JP3540929B2 - 電気車の回生制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばバッテリ式フォークリフトなどの電気車に好適に用いうる回生制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１には、バッテリ式フォークリフトの走行回路Ｃを例示している。図１において、走行回路Ｃは、バッテリＢＡと、走行用電気モータとしての直流モータ４と、この直流モータ４と前記バッテリＢＡとの間に設けられかつ導通により該直流モータ４にバッテリＢＡからの電力を供給しうるＦＥＴなどの走行用スイッチング部ＣＨ１とを具える。
【０００３】
前記直流モータ４は、常閉の接点を有する回生用コンタクタＭＧ、ヒューズＨなどを介してバッテリＢＡの＋側に接続するアーマチュア４Ａと、走行用コンタクタとしての前進コンタクタＭＦと後進コンタクタＭＲとの間に介在するフィールドコイル４Ｂとからなる直巻式のモータであり、図示しないモータ軸を駆動輪に連係している。
【０００４】
また前進コンタクタＭＦと後進コンタクタＭＲとは、通常走行時においては運転席などに配される方向指示器（図２に示す）の前進、後進指示により接点ｆ又はｒに開閉動作し、前記フィールドコイル４Ｂの励磁極性を切り換えしうる。また前進、後進コンタクタＭＦ、ＭＲは、前記走行用スイッチング部ＣＨ１を介して前記バッテリＢＡの−側へと接続される。
【０００５】
また前記回生用コンタクタＭＧと前記バッテリＢＡとを結ぶ第１のラインＬ１と、前記アマチュア４Ａと前進、後進コンタクタＭＦ、ＭＲとを結ぶ第２のラインＬ２とは、回生制御用の回生抵抗Ｒ及び予備励磁用スイッチング部ＣＨ２を直列に配した第３のラインＬ３により接続される他、アマチュア用のプラギングダイオードＤ２を介して接続される。
【０００６】
さらに前進、後進コンタクタＭＦ、ＭＲと前記スイッチング部ＣＨ１との間を結ぶ第４のラインＬ４と前記第１のラインＬ１とは、第１の回生ダイオードＤ１を介して接続されている。また、前記スイッチング部ＣＨ１とバッテリＢＡのマイナス端子とを結ぶ第５のラインＬ５と前記第１のラインＬ１とは、第２の回生用ダイオードＤ３を介して接続されている。
【０００７】
なお前記第２のラインＬ２には、前記直流モータ４のアマチュア電流Ｉａ及びフィールド電流Ｉｆを検出しうる電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆがそれぞれ設けられている。
【０００８】
これらの走行回路Ｃは、マイクロコンピュータなどを有する制御部（図示省略）により制御される。制御部は、例えば図６に示すような処理を実行する。先ず、フォークリフトのアクセルがオンされると（ステップａでＹ）、前記回生コンタクタＭＧを閉じる回生コンタクタ閉処理（ステップｂ）と、前進、後進コンタクタＭＦ、ＭＲの接点をフォークリフトの進行方向を示す方向指示器の示す向きに切り換える走行コンタクタ力行切換処理（ステップｃ）とを行い、アクセルの操作量に応じた通流率でバッテリＢＡからの所定の電流を前記直流モータ４に流すことにより力行運転処理を行う（ステップｄ）。
【０００９】
ところで、フォークリフトでは、バッテリの一充電当たりの稼働時間の増大が切望されており、そのため近年ではフォークリフトのブレーキ操作時に、前記直流モータ４の運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリＢＡを充電する回生制御を行って、バッテリの消耗を防止しつつフォークリフトを制動させることが行われている。
【００１０】
図４、図６に示すように、前進力行運転中に、アクセルがオフされてブレーキ操作がなされると（ステップａでＮ、ステップｅでＹ）、制御部は、先ず回生コンタクタＭＧの接点を開いてバッテリＢＡから直流モータ４への電力の供給を遮断する回生コンタクタ開処理（ステップｆ）と、前進、後進コンタクタＭＦ、ＭＲを切り換え操作して前記フィールドコイル４Ｂを後進側へと回生制動の励磁極性に切り換える走行コンタクタ回生切換処理（ステップｇ）と、前記予備励磁用スイッチング部ＣＨ２を導通してこのフィールドコイル４Ｂに微弱電流を流す予備励磁処理（ステップｈ）とが行われる。
【００１１】
この予備励磁処理により、フィールドコイル４Ｂには、図４に示すように前記アマチュア４Ａの回転方向と逆方向の励磁極性となる予備励磁電流Ｉ１が流れ、この励磁極性と逆方向に回転し続けるアマチュア４Ａには起電力Ｖが発生する。またこの起電力Ｖが、一定電圧まで増大すると、前記電流Ｉ１に加えて、電流Ｉ２が流れ始める。
【００１２】
前記電流Ｉ２は、前記第２の回生用ダイオードＤ３を通って前記第１のラインＬ１に向けて流れるとともに、この電流Ｉ２が一定の値まで増大すると、予備励磁用スイッチング部ＣＨ２の導通を強制的に遮断する。この予備励磁用スイッチング部ＣＨ２のオフにより、バッテリＢＡからの電流は遮断されるが、前記電流Ｉ２は、第２の回生用ダイオードＤ３、アーマチュア４Ａ、電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆ、前進コンタクタＭＦ、フィールドコイル４Ｂ、後進コンタクタＭＲ、走行用スイッチング部ＣＨ１、第２の回生用ダイオードＤ３という向きで依然として流れ続けようとする。
【００１３】
この状態で、走行用スイッチング部ＣＨ１の導通を遮断すると、図５に矢印で示すように、前記第２の回生用ダイオードＤ３、アーマチュア４Ａ、電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆ、前進コンタクタＭＦ、フィールドコイル４Ｂ、後進コンタクタＭＲ、第１の回生用ダイオードＤ１、第１のラインＬ１、バッテリＢＡの＋側、バッテリＢＡの−側、第５のラインＬ５、第２の回生用ダイオードＤ３という向きで電流Ｉ３が流れる。
【００１４】
このように直流モータ４にて発電された電力がバッテリＢＡへと回生されることにより、バッテリＢＡが充電され、一充電当たりの稼働時間の増大に役立つともに、直流モータ４は回生電流のほぼ２乗に比例した回生制動トルクＴにより制動がかかる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような回生制動はバッテリＢＡの電力消耗を抑え、稼働時間の延長には効果があるが、例えばアクセルがオフされたままの状態でブレーキ操作が断続的かつ頻繁に行われると、当該ブレーキの度に予備励磁処理が行われる結果、予備励磁用スイッチング部ＣＨ２（例えばトランジスタ）や、回生抵抗Ｒなどに負担がかかり、過度の発熱などにより損傷してしまうという問題がある。
【００１６】
このような電子部品の損傷を防止するために、別途回路を補強することも考えられるがこれではコストが増大するという問題がある。
【００１７】
本発明は、以上のような問題点に鑑み案出されたもので、とりわけ回生時の予備励磁による予備励磁用スイッチング部や回生抵抗にかかる負担を低減することにより、これらの電子部品を効果的に保護しうる電気車の回生制御方法を提供することを目的としている。
【００１８】
また請求項２記載の発明では、前記目的に加えて、頻繁なブレーキ操作を抑制できブレーキ操作性をも向上しうる電気車の回生制御方法を提供することを目的としている。
【００１９】
【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、バッテリから電力を供給されかつアクセルの操作量に応じて駆動される走行用の電気モータと、この電気モータのフィールドコイルの励磁極性を切り換える前進用及び後進用の走行コンタクタと、ブレーキ操作を検知するブレーキ操作検知手段と、前記バッテリから電気モータへの電力の供給を遮断しうる回生コンタクタとを具えた電気車の回生制御方法であって、
電気車が走行中でかつ前記アクセルがオフされてから再びアクセルがオンされるまでのアクセルオフ走行状態において、
ブレーキが初めて操作されたときに、
前記回生コンタクタを開いてバッテリから電気モータへの電力の供給を遮断する回生コンタクタ開処理と、
前記走行コンタクタを切り換え操作して前記フィールドコイルを回生制動の励磁極性に切り換える走行コンタクタ回生切換処理と、
前記回生制動の励磁極性に切り換えられたフィールドコイルに微弱電流を流す予備励磁処理と、
この予備励磁により昇圧した電気モータの起電力に基づく回生電流を前記バッテリに戻す回生制動処理とを行うとともに、
当該アクセルオフ走行状態で、前記初めてのブレーキ操作が解除された以後に再ブレーキ操作があったときには、前記回生コンタクタ開処理、走行コンタクタ回生切換処理および予備励磁処理を行うことなく直ちに前記回生制動処理を行うことを特徴としている。
【００２０】
また請求項２記載の発明では、前記アクセルオフ走行状態において、ブレーキ操作の解除中には小さな制動トルクで前記電気モータを回生制動する弱め回生制動処理を行うことを特徴とする請求項１記載の電気車の回生制御方法である。
【００２１】
また請求項３記載の発明では前記小さな制動トルクは、電気車の運転席近傍に設けられた調節具により設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の回生制御方法である。
【００２２】
また請求項４記載の発明では、前記アクセルオフ走行状態がアクセルオンにより終了したときに、前記回生コンタクタを閉じてバッテリから電気モータへの電力供給を可能にする回生コンタクタ閉処理と、前記走行コンタクタを切り換え操作して前記フィールドコイルを力行運転の励磁極性に切り換える走行コンタクタ力行切換処理と、前記力行運転の励磁極性に切り換えられたフィールドコイルに所定の電流を流す力行運転処理とを行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載の電気車の回生制御方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の一形態を、電気車にバッテリ式のフォークリフトを採用した場合を例にとり図面に基づいて詳述する。図１には、フォークリフトの走行回路Ｃを示しており、具体的な構成は従来の技術で説明した通りであり、ここでの説明は省略する。
【００２４】
図２には、本例のフォークリフトの制御ブロック図を示している。本例ではアクセル２、方向指示器６、後述する弱め回生制動処理で用いられる制動トルクレベルを自在に設定しうる調節具３、前記電流検出器ＳＴａ、ＳＴｆ及びフォークリフトのブレーキ操作を検出するブレーキ操作検出手段１１の各信号が制御部５の入力インターフェースＩへと入力される。そして、本例のフォークリフトは、アマチュア４Ａの回転方向を検知するための回転方向検出用のセンサやスピードセンサは有していないものを例示している。
【００２５】
前記アクセル２は、例えば運転者により傾動操作される操作レバー２ａと、この操作レバー２ａ傾動量に対応した速度指令値を出力するポテンショメータ９とから構成されるものを示すが、例えば足踏みペダルであっても良い。また方向指示器６は、例えば前記操作レバー２ａと一体に傾動する略扇状のドグにより操作されて前進又は後進としての信号を出力するリミットスイッチ６ａ、６ｂからなるものを例示している。
【００２６】
また、前記調節具３は、例えばフォークリフトの運転席などに設けられるディスプレイ装置と調節用スイッチとを含み（いずれも図示せず）、前記弱め回生制動時の制動トルクレベルを確認しながら調節しうるものを例示している。なお前記ブレーキ操作検出手段１１には、例えばブレーキペダルの操作状態を検知するリミットスイッチなどを適宜採用しうる。
【００２７】
前記制御部５は、作業用メモリとしての読み込み書き込み自在なＲＡＭ、プログラム等の処理手順が予め記憶されているＲＯＭとを含んでいる。なお前記ＲＯＭはＥＰＲＯＭ（Erasable and Programmable Read-Only Memory）などを用いることにより、前記調節具３にて変更された弱の回生制動のためのトルクレベルを、フォークリフトのキースイッチがオフされた後も記憶保持しうるように構成されたものを示す。
【００２８】
以上のように構成された本実施形態においては、例えば図３に示すような処理手順によって本発明を実現させることができる。
【００２９】
本実施形態では、アクセル２がオンされたときには（ステップＳ１でＹ）、先ずブレーキ操作フラグの値をクリア（オフ）し（ステップＳ２）、従来と同様、回生コンタクタＭＧを閉じる回生コンタクタ閉処理（ステップＳ３）と、前進、後進コンタクタＭＦ、ＭＲの接点を前記方向指示器６の示す向きに切り換える走行コンタクタ力行切換処理（ステップＳ４）とを行い、アクセル２の傾動量に応じてバッテリＢＡからの所定の電流を前記直流モータ４に流すことにより力行運転処理を行う（ステップＳ５）。
【００３０】
また、走行中にアクセル２がオフされ（ステップＳ１でＮ）、ブレーキ操作がなされると（ステップＳ６でＹ）、前記ＲＡＭの所定のアドレスに記憶されたブレーキ操作フラグの値を参照してこのブレーキ操作フラグがオンされているか否かを判断する（ステップＳ７）。
【００３１】
ここで、前記「ブレーキ操作フラグ」とは、フォークリフトが走行中でかつアクセルがオフされてから再びアクセルがオンされるまでの当該アクセルオフ走行状態中でのブレーキ操作の有無を記憶するものである。したがって、該ブレーキ操作フラグがオンの場合には、当該アクセルオフ走行状態においてすでにブレーキ操作がなされたことを示し、逆にブレーキ操作フラグがオフの場合には当該アクセルオフ走行状態において未だブレーキ操作がなされていないことを示す。
【００３２】
そして、ステップＳ６で検出されたブレーキ操作が、当該アクセルオフ走行状態での初めてのブレーキ操作である場合、ブレーキ操作フラグの値はオフになっているため（ステップＳ７でＮ）、この場合には制御部５は、回生コンタクタＭＧを開く回生コンタクタ開処理を行い（ステップＳ８）、前記前進、後進コンタクタＭＦ、ＭＲを現在のアマチュア４Ａの回転方向とは逆方向の励磁方向に切り換える走行コンタクタ回生切換処理を行う（ステップＳ９）。
【００３３】
しかる後、前記した予備励磁を行いアマチュア４Ａの起電力を昇圧させるとともに（ステップＳ１０）、ＲＡＭに記憶されたブレーキ操作フラグをオンにセット（書き換え）する（ステップＳ１１）。そして、十分な回生電流が流れ出すと走行用スイッチング部ＣＨ１を導通させて回生電流をバッテリＢＡへと帰還させて充電するとともにフォークリフトを制動状態とする回生制御処理を行う（ステップＳ１２）。
【００３４】
また、本実施形態ではこのアクセルオフ走行状態において、前記初めてのブレーキ操作が解除された場合（ステップＳ６でＮ）、前記ブレーキ操作フラグの値を参照して、このブレーキ操作フラグがオンであるとき（ステップＳ１３でＹ）ブレーキがオフされても、引き続いて小さな制動トルクで回生制動する弱め回生制動処理を行うものを例示している（ステップＳ１４）。これにより、アクセルオフ、ブレーキオフ後にあたかも自動車のエンジンブレーキのような制動フィーリングが得られ、制動操作性を向上しうるとともに、頻繁なブレーキ操作をも防止でき、運転労力を軽減するのに役立つ。
【００３５】
なおこの弱め回生制動処理の制動トルクが大きいと、制動フィーリングが著しく悪くなるため、非常に小さな値に設定するのが好ましく、例えば走行用の直流モータ４の定格トルクの１〜２０％、より好ましくは１〜５％とするのが望ましい。なおこの小さな制動トルクは、前記調節具３によって運転者の好みの値に自在に設定できる。
【００３６】
また回生時の制動トルクは、直流モータの場合、回生電流のほぼ２乗に比例して変化するため、この回生電流値を規制することによって調節することができる。また弱め回生制動処理においても、回生電流は流れ続けるが、走行用スイッチング部ＣＨ１適宜の導通率でオンオフしてやることにより回生電流を制限できる。
【００３７】
また、本実施形態では、このアクセルオフ走行状態において、前記初めてのブレーキ操作が一旦解除され、それ以後に再ブレーキ操作があったときには（ステップＳ６、ステップＳ７でＹ、ブレーキ操作クラブオン）、前記回生コンタクタ開処理（ステップＳ８）、走行コンタクタ回生切換処理（ステップＳ９）および予備励磁処理（ステップＳ１０）を行うことなく直ちに前記回生制動処理（ステップＳ１２）を行うことを特徴としている。
【００３８】
このように本実施形態では、任意のアクセルオフ走行状態中に初めてブレーキ操作がなされると、その情報を記憶することにより、当該アクセルオフ走行状態中での初めてのブレーキ操作が解除された後の再ブレーキ操作のときには予備励磁をかけることなしに回生制動処理へとスキップするため、例えばブレーキ操作が断続的に行われた場合であっても当該ブレーキの度に予備励磁が行われることがなく、予備励磁用スイッチング部ＣＨ１、回生抵抗Ｒなどにかかる負担を軽減でき、かつその損傷を効果的に防止しうる。また、とりわけ回生制動のために回路を補強するなどの対策も不要となりコスト的にも有利なものとなる。
【００３９】
なお、アクセル操作のオンにより（ステップＳ１）、当該アクセルオフ走行状態は終了するが、このときにはブレーキ操作フラグの値がクリアされ（ステップＳ２）、次のアクセルオフ走行状態ではステップＳ７〜Ｓ１２を経て回生制動が行われる。
【００４０】
なお本実施形態のように、スピードセンサなどを設けていないフォークリフトの場合には、直接的にはアマチュアの回転方向や回転速度などを検知することはできない。このような場合、例えば走行コンタクタ回生切換処理（ステップＳ９）では、一旦前記方向指示器６が示す方向と逆方向にアマチュア４Ａを回転させる向きにフィールドコイル４Ｂの励磁極性を切り換えて、微小時間、例えば最大で１２０ｍｓの間、予備励磁を行い、その後にプラギングダイオードＤ２を流れるプラギング電流が所定値で増大するようであればそのまま回生制動処理（ステップＳ１２）を行なうことができる。
【００４１】
また、プラギング電流が増大しないようであれば、さらにフィールドコイル４Ｂの励磁極性を反転させて微小時間予備励磁を行ない、プラギング電流が増大するようであればそのまま回生制動処理（ステップＳ１２）を行なう。この場合でもプラギング電流が増大しないような場合には回生制動を行うには走行速度が小さいものと判断して回生制動処理を中止させることができる。なおアマチュア４Ａの回転方向を検出する回転方向センサを設けることもできる。
【００４２】
以上本発明の実施形態についてバッテリ式のフォークリフトを例にとり説明したが、これ以外にも電気自動車、その他各種の車両に採用しうることは言うまでもない。また電気モータは直流モータ以外のモータも用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】
叙上の如く請求項１記載の方法によれば、電気車が走行中でかつアクセルがオフされてから再びアクセルがオンされるまでのアクセルオフ走行状態において、ブレーキが初めて操作されたときには回生制動の励磁極性に切り換えられたフィールドコイルに微弱電流を流す予備励磁を行って回生制動処理を行うとともに、当該アクセルオフ走行状態で、前記初めてのブレーキ操作が解除された以後に再ブレーキ操作があったときには、再び予備励磁を行うことなく直ちに回生制動処理を行うことができる。
【００４４】
したがって、例えばアクセルオフ走行中にブレーキ操作が断続的に行われた場合であっても、当該ブレーキの度に予備励磁が繰り返して行われることがなく、予備励磁用トランジスタや抵抗などにかかる負担を軽減でき、その損傷を効果的に防止しうる。また、とりわけ回生制動のために回路を補強するなどの対策も不要となりコスト的にも有利となるほか、再ブレーキ時の回生制動への移行レスポンスをも高めうる。
【００４５】
また請求項２記載の発明では、前記アクセルオフ走行状態において、ブレーキ操作の解除中には引き続き小さな制動トルクで回生制動する弱め回生制動処理を行うため、アクセルオフ中の電気車にあたかも内燃機関自動車のエンジンブレーキのような制動フィーリングを与えることが可能となり、車両の制動操作性を向上しうるとともに、運転者による頻繁なブレーキ操作をも防止でき運転者の疲労をも軽減しうる。
【００４６】
また請求項３記載の発明では、前記小さな制動トルクは、電気車の運転席近傍に設けられた調節具により設定されることにより、好みの運転フィリーングが容易に得られ、さらに制動操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本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２】本実施形態のブロック図である。
【図３】制御部の処理手順を例示するフローチャートである。
【図４】回生を説明するバッテリ式フォークリフトの走行回路図である。
【図５】回生を説明するバッテリ式フォークリフトの走行回路図である。
【図６】従来の回生制動の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２ アクセル
３ 調節具
４ 直流モータ
５ 制御部
６ 方向指示器
ＭＧ 回生コンタクタ
Ｒ 回生抵抗
ＣＨ１ 走行用スイッチング部
ＣＨ２ 予備励磁用スイッチング部

Claims (4)

1. バッテリから電力を供給されかつアクセルの操作量に応じて駆動される走行用の電気モータと、この電気モータのフィールドコイルの励磁極性を切り換える前進用及び後進用の走行コンタクタと、ブレーキ操作を検知するブレーキ操作検知手段と、前記バッテリから電気モータへの電力の供給を遮断しうる回生コンタクタとを具えた電気車の回生制御方法であって、
   電気車が走行中でかつ前記アクセルがオフされてから再びアクセルがオンされるまでのアクセルオフ走行状態において、
   ブレーキが初めて操作されたときに、
   前記回生コンタクタを開いてバッテリから電気モータへの電力の供給を遮断する回生コンタクタ開処理と、
   前記走行コンタクタを切り換え操作して前記フィールドコイルを回生制動の励磁極性に切り換える走行コンタクタ回生切換処理と、
   前記回生制動の励磁極性に切り換えられたフィールドコイルに微弱電流を流す予備励磁処理と、
   この予備励磁により昇圧した電気モータの起電力に基づく回生電流を前記バッテリに戻す回生制動処理とを行うとともに、
   当該アクセルオフ走行状態で、前記初めてのブレーキ操作が解除された以後に再ブレーキ操作があったときには、前記回生コンタクタ開処理、走行コンタクタ回生切換処理および予備励磁処理を行うことなく直ちに前記回生制動処理を行うことを特徴とする電気車の回生制御方法。
2. 前記アクセルオフ走行状態において、ブレーキ操作の解除中には小さな制動トルクで前記電気モータを回生制動する弱め回生制動処理を行うことを特徴とする請求項１記載の電気車の回生制御方法。
3. 前記小さな制動トルクは、電気車の運転席近傍に設けられた調節具により設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の回生制御方法。
4. 前記アクセルオフ走行状態がアクセルオンにより終了したときに、
   前記回生コンタクタを閉じてバッテリから電気モータへの電力供給を可能にする回生コンタクタ閉処理と、
   前記走行コンタクタを切り換え操作して前記フィールドコイルを力行運転の励磁極性に切り換える走行コンタクタ力行切換処理と、
   前記力行運転の励磁極性に切り換えられたフィールドコイルに所定の電流を流す力行運転処理とを行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１記載の電気車の回生制御方法。

Images