JP2009029602A - 電気駆動式作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータにより油圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプにより作業装置を駆動する電気駆動式作業車両において、電動モータの制御を改善して作業装置の作業動作を安定化する。
【解決手段】本発明の電気駆動式塵芥収集車は、電動モータ１０の回転数Ｎに基づき、回転中の電動モータ１０に対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて電動モータを停止制御したり、回転数の上昇を抑制制御したりする制御装置を備え、これにより、作業装置の停止の遅延や、作業中の急激な動作を防ぎ、作業動作を安定化させ、作業者に対する安全性を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、塵芥収集車等の電気駆動式作業車両に関する。

従来、図５に示すような回転式のコンベアパネル（回転板）２及び揺動式のラムパネル（押込板）３を有した塵芥収集車１が利用されている。コンベアパネル２は油圧モータ４により駆動される。ラムパネル３は油圧シリンダ５により駆動される。塵芥収集車１には、油圧モータ４及び油圧シリンダ５を駆動する油圧回路内の駆動源として油圧ポンプが搭載されている。

その油圧ポンプの駆動方式としては以下の２方式が知られる。
図６に示す塵芥収集車１ａは、ＰＴＯ方式を採用する。
塵芥収集車１ａは、車両駆動用エンジン２５を稼動させた上で、ＰＴＯ（Power Take Off：車両駆動用エンジン等から別作業のために動力を取り出す）装置６をオンにし、このＰＴＯ装置６によりエンジン２５から動力を取り出し、この動力により油圧ポンプ７を回転させ、油圧回路内の作動油の流れを発生させる。
図７及び図８に示す塵芥収集車１ｂは、電気駆動式を採用する。塵芥収集車１ｂは、搭載されたバッテリ８を電源としたインバータ９を制御して電動モータ１０を駆動し、電動モータ１０の回転を油圧ポンプ７に伝達して油圧ポンプ７を回転させ、油圧回路内の作動油の流れを発生させる。なお、図８に示す例においては、インバータ９と電動モータ１０が一体化されている。

いずれの方式においても、油圧ポンプ７の回転により発生した圧油は、油圧モータ４や油圧シリンダ５を駆動し、コンベアパネル２やラムパネル３を作動させ、塵芥積込等の作業動作を行わせる。そのために塵芥収集車１は、電気信号等により油圧回路中の制御バルブ（３ポジション両ソレノイド型等）を切り替えることで作動油の流れを変え、油圧モータ４や油圧シリンダ５等の油圧アクチュエータの動作を制御する。

しかし、以上の塵芥収集車１ｂにあっては次のような課題がある。
図９に、停止動作のある動作における電動モータ１０の回転数(a)、電動モータ１０の正方向への起動トルク出力(b)、電動モータ１０の逆方向への起動トルク出力(c)の変化チャートを示す。図１０、図１１に油圧回路ブロック図を示した。図中の矢印で作動油の流れを示す。
コンベアパネル２やラムパネル３の動作を停止する場合には、そのアクチュエータである油圧モータ４や油圧シリンダ５の駆動を停止する。油圧モータ４や油圧シリンダ５の駆動を停止するために、電動モータ１０の駆動を停止するとともに、制御バルブを切り替えて油圧モータ４や油圧シリンダ５への圧油の供給を停止する。すなわち、アクチュエータ４，５への動力の伝達を２重に遮断している。

図９に示すように、電気駆動式の塵芥収集車１ｂにおいて電動モータ１０の駆動を時点ｔ１で停止しても起動トルクはゼロになるもの、短時間（期間Ｔ１）ではあるが電動モータ１０が惰性で回転し続ける。
図１０に示すように電磁バルブ１２が正常に動作すれば、たとえ電動モータ１０が惰性回転により油圧ポンプ７が回転していても、油圧モータ４や油圧シリンダ５へ圧油が供給されることはなく、コンベアパネル２やラムパネル３の動作は停止する。

しかし、万が一に電磁バルブ１２の詰まりが発生した場合、図１１に示すようにアクチュエータ４，５へ圧油が供給され、結果として、例えば、油圧モータ４で駆動しているコンベアパネル２が短時間ではあるが回転してしまうという可能性がある。

一方、パネル２，３の駆動中は、電動モータ１０の回転数を一定速度に保つことで、パネル２，３などのアクチュエータ４，５を一定速で駆動し、作業員にとって動きを予測しやすい環境を整えることで安全性を維持できる。
しかし、例えばパネル２又は３でゴミを圧縮していた工程が終了し、そのパネル２又は３を次の移動に切り替えるタイミングなどにおいて、アクチュエータ４又は５への負荷が弱まった場合、油圧ポンプ７の負担が減ることにより、電動モータ１０の回転数が急激に上がってしまい、パネル２，３が急激に動作してしまうという問題がある。これを、図１２を参照して説明する。図１２に、ある動作における電動モータの回転数及び油圧の変化チャートを示す。
図１２に示すように、油圧ポンプ７の負担が減ることにより油圧が低下した瞬間ｔ２に、電動モータ１０はその前後で、同一トルクで回転出力を出し続けるため、電動モータ１０の回転数が急激に上がってしまう。電動モータ１０の回転数が急激に上がることで、アクチュエータ４，５への圧油の供給が増加し、パネル２，３の動きが予想を超えて速く動作してしまうおそれがある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、電動モータにより油圧ポンプを駆動し、その油圧ポンプにより作業装置を駆動する電気駆動式作業車両において、電動モータの制御を改善して作業装置の作業動作を安定化することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、電動モータと、
前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプに接続された制御バルブと、
前記油圧ポンプにより発生させられた圧油が前記制御バルブを介して与えられて動作する作業装置と、
前記電動モータの回転数を検出する検出手段と、
前記作業装置を停止させるとき、前記検出手段により検出された回転数に基づき、回転中の前記電動モータに対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて前記電動モータを停止制御する制御手段とを備える電気駆動式作業車両である。

請求項２記載の発明は、電動モータと、
前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプに接続された制御バルブと、
前記油圧ポンプにより発生させられた圧油が前記制御バルブを介して与えられて動作する作業装置と、
前記電動モータの回転数を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された回転数に基づき、回転中の前記電動モータに対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて前記電動モータを停止制御するとともに、前記制御バルブを制御して前記作業装置への圧油の供給を停止することにより、前記作業装置を停止させる制御手段とを備える電気駆動式作業車両である。

請求項３記載の発明は、電動モータと、
前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
前記油圧ポンプに接続された制御バルブと、
前記油圧ポンプにより発生させられた圧油が前記制御バルブを介して与えられて動作する作業装置と、
前記電動モータの回転数を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された回転数に基づき、前記電動モータに対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて回転数の上昇を抑制制御する制御手段とを備える電気駆動式作業車両である。

本発明によれば、検出された電動モータの回転数に基づき、電動モータに対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて制動をかけることにより、電動モータの停止制御や過剰回転の抑制制御を迅速かつ正確に行うことができる。
電動モータの回転が迅速かつ正確に制御されることにより、電動モータの惰性回転が抑えられて作業装置の停止がより迅速、確実になったり、電動モータの回転数急上昇が抑えられて作業装置の急激な動作が防がれたりと、作業装置の作業動作が安定化し、作業者に対する安全性を向上できるという効果がある。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

本実施形態の電気駆動式作業車両は、作業装置を塵芥積込装置とした塵芥収集車である。本塵芥収集車は、図５に示した塵芥収集車１の構成、図７及び図８に示した塵芥収集車１ｂの構成を有する塵芥収集車である。

すなわち、本塵芥収集車は、車台に搭載された塵芥収容箱１５と、塵芥収容箱１５の後端に連結された塵芥積込装置１６とを備える。
塵芥積込装置１６は、回転式のコンベアパネル２及び揺動式のラムパネル３を有する。コンベアパネル２は油圧モータ４により駆動される。ラムパネル３は油圧シリンダ５により駆動される。本塵芥収集車には、油圧モータ４及び油圧シリンダ５並びにこれらを駆動する油圧回路内の駆動源として油圧ポンプ７が搭載されている。
さらに本塵芥収集車には、バッテリ８と、インバータ９と、電動モータ１０とが搭載されている。バッテリ８を電源としたインバータ９を制御して電動モータ１０を駆動し、電動モータ１０の回転を油圧ポンプ７に伝達して油圧ポンプ７を回転させ、油圧回路内の作動油の流れを発生させる。インバータ９と電動モータ１０は一体化されている。
油圧ポンプ７の回転により発生した圧油は、油圧モータ４や油圧シリンダ５を駆動し、コンベアパネル２やラムパネル３を作動させ、塵芥積込等の作業動作を行わせる。そのために本塵芥収集車は、電気信号等により油圧回路中の制御バルブ（３ポジション両ソレノイド型等）を切り替えることで作動油の流れを変え、油圧モータ４や油圧シリンダ５等の油圧アクチュエータの動作を制御する。

図１は、本塵芥収集車に搭載される駆動システムのブロック図である。
本実施形態においては、制御バルブとして電磁バルブ１２を用いる。
本塵芥収集車における制御手段は、電磁バルブ制御装置１３に電動モータ制御装置１４を接続したシステムにより構成される。電動モータ制御装置１４は上記インバータ９を含む装置である。電磁バルブ制御装置１３から電動モータ制御装置１４に電動モータ１０のＯＮ／ＯＦＦ命令Ｌが出力される。電動モータ制御装置１４は、駆動電力Ｍを電動モータ１０に出力する。また、電動モータ制御装置１４は、電動モータ１０の回転数Ｎの入力を受ける。電動モータ１０として回転数の検出、出力機能を有したものを適用する。その機能のない電動モータに対して、ローターリーエンコーダ等の回転計を用いて回転数を検出し、電動モータ制御装置１４に伝達させることも可能である。
なお、図１では電磁バルブ制御装置１３と電動モータ制御装置１４とを別ブロックに示したが、２つの制御装置を１ボードに構成したり、特定の機能を単一のＩＣに構成したりするなど、その機能を実現する具体的形態は任意である。

電磁バルブ制御装置１３は、作業者からの始動操作入力を受けると、電磁バルブ１２を切り替え制御して所定の積込動作を積込装置１６に行わせる。電磁バルブ制御装置１３は、積込動作前に電動モータ１０のＯＮ命令Ｌを電動モータ制御装置１４に出力する。
電磁バルブ制御装置１３は、積込動作中に作業者からの停止操作入力を受けると、電動モータ制御装置１４に電動モータ１０のＯＦＦ命令Ｌを出力すると同時に、電磁バルブ１２を切り替え制御して積込装置１６への圧油の供給を停止する。

一方、その時の電動モータ制御装置１４の制御動作を、図２を参照して説明する。図２は、電動モータ制御装置の制御フローチャートである。
電動モータ制御装置１４は、電磁バルブ制御装置１３からの電動モータ１０のＯＮ／ＯＦＦ命令Ｌを読み込む（ステップＳ１）とともに、電動モータ１０からの回転数Ｎを読み込む（ステップＳ２）。

電動モータ制御装置１４は、回転命令ＬがＯＮかＯＦＦか判断する（ステップＳ３）。電動モータ制御装置１４は、回転命令ＬがＯＮであると（ステップＳ３でＹＥＳ）、回転数Ｎが目標回転数であるか否か判断する（ステップＳ４）。
電動モータ制御装置１４は、回転数Ｎが目標回転数であると（ステップＳ４でＹＥＳ）、制御ステップをステップＳ１に回帰させる。
電動モータ制御装置１４は、回転数Ｎが目標回転数でないと（ステップＳ４でＮＯ）、回転数Ｎが目標回転数に対して低回転か否か判断する（ステップＳ５）。
電動モータ制御装置１４は、回転数Ｎが目標回転数に対して低回転であると（ステップＳ５でＹＥＳ）、駆動電力Ｍにより正方向の起動トルクを増加し（ステップＳ６）、制御ステップをステップＳ１に回帰させる。ここで、正方向とは油圧ポンプ７により作動油を高圧化させるために電動モータ１０から油圧ポンプ７へ伝達する回転動力の回転方向である。

電動モータ制御装置１４は、回転数Ｎが目標回転数に対して高回転であると（ステップＳ５でＮＯ）、駆動電力Ｍにより逆方向の起動トルクを発生させ（ステップＳ８）、制御ステップをステップＳ１に回帰させる。このように電動モータ制御装置１４は、検出手段により検出された回転数Ｎに基づき、電動モータ１０に対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて回転数の上昇を抑制制御する。

一方、電動モータ制御装置１４は、回転命令ＬがＯＦＦであると（ステップＳ３でＮＯ）、回転数Ｎに基づき電動モータ１０の回転が止まっているか否か判断する（ステップＳ７）。
電動モータ制御装置１４は、電動モータ１０の回転が止まっていると（ステップＳ７でＹＥＳ）、制御ステップをステップＳ１に回帰させる。

電動モータ制御装置１４は、電動モータ１０の回転が止まっていないと（ステップＳ７でＮＯ）、駆動電力Ｍにより逆方向の起動トルクを発生させ（ステップＳ８）、制御ステップをステップＳ１に回帰させる。このように電動モータ制御装置１４は、検出手段により検出された回転数Ｎに基づき、回転中の電動モータ１０に対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて電動モータ１０を停止制御する。
したがって、本塵芥収集車は、図３に示すように電動モータ１０の駆動を時点ｔ１で停止するとき、逆方向の起動トルクを発生させることにより、従来（図９参照）より迅速に電動モータ１０の回転を停止することができる。
したがって本塵芥収集車によれば、図４に示すように万が一に電磁バルブ１２の詰まりが発生してアクチュエータ４，５にポンプ７からの供給油路が接続されていても、電動モータ１０の回転停止、すなわち、ポンプ７の回転停止により油圧が下がるので、パネル２，３を動作させるような圧油の供給を停止することができる。

本発明の一実施形態に係る塵芥収集車に搭載される駆動システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電動モータ制御装置の制御フローチャートである。 本発明に係る電動モータの回転数(a)、電動モータの正方向への起動トルク出力(b)、電動モータの逆方向への起動トルク出力(c)の各変化チャートである。 油圧回路ブロック図である。 本発明を適用可能な塵芥収集車を示す斜視図である。 ＰＴＯ方式の塵芥収集車を示す概略図である。 本発明を適用可能な電気駆動式塵芥収集車を示す概略図である。 本発明を適用可能な電気駆動式塵芥収集車を示す左側面図である。 従来技術に係る電動モータの回転数(a)、電動モータの正方向への起動トルク出力(b)、電動モータの逆方向への起動トルク出力(c)の各変化チャートである。 油圧回路ブロック図である。 油圧回路ブロック図である。 従来技術に係る電動モータの回転数及び油圧の変化チャートである。

符号の説明

１ 塵芥収集車
１ａ ＰＴＯ式塵芥収集車
１ｂ 電気駆動式塵芥収集車
２ コンベアパネル
３ ラムパネル
４ 油圧モータ
５ 油圧シリンダ
６ ＰＴＯ装置
７ 油圧ポンプ
８ バッテリ
９ インバータ
１０ 電動モータ
１２ 電磁バルブ
１３ 電磁バルブ制御装置
１４ 電動モータ制御装置
１５ 塵芥収容箱
１６ 塵芥積込装置
Ｌ 回転命令
Ｍ 駆動電力
Ｎ 回転数

Claims (3)

1. 電動モータと、
   前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプに接続された制御バルブと、
   前記油圧ポンプにより発生させられた圧油が前記制御バルブを介して与えられて動作する作業装置と、
   前記電動モータの回転数を検出する検出手段と、
   前記作業装置を停止させるとき、前記検出手段により検出された回転数に基づき、回転中の前記電動モータに対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて前記電動モータを停止制御する制御手段とを備える電気駆動式作業車両。
2. 電動モータと、
   前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプに接続された制御バルブと、
   前記油圧ポンプにより発生させられた圧油が前記制御バルブを介して与えられて動作する作業装置と、
   前記電動モータの回転数を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された回転数に基づき、回転中の前記電動モータに対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて前記電動モータを停止制御するとともに、前記制御バルブを制御して前記作業装置への圧油の供給を停止することにより、前記作業装置を停止させる制御手段とを備える電気駆動式作業車両。
3. 電動モータと、
   前記電動モータにより駆動される油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプに接続された制御バルブと、
   前記油圧ポンプにより発生させられた圧油が前記制御バルブを介して与えられて動作する作業装置と、
   前記電動モータの回転数を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出された回転数に基づき、前記電動モータに対してその回転している方向と逆方向の起動トルクを発生させて回転数の上昇を抑制制御する制御手段とを備える電気駆動式作業車両。

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