JP5783786B2 - ハイブリッド型産業車両 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、フォークリフトなどのハイブリッド型産業車両に関するものである。
産業車両の燃費向上のため、エンジンに加えて、電動発電機から動力を供給するハイブリッド型産業車両が知られている。一般に、ハイブリッド型産業車両は、発電電動機の回生エネルギーをバッテリに蓄え、力行時に再利用することができる。
このようなハイブリッド型産業車両において、バッテリの充電率の極端な減少や増加はバッテリ寿命を短縮するため、バッテリの充電率を適切に管理することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１には、ハイブリッド型産業車両において、バッテリ保護のために、充電率およびバッテリ温度を検出して、放電許容電力を制御する技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、バッテリ温度の低温時および高温時または充電率が小さいときに、バッテリからの放電許容電力の設定値を小さくすることが開示されている。
実用新案登録第３１５６５８２号公報
特許文献１に開示されている技術により、バッテリの破損は回避可能となるが、実際のハイブリッド型産業車両においては、バッテリ以外の構成要素についても注意して運用する必要がある。
例えば、産業車両では、ハイブリッド型の普通自動車に用いられるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet Motor）モータなどの高価なモータではなく、熱効率が高くない比較的安価なモータが搭載される場合があり、エネルギーの回生および動力の供給による酷使により寿命が著しく短縮されるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、発電電動機の寿命を長期化することのできるハイブリッド型産業車両を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、エンジンと、荷役に用いられる荷役用発電電動機と、前記エンジンおよび前記荷役用発電電動機の両方から動力の供給を受けて駆動可能な荷役手段と、前記荷役手段に動力の供給が可能な走行用発電電動機と、制御手段とを有し、前記制御手段は、前記荷役用発電電動機の力行中においては、前記荷役用発電電動機の温度に応じて前記荷役用発電電動機の動力供給を減少させ、その減少分を前記走行用発電電動機の動力により補い、前記荷役用発電電動機の回生中においては、前記荷役用発電電動機の温度に応じて前記荷役用発電電動機の回生量を減少させ、その減少分を前記走行用発電電動機により回生させるハイブリッド型産業車両を提供する。
このように、荷役用発電電動機の温度に応じて荷役用発電電動機の出力または回生量を抑制するので、荷役用発電電動機の過度な温度上昇を抑えることができる。これにより、荷役用発電電動機として熱効率の低い発電電動機を用いた場合でも、熱の上昇による発電電動機の故障を未然に防止することができ、発電電動機の寿命を長期化させることが可能となる。
更に、荷役用発電電動機の出力を抑制した場合には、抑制により不足した動力分が走行用発電電動機から補われ、また、荷役用発電電動機の回生量を抑制した場合には、その抑制により不足した制動力分が走行用発電電動機により補われる。これにより、操作性を損なうことなく、運転を継続させることが可能となる。
上記ハイブリッド型産業車両において、前記制御手段は、前記荷役用発電電動機の温度、前記荷役用発電電動機の温度変化速度、荷役積載重量、および荷役操作頻度の少なくともいずれか一つを用いて前記荷役用発電電動機の温度に関するパラメータを求め、前記パラメータに応じて前記荷役用発電電動機の動力および制動力を抑制することとしてもよい。
このように、荷役用発電電動機の温度だけではなく、荷役用発電電動機の温度上昇に関わりのある情報を総合的に用いることにより、荷役用発電電動機の温度上昇を予測して、先行的に荷役用発電電動機を制御することが可能となる。
上記ハイブリッド型産業車両は、前記荷役用発電電動機を冷却する冷却手段を更に備え、前記荷役用発電電動機の温度が予め設定されている所定の閾値を超えた場合に、前記冷却手段の出力を増加させることとしてもよい。
これにより、荷役用発電電動機の過度な温度上昇をより効果的に抑制することができる。
本発明によれば、発電電動機の寿命を長期化することができるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態に係るハイブリッド型産業車両の概略構成を示したブロック図である。 荷役用発電電動機の力行中において、ハイブリッド制御システムで実行される処理を示したフローチャートである。 荷役用発電電動機の回生中において、ハイブリッド制御システムで実行される処理を示したフローチャートである。 動力配分比可変モードで参照されるテーブルの一例を示した図である。 制動力配分比可変モードで参照されるテーブルの一例を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るハイブリッド型産業車両の概略構成を示したブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るハイブリッド型産業車両の概略構成を示したブロック図である。
〔第１実施形態〕
以下に、本発明に係るハイブリッド型産業車両の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド型産業車両の概略構成を示したブロック図である。図１に示すように、ハイブリッド型産業車両１は、例えば、フォークリフトであり、エンジン２と荷役用発電電動機３と、エンジン２および荷役用発電機３の両方から動力の供給を受けて駆動可能な荷役装置（荷役手段）４とを備えている。
荷役用発電電動機３には、インバータ５を介してバッテリ６が電気的に接続されている。荷役用発電電動機３は、バッテリ６からの電力供給により力行動作するとともに、荷役用発電機３の回生動作によって発生した回生エネルギーがバッテリ６に蓄電される構成とされている。荷役用発電電動機３は、例えば、荷役装置４が荷を上げるときに力行動作が行われ、荷を下ろすときに回生動作が行われる。また、回生動作の際には、制動装置（制動手段）９も用いられ、この制動装置９により荷役用発電電動機３の回生量が調整可能とされている。
制動装置９は、例えば、荷役装置４が備える荷役用ポンプ（図示略）と荷役用発電電動機３との間のシャフトに設けられたメカブレーキであり、荷役用発電電動機３の回生量を抑制させる必要がある場合には、ブレーキ圧力を増加させ、熱エネルギーを発生させる。
また、制動装置９は、例えば、荷役用油圧回路に設けられた圧力調節弁の開度を制御する装置であり、荷役用発電電動機３の回生量を抑制させる必要がある場合には、圧力調節弁の弁開度を絞り、圧力損失を増大させ、熱エネルギーを発生させる。
このとき、理想的な環境下では、以下の関係式が成立することとなる。
上昇させた荷役装置が持つ位置エネルギー
＝荷役下降速度に応じた運動エネルギー＋回生エネルギー＋熱エネルギー
エンジン２、荷役用発電電動機３、インバータ５、および制動装置９はハイブリッド制御システム（制御手段）８により制御される。
荷役用発電電動機３には、温度を検出するセンサ７が設けられている。センサ７は、例えば、軸受またはコイル部の温度を検出可能に設けられている。センサ７によって検出された荷役用発電電動機３の温度は、ハイブリッド制御システム８に入力される。
このような構成を備えるハイブリッド型産業車両１における荷役用発電電動機３の制御について図２および図３を参照して説明する。
荷役用発電電動機３の力行中においては、以下のような処理がハイブリッド制御システム８において行われる。
まず、エンジン２と荷役用発電電動機３の動力配分比が予め設定されている比率に固定された通常運転モードが実行される（図２のステップＳＡ１）。
続いて、センサ７から通知された荷役用発電電動機３の温度Ｔが予め設定されている閾値Ｔｃを超えたか否かを判定する（図２のステップＳＡ２）。この閾値Ｔｃは、荷役用発電電動機３を停止させる停止閾値Ｔｔよりも小さい値に設定されている。
ステップＳＡ２において、温度Ｔが閾値Ｔｃを超えていなければ、ステップＳＡ１に戻り、通常運転モードを維持し、閾値を超えていた場合には動力配分比可変モードを実行する（図２のステップＳＡ３）。
動力配分比可変モードは、荷役用発電電動機３の出力を抑制するモードであり、荷役用発電電動機３の温度に応じてエンジン２と荷役用発電電動機３の動力配分比が変更される。具体的には、図４に示すような荷役用発電電動機の温度と動力配分比とが対応付けられたテーブルを有しており、このテーブルから現在の温度に対応する動力配分比を取得する。ここで、テーブルは、温度が高温になるのに伴い、荷役用発電電動機の配分が減少し、エンジン２の配分が増加するように設定されている。そして、このようなテーブルから取得した動力配分比に応じた動力指令をエンジン２およびインバータ５に出力する。
続いて、センサ７から通知された荷役用発電電動機３の温度Ｔが閾値Ｔｃを超えたか否かが再度判定され（図２のステップＳＡ４）、この結果、温度Ｔが閾値Ｔｃを超えていなければ、ステップＳＡ１に戻り、通常運転モードに切り替える。一方、温度Ｔが閾値Ｔｃを超えていた場合には、温度Ｔが停止閾値Ｔｔを超えているか否かを判定し（図２のステップＳＡ５）、超えていなければステップＳＡ３に戻り、動力配分比可変モードが維持され、超えていた場合には、インバータ５を停止させて、荷役用発電電動機３の動力供給を停止する（図２のステップＳＡ６）。
次に、荷役用発電電動機３の回生中におけるハイブリッド制御システム８による処理について図３を参照して説明する。
まず、制動装置９と荷役用発電電動機３の制動力配分比が予め設定されている比率に固定された通常運転モードが実行される（図３のステップＳＢ１）。
続いて、センサ７から通知された荷役用発電電動機３の温度Ｔが予め設定されている閾値Ｔｃを超えたか否かを判定する（図３のステップＳＢ２）。この閾値は、上記力行動作のときと同じ値に設定されている。
ステップＳＢ２において、温度Ｔが閾値Ｔｃを超えていなければ、ステップＳＢ１に戻り、通常運転モードを維持し、閾値Ｔｃを超えていた場合には制動力配分比可変モードを実行する（図３のステップＳＢ３）。制動力配分比可変モードは、荷役用発電電動機３の回生量を抑制するモードであり、荷役用発電電動機３の温度に応じて制動装置９と荷役用発電電動機３の制動力配分比が変更される。具体的には、図５に示すような荷役用発電電動機３の温度と制動力配分比とが対応付けられたテーブルを有しており、このテーブルから現在の温度に対応する制動力配分比を取得する。ここで、テーブルは、温度が高温になるのに伴い、荷役用発電電動機３の配分が減少し、制動装置９の配分が増加するように設定されている。
そして、この制動力配分比に応じた制動力指令を制動装置９に出力するとともに、回生指令をインバータに出力する。
続いて、センサ７から通知された荷役用発電電動機３の温度が閾値を超えたか否かが再度判定され（図３のステップＳＢ４）、この結果、温度Ｔが閾値Ｔｃを超えていなければ、ステップＳＢ１に戻り、通常運転モードに切り替える。一方、温度Ｔが閾値Ｔｃを超えていた場合には、温度Ｔが停止閾値Ｔｔを超えているか否かを判定し（図３のステップＳＢ５）、超えていなければステップＳＢ３に戻り、制動力配分比可変モードが維持され、超えていた場合には、インバータを停止させて、荷役用発電電動機３の回生動作を停止させる（図３のステップＳＢ６）。
以上説明してきたように、本実施形態に係るハイブリッド型産業車両１によれば、荷役用発電電動機３の温度Ｔが所定の閾値Ｔｃよりも高くなった場合に、荷役用発電電動機３の動力供給量または回生量を抑制するので、荷役用発電電動機３の過度な温度上昇を抑えることができる。これにより、荷役用発電電動機３として熱効率の低い発電電動機（例えば、三相誘導型の発電電動機）を用いた場合でも、熱の上昇による発電電動機の故障を未然に防止することができ、発電電動機の寿命を長期化させることが可能となる。
また、荷役用発電電動機３の動力供給量を抑制することによる動力の不足分がエンジン２により補われ、荷役用発電電動機３のエネルギー回生量を抑制することによる制動力の不足分が制動装置９によって補われるので、操作性を損なうことなく、運転を継続させることが可能となる。
なお、上記実施形態においては、荷役用発電電動機３の温度の情報のみを用いて、動力配分比可変モードまたは制動力配分比可変モードに移行するか否かを判定していたが、この判定に用いる情報は温度に限定されない。例えば、荷役用発電電動機３の温度、荷役用発電電動機３の温度変化速度、荷役積載重量、および荷役操作頻度の少なくともいずれか一つを用いて判定を行うこととしてもよい。また、これらのうちの少なくとも１つを変数とした温度に関するパラメータを算出する演算式を保有しており、この演算式を用いて算出したパラメータに基づいて、上記判定を行うこととしてもよい。また、この場合、図４および図５に示したテーブルも、温度に代えて上記パラメータを用いることとしてもよい。
ここで、荷役操作頻度は、所定時間における荷役操作の回数であり、例えば、所定時間内において荷役レバーが操作された回数をカウントすることで得ることができる。
このように、荷役用発電電動機３の温度だけではなく、荷役用発電電動機３の温度上昇に関わりのある情報を総合的に用いて、動力配分比可変モードまたは制動力配分比可変モードに移行するか否かを判定することで、荷役用発電電動機３の将来における温度上昇を予測することが可能となり、荷役用発電電動機３を先行的に制御することが可能となる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るハイブリッド型産業車両について図６を参照して説明する。以下、上述した第１実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
本実施形態に係るハイブリッド型産業車両は、図６に示すように、車輪などの走行装置に動力を供給する走行用発電電動機１０を有しており、この走行用発電電動機１０から荷役装置４への動力供給および走行用発電電動機１０の回生動作が可能な構成とされている。走行用発電電動機１０は、例えば、インバータ１１を介してバッテリ６に接続されている。
そして、荷役用発電電動機３の力行時において、動力配分比可変モードに移行した場合には、荷役用発電電動機３の配分の減少分をエンジン２で補うのではなく、走行用発電電動機１０からの動力供給により補うとともに、荷役用発電電動機３の回生時において、制動力配分比可変モードに移行した場合には、荷役用発電電動機３の配分の減少分を制動装置９で補うのではなく、走行用発電電動機１０による回生量によって補う。
以上説明してきたように、本実施形態に係るハイブリッド型産業車両によれば、荷役用発電電動機３の動力供給量およびエネルギー回生量の不足分を走行用発電電動機１０により補うことにより、荷役用発電電動機３の過度の温度上昇を抑制することができる。これにより、荷役用発電電動機３として熱効率の低い発電電動機を用いた場合でも、熱の上昇による発電電動機の故障を未然に防止することができ、荷役用発電電動機３の寿命を長期化させることが可能となる。また、荷役用発電電動機３の動力供給量およびエネルギー回生量の不足分が走行用発電電動機１０により補われるので、操作性を損なうことなく、運転を継続させることが可能となる。
また、上述した各実施形態において、例えば、図７に示すように、荷役用発電電動機３の付近に、荷役用発電電動機３を冷却する冷却ファン（冷却手段）１２を設け、荷役用発電電動機３の温度が所定の値を超えた場合に、冷却ファン１２の出力を増加させることとしてもよい。これにより、荷役用発電電動機３の過度な温度上昇をより効果的に抑制することができる。この場合において、例えば、冷却ファン１２の制御はハイブリッド制御システム８により行われ、冷却ファン１２への電力供給はバッテリ６から行われる。
１ ハイブリッド型産業車両
２ エンジン
３ 荷役用発電電動機
４ 荷役装置
５ インバータ
６ バッテリ
７ センサ
８ ハイブリッド制御システム
９ 制動装置
１０ 走行用発電電動機
１１ インバータ
１２ 冷却ファン

Claims (3)

  1. エンジンと、
    荷役に用いられる荷役用発電電動機と、
    前記エンジンおよび前記荷役用発電電動機の両方から動力の供給を受けて駆動可能な荷役手段と、
    前記荷役手段に動力の供給が可能な走行用発電電動機と、
    制御手段と
    を有し、
    前記制御手段は、
    前記荷役用発電電動機の力行中においては、前記荷役用発電電動機の温度に応じて前記荷役用発電電動機の動力供給を減少させ、その減少分を前記走行用発電電動機の動力により補い、
    前記荷役用発電電動機の回生中においては、前記荷役用発電電動機の温度に応じて前記荷役用発電電動機の回生量を減少させ、その減少分を前記走行用発電電動機により回生させるハイブリッド型産業車両。
  2. 前記制御手段は、前記荷役用発電電動機の温度、前記荷役用発電電動機の温度変化速度、荷役積載重量、および荷役操作頻度の少なくともいずれか一つを用いて前記荷役用発電電動機の温度に関するパラメータを求め、前記パラメータに応じて前記荷役用発電電動機の動力および制動力を抑制する請求項１に記載のハイブリッド型産業車両。
  3. 前記荷役用発電電動機を冷却する冷却手段を備え、
    前記荷役用発電電動機の温度が予め設定されている所定の閾値を超えた場合に、前記冷却手段の出力を増加させる請求項１または請求項２に記載のハイブリッド型産業車両。
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