der Mikroprozessoreinheit (10) über die elektronischen Schalter (TF1-TF4; TF7-TF10) gesteuert werden.

8. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 7, bei dem die Mikroprozessoreinheit (10) eine Erregung der Statoren (C1, C2) mit einer vorbestimmten Polarität aktiviert, wenn das Hebefahrzeug vorwärts angetrieben wird, und mit einer umgekehrten Polarität aktiviert, wenn das Hebefahrzeug rückwärts angetrieben wird, was sowohl bei einer Vorwärts- als auch Rückwärtsbewegung eine Erregung der Rotoren (A1, A2) mit derselben Polarität ermöglicht.

9. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 8, bei dem die Mikroprozessoreinheit (10), um das Hebefahrzeug dynamisch zu bremsen, die Erregung der Rotoren (A1, A2) deaktiviert, während die Versorgung zu den Statoren (C1, C2) auf einen hohen Wert erhöht wird, wobei dieselbe Laufpolarität beibehalten wird, und gleichzeitig fortschreitend eine Kurzschlußschaltung der Rotoren (A1, A2) aktiviert, wobei die Rotoren (A1, A2) derart mit der Spannungsversorgung verbunden sind, daß die Motoren (M1, M2) durch einen Betrieb in dem Generatormodus die Spannungsversorgung wieder aufladen können.

10. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 8, bei dem die Versorgung zu den Statoren (C1, C2) über jeweilige Brücken aus Transistoren (TF4-TF4; TF7-TF10) bewirkt wird, wobei jede Brücke in einem Viereck angeordnet ist und zwei diagonal gegenüberliegende Pole, die mit der Spannungsversorgung verbunden sind, und weitere zwei diagonal gegenüberliegende Pole aufweist, die mit einem jeweiligen der Statoren (C1; C2) verbunden sind, wobei die Transistoren (TF1-TF4; TF7-TF10) von der Mikroprozessoreinheit (10) angesteuert werden.

11. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 9, bei dem die Versorgung zu den Rotoren (A1, A2) über einen Transistor (TF5) mit einer zu demselben parallel-geschalteten Diode (DD1) zum Durchlassen eines Stroms, um die Spannungsversorgung wieder aufzuladen, bewirkt wird, und wobei eine zu den Rotoren (A1, A2) parallele Verzweigung vorgesehen ist, die durch einen weiteren Transistor (TF6) aufgetrennt ist, der die Rotoren (A1, A2) kurzschließt, wobei die Transistoren (TF5, TF6) von der Prozessoreinheit (10) angesteuert werden.

12. Ein Hebefahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mikroprozessoreinheit (10) ferner die Erregung eines Elektromotors einer hydraulischen Pumpe zum Anheben der Gabeln und zum Betreiben des Servolenkungssystems des Hebefahrzeugs ansteuert.

13. Ein Hebefahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprü che, bei dem Speichereinrichtungen (11, 12), die mit der Mikroprozessoreinheit (10) verbunden sind, zum Speichern von auszuführenden Programmen und von Daten, die von der Mikroprozessoreinheit (10) verarbeitet werden, und zum Schreiben/Lesen von Daten durch die Mikroprozessoreinheit (10) vorgesehen sind.

14. Ein Hebefahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Satz von Hebefahrzeugsteuerungen (13-21) aufweist, die mit der Mikroprozessoreinheit (10) verbunden sind.

15. Ein Hebefahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Sensoreinrichtung (26) für elektrische Betriebsgarameter aufweist, die in einer Rückkopplung mit der Prozessoreinheit (10) verbunden ist.

16. Ein Hebefahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Anzeige- und Tastatureinrichtung (29), die mit der Mikroprozessoreinheit (10) verbunden ist, aufweist, um die Betriebseigenschaften und Betriebsparameter des Hebefahrzeugs anzuzeigen, um die Betriebsparameter einzustellen oder zu verändern, und um visuelle Anzeigen der Hebefahrzeugbetriebszustände zu liefern.

17. Ein Hebefahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein elektronisches Sicherheitsüberwachungsmodul (28), das einen Speicher umfaßt, bei dem Auftreten einer Überspannung oder eines Überstroms eine Erregung verhindert, während die Zeit- und Rauminformationen bezüglich der Überspannungs- oder Überstromsituation gespeichert werden.

18. Ein Hebefahrzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mikroprozessoreinheit (10) die elektronischen Schalter mittels eines hochfrequenten Pulssignals ansteuert, dessen Frequenz fest ist und bei dem die Pulsdauer variiert.

19. Ein Hebefahrzeug gemäß Anspruch 18, bei dem eine höhere Frequenz als die höchste hörbare Schallfrequenz verwendet wird.