JP3814795B2 - ウイング車輌のウイングゲート開閉制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウイング車輌のウイングゲート開閉装置に関し、特にウイング閉じ工程でモータへ流れる電流を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
図３は従来のウイング車輌を左後方から見た部分斜視図である。図３に示されるようなウイング車輌において、ウイングゲート30は油圧シリンダー12の伸縮によって開閉する。油圧シリンダーを伸縮する油圧及び電気回路図は図２に示されている。
【０００３】
従来のウイングゲート開閉装置は、２つの部屋(13,14)を有する油圧シリンダー12、油圧ポンプ8、方向切換バルブ9、しぼり16、チェックバルブ15、オイルパン25、フィルタ24及び安全弁23を含む。油圧シリンダー12は方向切換バルブ9を介して油圧ポンプ8に連通する。油圧シリンダー12と油圧ポンプ8との間には油圧ポンプ8からの作動油を油圧シリンダー12の２つの部屋(13,14)のいずれかに流すための方向切換バルブ9が与えられる。油圧シリンダー12の一方の部屋13と切換バルブ9との間にはしぼり16が与えられ、該しぼり16と並列にチェックバルブ15が与えられる。油圧シリンダー12から戻る作動油はオイルパン25に溜められる。オイルパン25と油圧ポンプ8の間にはフィルタ24が与えられる。油圧ポンプ8からの作動油をオイルパン25に直接もどすように安全弁23が与えられる。
【０００４】
さらに装置は２つのスイッチ(2,3)、２つのダイオード(4,5)、電源バッテリ1、電磁接触器6及びモータ7を含む。方向切換バルブ9は２つのソレノイドコイル(10,11)を有し、それぞれスイッチ2及びスイッチ3の一端に接続されている。同時にスイッチ2及び3の一端はそれぞれダイオード4及び5の入力端に接続されている。スイッチ2及び3の他端は電源バッテリ1に接続されている。ダイオード4及び5の出力端は電磁接触器6に接続されている。電磁接触器6はスイッチ22を有し、該スイッチの一端は電源バッテリ1に接続されている。油圧ポンプ8を回転させるためのモータ7の一端はスイッチ22の他端に接続され、他端はアースされている。
【０００５】
次に従来のウイング装置の開き工程及び閉じ工程の作用を説明する。ウイング開き工程は、オペレータがウイング開き用操作スイッチ2を閉じることにより開始する。スイッチ2が閉じられるとバッテリ1からダイオード4を通って電磁接触器6に電力が供給される。スイッチ22がオンになりモータ7にバッテリ1から電力が供給されてモータ7が回転し、それによって油圧ポンプ8が回転する。油圧ポンプ8の回転によって作動油の圧力が上昇する。それと同時にウイング開き用操作スイッチ2から方向切換バルブ9に取り付けられたソレノイドコイル10にも電力が供給されるので方向切換バルブ9が作動する。作動油は油圧ポンプ8から方向切換バルブ9を通過し、チェックバルブ15及びしぼり16を経由して油圧シリンダー12の部屋13に供給される。油圧シリンダー12が伸長し図３に示すウイング30が徐々に開き始める。この際シリンダー12の部屋14にある油は方向切換バルブ9を通過しオイルパン25に戻る。油圧シリンダー12の伸びがストロークエンドまで達したこと、すなわちウイング30が開ききったことをオペレータが確認しスイッチ2を開放すると、電磁接触器6のスイッチ22が開放されモータ7が停止し、ソレノイドコイル10の通電が切れて方向切換バルブ9が閉じウイングの開き工程が終了する。
【０００６】
一方、ウイング閉じ工程はオペレータがウイング閉じ用操作スイッチ3を閉じることによって開始する。スイッチ3が閉じられるとバッテリ1からダイオード5を通って電磁接触器6に電力が供給される。スイッチ22がオンになりモータ7にバッテリ1から電力が供給されてモータ7が回転し、それによって油圧ポンプ8が回転する。油圧ポンプ8の回転によって作動油の圧力が上昇する。それと同時にウイング閉じ用操作スイッチ3から方向切換バルブ9に取り付けられたソレノイドコイル11にも電力が供給されるので方向切換バルブ9が作動する。作動油は油圧ポンプ8から方向切換バルブ9を通過し、油圧シリンダー12の部屋14に供給される。油圧シリンダー12が収縮し図３に示すウイング30が徐々に閉じ始める。この際シリンダー12の部屋13にある油は、チェックバルブ15が逆止弁であるためしぼり16のみを経由して方向切換バルブ9を通過しオイルパン25に戻る。油圧シリンダー12がさらに収縮してストロークエンドまで達したこと、すなわちウイングが閉じきったことをオペレータが確認し閉じ操作用スイッチ3を開放すると、電磁接触器6のスイッチ22が開放されモータ7が停止し、ソレノイドコイル11の通電が切れて方向切換バルブ9が閉じ、ウイング閉じ工程が終了する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、しぼり16の機能及び特性について考える。閉じ工程において作動油は、一定の圧力で方向切換バルブ9を通過しシリンダー12の部屋14に流れ込み、同時にシリンダー12の部屋13から押し出されてしぼり16を通って方向切換バルブ9を通過しオイルパン25に戻る。この際チェックバルブ15は逆止弁であるため作動油はしぼり16のみを通ることになる。ウイングを閉じる際には急な動作は非常に危険であることから、しぼり16は流路抵抗を増加し急動作を防止する保護機能を有する。したがって回路上には必要不可欠である。
【０００８】
しぼり16の流量−圧力特性は図４(a)に示されている。圧力が小さいときは流量は少なく、圧力が大きくなると流量は増加する。管摩擦抵抗が加わるためしぼり特性は凸曲線的な比例関係を有する。グラフからわかるように、しぼり特性曲線の傾きは最初は急であるが徐々に緩やかになって最後にゼロに近づく。従来のウイング装置では閉じ工程でモータ7を最大出力状態で作動させていた。しかし、しぼり曲線の傾きがゼロに近い部分では流量はしぼり16で規定されてしまうため必要以上の油圧を発生させる必要はない。より少ないモータ消費電流で必要最低限の油圧を発生させることが所望される。本願はこの点に着目して為されたものである。
【０００９】
したがって本願発明の目的は、ウイング装置の閉じ工程においてモータ消費電流を必要な油圧を発生させるだけの電流に抑えることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る装置は以下の手段から成る。
【００１１】
ウイングゲートを作動させる油圧シリンダーと、
油圧シリンダーに連通する油圧ポンプと、
油圧ポンプを駆動するモータと、
モータに電力を供給するための電源と、
油圧シリンダーとポンプとの間に接続されるしぼりと、から成るウイングゲート開閉装置において、
電源とモータとの間に接続されモータへ流れる電流を制御する制御装置を含み、
制御装置はウイングゲートの閉じ工程においてモータに印加する電圧のデューティ比を減少させることを特徴とする。
【００１２】
具体的には、制御装置は、一端が電源に接続された信号発生装置と、一端が信号発生装置に接続され他端がモータに接続されたモータの電流を高速で開閉することができるスイッチング回路を含む。
【００１３】
好適には、スイッチング回路は少なくとも一つのトランジスタから成る。
【００１４】
【発明の実施の態様】
以下、図面を参照して本願発明を説明する。図１は本願発明に係るウイング開閉装置の油圧及び電気回路図の好適実施例を示したものである。ウイング開閉装置は、従来のウイングゲート開閉装置と同様に、２つの部屋(13,14)を有する油圧シリンダー12、油圧ポンプ8、方向切換バルブ9、しぼり16、チェックバルブ15、オイルパン25、フィルタ24及び安全弁23を含む。油圧シリンダー12は方向切換バルブ9を介して油圧ポンプ8に連通する。油圧シリンダー12と油圧ポンプ8との間には油圧ポンプ8からの作動油を油圧シリンダー12の２つの部屋(13,14)のいずれかに流すための方向切換バルブ9が与えられる。油圧シリンダー12の一方の部屋13と切換バルブ9との間にはしぼり16が与えられ、該しぼり16と並列にチェックバルブ15が与えられる。油圧シリンダー12から戻る作動油はオイルパン25に溜められる。オイルパン25と油圧ポンプ8の間にはフィルタ24が与えられる。油圧ポンプ8からの作動油をオイルパン25に直接もどすように安全弁23が与えられる。
【００１５】
さらに装置は２つのスイッチ(2,3)、電源バッテリ1、デューティ制御装置21及びモータ7を含む。デューティ制御装置21は信号発生器(19,20)、２つのダイオード(4,5)、モータ電流を開閉するスイッチング素子としてのトランジスタ17及びトランジスタ17がオフした時にモータ7に発生するサージ電圧を吸収するためのフライホイールダイオード18から成る。好適実施例において、スイッチング素子としてのトランジスタ17はバイポーラトランジスタであるが、MOSトランジスタを使用することもできる。また複数のトランジスタを使って形成された論理回路を使用することもできる。方向切換バルブ9は２つのソレノイドコイル(10,11)を有し、それぞれスイッチ2及びスイッチ3の一端に接続されている。同時にスイッチ2及び3の一端はそれぞれ信号発生器(19,20)の一端に接続される。信号発生器(19,20)の他端はそれぞれダイオード(4,5)の入力端に接続されている。スイッチ2及び3の他端は電源バッテリ1に接続されている。ダイオード(4,5)の出力端はトランジスタ17のベース端子に接続されている。トランジスタ17のコレクタ端子は電源バッテリ1に接続され、エミッタ端子はモータ7の一端に接続される。モータ7の他端はアースされている。フライホイールダイオード18はモータ7と並列でかつ出力端がエミッタ端子に接続されている。
【００１６】
信号発生器19は開き工程に使用されデューティ比100％で一定の信号を発生させる。したがって、実質的に信号発生器19は導線と同じであることから無くても良い。一方、信号発生器20は閉じ工程に使用されデューティ比を0〜100％の任意の値に設定することができる信号を発生させる。ここでデューティ比とは、図５(b)に示されるように、電圧の印加される時間(t₁)と（電圧の印加される時間+電圧の印加されない時間）(t₀)との比であり、デューティ比＝t₁/t₀で定義される。開き工程では図５(a)のように常に一定の電圧が印加されるためデューティ比は100％である。
【００１７】
次に本発明に係るウイング装置の開き工程及び閉じ工程の作用を説明する。ウイング開き工程は、オペレータがウイング開き用操作スイッチ2を閉じることにより開始する。スイッチ2が閉じられるとバッテリ1から信号発生器19及びダイオード4を通ってトランジスタ17に電力が供給される。この際のデューティ比は100％である。トランジスタ17がオンになりモータ7にバッテリ1から電力が供給されてモータ7が回転し、それによって油圧ポンプ8が回転する。油圧ポンプ8の回転によって作動油の圧力が上昇する。それと同時にウイング開き用操作スイッチ2から方向切換バルブ9に取り付けられたソレノイドコイル10にも電力が供給されるので方向切換バルブ9が作動する。作動油は油圧ポンプ8から方向切換バルブ9を通過し、チェックバルブ15及びしぼり16を経由して油圧シリンダー12の部屋13に供給される。油圧シリンダー12が伸長し図３に示すウイング30が徐々に開き始める。この際シリンダー12の部屋14にある油は方向切換バルブ9を通過しオイルパン25に戻る。油圧シリンダー12の伸びがストロークエンドまで達したこと、すなわちウイング30が開ききったことをオペレータが確認しスイッチ2を開放すると、信号発生器19からの信号が切れてモータ7が停止し、ソレノイドコイル10の通電が切れて方向切換バルブ9が閉じウイングの開き工程が終了する。
【００１８】
一方、ウイング閉じ工程はオペレータがウイング閉じ用操作スイッチ3を閉じることによって開始する。スイッチ3が閉じられるとバッテリ1から信号発生器20及びダイオード5を通ってトランジスタ17に電力が供給される。この際のデューティ比は0〜100％の任意の値に設定することができる。トランジスタ17がオンになりモータ7にバッテリ1から電力が供給されてモータ7が回転し、それによって油圧ポンプ8が回転する。油圧ポンプ8の回転によって作動油の圧力が上昇する。それと同時にウイング閉じ用操作スイッチ3から方向切換バルブ9に取り付けられたソレノイドコイル11にも電力が供給されるので方向切換バルブ9が作動する。作動油は油圧ポンプ8から方向切換バルブ9を通過し、油圧シリンダー12の部屋14に供給される。油圧シリンダー12が収縮し図３に示すウイング30が徐々に閉じ始める。この際シリンダー12の部屋13にある油は、チェックバルブ15が逆止弁であるためしぼり16のみを経由して方向切換バルブ9を通過しオイルパン25に戻る。油圧シリンダー12がさらに収縮してストロークエンドまで達したこと、すなわちウイングが閉じきったことをオペレータが確認し閉じ操作用スイッチ3を開放すると、信号発生器20からの信号が切れてモータ7が停止し、ソレノイドコイル11の通電が切れて方向切換バルブ9が閉じ、ウイング閉じ工程が終了する。
【００１９】
次にウイング閉じ工程のデューティ制御についてさらに詳細に説明する。図４(b)はデューティ比100％、80％、60％及び40％におけるモータ7及びポンプ8の流量−圧力特性を示したものである。グラフによれば、流量と圧力は反比例の関係を有することがわかる。圧力が上昇すると流量は減少しやがてC点（回転がゼロの点）に達する。Prは安全弁23で決められた規定値であり、Poは実際の最大圧力点である。PrとPoとに差が生じるのは、モータ7とポンプ8との間に伝達損失または管摩擦抵抗が存在するためである。
【００２０】
デューティ100％の場合を考えると、モータ7及びポンプ8は曲線BACのように動作しようとするが、回路圧力が安全弁23で決められたPr以上となると安全弁23が働くため実際には曲線BAPoで動作する。ウイング開き工程ではデューティ比が100％であり、チェックバルブ15が負荷とならないためしぼり16の負荷特性は無視できるほど小さい。したがって、モータ7及びポンプ8は曲線BAPoで動作する。
【００２１】
一方、ウイング閉じ工程ではチェックバルブ15は全負荷となり、作動油はしぼり16を通ってしか流れることができないため図４(a)に示したしぼり16の特性が図４(b)に示したモータ7の特性に大きく影響する。すなわち、図４(c)に示されるように、閉じ工程では図４(a)のグラフと図４(b)のグラフの交点(D,E,F)でのみモータ7は動作することになる。図４(c)のグラフからわかるように、デューティ100％及び80％の時（交点D）とデューティ40％の時（交点F）とでは流量の変化がほとんどない。これはしぼり特性曲線（図４(a)）の傾きが緩い範囲ではデューティ比が100％以下でも100％とほぼ同じモータ7の動作状態を実現できることを意味している。言い換えれば、閉じ工程においてモータ電流をデューティ制御することによって、消費電流をしぼり16の特性に見合ったモータ電流に抑えることが可能である。従来のウイング装置の閉じ工程ではしぼり16の影響とは無関係に常に全力でモータ7に電流を流していた。その結果モータ7は安全弁23を作動させるほど常時最大出力で運転されていた。本願発明はウイング閉じ工程におけるこのような従来装置の過剰な消費電流を抑制するものである。
【００２２】
図４(d)はデューティ100％、80％、60％及び40％におけるバッテリ電流―圧力特性を示したものである。モータ回転数はモータ電圧（デューティ比×バッテリ電圧）に比例するため、デューティ比を80％にすると流量も約80％になる。グラフからわかるように、バッテリ電流と圧力とは比例関係にあり、グラフの傾きはデューティ比が減少するにしたがって小さくなる。これはモータ電流がモータトルクに比例し、該トルクがポンプを介し圧力となる場合は圧力にも比例するためである。閉じ工程においてデューティ100％でモータ7を作動させると作動点は図４(c)のD点となるため、そのときのモータ電流は図４(d)のG点となる。これが最大消費電流である。デューティ比80％でモータ7を作動させると作動点はデューティ100％と同じ図４(c)のD点となるため、そのときのモータ電流は図４(d)のH点となる。デューティ比60％でモータ7を作動させると作動点は図４(c)のE点となるため、そのときのモータ電流は図４(d)のI点となる。同様に、デューティ比40％でモータ7を作動させると作動点は図４(c)のF点となるため、そのときのモータ電流は図４(d)のJ点となる。図４(c)ではデューティが40％のF点を境にしぼり特性曲線が大きく変化していることから、これ以上デューティを下げると流量も低下しモータ7の動作能力も低下するため、F点を能力の低下しない最大効率点であると考えることができる。図４(d)からわかるように、デューティ40％のJ点はデューティ100％のG点より消費電流が大幅に減少している。このように、デューティを下げることでモータの消費電流を減少できることがわかった。
【００２３】
オン・オフ状態を単に保持するだけの従来の電磁接触器6の代わりに高速でオン・オフできるトランジスタ17を用いてモータ7をデューティ制御することによって、閉じ工程を通じて圧力が必要以上に増加することが防止され、モータ使用電流が削減され、バッテリ消費電流が軽減される。これは図５を参照して説明することができる。図５(a)に示すように、従来の電磁接触器6ではt_i時間の間常にオンしているため斜線部面積の電流が必要であるが、例えば40％にデューティ制御すれば同じt_i時間内でも小さい斜線部面積の電流で足りる。
【００２４】
好適実施例において、デューティ比は100％、80％、60％、40％としたが、使用するしぼり16のしぼり特性曲線にしたがって任意の値のデューティ比を設定することができる。また、信号発生器20としてあらゆる周知の発信装置が使用可能である。さらに、しぼり16の負荷をセンサーで検知し最適なデューティ制御を実行できるようコンピュータを使って信号発生器20を制御することもできる。
【００２５】
【効果】
ウイング閉じ工程においてモータ電流をデューティ制御することによって、デューティ100％の時の流量を確保しながらモータ電流を抑え、バッテリ消費電流を大幅に減少させることができ、結果として不要な電力を節約しバッテリ消耗を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従う油圧及び電気回路の好適実施例を示したものである。
【図２】図２は、従来技術の油圧及び電気回路図を示したものである。
【図３】図３は、従来のウイング車輌の部分斜視図である。
【図４】図４(a)はしぼりの流量−圧力特性を、図４(b)はデューティ100％、80％、60％、40％におけるモータの流量−圧力特性を、図４(c)は閉じ工程における各デューティでのモータの流量−圧力特性を、図４(d)は閉じ工程における各デューティでのバッテリ電流−圧力特性をそれぞれ示す。
【図５】図５(a)はデューティ100％での電圧波形を示し、図５(b)はデューティ40％での電圧波形を示す。
【符号の説明】
1 電源バッテリ
2 ウイング開き用スイッチ
3 ウイング閉じ用スイッチ
4 ダイオード
5 ダイオード
7 モータ
8 油圧ポンプ
9 方向切換バルブ
10 ソレノイドコイル
11 ソレノイドコイル
12 油圧シリンダー
13 部屋
14 部屋
15 チェックバルブ
16 しぼり
17 トランジスタ
19 信号発生器
20 信号発生器
21 デューティ制御回路
23 安全弁
24 フィルタ
25 オイルパン

Claims (3)

1. ウイングゲートを作動させる油圧シリンダーと、
   前記油圧シリンダーに連通する油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプを駆動するモータと、
   前記モータに電力を供給するための電源と、
   前記油圧シリンダーと前記ポンプとの間に接続されるしぼりと、から成るウイングゲート開閉装置において、
   前記電源と前記モータとの間に接続され前記モータへ流れる電流を制御する制御装置を含み、
   前記制御装置は、前記ウイングゲートの閉じ工程において、前記しぼりの流量特性曲線及び、前記油圧ポンプの流量とモータのデューティ比との関係から、前記しぼりの前記流量特性曲線の流量が実質的に一定である範囲で、前記モータに印加する電圧のデューティ比を減少させるように制御することでモータによる消費電流を抑えることを特徴とする、ウイングゲート開閉装置。
2. 請求項１に記載のウイングゲート開閉装置であって、前記制御装置は、一端が前記電源に接続された信号発生装置と、一端が前記信号発生装置に接続され他端が前記モータに接続された前記モータの電流を高速で開閉することができるスイッチング回路を含む、ところのウイングゲート開閉装置。
3. 請求項２に記載のウイングゲート開閉装置であって、前記スイッチング回路は少なくとも一つのトランジスタから成る、ところのウイングゲート開閉装置。

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