JP2018012576A - 産業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑制しつつ、モータの負荷を軽減させること。【解決手段】フォークリフトは、モータと、モータによって駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプによって吐出された作動油が供給されるティルトシリンダと、を備える。制御装置は、モータの実回転数が予め定められたリリーフ回転数域内となる第１条件、及び、指令回転数から予め定められた回転数を減算した値がモータの実回転数よりも大きくなる第２条件が成立した場合、ティルトシリンダがストロークエンドに達したと判断し、モータを停止させる。【選択図】図２

Description

本発明は、産業車両に関する。

例えば、フォークリフトでは、荷役装置が油圧シリンダによって作動される。油圧シリンダには、モータによって駆動する油圧ポンプから吐出された作動油が供給される。この際、油圧シリンダがストロークエンドに達すると、油圧ポンプが駆動しにくく、モータの負荷が大きくなる。特許文献１に記載のフォークリフトでは、モータによって駆動するアクチュエータによって荷役装置を作動させており、アクチュエータがストロークエンドに達したことをスイッチにより検出している。特許文献１に記載のフォークリフトは、アクチュエータがストロークエンドに達したことが検出されると、モータへの電流を遮断している。

実開平２−１４２７９６号公報

ところで、特許文献１に記載の産業車両では、アクチュエータがストロークエンドに達したことを検出するためにスイッチを設けており、部品点数が増加している。
本発明の目的は、部品点数の増加を抑制しつつ、モータの負荷を軽減させることができる産業車両を提供することにある。

上記課題を解決する産業車両は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプの駆動源となるモータと、前記油圧ポンプから吐出された作動油が流れる油圧回路と、前記油圧回路を流れた作動油が供給される油圧シリンダと、前記油圧回路内の圧力がリリーフ圧に達すると前記油圧回路内の圧力を解放させるリリーフ弁と、前記モータの実回転数を検出する回転数検出部と、前記モータを駆動させる駆動部と、前記油圧シリンダの作動を指示する操作部材と、前記操作部材の操作量に応じた回転数を指令回転数として前記駆動部に出力することで、前記操作部材の操作量に応じた回転数で前記モータを駆動させる制御部と、を備え、前記制御部は、少なくとも、前記モータの実回転数が予め定められたリリーフ回転数域内となる第１条件、及び、前記指令回転数から予め定められた回転数を減算した値が前記モータの実回転数よりも大きくなる第２条件を含む所定条件が成立した場合、前記油圧シリンダがストロークエンドに達したと判断し、前記モータを停止させる。

油圧シリンダがストロークエンドに達すると、油圧回路内の圧力が上昇する。油圧回路内の圧力がリリーフ圧に達すると、リリーフ弁によって油圧回路内の圧力が解放され、油圧回路の圧力はリリーフ圧に保たれる。ここで、リリーフ回転数域とは、油圧回路内の圧力がリリーフ圧のときのモータの回転数に公差やマージンを加えた値である。また、油圧回路内の圧力がリリーフ圧のときには、モータの実回転数が上昇しにくく、操作部材を操作しても、操作量に応じた指令回転数にモータの実回転数が達しない。したがって、第１条件、及び、第２条件が成立するのは、操作部材を操作しているにも関わらず、操作部材の操作量に応じた指令回転数にモータの実回転数が追従していない状態であるといえる。このような場合、制御部は、油圧シリンダがストロークエンドに達していると判断し、モータを停止させる。油圧ポンプの駆動源としてモータを用いる産業車両は、指令回転数と実回転数との偏差を算出することなどを目的として、回転数検出部を搭載している。すなわち、回転数検出部は、従来から産業車両に搭載されている部材であり、既存の部材を用いて油圧シリンダがストロークエンドに達したと判断することができる。したがって、部材点数の増加を抑制しつつ、モータの負荷を軽減することができる。

上記産業車両について、前記制御部は、予め定められた制御周期で前記第１条件、及び、前記第２条件が成立しているか否かを判定し、前記所定条件は、前記第１条件及び前記第２条件に加え、前記第１条件、及び、前記第２条件が複数回連続して成立することを含んでもよい。これによれば、より正確に油圧シリンダがストロークエンドに達したことを検出することができる。

上記産業車両について、前記制御部は、前記操作部材がニュートラルにされた後、再度、前記操作部材が操作されると、前記操作部材の操作量に応じた回転数で前記モータを駆動させてもよい。これによれば、操作部材を操作しても油圧シリンダを作動できない状態を解除することができる。

上記課題を解決する産業車両は、油圧ポンプと、前記油圧ポンプの駆動源となるモータと、前記油圧ポンプから吐出された作動油が流れる油圧回路と、前記油圧回路を流れた作動油が供給される油圧シリンダと、前記油圧回路内の圧力がリリーフ圧に達すると前記油圧回路内の圧力を解放させるリリーフ弁と、前記モータの実回転数を検出する回転数検出部と、前記モータを駆動させる駆動部と、前記油圧シリンダの作動を指示する操作部材と、前記操作部材の操作量に応じた回転数を指令回転数として前記駆動部に出力することで、前記操作部材の操作量に応じた回転数で前記モータを駆動させる制御部と、を備え、前記制御部は、前記モータの実回転数の単位時間当たりの低下量が予め定められた閾値を超えた場合、前記油圧シリンダがストロークエンドに達したと判断し、前記モータを停止させる。

油圧シリンダがストロークエンドに達すると、モータの実回転数は著しく低下する。このため、モータの実回転数の単位時間当たりの低下量が予め定められた閾値を超えたか否かによって油圧シリンダがストロークエンドに達したか否かを判断することができ、ストロークエンドに達した場合にはモータを停止させることができる。前述したように、回転数検出部は、従来から産業車両に搭載されている部材であり、部材点数の増加を抑制しつつ、モータの負荷を軽減することができる。

本発明によれば、部品点数の増加を抑制しつつ、モータの負荷を軽減させることができる。

フォークリフトの概略構成図。 第１実施形態における制御装置が行う処理を示す状態遷移図。 油圧シリンダがストロークエンドに達したときのモータの実回転数の変化を示す図。

以下、産業車両の一実施形態について説明する。
図１に示すように、産業車両としてのフォークリフト１０は、荷役装置１１を備える。荷役装置１１は、左右一対のアウタマスト１２とインナマスト１３とからなる多段式のマスト１４を備える。アウタマスト１２には油圧シリンダとしてのティルトシリンダ１５が連結されている。インナマスト１３には油圧シリンダとしてのリフトシリンダ１６が連結されている。マスト１４は、ティルトシリンダ１５に対する作動油の給排によって車体の前後方向に傾動動作を行う。インナマスト１３は、リフトシリンダ１６に対する作動油の給排によって車体の上下方向に昇降動作を行う。また、インナマスト１３には、リフトブラケット１７を介してフォーク１８が設けられている。フォーク１８は、リフトシリンダ１６の作動によってインナマスト１３がアウタマスト１２に沿って昇降動作を行うことにより、リフトブラケット１７とともに昇降動作を行う。

フォークリフト１０は、モータ１９と、モータ１９によって駆動される油圧ポンプ２０と、油圧ポンプ２０から吐出された作動油が供給される油圧回路２１とを備える。また、フォークリフト１０は、作動油が貯留された油タンク２２と、モータ１９の実回転数を検出して、モータ１９の実回転数を出力する回転数検出部としての回転数センサ３０とを備える。

油圧ポンプ２０には、油タンク２２から汲み上げた作動油を油圧回路２１に供給する油路２３が接続されている。油路２３は、油圧ポンプ２０の吐出口に接続されている。また、油圧回路２１には、油タンク２２へ排出される作動油が通る排出油路２４が接続されている。

油圧回路２１は、各シリンダ１５，１６への作動油の給排を制御するコントロール弁２８を備える。また、油圧回路２１は、リリーフ圧に達すると開放されるリリーフ弁２９を備える。リリーフ弁２９は、油圧ポンプ２０から吐出された作動油が供給される油圧回路２１内の圧力がリリーフ圧に達すると、排出油路２４から作動油を油タンク２２に戻すことで油圧回路２１内の圧力を解放する。これにより、油圧回路２１内の圧力はリリーフ圧以下に保たれている。

フォークリフト１０は、制御部としての制御装置２５と、駆動部としてのモータドライバ２６と、を備える。モータドライバ２６と、制御装置２５とは互いに電気的に接続されている。制御装置２５は、回転数センサ３０によって検出されたモータ１９の実回転数を、モータドライバ２６を介して取得する。制御装置２５は、所定の制御周期でフォークリフト１０の制御を行う。

フォークリフト１０は、運転者の操作によってティルトシリンダ１５の作動を指示する操作部材としてのティルトレバー３１と、運転者の操作によってリフトシリンダ１６の作動を指示するリフトレバー３２と、を備える。

ティルトシリンダ１５やリフトシリンダ１６などの油圧シリンダには、ストロークエンドが存在する。ストロークエンドとは、油圧シリンダのピストンが移動範囲の限界位置まで移動したことを意味し、ピストンを収容しているシリンダチューブによって機械的にピストンの移動が規制された状態である。したがって、ティルトシリンダ１５やリフトシリンダ１６などの油圧シリンダがストロークエンドに達した場合には、ストロークエンドを超えてピストンを移動させることができない。このため、油圧シリンダがストロークエンドに達した状態のままモータ１９を駆動させると、傾動動作や昇降動作を行えないにも関わらずモータ１９が駆動することになり、モータ１９には過剰な負荷が生じる。

本実施形態の制御装置２５は、以下の制御を行うことで、油圧シリンダがストロークエンドに達したことを検出し、ストロークエンドの検出に基づいてモータ１９を停止させている。なお、以下の説明では、ティルトシリンダ１５のストロークエンドを検出する場合について説明するが、リフトシリンダ１６についても同様の制御によりストロークエンドを検出することができる。以下、詳細に説明を行う。

図２に示すように、本実施形態の制御装置２５は、通常制御状態と、ストロークエンド検出状態と、モータ停止状態とを有する。そして、制御装置２５は、それぞれの状態に応じた制御を行う。まず、通常制御状態について説明する。なお、以下の説明では、ティルトシリンダ１５の作動中、すなわち、ティルトレバー３１が操作されていることを前提として説明を行う。

通常制御状態において、制御装置２５は、指令回転数をモータドライバ２６に出力することによってモータ１９の回転数の制御を行う。モータドライバ２６は、入力した指令回転数をもとにモータ１９の実回転数が指令回転数に追従するように制御を行う。モータ１９の指令回転数は、ティルトレバー３１の操作量に応じて制御装置２５によって演算される回転数である。ティルトレバー３１の操作量は図示しない操作量検出手段によって検出される。

通常制御状態で、以下の第１条件、及び、第２条件が成立した場合、制御装置２５は、ストロークエンド検出状態に遷移する。
第１条件…モータ１９の実回転数がリリーフ回転数域内。

第２条件…指令回転数から予め定められた回転数を減算した値がモータ１９の実回転数よりも大きい。
第１条件、及び、第２条件が成立している場合、ティルトレバー３１を操作しているにも関わらず、操作量に応じたモータ１９の実回転数を得ることができず、結果として、モータ１９の実回転数がリリーフ回転数域内となっている状態である。以下、詳細に説明する。

第１条件のリリーフ回転数域とは、油圧回路２１内の圧力がリリーフ圧のときにモータ１９の実回転数が取り得る範囲に公差やマージンを加えた値であり、リリーフ圧に基づき予め定められている。モータ１９の実回転数は、油圧回路２１内の圧力に応じて変化し、油圧回路２１内の圧力が高いほど油圧ポンプ２０が駆動しにくく、モータ１９は回転しにくくなる。ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達すると、油圧回路２１内の圧力が上昇する。油圧回路２１内の圧力がリリーフ圧に達すると、リリーフ弁２９によって油圧回路２１内の圧力が解放され、油圧回路２１内の圧力はリリーフ圧に保たれる。したがって、ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達している場合、モータ１９の実回転数は、リリーフ回転数域内となり、第１条件が成立する。

第２条件の予め定められた回転数は、指令回転数とモータ１９の実回転数との偏差から、油圧回路２１の圧力がリリーフ圧か否かを判断できる値に設定される。上記したように、油圧回路２１内の圧力が高いほどモータ１９は回転しにくくなる。換言すれば、油圧回路２１内の圧力が高いほど指令回転数とモータ１９の実回転数との偏差は大きくなる。このため、予め定められた回転数として、油圧回路２１の圧力がリリーフ圧か否かを判断できる値を設定することで、第２条件から油圧回路２１の圧力がリリーフ圧か否かを判断することができる。予め定められた回転数としては、例えば、油圧回路２１の圧力がリリーフ圧のときの指令回転数とモータ１９の実回転数との偏差が取り得る範囲を予め求め、この範囲の最低値が設定される。ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達し、油圧回路２１内の圧力がリリーフ圧となると、第２条件が成立する。

なお、ティルトレバー３１の操作量によっては、リリーフ圧に達していないにも関わらず、モータ１９の回転数がリリーフ回転数域内となる場合がある。すなわち、ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達していない場合でも、第１条件は成立し得る。同様に、フォーク１８に荷を積んでいる場合など、負荷が大きい場合には、指令回転数とモータ１９の実回転数との偏差が大きくなるため、ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達していない場合でも、第２条件は成立し得る。このため、制御装置２５は、第１条件、及び、第２条件の両方の成立を条件として、ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したと判断している。

ストロークエンド検出状態に遷移すると、制御装置２５は、第１条件、及び、第２条件の両方が複数回連続して成立する連続成立条件が成立するか否かを判断する。詳細にいえば、制御装置２５は、所定の制御周期毎に第１条件、及び、第２条件が成立しているか否かを確認し、予め定められた回数（複数回）連続して各条件が成立したか否かを判断する。

外乱や、モータ１９の実回転数の検出誤差などを原因として、ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達していないにも関わらず、偶発的に第１条件、及び、第２条件が成立する場合がある。このため、複数回連続して各条件の成立が維持されていることを確認することで、より正確にティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したことを検出することができる。

なお、複数回としては、偶発的な第１条件、及び、第２条件の成立を除外することができる回数に設定される。複数回としては、例えば、３〜４回であり、時間に換算すると数十ｍｓ〜数百ｍｓである。

ストロークエンド検出状態において、連続成立条件が成立しなかった場合、制御装置２５は、通常制御状態に遷移する。一方で、連続成立条件が成立した場合、制御装置２５は、モータ停止状態に遷移する。したがって、本実施形態では、第１条件、第２条件、及び、連続成立条件が所定条件となり、所定条件の成立により、制御装置２５は、モータ停止状態に遷移する。

モータ停止状態に遷移すると、制御装置２５は、ティルトレバー３１の操作量に関わらず、モータ１９への電流を遮断することで、モータ１９を停止させる。モータ１９への電流の遮断は、例えば、モータドライバ２６に、モータ１９を停止させる指令を出力することで行われる。

モータ停止状態の解除は、ティルトレバー３１の操作位置がニュートラルになること、すなわち、ティルトレバー３１を中立位置に戻す（操作量を０にする）ことによる解除条件が成立することで行われる。モータ停止状態が解除されると、制御装置２５は、通常制御状態に遷移する。したがって、ティルトレバー３１をニュートラルにした後、再度、ティルトレバー３１を操作することで、操作量に応じた回転数でモータ１９が駆動される。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）制御装置２５は、第１条件、及び、第２条件が成立したことを契機として、ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したと判断し、モータ１９を停止させている。モータ１９を停止させることで、モータ１９の負荷が軽減されている。また、第１条件、及び、第２条件はともに、モータ１９の実回転数に基づく条件であり、条件の成立を判定するためにはモータ１９の実回転数を検出する回転数センサ３０を要する。この回転数センサ３０は、モータ１９の実回転数をティルトレバー３１の操作量に応じて制御するためなどにも用いられ、ストロークエンドの検出をするか否かに関わらずフォークリフト１０に具備された部材である。したがって、既存の部材を用いてティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したことを検出することができるため、部材点数の増加を抑制しつつ、モータ１９の負荷を低減することができる。

（２）制御装置２５は、連続成立条件が成立したことを条件としてモータ１９を停止させている。このため、より正確にティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したことを検出することができる。

（３）制御装置２５は、ティルトレバー３１がニュートラルになることを条件として、通常制御状態に遷移するようにしている。このため、ストロークエンド検出状態や、モータ停止状態から通常制御状態に制御装置２５を遷移させることができる。

（４）ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したことを検出したときにアンロード弁を開弁することで油圧回路２１内の圧力を低減させ、これによりモータ１９の負荷を軽減させることも考えられる。この場合、モータ１９の負荷は軽減されるものの、モータ１９は駆動したままである。本実施形態では、モータ１９を停止することで、アンロード弁を用いる場合に比べて、更に負荷を軽減させることができる。また、モータ１９を停止することで、消費電力も抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、産業車両の第２実施形態について説明する。第２実施形態の産業車両は、油圧シリンダがストロークエンドに達したことを検出する態様が第１実施形態とは異なるが、その他の態様は第１実施形態と同様である。

油圧シリンダがストロークエンドに達すると、ストロークエンドで大きな慣性力が発生する。これにより、油圧回路２１内にはサージ圧が生じる。このサージ圧によるモータ１９の実回転数の低下を検出することで、第２実施形態の産業車両は、油圧シリンダがストロークエンドに達したことを検出している。

図３に示すように、時刻Ｔ１でティルトシリンダ１５がストロークエンドに達すると、モータ１９の回転数が著しく低下する。この際、単位時間Δｔ当たりのモータ１９の実回転数の低下量ΔＮ（時間とモータ１９の実回転数との関係をプロットしたときの直線の傾き具合）は、通常制御状態におけるティルトレバー３１などの操作量の変化などによって生じ得るモータ１９の低下量ΔＮよりも大きい。このため、単位時間Δｔ当たりのモータ１９の実回転数の低下量ΔＮに閾値を設定し、単位時間Δｔ当たりのモータ１９の実回転数の低下量ΔＮが閾値を超えた場合に、制御装置２５はティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したと判断する。そして、制御装置２５は、モータ１９を停止させる。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（５）第１実施形態と同様に、モータ１９の実回転数を用いてティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したことを検出している。したがって、既存の部材を用いてティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したことを検出することができるため、部材点数の増加を抑制しつつ、モータ１９の負荷を低減することができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○第１実施形態のストロークエンド検出状態は省略してもよい。すなわち、通常制御状態で、第１条件、及び、第２条件が１回でも成立した場合、モータ停止状態に遷移してもよい。この場合、所定条件は、第１条件、及び、第２条件のみとなる。

○実施形態では、ティルトシリンダ１５がストロークエンドに達したことを検出したが、他の油圧シリンダがストロークエンドに達したことを検出してもよい。例えば、リフトシリンダ１６を上昇させる際に、ストロークエンドに達したことを検出してもよいし、アタッチメントが装備されている場合、アタッチメントを動作させる油圧シリンダがストロークエンドに達したことを検出してもよい。アタッチメントとしては、例えば、フォーク１８を左右方向に移動させるシフターや、対象物を挟むクランプなどが挙げられる。

○産業車両としては、油圧シリンダを使用している産業車両であればよく、例えば、油圧ショベルなどの建設機械などでもよい。
○第１実施形態と第２実施形態の制御を組み合わせて油圧シリンダがストロークエンドに達したことを検出してもよい。具体的にいえば、単位時間Δｔ当たりのモータ１９の実回転数の低下量ΔＮが閾値を超えることを、油圧シリンダがストロークエンドに達したことを検出するための条件の１つ（第３条件）とする。そして、第１条件と第３条件が成立した場合や、第１条件、第２条件、及び、第３条件が成立した場合に油圧シリンダがストロークエンドに達したと判断してもよい。

１０…フォークリフト、１５…ティルトシリンダ、１６…リフトシリンダ、１９…モータ、２０…油圧ポンプ、２１…油圧回路、２５…制御装置、２６…モータドライバ、２９…リリーフ弁、３０…回転数センサ、３１…ティルトレバー、３２…リフトレバー。

Claims (4)

1. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプの駆動源となるモータと、
   前記油圧ポンプから吐出された作動油が流れる油圧回路と、
   前記油圧回路を流れた作動油が供給される油圧シリンダと、
   前記油圧回路内の圧力がリリーフ圧に達すると前記油圧回路内の圧力を解放させるリリーフ弁と、
   前記モータの実回転数を検出する回転数検出部と、
   前記モータを駆動させる駆動部と、
   前記油圧シリンダの作動を指示する操作部材と、
   前記操作部材の操作量に応じた回転数を指令回転数として前記駆動部に出力することで、前記操作部材の操作量に応じた回転数で前記モータを駆動させる制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   少なくとも、前記モータの実回転数が予め定められたリリーフ回転数域内となる第１条件、及び、前記指令回転数から予め定められた回転数を減算した値が前記モータの実回転数よりも大きくなる第２条件を含む所定条件が成立した場合、前記油圧シリンダがストロークエンドに達したと判断し、前記モータを停止させる産業車両。
2. 前記制御部は、予め定められた制御周期で前記第１条件、及び、前記第２条件が成立しているか否かを判定し、
   前記所定条件は、前記第１条件及び前記第２条件に加え、前記第１条件、及び、前記第２条件が複数回連続して成立することを含む請求項１に記載の産業車両。
3. 前記制御部は、前記操作部材がニュートラルにされた後、再度、前記操作部材が操作されると、前記操作部材の操作量に応じた回転数で前記モータを駆動させる請求項１又は請求項２に記載の産業車両。
4. 油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプの駆動源となるモータと、
   前記油圧ポンプから吐出された作動油が流れる油圧回路と、
   前記油圧回路を流れた作動油が供給される油圧シリンダと、
   前記油圧回路内の圧力がリリーフ圧に達すると前記油圧回路内の圧力を解放させるリリーフ弁と、
   前記モータの実回転数を検出する回転数検出部と、
   前記モータを駆動させる駆動部と、
   前記油圧シリンダの作動を指示する操作部材と、
   前記操作部材の操作量に応じた回転数を指令回転数として前記駆動部に出力することで、前記操作部材の操作量に応じた回転数で前記モータを駆動させる制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記モータの実回転数の単位時間当たりの低下量が予め定められた閾値を超えた場合、前記油圧シリンダがストロークエンドに達したと判断し、前記モータを停止させる産業車両。

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