JP3436665B2 - 電気車の速度制御装置 - Google Patents

電気車の速度制御装置

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気車の力行運転
時の一定速度制御に好ましく採用しうる電動機の速度制
御装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】例えば
バッテリ式フォークリフトなど走行駆動源として直流直
巻式の電動機を具えた電気車は、パワートランジスタな
どのスイッチング素子を含むチョッパにより該電動機を
駆動している。また前記チョッパは、アクセルの操作量
に応じたデューティで導通され、前記電動機に断続的に
バッテリの電力を供給し、電気車の車速がコントロール
される。
【0003】ところで、フォークリフトが荷物を積載し
た場合や登り坂などを走行する際には、走行用電動機へ
の負荷が大きくなる。この場合、アクセルにより車速を
一定指示しているにも拘わらず、登り坂を登り始めた
り、荷物を積載した後には、走行用の電動機に流れる電
流が増してトルクアップし、電動機の回転数が低下する
ことにより車速が低下するという問題がある。
【0004】なお速度センサなどを設け、現実の車速と
目標速度との偏差に応じてPID制御などをすることも
できるが、速度センサは高価であり、装置コストを上昇
させるという問題がある。
【0005】請求項1乃至3記載の発明は、かかる問題
点に鑑み案出されたもので、速度センサなどの高価な検
出装置を用いることなく、簡易な構成によって、負荷の
変動に拘わらず電動機の回転速度をアクセルの操作量に
応じてほぼ一定に制御しうる電気車の速度制御装置を提
供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項1記
載の発明は、バッテリから供給される電力により駆動さ
れる直流直巻式の走行用の電動機と、この電動機に前記
電力を断続的に供給するチョッパと、アクセルの操作に
基づいて前記チョッパを所定のデューティで導通するコ
ントローラと、前記電動機のアマチュア電流Iaを検出
する電流検出手段とを具えるとともに、前記コントロー
ラは、アクセルの最大操作量Smに対する現実の操作量
Saとの比(Sa/Sm)で定まる基本デューティNm
に、前記アマチュア電流Iaと電気車の最高速度走行時
のアマチュア電流Imとの差(Ia−Im)に比例した
電流補正デューティNiを加えた第1のデューティN1
で前記チョッパを導通することを特徴とする電気車の速
度制御装置である。
【0007】また請求項2記載の発明は、バッテリから
供給される電力により駆動される直流直巻式の走行用の
電動機と、この電動機に前記電力を断続的に供給するチ
ョッパと、アクセルの操作に基づいて前記チョッパを所
定のデューティで導通するコントローラと、前記電動機
のアマチュア電流Iaを検出する電流検出手段とを具え
るとともに、前記コントローラは、アクセルの最大操作
量Smに対する現実の操作量Saとの比(Sa/Sm)
で定まる基本デューティNmに前記アマチュア電流Ia
と電気車の最高速度走行時のアマチュア電流Imとの差
(Ia−Im)に比例した電流補正デューティNiを加
えた第1のデューティN1に、電気車の最高速度走行時
のバッテリ電圧Emと、現在のバッテリ電圧Erとの比
(Em/Er)に比例した電圧補正率を乗じて得られる
第2のデューティN2で前記チョッパを導通することを
特徴とする電気車の速度制御装置である。
【0008】また請求項3記載の発明は、前記電気車
は、前記アクセルの操作量に基づく目標速度Voを一定
の比率α(α<1)で減じる減速スイッチを具えること
を特徴とする請求項1又は2記載の電気車の速度制御装
置である。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の一形態を、電
気車がバッテリ式フォークリフト(以下、単にフォーク
リフトということがある。)の場合を例にとり図面に基
づき詳述する。本実施形態の速度制御装置は、図1、図
2に示すように、バッテリBAから供給される電力によ
り駆動される直流直巻式の走行用の電動機2と、この電
動機2に前記電力を断続的に供給するチョッパCHと、
このチョッパCHを所定のデューティで導通させるコン
トローラ4と、前記電動機2の目標速度を指示するアク
セル5と、前記電動機2のアマチュアAに流れるアマチ
ュア電流Iaを検出する電流検出手段6とを具えてい
る。
【0010】前記電動機2は、図2に示すように、ヒュ
ーズなどを介してバッテリBAのプラス側に接続するア
マチュアAと、この電動機2の回転方向を切り換える前
進コンタクタMFと後進コンタクタMRと間に介在する
フィールドコイルFとからなり、図示しないモータ軸を
走行車輪に連係している。なおD1は、プラギングダイ
オード、D2はフライホイールダイオードである。
【0011】前記チョッパCHは、本例では電界効果型
トランジスタ(FET)を示し、そのゲートに所定デュ
ーティ(1パルス周期に占めるオン時間の割合)のパル
ス信号である駆動信号が入力され、前記電動機2にバッ
テリBAからの電力を断続的に供給することにより該電
動機2を回転駆動しうる。
【0012】前記アクセル5は、本例では運転席などに
設けられ前後に傾動自在なレバーからなり、その傾動の
向きにより電動機の回転方向を、また操作量(傾動量)
により目標速度を指示しうるよう、適宜のスイッチ、ポ
テンショメータなどが配されている。本例では、図3に
実線で示すように、アクセル5の操作量Srと目標速度
Voとの関係は、比例直線で定められるものを示し、ア
クセルの最大の操作量のときに例えば目標速度が14k
m/hとなるように設定されている。
【0013】また、本例のバッテリ式フォークリフト
は、前記アクセル5の操作量に基づく目標速度Voを一
定の比率α(α<1)で減じる減速スイッチ7が設けら
れているものを示す。この減速スイッチ7は、例えば運
転席付近に設けられることにより、運転者により操作で
き、例えば、アクセル5の最大操作量での目標速度が1
4km/hのとき、前記減速スイッチは減速の比率αを
0.5に設定すると、図3に1点鎖線で示すような比例
直線で目標速度Voを決定でき、最高の目標速度Voを
7km/hと低く抑えることができる。なお減速スイッ
チ7は、前記比率αを可変に調節しうる。
【0014】前記コントローラ4は、フォークリフトの
車速を前記アクセルの操作量に基づく目標速度Voに制
御するためのものであり、本実施形態では、入力、出力
ポートI、Oと、読み書き自在な作業用メモリであるR
AMと、後述する処理手順や既値データなどが予め記憶
されたROMと、これらにデータバスなどを介して接続
される演算処理装置としてのCPUとを含むものを示
す。
【0015】前記ROMには、本実施形態では、アクセ
ル5の最大操作量Sm、フォークリフトが最高速度で走
行する時のアマチュア電流Im及びバッテリ電圧Em、
後述するゲインG、最大の目標車速Vmなどが記憶され
ている。なおフォークリフトの最高速度走行時のアマチ
ュア電流、バッテリ電圧は、モータ特性曲線から求める
のが好ましいが、例えばフォークリフトを、バッテリB
Aを満充電としかつ平坦路を無負荷の状態で走行させ、
最高速度に達したときのバッテリ電圧、アマチュア電流
の実測値を用いることもできる。
【0016】前記入力ポートIには、本例では電流検出
器6にて検出されたアマチュア電流Iaと、バッテリ電
圧検出器9にて検出されたバッテリ電圧Erと、アクセ
ル5からの操作量Sr及び操作の向きSfと、減速スイ
ッチ7からの減速の比率αが入力される。
【0017】また出力ポートOは、前記前進コンタクタ
MFと後進コンタクタMRとを適宜切り換える切換信号
SMをコンタクタ制御回路10に出力するとともに、前
記チョッパCHのゲートに、所定デューティの駆動信号
を出力しうる。
【0018】このように構成された本実施形態の速度制
御装置の処理手順について、図4に示すフローチャート
に基づき説明する。先ず、CPUは、入力ポートIから
現在のバッテリ電圧Er、アマチュア電流Ia、アクセ
ルの操作量Sa、減速の比率αをそれぞれRAMに読み
込む(ステップS1〜S4)。
【0019】次に、コントローラ4は、アクセル5の最
大操作量Smに対する現実の操作量Saとの比(Sa/
Sm)で定まる基本デューティNmを演算する(ステッ
プS5)。この基本デューティNmは、本例では、減速
スイッチ7を設けているため、前記比(Sa/Sm)
と、減速の比率αとを乗じて求めることができ、例えば
下記式と実質的に等価な演算を行うことにより求めう
る。 Nm(%)=100×(Sr/Sm)×α …
【0020】次に、コントローラ4は、現在のアマチュ
ア電流Iaとフォークリフトの最高速度走行時のアマチ
ュア電流Imとの差(Ia−Im)に比例した電流補正
デューティNiを加えた第1のデューティN1を求める
(ステップS6)。この電流補正デューティNi、第1
のデューティN1は、例えば下記式、と実質的に等
価な演算を行うことにより求めうる。なお「G」はゲイ
ンであり、例えば、本例の場合0.01〜0.5程度の
範囲から適宜選択しうる。 Ni=G×(Ia−Im) … N1=Nm+Ni …
【0021】直流直巻式の電動機2においては、電動機
負荷が増すと、アマチュア電流Iaが大きくなり、トル
クアップにより回転数が低下して回転速度が低下する。
したがって、電動機2の回転数の低下を補うために、前
記基本デューティNmに、アマチュア電流Iaとバッテ
リ式フォークリフトの最高速度走行時のアマチュア電流
Imとの差(Ia−Im)に比例した電流補正デューテ
ィNiを加えた第1のデューティN1で前記チョッパC
Hを駆動すれば、電動機の回転数アップを図ることがで
き、ひいては負荷変動によるフォークリフトの車速が低
下するのを防止しうる。
【0022】このように、前記第1のデューティN1で
前記チョッパCHを導通しても負荷変動による車速の低
下を抑えることが可能であるが、本実施形態では、前記
コントローラ4は、前記第1のデューティN1に、さら
にフォークリフトの最高速度走行時のバッテリ電圧Em
と、現在のバッテリ電圧Erとの比(Em/Er)に比
例した電圧補正率を乗じた第2のデューティN2を演算
し(ステップS7)、このデューティで前記チョッパC
Hのゲートに出力し(ステップS9)て導通するものを
例示している。この第2のデューティN2は、例えば下
記式と実質的に等価な演算を行うことにより求めう
る。 N2=N1×(Em/Er) …
【0023】例えば電動機2に大電流が流れた場合に
は、バッテリ電圧Erが低下するが、このような処理を
行うことにより、第1のデューティN1を増すことがで
き、バッテリ電圧の低下による電動機の回転数の低下を
効果的に防止しうる。なおデューティの出力に先立ち、
アクセルの回転方向信号Sfに基づいて前記コンタクタ
を切り換える切換信号を出力しておく(ステップS
8)。
【0024】以上説明したように、速度センサを用いな
くとも、上述のような第1または第2のデューティでチ
ョッパCHを導通して電動機2を駆動することにより、
積載荷重の増大や、登り坂など、走行用の電動機2の負
荷が大きくなっても、回転数アップを図って速度の低下
を生じさせず一定の速度制御を可能とし、例えばフォー
クリフトが、平坦路から坂道を登る場合などにおいて
も、アクセル操作量が一定であれば、負荷変動に応じた
トルクコントロールにより平坦路、坂道ともにほぼ一定
の車速を維持することを可能としうる。
【0025】また第1又は第2のデューティN1、N2
によって、電動機の回転数の低下が抑えられると、アマ
チュア電流Iaは低下し、電流補正デューティNiによ
る増分は小さくなり、回転数のさらなる上昇が抑えら
れ、アクセル、減速スイッチによる目標速度を維持する
ことが可能となる。
【0026】以上、本実施形態においては、電動機2が
バッテリ式フォークリフトの走行用の電動機である場合
を例にとり説明したが、例えば乗用を目的とした電気自
動車、その他の車両にも採用しうる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、アクセル操作量により決定しうる基本デュ
ーティNmに、電動機の負荷とともに増加したアマチュ
ア電流Iaと電気車の最高速度走行時のアマチュア電流
Imとの差に比例した電流補正デューティNiを加えた
第1のデューティN1によりチョッパを導通しうる結
果、例えば電動機の負荷が増大しても場合であっても、
電動機の回転数アップを図ることによりアクセル操作量
に応じた目標速度をほぼ維持でき、車速を一定速度で制
御しうる。
【0028】また請求項2記載の発明では、前記第1の
デューティN1に、電気車の最高速度走行時のバッテリ
電圧Emと、現在のバッテリ電圧Erとの比(Em/E
r)に比例した電圧補正率を乗じた第2のデューティN
2で前記チョッパを導通することにより、電動機の負荷
が増大した場合であっても、電動機の回転数アップを図
ることによりアクセル操作量に応じた回転速度をほぼ維
持でき、一定速度制御が可能となる他、電動機に大電流
が流れてバッテリ電圧が低下した場合であっても、回転
数の低下を防止でき、一定速度制御をさらに正確なもの
としうる。また請求項3記載の発明では、電気車の車速
を、減速スイッチにて抑制しうる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態を示すバッテリ式フォーク
リフトの走行回路図である。
【図3】アクセル操作量と目標速度との関係を示すグラ
フである。
【図4】本発明の実施形態を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
2 電動機 4 コントローラ 5 アクセル 6 電流検出器 7 減速スイッチ 9 電圧検出器 CH チョッパ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バッテリから供給される電力により駆動さ
    れる直流直巻式の走行用の電動機と、この電動機に前記
    電力を断続的に供給するチョッパと、アクセルの操作に
    基づいて前記チョッパを所定のデューティで導通するコ
    ントローラと、前記電動機のアマチュア電流Iaを検出
    する電流検出手段とを具えるとともに、 前記コントローラは、アクセルの最大操作量Smに対す
    る現実の操作量Saとの比(Sa/Sm)で定まる基本
    デューティNmに、前記アマチュア電流Iaと電気車の
    最高速度走行時のアマチュア電流Imとの差(Ia−I
    m)に比例した電流補正デューティNiを加えた第1の
    デューティN1で前記チョッパを導通することを特徴と
    する電気車の速度制御装置。
  2. 【請求項2】バッテリから供給される電力により駆動さ
    れる直流直巻式の走行用の電動機と、この電動機に前記
    電力を断続的に供給するチョッパと、アクセルの操作に
    基づいて前記チョッパを所定のデューティで導通するコ
    ントローラと、前記電動機のアマチュア電流Iaを検出
    する電流検出手段とを具えるとともに、 前記コントローラは、アクセルの最大操作量Smに対す
    る現実の操作量Saとの比(Sa/Sm)で定まる基本
    デューティNmに前記アマチュア電流Iaと電気車の最
    高速度走行時のアマチュア電流Imとの差(Ia−I
    m)に比例した電流補正デューティNiを加えた第1の
    デューティN1に、 電気車の最高速度走行時のバッテリ電圧Emと、現在の
    バッテリ電圧Erとの比(Em/Er)に比例した電圧
    補正率を乗じて得られる第2のデューティN2で前記チ
    ョッパを導通することを特徴とする電気車の速度制御装
    置。
  3. 【請求項3】前記電気車は、前記アクセルの操作量に基
    づく目標速度Voを一定の比率α(α<1)で減じる減
    速スイッチを具えることを特徴とする請求項1又は2記
    載の電気車の速度制御装置。
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