JP3625183B2 - 荷役車両の制御装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、制御部により複数のスイッチング素子から成るブリッジインバータを制御し、バッテリの直流出力を交流に変換して走行用モータを駆動する荷役車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、バッテリフォークリフトにおいて、走行用モータを駆動制御する制御装置は、例えば図3に示すように構成されている。即ち、スイッチング素子である6個の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、これをIGBTと称する)により3相ブリッジインバータ1が構成され、マイクロコンピュータから成る制御部(図示せず)から出力される制御信号により、ブリッジインバータ1の各IGBTがスイッチング制御され、3相直流モータから成る走行用モータ2の各巻線とバッテリ3との間の通電路が各IGBTにより開閉制御されてモータ2が駆動される。
【0003】
このブリッジインバータ1では、図3に示すように、2個のIGBTS1、S2の直列回路により第1のアームA1が形成され、これと同様に2個のIGBTS3、S4の直列回路、及び2個のIGBTS5、S6の直列回路により、それぞれ第2、第3のアームA2、A3が形成されている。
【0004】
そして、ブリッジインバータ1の各アームA1〜A3それぞれにおける両IGBTの接続点P1、P2、P3に、モータ2の3相巻線がそれぞれ接続され、ブリッジインバータ1の接続点P1、P2、P3の上側にある各IGBTS1、S3、S5の一端がバッテリ3の正端子に接続され、ブリッジインバータ1の接続点P1、P2、P3の下側にある各IGBTS2、S4、S6の他端がバッテリ3の負端子に接続されている。
【0005】
このような構成において、図外の制御部からの120゜ずつ位相のずれた制御信号により、上側の各IGBTS1、S3、S5が120゜ずつずれてオンし、これと同様に制御部からの120゜ずつ位相のずれた制御信号により、下側の各IGBTS2、S4、S6が120゜ずつずれてオンする。
【0006】
このとき、制御部により、上側の各IGBTS1、S3、S5のうちオンしているIGBTのアームとは異なるアームの下側のIGBTがオンするように制御信号が出力され、かつオンすべき上側のIGBTと下側のIGBTとの組み合わせが切り換えられるようになっている。こうして、モータ2の各巻線への電流の通流方向が切換えられ、固定子の磁極が一方向に回転して回転子の回転力が得られる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、IGBTは一般に1素子あたり約1.5Vの損失があり、電流の大きさに比例せずにほぼ一定の値となるため、ブリッジインバータ1の損失は約3Vとなり、特に電流の大きい起動時等には、損失の割合は低くなって比較的有利である半面、最高速度での走行時や軽負荷時には損失の割合が大きくなって不利になるという問題があった。
【0008】
そこで、本発明は、電流に関係なく運転効率を向上できるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、制御部により複数のスイッチング素子から成るブリッジインバータを制御し、バッテリの直流出力を交流に変換して走行用モータを駆動する荷役車両の制御装置において、前記各スイッチング素子が、電力用バイポーラトランジスタから成り、抵抗特性を有し前記制御部により制御されるユニポーラトランジスタが、前記各バイポーラトランジスタそれぞれに並列に接続されていることを特徴としている。ここで、前記バイポーラトランジスタが、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであるのが好ましい。
【0010】
このような構成によれば、ブリッジインバータを構成する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ等の電力用バイポーラトランジスタに、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタを並列に接続して設けたため、電流の大きい重負荷時にはユニポーラトランジスタにはほとんど電流が流れずに電力用バイポーラトランジスタを電流が流れ、電力用バイポーラトランジスタを介してモータに電流が通流される。一方、電流の小さい軽負荷時には、電流の流れ易いユニポーラトランジスタを電流が流れ、ユニポーラトランジスタを介してモータに電流が通流される。
【0011】
従って、特に最高速度での走行時や軽負荷時において、ユニポーラトランジスタの動作によって損失の割合を小さくすることができ、従来のように、電力用バイポーラトランジスタの動作による損失の割合の増大が生じることもなく、電流に関係なく運転効率の向上を図ることができる。
【0012】
ここで、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタとして、例えばMOSFETを用いることが望ましい。
【0013】
また、本発明は、前記モータを流れるモータ電流を検出する電流検出手段、及び前記モータの温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御部は、前記電流検出手段による前記モータ電流が、そのときの前記温度検出手段によるモータ温度に応じた基準値以下のときに前記各ユニポーラトランジスタをスイッチング制御し、前記モータ電流が前記基準値を越えるとき前記各バイポーラトランジスタをスイッチング制御することを特徴としている。
【0014】
このような構成によれば、モータ電流が基準値を超えるかどうかにより、電力用バイポーラトランジスタまたはユニポーラトランジスタのどちらかを制御部によって切換制御するため、制御部により、電力用バイポーラトランジスタ及びユニポーラトランジスタの双方に常時制御信号を出力し続ける場合に比べて、無駄な電力消費を抑制することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
この発明を荷役車両であるバッテリフォークリフトに適用した場合の一実施形態について図1及び図2を参照して説明する。但し、図1は結線図、図2は動作説明図である。
【0016】
図1において、図3と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、図1と相違するのは以下の点である。即ち、図1に示すように、ブリッジインバータ1を構成する各IGBTS1〜S6それぞれに、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタであるMOSFETF1〜F6を並列に接続して設け、MOSFETF1、F2の接続点R1を接続点P1(モータ2のひとつの巻線)に接続し、MOSFETF3、F4の接続点R2を接続点P2(モータ2のもうひとつの巻線)に、MOSFETF5、F6の接続点R3を接続点P3(モータ2の残りの巻線)にそれぞれ接続すると共に、2個のIGBTS1、S2の直列回路及び2個のMOSFETF1、F2により第1のアームA1を形成し、同様に2個のIGBTS3、S4の直列回路及び2個のMOSFETF3、F4により第2のアームA2、2個のIGBTS5、S6の直列回路及び2個のMOSFETF5、F6により第3のアームA3を形成していることである。
【0017】
ここで、MOSFETの内部抵抗をRsとすると、MOSFETの電流−電圧特性は、例えば図2中の実線に示すようになり、同図中の1点鎖線に示すようにIGBTでは電流に関係なく電圧が一定になるのに対して、MOSFETでは電流と電圧が比例関係つまり抵抗特性を有することから、各IGBTS1〜S6を流れる電流と各MOSFETF1〜F6を流れる電流とがバランスするある電流値(例えば、図2中のIt)を境にして、主としてMOSFETを介してモータ2に電流が流れる領域(MOSFETの動作領域)と、主としてIGBTを介してモータ2に電流が流れる領域(IGBTの動作領域)とが切り換わる。
【0018】
そのため、図示しないマイクロコンピュータから成る制御部から各IGBTS1〜S6及び各MOSFETF1〜F6に常時制御信号を出力しておいても、モータ2を流れる電流値が変動すれば、各IGBTS1〜S6、或いは各MOSFETF1〜F6のどちらを介してモータ2に電流が流れるか自動的に切り換わるのである。尚、制御部から各MOSFETF1〜F6への制御信号の相切換のタイミングは、上記した各IGBTS1〜S6への制御信号と同様である。
【0019】
このとき、MOSFETの動作領域とIGBTの動作領域とが切り換わる電流値は、MOSFETF1〜F6及びIGBTS1〜S6の温度によって変動する。
【0020】
このように、電流の大きい重負荷時には各MOSFETF1〜F6にはほとんど電流が流れずに各IGBTS1〜S6を電流が流れ、各IGBTS1〜S6を介してモータ2に電流が通流される。一方、電流の小さい軽負荷時には、電流の流れ易い各MOSFETF1〜F6を電流が流れ、各MOSFETF1〜F6を介してモータ2に電流が通流される。
【0021】
従って、上記した実施形態によれば、ブリッジインバータ1を構成する各IGBTS1〜S6それぞれに、抵抗特性を有するMOSFETF1〜F6を並列に接続して設けたことにより、最高速度での走行時や軽負荷時に、各IGBTS1〜S6ではなく各MOSFETF1〜F6を介してモータ2に電流を通流することができるため、各IGBTS1〜S6を介してモータ2に電流を通流する場合に比べて損失の割合を小さくすることができる。
【0022】
一方、電流の大きい重負荷時には各MOSFETF1〜F6にはほとんど電流が流れずに各IGBTS1〜S6を介してモータ2に電流が流れるため、損失の割合は低くなる。その結果、モータ電流に関係なく運転効率の向上を図ることができる。
【0023】
なお、本発明の他の実施形態として、モータ2を流れるモータ電流を検出するシャント抵抗等の電流検出手段、及びモータ2の温度を検出するサーミスタ等の温度検出手段を設け、制御部により、電流検出手段によるモータ電流が、そのときの温度検出手段によるモータ温度に応じた基準値(例えば、図2中の電流It)以下のときに各MOSFETF1〜F6をスイッチング制御し、モータ電流が基準値を越えるとき各IGBTS1〜S6をスイッチング制御するようにしても構わない。
【0024】
こうすると、IGBT及びMOSFETの双方に常時制御信号を出力し続ける場合に比べて、無駄な電力消費を抑制することができる。
【0025】
ところで、抵抗特性を有するユニポーラトランジスタは上記したMOSFETのみに限定されるものではなく、その他にも静電容量トランジスタ(SIT)など抵抗特性の素子であれば良い。また、ブリッジインバータを構成する電力用バイポーラトランジスタも、上記したIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)に限定されるものでないのは勿論である。
【0026】
更に、上記した実施形態では、本発明をバッテリフォークリフトに適用した場合について説明したが、本発明はバッテリフォークリフトに限らずその他のバッテリを動力源とする荷役車両にも適用することができて、上記した実施形態と同等の効果を得ることができる。
【0027】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、荷役車両が特に最高速度で走行する場合や軽負荷で運転する場合において、ユニポーラトランジスタの動作によって損失の割合を小さくすることができるため、従来のように、電力用バイポーラトランジスタの動作による損失の割合の増大が生じることもなく、電流に関係なく運転効率の向上を図ることが可能になり、損失の少ない高運転効率を有する荷役車両を提供することができる。
【0029】
また、本発明によれば、モータ電流が基準値を超えるかどうかにより、電力用バイポーラトランジスタまたはユニポーラトランジスタのどちらかを制御部によって切換制御するため、制御部により、電力用バイポーラトランジスタ及びユニポーラトランジスタの双方に常時制御信号を出力し続ける場合に比べて、無駄な電力消費を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態の結線図である。
【図2】この発明の一実施形態の動作説明図である。
【図3】従来例の結線図である。
【符号の説明】
1 ブリッジインバータ
2 走行用モータ
3 バッテリ
S1〜S6 IGBT(電力用バイポーラトランジスタ)
F1〜F6 MOSFET(ユニポーラトランジスタ)

Claims (1)

  1. 制御部により複数のスイッチング素子から成るブリッジインバータを制御し、バッテリの直流出力を交流に変換して走行用モータを駆動する荷役車両の制御装置において、前記各スイッチング素子が、電力用バイポーラトランジスタから成り、抵抗特性を有し前記制御部により制御されるユニポーラトランジスタが、前記各バイポーラトランジスタそれぞれに並列に接続されており、更に前記モータを流れるモータ電流を検出する電流検出手段、及び前記モータの温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御部は、前記電流検出手段による前記モータ電流が、そのときの前記温度検出手段によるモータ温度に応じた基準値以下のときに前記各ユニポーラトランジスタをスイッチング制御し、前記モータ電流が前記基準値を越えるとき前記各バイポーラトランジスタをスイッチング制御するものであることを特徴とする荷役車両の制御装置。
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