JP2009062110A - フォークリフト及びフォークリフトにおけるキャパシタの充電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷役降下時の回生エネルギーを効率良く利用することができるフォークリフトを提供する。
【解決手段】キャパシタ２４は荷役用インバータ２９に並列に接続され、バッテリ２３はキャパシタ２４にスイッチ２５を介して並列に接続されている。制御装置３０は荷役用モータ２８の力行時に、電圧センサ３１の検出信号に基づいてキャパシタ２４の電圧がキャパシタ２４の許容電圧の下限電圧になると、キャパシタ２４の電圧を前記下限電圧に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、荷役部材を昇降させるリフトシリンダの回生エネルギーを充電するキャパシタを備えたフォークリフト及びフォークリフトにおけるキャパシタの充電制御方法に関する。

バッテリを電源としたフォークリフト等のバッテリ式産業車両においては、荷役部材を昇降作動させるリフトシリンダからの戻り油により駆動される油圧モータを使用して発電機を駆動し、バッテリの回生を行わせるものがある。

また、フォークの上下作動のアクチュエータとして複数台の電動シリンダを同期させて使用するとともに、該電動シリンダは下降時に回生制動を用い、回生エネルギーを電源に戻して電源電池を充電させ、次の上昇時に放出させるフォークリフトのフォークの昇降機構が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、フォークの下降時に電動シリンダのロッドに作用する荷物の重量や慣性により、電動シリンダのモータに回生制動による回生エネルギーを発生させ、この発生した回生エネルギーを電源に戻して電源電池を充電させる。また、回生制動で発生した交流が変換された直流の一部を一時的に蓄積するコンデンサを備え、コンデンサに蓄積された電力を交流に変換してモータの起動時にモータの起動に利用することが開示されている。
特開２００５−５３６９３号公報

特許文献１には、電動シリンダのモータに回生制動により発生した回生エネルギーを電源に戻して電源電池を充電させることと、回生エネルギーの一部をコンデンサに蓄積してモータの起動時にモータの起動に利用することが開示されている。即ち、特許文献１では回生エネルギーを主として電源電池に充電することを目的としている。

図８に示すように、キャパシタ（コンデンサ）とバッテリとの充放電電力効率を比較した場合、キャパシタでは充電状態：ＳＯＣ（State of Charge ）に拘わらず、充電時、放電時とも高い電力効率（９７〜９８％）となる。一方、バッテリでは、放電時はキャパシタとほぼ同じ高い電力効率となる。しかし、充電時はＳＯＣ２５％で電力効率９５％程度と高いが、ＳＯＣ７５％では、電力効率７５％程度と低下する。特許文献１ではこのことに関して何ら配慮が成されておらず、回生電力を主にバッテリ（電池）に充電する構成のため、回生エネルギーを効率良く利用することができない。

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、荷役降下時の回生エネルギーを効率良く利用することができるフォークリフト及びフォークリフトにおけるキャパシタの充電制御方法を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、バッテリと、キャパシタと、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、荷役部材を昇降させるためのリフトシリンダと、前記リフトシリンダを作動させる荷役用モータと、前記荷役部材の下降時に荷役回生するジェネレータと、前記荷役用モータを駆動する荷役用電源装置と、制御手段とを備えたフォークリフトである。そして、前記キャパシタは前記荷役用電源装置に並列に接続され、前記バッテリは前記キャパシタにスイッチング手段を介して並列に接続され、前記制御手段は前記荷役用モータの力行時に前記キャパシタの電圧が第１の閾値電圧以下になると、前記キャパシタの電圧を第１の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御する。ここで、荷役用モータとジェネレータとは別体に限らず一体のモータジェネレータでもよい。

この発明では、荷役力行時、キャパシタの電圧が第１の閾値電圧に低下するまでは、スイッチング手段がオフ状態に保持されて、キャパシタのエネルギーが優先的に使用される。そして、キャパシタの電圧が第１の閾値電圧以下になると、その後、荷役力行が継続される間、制御手段からの制御指令によりキャパシタの電圧が第１の所定電圧に保たれるようにスイッチング手段がスイッチングを行う。スイッチングは、オンのときにキャパシタの電圧がバッテリ電圧に達しない短いオンデューティで行われる。したがって、キャパシタに不要なプリチャージが行われるのが抑制される。また、荷役力行から回生に切り換わったときに、回生エネルギーを、キャパシタの容量を有効に利用してキャパシタに充電することができ、バッテリへの充電を抑制することができる。その結果、従来技術のように回生エネルギーをバッテリに優先的に充電する場合と異なり、荷役降下時の回生エネルギーを効率良く利用することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は前記ジェネレータの回生時に前記キャパシタの電圧が前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上になると、前記キャパシタの電圧を第２の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御する。この発明では、荷役回生時、即ち荷役部材の下降移動時に回生エネルギーがジェネレータで電気エネルギーに変換される。そして、キャパシタの電圧が第２の閾値電圧になるまでは、スイッチング手段がオフ状態に保持されて前記電気エネルギーはキャパシタに優先的に充電される。キャパシタの電圧が第２の閾値電圧以上になると、その後、回生が継続される間、制御手段からの制御指令によりキャパシタの電圧が第２の所定電圧に保たれるようにスイッチング手段がスイッチングを行う。その結果、回生終了時にキャパシタは第２の所定電圧に充電され、バッテリにはキャパシタの電圧が第２の閾値電圧以上になった後の回生継続時の回生エネルギーが充電される。

請求項３に記載の発明は、バッテリと、キャパシタと、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、荷役部材を昇降させるためのリフトシリンダと、前記リフトシリンダを作動させる荷役用モータと、前記荷役部材の下降時に荷役回生するジェネレータと、前記荷役用モータを駆動する荷役用電源装置と、制御手段とを備えたフォークリフトである。そして、前記キャパシタは前記荷役用電源装置に並列に接続され、前記バッテリは前記キャパシタにスイッチング手段を介して並列に接続され、前記制御手段は前記ジェネレータの回生時に前記キャパシタの電圧が第２の閾値電圧以上になると、前記キャパシタの電圧を第２の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御する。

この発明では、荷役回生時、即ち荷役部材の下降移動時に回生エネルギーがジェネレータで電気エネルギーに変換される。そして、キャパシタの電圧が第２の閾値電圧になるまでは、スイッチング手段がオフ状態に保持されて前記電気エネルギーはキャパシタに優先的に充電される。キャパシタの電圧が第２の閾値電圧以上になると、その後、回生が継続される間、制御手段からの制御指令によりキャパシタの電圧が第２の所定電圧に保たれるようにスイッチング手段がスイッチングを行う。スイッチングは、オンのときにキャパシタの電圧がバッテリ電圧に達しない短いオンデューティで行われる。その結果、回生終了時にキャパシタは第２の所定電圧に充電され、バッテリにはキャパシタの電圧が第２の閾値電圧以上になった後の回生継続時の回生エネルギーが充電される。したがって、従来技術のように回生エネルギーをバッテリに優先的に充電する場合と異なり、荷役回生時の回生エネルギーを効率良く利用することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記制御手段は前記荷役用モータの力行時に前記キャパシタの電圧が前記第２の閾値電圧より低い第１の閾値電圧以下になると、前記キャパシタの電圧を第１の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御する。この発明では、荷役力行時、キャパシタの電圧が第１の閾値電圧に低下するまでは、スイッチング手段がオフ状態に保持されて、キャパシタのエネルギーが優先的に使用される。そして、キャパシタの電圧が第１の閾値電圧以下になると、その後、荷役力行が継続される間、制御手段からの制御指令によりキャパシタの電圧が第１の所定電圧に保たれるようにスイッチング手段がスイッチングを行う。したがって、キャパシタに不要なプリチャージが行われるのが抑制される。また、荷役力行から荷役回生に切り換わったときに、回生エネルギーをキャパシタの容量を有効に利用してキャパシタに充電することができ、バッテリへの充電を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１、請求項２及び請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記第１の所定電圧は前記バッテリの電圧より低い電圧である。この発明では、荷役力行時にキャパシタのエネルギーが不足する場合、バッテリから荷役用モータにエネルギーが供給され、キャパシタの電圧は第１の所定電圧に維持される。

請求項６に記載の発明は、請求項１、請求項２及び請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記第１の所定電圧は前記キャパシタの許容電圧の下限電圧以上から下限電圧より１割高い電圧以下の範囲である。ここで、「１割」とは、キャパシタの許容電圧の下限〜上限を１０割とした場合の１割である。例えば、許容電圧が１０〜２１０Ｖなら、「上限：２１０」−「下限：１０」＝２００Ｖなので、１割は２０Ｖである。

この発明では、荷役力行時、キャパシタの電圧が第１の閾値電圧に低下するまで、キャパシタのエネルギーが優先的に使用される。したがって、荷役力行時にキャパシタのエネルギーを最大限利用することができ、荷役力行から荷役回生に切り換わったときに、キャパシタの容量一杯に充電することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記第２の所定電圧は前記バッテリの電圧より高い電圧である。この発明では、荷役回生時にキャパシタの電圧が第２の閾値電圧に達した後も荷役回生が継続された場合、キャパシタを第２の所定電圧に維持しつつバッテリに回生エネルギーを充電することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記第２の所定電圧は前記バッテリの許容電圧の上限電圧以下から上限電圧より１割低い電圧以上の範囲である。この発明では、荷役回生時、キャパシタの容量一杯に回生エネルギーを充電した後も、荷役回生が継続された場合、キャパシタを容量一杯の充電状態に維持しつつ、バッテリに回生エネルギーを充電することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の発明において、前記荷役用モータと前記ジェネレータは１つのモータジェネレータとして構成されている。この発明では、荷役用モータとジェネレータとが別体の場合に比べて、組み付けの手間が少なくなる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の発明において、走行用モータジェネレータを更に備え、前記走行用モータジェネレータを制御する走行用電源装置は前記バッテリに並列に接続されている。この発明では、荷役回生エネルギーの他に、走行の回生エネルギーを走行用モータジェネレータで電気エネルギーに変換して利用することができる。

請求項１１に記載の発明は、バッテリと、前記バッテリにスイッチング手段を介して並列に接続されたキャパシタと、荷役部材を昇降させるためのリフトシリンダと、前記リフトシリンダを作動させる荷役用モータと、前記荷役部材の下降時に荷役回生するジェネレータと、前記キャパシタに並列に接続されるとともに前記荷役用モータを制御する荷役用電源装置とを備えたフォークリフトにおけるキャパシタの充電制御方法である。そして、前記荷役用モータの力行時に前記キャパシタの電圧が第１の閾値電圧以下になると、前記キャパシタの電圧を第１の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御し、前記ジェネレータの回生時に前記キャパシタの電圧が前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上になると、前記キャパシタの電圧を第２の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御する。

この発明では、キャパシタの電圧は、荷役力行時には第１の所定電圧より低い電圧になるのが抑制され、荷役回生時には第２の所定電圧より高い電圧になるのが抑制され、荷役降下時の回生エネルギーを効率良く利用することができる。

本発明によれば、荷役降下時の回生エネルギーを効率良く利用することができる。

以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示すように、フォークリフトとしてのバッテリフォークリフト１１の車体１２の前側下部には駆動輪（前輪）１３ａが設けられ、車体の後側下部には操舵輪（後輪）１３ｂが設けられている。車体１２の前部にはマスト１４が立設されている。マスト１４は車体１２に対して前後に傾動可能に支持された左右一対のアウタマスト１４ａと、これにスライドして昇降するインナマスト１４ｂとからなる。各アウタマスト１４ａの後部にはリフトシリンダ１５が配設されている。インナマスト１４ｂの内側には荷役部材としてのフォーク１６を備えたリフトブラケット１７が昇降可能に支持されている。そして、リフトシリンダ１５の伸縮作動によりフォーク１６がリフトブラケット１７とともに昇降される。

マスト１４を傾動可能に支持する左右一対のティルトシリンダ１８は、その基端側が車体（車体フレーム）１２に対して回動可能に連結されるとともに、アウタマスト１４ａの側面に回動可能に連結されている。マスト１４はティルトシリンダ１８が伸縮駆動されることで前後に傾動する。

運転室１９にはその前側にハンドル２０、リフトレバー２１及びティルトレバー２２が装備されている。
リフトシリンダ１５及びティルトシリンダ１８を駆動するための荷役系油圧回路の作動油を供給する荷役ポンプは荷役用モータ（図２に図示）により駆動され、駆動輪１３ａは走行用モータ（図２に図示）により駆動される。車体１２には、両モータの電源となるバッテリ２３及びキャパシタ２４が搭載されている。

図２は走行用モータ及び荷役用モータを駆動する電気的構成を示す。この実施形態では、荷役用モータには発電機としても機能するモータジェネレータが使用されている。つまり、この実施形態の荷役用モータは本発明の荷役用モータであり、またジェネレータとしても動作する。

図２に示すように、バッテリ２３及びキャパシタ２４は、スイッチング手段としてのスイッチ２５を介して並列に接続されている。スイッチ２５にはパワースイッチング素子が使用され、この実施形態では絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）が使用されている。キャパシタ２４としては、電気二重層キャパシタが使用されている。走行用モータ２６は走行用電源装置としての走行用インバータ２７を介してバッテリ２３に接続されている。走行用インバータ２７はバッテリ２３と並列に接続され、走行（力行）時にバッテリ２３の直流を交流に変換して走行用モータ２６に供給されるようになっている。この実施形態においてバッテリ２３と走行用モータ２６と走行用インバータ２７はバッテリフォークリフト１１の走行システムを構成している。

荷役用モータ及びジェネレータとしての荷役用モータ２８は、荷役用電源装置としての荷役用インバータ２９を介してキャパシタ２４に接続されている。キャパシタ２４は荷役用インバータ２９に並列に接続されている。荷役用インバータ２９は荷役（力行）時にキャパシタ２４又はバッテリ２３から供給される直流を交流に変換して荷役用モータ２８に供給し、荷役用モータ２８が発電機として機能する荷役回生時には、荷役用モータ２８から入力される交流を直流に変換してキャパシタ２４側に出力するようになっている。

荷役用モータ２８は、フォーク１６の下降動作時、リフトシリンダ１５からの戻り油により駆動される油圧ポンプよって回転されて交流発電機として機能し、フォーク１６及び荷Ｗの運動エネルギーを電気エネルギー（回生エネルギー）に変換する。スイッチ２５が開いた状態においては、回生エネルギーがキャパシタ２４のみに充電され、スイッチ２５が閉じた状態においては、回生エネルギーがバッテリ２３にも充電可能になっている。

スイッチ２５、走行用インバータ２７及び荷役用インバータ２９は、制御手段としての制御装置３０によって制御される。制御装置３０は、キャパシタ２４の電圧を検出する電圧検出手段としての電圧センサ３１に電気的に接続されている。電圧センサ３１はキャパシタ２４に並列に接続されている。この実施形態においてバッテリ２３、キャパシタ２４、荷役用モータ２８、荷役用インバータ２９、電圧センサ３１はバッテリフォークリフト１１の荷役システムを構成している。

制御装置３０は、キャパシタ２４の充電状態を電圧センサ３１の検出信号によって判断する。荷役用モータ２８を駆動する際にキャパシタ２４のエネルギーを優先的に使用するため、制御装置３０は、常にはスイッチ２５を開状態に制御し、荷役用モータ２８の力行時にキャパシタ２４の電圧が第１の閾値電圧以下になると、キャパシタ２４の電圧を第１の所定電圧に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御する。制御装置３０は、スイッチ２５を例えば数ｋＨｚ以上のスイッチング速度で制御する。この実施形態では第１の閾値電圧と第１の所定電圧はともに、キャパシタ２４の許容電圧の下限電圧（許容下限値）に設定されている。

制御装置３０は、走行用モータ２６を駆動する際は、バッテリ２３のエネルギーを優先的に使用する。
次に前記のように構成されたバッテリフォークリフト１１の作用を説明する。

バッテリフォークリフト１１の荷役エネルギーは、フォーク１６及び荷Ｗの単純な上昇、下降の繰り返しのため、荷役下降時には回生エネルギーが発生する。この実施形態では、回生エネルギーをキャパシタ２４に優先的に充電するとともに、荷役上昇のエネルギーとしてキャパシタ２４のエネルギーを優先的に使用し、足りない場合にバッテリ２３の電力を使用する。また、バッテリフォークリフト１１の走行、即ち走行用モータ２６の駆動にはバッテリ２３の電力を使用する。従って、スイッチ２５は、常には図２に示すように、開状態に保持されている。

キャパシタ２４が満充電の状態から荷役力行を開始して、荷役力行の途中でキャパシタ２４のエネルギーが許容下限値に達する場合、例えば、揚高最大で荷Ｗの荷重最大の場合の作用を説明する。図３（ｂ）は比較例としてのスイッチ２５が開のままの場合におけるキャパシタ２４及びバッテリ２３の電圧変化を示す模式図であり、図３（ｃ）は比較例としてのスイッチ２５が閉のままの場合におけるキャパシタ２４及びバッテリ２３の電圧変化を示す模式図である。また、図３（ａ）はこの実施形態の場合におけるキャパシタ２４及びバッテリ２３の電圧変化を示す模式図である。

図３（ｂ）に示す比較例のように、荷役力行の途中でキャパシタ２４のエネルギー（電圧）が許容下限値に達しても、バッテリ２３からのエネルギー供給を行わずに、キャパシタ２４のエネルギーを使用して力行を完了した場合は、キャパシタ２４の電圧は、許容電圧の上限電圧（許容上限値）から許容下限値より低い電圧へと低下する。一方、バッテリ２３の電圧は変化しない。キャパシタ２４の電圧が許容下限値より低くなると、キャパシタ２４に悪影響を与える。

キャパシタ２４の電圧が許容下限値より低くなるのを抑制するため、荷役力行時、制御装置３０は電圧センサ３１の検出信号からキャパシタ２４の電圧を監視し、許容下限値に達すると、力行エネルギーをバッテリ２３から補うためにスイッチ２５をオンにする。スイッチ２５がオン状態になると、図４に示すように、バッテリ２３の電圧が荷役用インバータ２９及びキャパシタ２４に供給される状態になる。単純にスイッチ２５を力行完了までオン状態に保持すると、図３（ｃ）に示す比較例のように、荷役完了時にはバッテリ２３の電圧とキャパシタ２４の電圧とが同じ電圧になり、キャパシタ２４は不要なプリチャージが行われた状態になる。そのため、荷役力行から荷役回生に切り換わったときに、キャパシタ２４に充電される回生エネルギー量が少なくなる。

一方、この実施形態では、キャパシタ２４の電圧が許容下限値に達すると、制御装置３０はキャパシタ２４の電圧を許容下限値に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御する。スイッチ２５は、オンのときにキャパシタ２４の電圧がバッテリ電圧に達しない短いオンデューティとなるスイッチング速度でオン・オフ制御される。スイッチング速度は数ｋＨｚ以上、例えば２０ｋＨｚに設定される。そして、キャパシタ２４の電圧は、図３（ａ）に示すように、許容下限値とそれより高い電圧との間で増減する。詳述すると、スイッチ２５のオン時にバッテリ２３から供給された電気エネルギーがキャパシタ２４に充電されるためキャパシタ２４の電圧が増加し、スイッチ２５がオフになるとキャパシタ２４のエネルギーが荷役用モータ２８で使用されてキャパシタ２４の電圧が減少する。力行終了後、スイッチ２５はオフ状態に保持される。そして、キャパシタ２４の電圧は最終的に許容下限値になり、バッテリ２３の電圧は、キャパシタ２４に不要なプリチャージが行われない分、高い値になる。

制御装置３０は、リフトレバー２１が中立位置から下降位置に操作された状況を検知すると、荷役回生が行われる状況になったと判断し、荷役用インバータ２９を荷役用モータ２８から出力される交流電力を直流電力に変換するように制御する。そして、荷役用インバータ２９から出力された直流電力がキャパシタ２４に充電される。制御装置３０は、常にはスイッチ２５を開状態に制御し、荷役用モータ２８の回生時にキャパシタ２４の電圧が第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上になると、キャパシタ２４の電圧を第２の所定電圧に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御する。制御装置３０は、スイッチ２５を例えば数ｋＨｚ以上のスイッチング速度で制御する。この実施形態では第２の閾値電圧と第２の所定電圧はともに、キャパシタ２４の許容電圧の上限電圧に設定されている。

次に、フォーク１６が高揚高の状態から荷Ｗを積載して下降動作を行い、荷役回生エネルギーがオーバーフローする場合、即ちキャパシタ２４の電圧が荷役回生途中で第１の所定電圧より高い第２の所定電圧に達する場合の作用を説明する。図６（ｂ）は比較例としてのスイッチ２５が開のままの場合におけるキャパシタ２４及びバッテリ２３の電圧変化を示す模式図であり、図６（ｃ）は比較例としてのスイッチ２５が閉のままの場合におけるキャパシタ２４及びバッテリ２３の電圧変化を示す模式図である。また、図６（ａ）はこの実施形態の場合におけるキャパシタ２４及びバッテリ２３の電圧変化を示す模式図である。

図６（ｂ）に示す比較例のように、荷役回生の途中でキャパシタ２４のエネルギー（電圧）が許容上限値に達しても、バッテリ２３へのエネルギー供給を行わずに、キャパシタ２４に充電を継続して回生を完了した場合は、キャパシタ２４の電圧は、許容下限値の状態から許容上限値より高い電圧へと増加する。一方、バッテリ２３の電圧は変化しない。キャパシタ２４の電圧が許容上限値より高くなると、キャパシタ２４に悪影響を与える。

キャパシタ２４の電圧が許容上限値より高くなるのを抑制するため、荷役回生時、制御装置３０は電圧センサ３１の検出信号からキャパシタ２４の電圧を監視し、許容上限値に達すると、回生エネルギーをバッテリ２３へ充電するためにスイッチ２５をオンにする。スイッチ２５がオン状態になると、図５に示すように、荷役用インバータ２９から出力される直流電圧がバッテリ２３にも充電される。このとき、バッテリ２３の電圧がキャパシタ２４の電圧より低いため、キャパシタ２４に充電されていたエネルギーの一部がバッテリ２３に充電される状態になる。そのため、単純にスイッチ２５を回生完了までオン状態に保持すると、図６（ｃ）に示す比較例のように、回生完了時にはバッテリ２３の電圧とキャパシタ２４の電圧とが同じ電圧になり、キャパシタ２４は満充電の状態より低い充電状態になる。そのため、荷役回生から荷役力行に切り換わったときに、キャパシタ２４から供給することができるエネルギーの量が少なくなる。

一方、この実施形態では、キャパシタ２４の電圧が許容上限値に達すると、制御装置３０はキャパシタ２４の電圧を許容上限値に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御する。スイッチ２５は、オンのときにキャパシタ２４の電圧がバッテリ電圧に達しない短いオンデューティとなるスイッチング速度でオン・オフ制御される。スイッチング速度は数ｋＨｚ以上、例えば２０ｋＨｚに設定される。そして、キャパシタ２４の電圧は、図６（ａ）に示すように、許容上限値とそれより低くバッテリ電圧より高い電圧との間で増減する。詳述すると、スイッチ２５のオン時にキャパシタ２４に充電されている電気エネルギーの一部がバッテリ２３に供給されて、キャパシタ２４の電圧が減少し、スイッチ２５がオフになると荷役用インバータ２９から出力される電気エネルギーがキャパシタ２４に充電されてキャパシタ２４の電圧が増大する。バッテリ２３の電圧は、次第に増加する。回生終了後、スイッチ２５はオフ状態に保持される。そして、キャパシタ２４の電圧は最終的に許容上限値になる。したがって、荷役回生から荷役力行に切り換わったときに、キャパシタ２４から供給することができるエネルギーの量が多くなる。

この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）キャパシタ２４は荷役用インバータ２９に並列に接続され、バッテリ２３はキャパシタ２４にスイッチ２５を介して並列に接続され、制御装置３０は荷役用モータ２８の力行時にキャパシタ２４の電圧が第１の閾値電圧以下になると、キャパシタ２４の電圧を第１の所定電圧に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御する。したがって、荷役力行時、キャパシタ２４の電圧が第１の閾値電圧に低下するまではスイッチ２５が開状態に保持されて、キャパシタ２４のエネルギーが優先的に使用される。

（２）キャパシタ２４の電圧が第１の閾値電圧以下になると、その後、荷役力行が継続される間、制御装置３０からの制御指令によりキャパシタ２４の電圧が第１の所定電圧に保たれるようにスイッチ２５がスイッチングを行う。スイッチングは、オンのときにキャパシタ２４の電圧がバッテリ電圧に達しない短いオンデューティで行われる。したがって、キャパシタ２４に不要なプリチャージが行われるのが抑制される。また、荷役力行から回生に切り換わったときに、回生エネルギーを、キャパシタ２４の容量を有効に利用してキャパシタ２４に充電することができ、バッテリ２３への充電を抑制することができる。その結果、従来技術のように回生エネルギーをバッテリ２３に優先的に充電する場合と異なり、荷役降下時の回生エネルギーを効率良く利用することができる。

（３）第１の所定電圧はキャパシタ２４の許容電圧の下限電圧に設定されている。したがって、荷役力行時にキャパシタ２４のエネルギーを最大限利用することができ、荷役力行から荷役回生に切り換わったときに、キャパシタ２４の容量一杯に充電することができ、回生エネルギーをより効率良く利用することができる。

（４）制御装置３０は、荷役用モータ２８の回生時にキャパシタ２４の電圧が第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上になると、キャパシタ２４の電圧を第２の所定電圧に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御する。したがって、回生終了時にキャパシタ２４は第２の所定電圧に充電され、バッテリ２３にはキャパシタ２４の電圧が第２の所定電圧以上になった後の回生継続時の回生エネルギーが充電される。そのため、従来技術のように回生エネルギーをバッテリに優先的に充電する場合と異なり、荷役回生時の回生エネルギーを効率良く利用することができる。

（５）第２の所定電圧はキャパシタ２４の許容電圧の上限電圧である。したがって、荷役回生時、キャパシタ２４の容量一杯に回生エネルギーを充電した後も、荷役回生が継続された場合、キャパシタ２４を容量一杯の充電状態に維持しつつ、バッテリ２３に回生エネルギーを充電することができる。

（６）キャパシタ２４の電圧を検出する電圧検出手段として電圧センサ３１がキャパシタ２４と並列に接続されている。したがって、キャパシタ２４の電圧を精度良く簡単に検出することができる。

実施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。
○ 図７に示すように、走行用インバータ２７とバッテリ２３との間にスイッチ３３を接続してもよい。そして、走行用モータ２６としてモータジェネレータを使用する。この構成では、キャパシタの電力を走行にも用いることができ、また走行用モータ２６からの回生電力をキャパシタ２４に充電することができる。

○ 第１の所定電圧はキャパシタ２４の許容電圧の下限電圧に限らず、バッテリ２３の電圧より低い電圧であればよく、例えば、キャパシタの許容電圧の下限電圧以上から前記下限電圧より１割高い電圧以下の電圧範囲としたりしてもよい。しかし、キャパシタの許容電圧の下限電圧に近い方が回生エネルギーを効率良く利用することができる。

○ 第２の所定電圧はキャパシタ２４の許容電圧の上限電圧に限らず、バッテリ２３の電圧より高い電圧であればよく、例えば、キャパシタの許容電圧の上限電圧以下から上限電圧より１割低い電圧以上の電圧範囲としたりしてもよい。しかし、キャパシタの許容電圧の上限電圧に近い方が回生エネルギーを効率良く利用することができる。

○ 第１の閾値電圧と第１の所定電圧は同じでなくても良い。例えば第１の閾値電圧をキャパシタ２４の許容電圧の下限電圧とし、第１の所定電圧をキャパシタの許容電圧の下限電圧以上から前記下限電圧より１割高い電圧以下の電圧範囲としたりしてもよい。

○ 第２の閾値電圧と第２の所定電圧は同じでなくても良い。例えば第２の閾値電圧をキャパシタ２４の許容電圧の上限電圧とし、第２の所定電圧をキャパシタの許容電圧の上限電圧以下から前記上限電圧より１割低い電圧以上の電圧範囲としたりしてもよい。

○ 走行用モータ２６として走行モータジェネレータを使用するとともに、走行回生エネルギーをバッテリ２３に充電するようにしてもよい。
○ 制御装置３０は荷役用モータ２８の力行時にキャパシタ２４の電圧が第１の所定電圧以下になると、キャパシタ２４の電圧を第１の所定電圧に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御するが、荷役用モータ２８の回生時には、キャパシタ２４の電圧が第２の所定電圧以上になると、スイッチ２５を閉（オン）状態に保持するようにしてもよい。この構成でも、力行でキャパシタ２４のエネルギーが消費された際、バッテリ２３からキャパシタ２４へ余分なプリチャージが行われるのを抑制することができる。

○ 制御装置３０は荷役用モータ２８の回生時にキャパシタ２４の電圧が第２の所定電圧以上になると、キャパシタ２４の電圧を第２の所定電圧に保つようにスイッチ２５をスイッチング制御するが、荷役用モータ２８の力行時には、キャパシタ２４の電圧が第１の所定電圧以下になると、スイッチ２５を閉（オン）状態に保持するようにしてもよい。この構成でも、回生終了時に、キャパシタ２４には回生エネルギーが第２の所定電圧に充電される状態になるため、回生エネルギーを効率良く利用することができる。

○ リフトシリンダ１５は油圧シリンダに限らず、電気シリンダを使用してもよい。電気シリンダを使用する場合、荷役下降時に電気シリンダのモータを回生制動することにより回生エネルギーを回収することができる。

○ 走行用モータ２６及び荷役用モータ２８は、誘導電動機や永久磁石同期電動機等の交流モータに限らず直流モータ、例えばブラシレスＤＣモータを使用してもよい。
○ 上記実施例では、荷役用モータとジェネレータを兼ねて、荷役用モータ２８を用いたが、荷役用モータ２８とは別に、ジェネレータを備え、回生時はジェネレータからキャパシタへ充電しても良い。

○ バッテリフォークリフトに限らず、荷役動作をモータを用いて行なうフォークリフトであればよく、走行をエンジンで行うフォークリフトや走行をエンジン及びモータで切り換えて行うハイブリッド式フォークリフトにも適用可能である。

○ カウンターフォークリフトに限らず、その他のタイプのフォークリフト、例えば、リーチ式のフォークリフトに適用しても良い。

実施形態におけるフォークリフトの概略側面図。 荷役用モータ等を駆動するための電気的構成を示す回路図。 （ａ）はキャパシタ及びバッテリのエネルギー変化を示す模式図、（ｂ），（ｃ）は比較例におけるキャパシタ及びバッテリのエネルギー変化を示す模式図。 荷役力行時の作用を説明する回路図。 荷役回生時の作用を説明する回路図。 （ａ）はキャパシタ及びバッテリのエネルギー変化を示す模式図、（ｂ），（ｃ）は比較例におけるキャパシタ及びバッテリのエネルギー変化を示す模式図。 別の実施形態における電気的構成を示す回路図。 バッテリ及びキャパシタの充放電電力効率を示すグラフ。

符号の説明

１５…リフトシリンダ、２３…バッテリ、２４…キャパシタ、２５…スイッチング手段としてのスイッチ、２６…走行用モータジェネレータとしての走行用モータ、２７…走行用電源装置としての走行用インバータ、２８…荷役用モータ及びジェネレータとしての荷役用モータ、２９…荷役用電源装置としての荷役用インバータ、３０…制御手段としての制御装置、３１…電圧検出手段としての電圧センサ。

Claims (11)

1. バッテリと、
   キャパシタと、
   前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、
   荷役部材を昇降させるためのリフトシリンダと、
   前記リフトシリンダを作動させる荷役用モータと、
   前記荷役部材の下降時に荷役回生するジェネレータと、
   前記荷役用モータを駆動する荷役用電源装置と、
   制御手段と
   を備えたフォークリフトであって、
   前記キャパシタは前記荷役用電源装置に並列に接続され、前記バッテリは前記キャパシタにスイッチング手段を介して並列に接続され、前記制御手段は前記荷役用モータの力行時に前記キャパシタの電圧が第１の閾値電圧以下になると、前記キャパシタの電圧を第１の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御することを特徴とするフォークリフト。
2. 前記制御手段は前記ジェネレータの回生時に前記キャパシタの電圧が前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上になると、前記キャパシタの電圧を第２の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御する請求項１に記載のフォークリフト。
3. バッテリと、
   キャパシタと、
   前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出手段と、
   荷役部材を昇降させるためのリフトシリンダと、
   前記リフトシリンダを作動させる荷役用モータと、
   前記荷役部材の下降時に荷役回生するジェネレータと、
   前記荷役用モータを駆動する荷役用電源装置と、
   制御手段と
   を備えたフォークリフトであって、
   前記キャパシタは前記荷役用電源装置に並列に接続され、前記バッテリは前記キャパシタにスイッチング手段を介して並列に接続され、前記制御手段は前記ジェネレータの回生時に前記キャパシタの電圧が第２の閾値電圧以上になると、前記キャパシタの電圧を第２の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御することを特徴とするフォークリフト。
4. 前記制御手段は前記荷役用モータの力行時に前記キャパシタの電圧が前記第２の閾値電圧より低い第１の閾値電圧以下になると、前記キャパシタの電圧を第１の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御する請求項３に記載のフォークリフト。
5. 前記第１の所定電圧は前記バッテリの電圧より低い電圧である請求項１、請求項２及び請求項４のいずれか一項に記載のフォークリフト。
6. 前記第１の所定電圧は前記キャパシタの許容電圧の下限電圧以上から下限電圧より１割高い電圧以下の範囲である請求項１、請求項２及び請求項４のいずれか一項に記載のフォークリフト。
7. 前記第２の所定電圧は前記バッテリの電圧より高い電圧である請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載のフォークリフト。
8. 前記第２の所定電圧は前記キャパシタの許容電圧の上限電圧以下から上限電圧より１割低い電圧以上の範囲である請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載のフォークリフト。
9. 前記荷役用モータと前記ジェネレータは１つのモータジェネレータとして構成されている請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のフォークリフト。
10. 走行用モータジェネレータを更に備え、前記走行用モータジェネレータを制御する走行用電源装置は前記バッテリに並列に接続されている請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のフォークリフト。
11. バッテリと、
    前記バッテリにスイッチング手段を介して並列に接続されたキャパシタと、
    荷役部材を昇降させるためのリフトシリンダと、
    前記リフトシリンダを作動させる荷役用モータと、
    前記荷役部材の下降時に荷役回生するジェネレータと、
    前記キャパシタに並列に接続されるとともに前記荷役用モータを制御する荷役用電源装置と
    を備えたフォークリフトにおいて、
    前記荷役用モータの力行時に前記キャパシタの電圧が第１の閾値電圧以下になると、前記キャパシタの電圧を第１の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御し、前記ジェネレータの回生時に前記キャパシタの電圧が前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上になると、前記キャパシタの電圧を第２の所定電圧に保つように前記スイッチング手段をスイッチング制御することを特徴とするフォークリフトにおけるキャパシタの充電制御方法。

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