JP2512431B2 - 直流モ−タの回生・力行制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は直流モータの回生・力行制御装置に関する
ものである。

（従来技術） 従来、例えばバッテリーフォークリフトの走行用モー
タにおいて前後進レバーを切換えて同モータを逆転駆動
させる場合、まず回生制動が可能かどうか判断する。そ
して、可能な場合には回生制動を実行し、やがて回生制
動ができなくなった時に力行（プラギング）に移るよう
になっている。反対に可能でない場合には直ちに力行を
行うようになっている。

そして、この回生制動の可能か否かの判断はより早い
ことが望まれている。本出願人はその目的を達成するた
めに１つの提案をし出願（特願昭60−46965）をした。

先に出願した発明は前後進レバーが切換わったとき、
予め定めた時間待機した後、モータ駆動回路に判別パル
スを出力し、その判別パルスに基づくモータの電機子電
流値の値に基づいて回生制動が可能かどうか判別するも
のであった。

（発明が解決しようとする問題点） そして、先に出願した発明は当初の目的を達成するも
のであった。しかし、判断が迅速になったものの前記判
別パルスを出力する前にまだ待機時間があることから回
生若しくは力行制御に入るまでにタイムラグがあった。
即ち、モータの駆動状態に関係なく全て待機時間を持た
せて判断していることから、明らかに回生制動が可能な
状態でもこの待機時間だけは待機しなければならない問
題があった。

又、待機時間中に正確な判別を行うために回生コンタ
クタの離落させている場合には、その離落による騒音が
発生していた。

この発明の目的は回生若しくは力行制御に入るまでの
タイムラグをさらに縮めるとともに、余分な回生コンタ
クタの切換えをなくして騒音をなくすことができる直流
モータの回生・力行制御装置を提供することにある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この発明は直流モータ
と、その直流モータの界磁巻線の配線を切換えその励磁
方向を切換える切換え手段と、前記直流モータの直流電
源の導通・非導通を制御して同モータを駆動制御するス
イッチング素子と、前記スイッチング素子と並列に接続
され開閉動作して前記直流モータの直流電源の入り切り
を行ない同モータを駆動制御するバイパスコンタクタ
と、前記直流モータを正転及び逆転駆動させるための操
作装置と、離落して前記直流モータのフライホイール電
流をフライホイールダイオードを介して前記直流電源に
返すための回生コンタクタと、前記直流モータの電機子
電流を検出する電流検出器と、前記切換え手段を駆動し
て界磁巻線の励磁方向を設定するとともに、前記スイッ
チング素子を一定時間オン状態にしたオフ状態に制御す
る駆動制御手段と、前記電流検出器からの検出信号に基
づいて割出した前記スイッチング素子がオフした時点か
ら予め定めた時間経過後の電機子電流と予め定めた基準
値とを比較する比較手段と、電機子電流が基準値より大
きいと比較手段が判断した時、前記回生コンタクタを離
落させ、電機子電流が基準値より小さいと比較手段が判
断した時、回生コンタクタを閉路させる第１の制御手段
とからなる直流モータの回生・力行制御装置において、 前記バイパスコンタクタの開閉状態を判別する判別手
段と、前記操作装置が操作された時、前記判別手段がバ
イパスコンタクタが開路されていると判断したとき、前
記駆動制御手段、比較手段及び第１の制御手段を動作さ
せ、判別手段がバイパスコンタクタが閉路していると判
断した時、前記バイパスコンタクタを離落させる第２の
制御手段とを備えた直流モータの回生・力行制御装置を
その要旨とするものである。

（作用） 前記操作装置が操作された時、前記判別手段がバイパ
スコンタクタが開路されていると判断したとき、第２の
制御手段は前記駆動制御手段、比較手段及び第１の制御
手段を動作させて回生制動か力行かの判別処理を行な
う。反対に、判別手段がバイパスコンタクタが開路して
いると判断した時、第２の制御手段は前記バイパスコン
タクタを離落させ前記判別処理を行うことなく直ちに回
生制動を実行する。

（実施例） 以下、この発明の直流モータの回生・力行制御装置を
バッテリーフォークリフトに具体化した一実施例を図面
に従って説明する。

第１図はバッテリーフォークリフトにおける走行用の
直流モータの駆動回路を示し、走行用モータ11は回生コ
ンタクタ12を介してバッテリー13に接続されている。走
行モータ11は直巻の直流モータであって、図示しない駆
動輪を駆動させるようになっている。

走行用モータ11の界磁巻線11aには切換え手段として
の前進コンタクタ14f及び後進コンタクタ14rが接続さ
れ、両コンタクタ14f,14rの切換え動作に基づいて走行
用モータ11を正、逆回転、即ち、フォークリフトを前後
進させるようになっている。

スイッチング素子としての走行用スイッチングトラン
ジスタ（以下、走行用トランジスタという）15は前記走
行用モータ11に対して直列に接続されていて、そのベー
ス端子に入力される公知のチョッパ信号に基づいて同モ
ータ11を駆動制御する。バイパスコンタクタ16は前記走
行用トランジスタ15に対して並列に接続されていて、同
コンタクタ16が開閉動作することにより走行用モータ11
が駆動制御される。従って、走行用モータ11は走行用ト
ランジスタ15とバイパスコンタクタ16の２系統で駆動制
御される。

第１の走行フライホイールダイオード（以下、第１の
走行フライホイールという）17は前記界磁巻線11aの前
進コンタクタ14f側と前記バッテリー13のプラス端子と
の間に接続され、第２の走行フライホイールダイオード
（以下、第２の走行フライホイールという）18は前記界
磁巻線11aの後進コンタクタ14r側と前記バッテリー13の
プラス端子との間に接続されている。

走行用モータ11の電機子11bと前記回生用コンタクタ1
2との間には回生フライホイールダイオード（以下、回
生フライホイールという）19の一端が接続され、そのフ
ライホイール19の他端はバッテリー13のマイナス端子に
接続されている。又、走行用モータ11の電機子11bには
電流検出器20が設けられ、同電機子11bに流れる電流を
検出する。

次に、上記のように構成した駆動回路に接続した各コ
ンタクタ及びトランジスタを動作制御して走行用モータ
11の回生制動が可能かどうかを判断する電気回路を第２
図に従って説明する。

第２図において、アクセル操作量検出装置21はポテン
ショメータよりなり、運転席に設けられたアクセルペダ
ル22の操作量を検出し、その操作量検出信号をA/D変換
器23を介して後記する中央処理装置27に出力する。又、
前記電流検出器20は前記走行用モータ11の電機子11bに
流れる電流Ｉを検出し、その電流検出信号を同じくA/D
変換器23を介して中央処理装置27に出力するようになっ
ている。

前後進検出器24はリミットスイッチよりなり、運転席
に設けた操作装置としての前後進レバー25の操作位置
（前進、中立、後進）を検知し、その位置信号をインタ
ーフェイス26を介して中央処理装置27に出力する。

駆動制御手段、比較手段、第１及び第２の制御手段及
び判別手段としての中央処理装置（以下、CPUという）2
7は読み出し専用のメモリよりなるプログラムメモリ28
に記憶された制御プログラムに従って動作するようにな
っている。そして、CPU27は前記アクセル操作量検出装
置21から出力される操作量検出信号に基づいてその時の
アクセルペダル22の操作量を割り出すようになってい
る。この割り出しは前記プログラムメモリ28に予め記憶
されている操作量検出信号に対する操作量データに基づ
いて割り出すようになっている。

そして、CPU27はこの割り出したアクセルペダル22の
操作量に対応する走行用モータ11の回転速度を割り出す
ようになっている。

プログラマブルタイマ（以下、PTMという）29はCPU27
からの制御信号に基づいてパルス幅変調されたパルス信
号を出力するようになっている。このパルス信号はトラ
ンジスタ30に出力され、同トランジスタ30をオン・オフ
させることによって、前記走行用トランジスタ15のベー
ス端子にチョッパ信号を出力するようになっている。

又、CPU27は前記電流検出器20から出力される電流検
出信号に基づいてその時の走行用モータ11の電機子11b
に流れる電流Ｉを割り出すようになっている。この割り
出しは前記プログラムメモリ28に予め記憶されている電
流検出信号に対する電流値データに基づいて割り出すよ
うになっている。

又、CPU27に前記前後進検出器24からの位置信号に基
づいてその時の前後進レバー25の操作位置を割り出すよ
うになっている。そして、前後進レバー25の操作位置が
後進位置から前進位置になった場合にはCPU27はフォー
クリフトを前進走行、即ち、走行用モータ11を正転させ
るための制御信号をインターフェイス31を介して各トラ
ンジスタ32,33に出力し、それぞれ前進コンタクタコイ
ル34f及び後進コンタクタ34rを励磁制御する。この励磁
制御に基づいて前記前進コンタクタ14fは電機子側接点
に、後進コンタクタ14rは走行用トランジスタ側接点に
接続されるようになっている。

反対に、前後進レバー25の操作位置が前進から後進位
置になった場合には、CPU27はフォークリフトを後進走
行、即ち、走行用モータ11を逆転させるための制御信号
をインターフェイス31を介して各トランジスタ32,33に
出力し、それぞれ前進コンタクタコイル34f及び後進コ
ンタクタ34rを励磁制御する。この励磁制御に基づいて
前記前進コンタクタ14fは走行用トランジスタ側接点
に、後進コンタクタ14rは電機子側接点に接続されるよ
うになっている。

回生コンタクタ制御用トランジスタ（以下、回生トラ
ンジスタという）35はインターフェイス31を介して出力
される制御信号に基づいて回生コンタクタコイル36を励
磁制御して前記回生コンタクタ12を開閉動作させる。バ
イパスコンタクタ制御用トランジスタ（以下、バイパス
トランジスタという）37はインターフェイス31を介して
出力される制御信号に基づいてバイパスコンタクタコイ
ル38を励磁制御して前記バイパスコンタクタ16を開閉動
作させる。

従って、CPU27は走行用モータ11を前記走行用トラン
ジスタ15をオン・オフ制御又はバイパスコンタクタを開
閉制御することによって駆動制御できることになる。こ
のいずれを選択して走行用モータ11を駆動制御するかは
プログラムメモリ28に記憶された制御プログラムにて決
定されている。そして、本実施例では低速時には走行用
トランジスタ15をオン・オフ制御（バイパスコンタクタ
16は開路状態にある）して、又、予め定めた速度（オン
とオフの時間の比率）以上で走行を行なっている場合に
はバイパスコンタクタ16を制御（走行用トランジスタ15
はオフ状態にある）している。

又、CPU27は前記前後進レバー25が切換った時にはプ
ログラムメモリに記憶された制御プログラムに従って回
生・力行制御処理動作を実行する。尚、読出し及び書替
え可能なメモリ（RAM）よりなる作業用メモリ39はCPU27
の演算結果等が一時記憶されるようになっている。

次にCPU27が実行する回生・力行制御処理動作につい
て説明する。

今、バイパスコンタクタ16が開路しフォークリフトが
予め定めた速度以上で走行を行なっている状態において
前後進レバー25が前進から後進に切換えられると、CPU2
7は前後進検出器24からの位置信号を入力し同レバー25
が切換わったことを判断して回生・力行制御処理動作を
実行する。

CPU27はレバー25の切換え直前においてバイパスコン
タクタ16が閉路か否か判断する。この判断はCPU27から
バイパストランジスタ37に制御信号が出力されているか
否かに基づいてCPU27は判断する。

この時、バイパスコンタクタ16が閉路しているので、
CPU27は回生制動が可能と判断して直ちに回生制動を行
なう処理動作を実行する。

CPU27は回生コンタクタコイル36を励磁制御して回生
コンタクタ12を離落させるとともに、バイパスコンタク
タコイル38を励磁制御してバイパスコンタクタ16を開路
させる。又、CPU27は走行用モータ11の界磁巻線11aをレ
バー25によって選択された方向に駆動するように励磁す
べく前進及び後進コンタクタ14f,14rを切換えるべく前
記トランジスタ32,33を制御する。

回生コンタクタ12の離落により、走行用モータ11の電
機子11bのフライホイール電流は第３図矢印で示す経路I
3を流れ回生制動が開始される。この時、CPU27はその時
のアクセルペダル22の操作量に相対した制御信号をPTM2
9に出力し走行用トランジスタ15を制御する。そして、
同トランジスタ15を介してフライホイール電流I4を流し
て回生制動による制動量を制御する。

この回生制動時において、CPU27は電流検出器20から
の検出信号に基づいて逐次その時の電機子電流の値Ｉを
割り出す。そして、電流値Ｉが予め設定された回生下限
電流以下になった時、CPU27は回生制動不能と判断し、
直ちに回生コンタクタコイル36を励磁制御する。そし
て、この励磁制御に基づいて回生コンタクタ12は閉路さ
れる、力行（プラギング）が開始される。

この時、CPU27はアクセルペダル22の操作量の相対し
て制御信号を出力し、走行用トランジスタ15を制御し力
行を制御するようになっている。

次に、走行用トランジスタ15にて走行用モータ11が駆
動制御されいる状態で前後進レバー25が前進から後進に
切換えられた場合について説明する。

CPU27は前後進検出器24からの位置信号を入力し同レ
バー25が切換わったことを判断して前記と同様に回生・
力行制御処理動作を実行する。

CPU27はレバー25の切換え直前においてバイパスコン
タクタ16が閉路か否か判断する。この時、バイパスコン
タクタ16が開路しているので、CPU27は回生制動が可能
か否かの判別処理動作を実行する。

この判別処理動作において、まず、CPU27は走行用ト
ランジスタ15をオフさせるとともに、走行用モータ11の
界磁巻線11aをレバー25によって選択された方向に駆動
するように励磁すべく前進及び後進コンタクタ14f,14r
を切換えるべく前記トランジスタ32,33を制御する。

前進及び後進コンタクタ14f,14r切換え後、CPU27はフ
ィールド（界磁）に流れていた電流による影響がある程
度低下するまでの予め定めた一定時間（本実施例では0.
2秒）待機する。尚、この一定時間の間だけ回生コンタ
クタ12を離落させるようにして実施すればフィールド電
流による影響は少なくなる。

0.2秒経過すると、CPU27は前記走行用トランジスタ15
を一定時間（本実施例では１ミリ秒）オンさせ、以後オ
フ状態にするための制御信号を前記PTM29に出力する。
従って、この１ミリ秒の間は電機子11bに流れる電流Ｉ
は第４図に示す経路I1を流れ、１ミリ秒後は第４図に示
す経路12を流れることになる。

１ミリ秒間のトランジスタ15のドライブ開始後所定時
間（本実施例では７ミリ秒）経過すると、CPU27は電流
検出信号に基づいてその時の電機子電流の値Ｉが予め定
めた基準値Ｋより大きいか否か判別する。

そして、電流値Ｉが基準値Ｋより大きい時（Ｉ＞
Ｋ）、CPU27は走行用モータ11の状態が回生制動を行な
える状態と判断する。即ち、モータ11の回転方向とトル
クの方向が逆でそれに基づく電機子電圧によって電機子
11bの電流値Ｉの立ち下がりが緩やかで、７ミリ秒経過
しても電流値Ｉが基準値Ｋより大きくなっている。

反対に、電流値Ｉが基準値Ｋより小さいとき（Ｉ≦
Ｋ）、CPU27は走行用モータ11の状態が回生制動を行な
えない状態と判断する。即ち、モータ11の回転方向とト
ルクの方向が同じでそれに基づく電機子電圧によって電
機子11bの電流値Ｉの立ち下がりが急で、７ミリ秒経過
する時点で電流値Ｉが基準値Ｋより小さくなっている。

尚、この判断の詳細については本出願人が先に出願し
た特願昭60−46965号を参照すれば容易に理解されよ
う。

回生制動が行なえると判断した時には、CPU27は前記
した回生制動を実行した後、力行を行なう。一方、回生
制動ができないと判断した時には、CPU27は回生制動を
実行することなく直ちに力行に移る。

このように本実施例では前後進レバー25が切換えられ
た時、バイパスコンタクタ16の開閉状態を判別し、閉路
している時（即ち、明らかに回生制動が可能な走行用モ
ータ11の駆動状態の時）には回生・力行判別処理動作に
行うことなく直ちに回生制動に移るようにしたので、明
らかに回生制動が可能な走行用モータ11の駆動状態の時
には回生制動に移るまでのタイムラグがなくなることに
なる。

又、この場合、回生・力行判別処理動作を行わないの
で、回生・力行判別処理動作における待機時間中に回生
コンタクタ12を離落するタイプのものにおいては、その
離落動作が行われないことから、離落動作に基づく騒音
がなくなる。

発明の効果 以上詳述したように、この発明によれば回生若しくは
力行制御の判断をより迅速にでき回生制御に入るまでの
タイムラグをさらに縮めることができる優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化したフォークリフトの走行用モ
ータの駆動回路図、第２図は同じく回生・力行判別装置
の電気ブロック回路図、第３図は同じく回生制動時の電
機子電流の流れを説明するための図、第４図は同じく力
行時の電機子電流の流れを説明するための図、第５図は
同じく回生・力行制御装置の作用を説明するためのフロ
ーチャート図、第６図は従来の回生・力行制御装置の作
用を説明するためのフローチャート図である。 図中、11は走行用モータ、12は回生コンタクタ、13はバ
ッテリー、14fは前進コンタクタ、14rは後進コンタク
タ、15は走行用コンタクタ、16はバイパスコンタクタ、
17は第１の走行フライホイール、18は第２のフライホイ
ール、19は回生フライホイール、20は電流検出器、24は
前後進検出器、25は前後進レバー、27は中央処理装置
（CPU）、28はプログラムメモリ、30,32,33はトランジ
スタ、34fは前進コンタクタ、34rは後進コンタクタ、35
は回生コンタクタ制御用トランジスタ、36は回生コンタ
クタコイル、37はバイパストランジスタ、38はバイパス
コンタクタコイル、Ｉは電流値である。

フロントページの続き (72)発明者 佐々木 進一 東京都品川区大崎２丁目１番17号 株式 会社明電舎内 (56)参考文献 特開 昭49−9618（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−71103（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流モータと、 その直流モータの界磁巻線の配線を切換えその励磁方向
   を切換える切換え手段と、 前記直流モータの直流電源の導通・非導通を制御して同
   モータを駆動制御するスイッチング素子と、 前記スイッチング素子と並列に接続され開閉動作して前
   記直流モータの直流電源の入り切りを行ない同モータを
   駆動制御するバイパスコンタクタと、 前記直流モータを正転及び逆転駆動させるための操作装
   置と、 離落して前記直流モータのフライホイール電流をフライ
   ホイールダイオードを介して前記直流電源に返すための
   回生コンタクタと、 前記直流モータの電機子電流を検出する電流検出器と、 前記切換え手段を駆動して界磁巻線の励磁方向を設定す
   るとともに、前記スイッチング素子を一定時間オン状態
   にした後オフ状態に制御する駆動制御手段と、 前記電流検出器からの検出信号に基づいて割出した前記
   スイッチング素子がオフした時点から予め定めた時間経
   過後の電機子電流と予め定めた基準値とを比較する比較
   手段と、 電流子電流が基準値より大きいと比較手段が判断した
   時、前記回生コンタクタを離落させ、電機子電流が基準
   値より小さいと比較手段が判断した時、回生コンタクタ
   を閉路させる第１の制御手段と からなる電流モータの回生・力行制御装置において、 前記バイパスコンタクタの開閉状態を判別する判別手段
   と、 前記操作装置が操作された時、前記判別手段がバイパス
   コンタクタが開路されていると判断したとき、前記駆動
   制御手段、比較手段及び第１の制御手段を動作させ、判
   別手段がバイパスコンタクタが閉路していると判断した
   時、前記バイパスコンタクタを離落させる第２の制御手
   段と を備えた直流モータの回生・力行制御装置。