JP6288680B2

JP6288680B2 - 電動リフトおよび荷役車両

Info

Publication number: JP6288680B2
Application number: JP2015174947A
Authority: JP
Inventors: 雅之白井
Original assignee: Mitsubishi Logisnext Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Logisnext Co Ltd
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2035-09-04
Also published as: JP2017048040A

Description

本発明は、昇降体が支持する荷物の重量を推定する電動リフトおよびこれを備えた荷役車両に関するものである。

一般的に、フォークリフト等の荷役車両は、荷物を昇降させるためのフォーク等を含む昇降体を備えている。また、フォークが支持する荷物の重量を検出するために、当該フォークに荷重センサを設けたフォークリフトが知られている。しかし、荷重センサをフォークに設けるとコストが高くなるため、荷重センサを用いずに荷物の重量を推定することが求められる。

下記の特許文献１には、荷重センサを用いずに荷物の重量を推定する方法が記載されている。具体的には、荷役具を昇降させるチェーン・スプロケット機構を電動機で駆動し、当該電動機の電流値を電流検出器で検出し、負荷上昇時に検出される電流値と無負荷上昇時に検出される電流値との差分に基づいて重量換算している。こうして、特許文献１では、電動モータに流れる電流に基づいて荷物の重量を推定している。

特開平７−２８５７９８号公報

しかし、電動モータに流れる電流は、荷物の重量に応じて変化するだけではなく、昇降体をどのようにして昇降させたかに応じても変化する。このため、電動モータに流れる電流のみに基づいて荷物の重量を算出する特許文献１の構成では、荷物の重量を精確に推定することができないという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、昇降体が支持する荷物の重量を精確に推定することができる電動リフトおよび荷役車両を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータトルクが固定子に流れる電流の二乗に比例する特性を有している電動モータと、前記電動モータの動力により昇降する昇降体と、前記昇降体が支持する荷物の重量を推定する重量推定装置とを備える電動リフトであって、前記重量推定装置は、前記電動モータが前記荷物に付与する推進力を、前記電動モータの電流に基づいて算出し、前記電動モータの固定子に流れる電流を検出する電流センサにより構成された電流検出部と、前記電動モータの回転子の回転速度を検出する回転速度センサにより構成された回転速度検出部と、前記推進力の算出結果を、前記電流検出部により検出された前記昇降体が上昇した場合と下降した場合とで異なる数式に従って補正する推進力算出部と、前記昇降体の上昇時または下降時の前記荷物の加速度を、前記回転速度検出部により検出された前記電動モータの回転速度に基づいて算出する加速度算出部と、補正された前記推進力の算出結果と、前記加速度の算出結果とに基づいて、前記荷物の重量を算出する重量算出部とを備え、前記推進力算出部は、前記推進力を「Ｆ」とし、前記電動モータの電流を「Ｉ」とし、前記電動モータの１回転当たりの前記荷物の昇降量を「Ｂ」とし、前記電動モータの特性に依存する定数を「Ｋ」とする下記の（式１）に従って前記推進力を算出し、前記加速度算出部は、前記加速度を「ａ」とし、第１の時刻における前記電動モータの回転速度を「Ｎ_１」とし、第２の時刻における前記電動モータの回転速度を「Ｎ_２」とし、前記第１の時刻から前記第２の時刻までの時間を「ｔ」とし、前記電動モータの１回転当たりの前記荷物の昇降量を「Ｂ」とする下記の（式２）に従って前記加速度を算出し、前記重量算出部は、運動物体重量を「ｍ」とし、補正された前記推進力を「Ｆ’」とし、前記加速度を「ａ」とし、重力加速度を「ｇ」とする下記の（式３）に従って前記運動物体重量を算出し、さらに、前記重量算出部は、算出された前記運動物体重量から前記昇降体に係る重量を減算することによって前記荷物の重量を算出することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動リフトにおいて、前記推進力算出部は、前記昇降体の昇降時における前記荷物の昇降速度に基づいて、前記推進力の算出結果を補正し、前記重量算出部は、前記荷物の昇降方向および昇降速度に基づいて補正された前記推進力の算出結果と、前記加速度の算出結果とに基づいて、前記荷物の重量を算出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電動リフトにおいて、前記重量算出部は、前記昇降体の１回の上昇時または１回の下降時に、前記荷物の重量を算出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、荷役車両であって、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動リフトを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、昇降体が支持する荷物の重量を精確に推定することができる電動リフトおよび荷役車両を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る荷役車両の外観図である。同実施形態に係る荷役車両が備える電動リフトの概略構成を示す模式図である。同実施形態に係る電動リフトが備える重量推定装置の概略構成を示すブロック図である。

図１〜３を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
図１に示すように、本実施形態の荷役車両は、カウンタバランス型のフォークリフト１である。フォークリフト１は、オペレータが搭乗する車両本体１０と、フォーク３０を有する電動リフト２０とを備える。

車両本体１０には、電動リフト２０に電力を供給するバッテリ１１や、電動リフト２０を操作するための荷役レバー１２等が設けられている。電動リフト２０は、オペレータの荷役レバー１２の操作に基づいてフォーク３０を昇降させる。フォーク３０は、荷物Ｋを支持し、荷物Ｋとともに昇降する。

電動リフト２０について、図２を参照しながら説明する。なお、図２では、側方から見て互いに重なる物体を明瞭に図示するために、電動リフト２０を構成する複数の構造体が分離した状態で図示されている。

図２に示すように、電動リフト２０は、電動モータ２１と、減速機２２と、アウターマスト２３と、インナーマスト２４と、リフトブラケット２５と、第１動力伝達機構２６と、第２動力伝達機構２７と、フォーク３０とを備えている。

電動モータ２１は、回転磁界を発生させる固定子（図示略）と、固定子に対して回転する回転子（図示略）とを備える回転電動機であって、バッテリ１１から供給されてＤＣ／ＡＣ変換された電力によって動作する誘導電動機である。電動モータ２１は、フォーク３０で支持された荷物Ｋを昇降させるための推進力（以下、「推進力Ｆ」）を発生させる。すなわち、電動モータ２１は、荷物Ｋに対して推進力Ｆを付与する。

減速機２２は、電動モータ２１から入力される動力を、第１動力伝達機構２６のスプロケット２６Ａに伝達する。減速機２２は、スプロケット２６Ａの回転速度を、電動モータ２１の回転子の回転速度、すなわち電動モータ２１の回転速度（以下、「モータ回転速度Ｎ」という）に比べて減じることにより、電動モータ２１が発生させるモータトルク（以下、「モータトルクＴ」という）を増幅する。

アウターマスト２３およびインナーマスト２４は、上下方向Ｚにおいて伸縮する二段マストである。アウターマスト２３は、車両本体１０に対して昇降しない固定マストであり、インナーマスト２４は、車両本体１０に対して昇降する可動マストである。インナーマスト２４は、第１動力伝達機構２６を介して伝達される動力によって、アウターマスト２３に対して昇降する。

リフトブラケット２５は、フォーク３０を支持し、車両本体１０に対してフォーク３０とともに昇降する。リフトブラケット２５は、第２動力伝達機構２７を介して伝達される動力によって、昇降中のインナーマスト２４に対してフォーク３０とともに昇降する。アウターマスト２３に対するインナーマスト２４の上昇（または下降）と、インナーマスト２４に対するリフトブラケット２５の上昇（または下降）とは、同時に行われるため、アウターマスト２３に対するリフトブラケット２５の昇降速度は、アウターマスト２３に対するインナーマスト２４の昇降速度よりも速い。本実施形態では、リフトブラケット２５の昇降速度は、インナーマスト２４の昇降速度の２倍である。

第１動力伝達機構２６は、減速機２２を介して電動モータ２１から入力される動力を、インナーマスト２４に伝達する。第１動力伝達機構２６は、アウターマスト２３に設けられたスプロケット２６Ａ，２６Ｂと、スプロケット２６Ａ，２６Ｂに掛けられたチェーン２６Ｃとにより構成されている。スプロケット２６Ａ，２６Ｂは、上下方向Ｚに間隔をあけて設けられ、チェーン２６Ｃの一端および他端は、インナーマスト２４に接続されている。

第２動力伝達機構２７は、第１動力伝達機構２６から入力される動力を、リフトブラケット２５に伝達する。第２動力伝達機構２７は、インナーマスト２４とともに昇降するスプロケット２７Ａと、スプロケット２７Ａに掛けられたチェーン２７Ｂとにより構成されている。スプロケット２７Ａは、リフトブラケット２５の上方に設けられ、チェーン２７Ｂの一端は、アウターマスト２３に接続されるとともに、チェーン２７Ｂの他端はリフトブラケット２５に接続されている。

上述したように、電動リフト２０の一部は、荷物Ｋを昇降させるために荷物Ｋと連動して昇降する。以下において、荷物Ｋと連動して昇降する電動リフト２０の一部を、総称して「昇降体Ｌ」という。本実施形態の昇降体Ｌは、インナーマスト２４と、リフトブラケット２５と、スプロケット２７Ａと、フォーク３０とにより構成されている。また、以下において、また、昇降体Ｌおよび荷物Ｋを、総称して「運動物体Ｄ」という。

図３に示すように、電動リフト２０は、昇降体Ｌが支持する荷物Ｋの重量（以下、「荷物重量Ｍ」という）を推定する重量推定装置４０をさらに備えている。重量推定装置４０は、電流検出部４１と、回転速度検出部４２と、推進力算出部４３と、加速度算出部４４と、重量算出部４５とを備える。

電流検出部４１は、電動モータ２１の固定子に流れる電流、すなわち電動モータ２１に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉ」という）を検出する電流センサにより構成されている。モータ電流Ｉは、モータトルクＴに対応しており、以下の（数式１）に示すように、モータトルクＴは、モータ電流Ｉによって近似できる。数式において、「Ｔ」は、モータトルクＴ［単位：Ｎ・ｍ］であり、「Ｋ」は、電動モータ２１のモータ特性に依存する定数であり、「Ｉ」は、モータ電流Ｉ［単位：Ａ］である。

回転速度検出部４２は、モータ回転速度Ｎを検出する回転速度センサにより構成されている。モータ回転速度Ｎは、荷物Ｋの昇降速度に対応している。なお、荷物Ｋの昇降速度は、アウターマスト２３に対するリフトブラケット２５の昇降速度であり、車両本体１０に対するフォーク３０の昇降速度でもある。

推進力算出部４３は、荷物Ｋに対して電動モータ２１が付与する推進力Ｆを算出する演算装置により構成されている。推進力Ｆは、電動モータ２１から昇降体Ｌに伝達された電動モータ２１の出力に対応しており、以下の（数式２）に基づいて算出することができる。数式において、「Ｆ」は、推進力Ｆ［単位：Ｎ］であり、「Ｂ」は、電動モータ２１の１回転あたりの荷物Ｋの昇降量［単位：ｍ］である。当該昇降量は、アウターマスト２３に対するリフトブラケット２５の昇降量とする。したがって、電動モータ２１の１回転あたりの荷物Ｋの昇降量は、フォーク３０の昇降量でもある。

本実施形態の推進力算出部４３は、モータトルクＴがモータ電流Ｉによって近似できることを利用して、電流検出部４１で検出されたモータ電流Ｉに基づいて、推進力Ｆを算出する。具体的には、推進力算出部４３は、（数式１）および（数式２）に基づく下記の（数式３）を演算することにより、推進力Ｆを算出する。

さらに、推進力算出部４３は、動力の伝達損失等が発生すること、および、伝達損失等が昇降体Ｌの昇降方向および昇降速度によって変化することを考慮して、荷物Ｋの昇降方向および昇降速度に基づいて、推進力Ｆの算出結果を補正する。具体的には、推進力算出部４３は、荷物Ｋの上昇時に検出されたモータ電流Ｉに基づいて推進力Ｆを算出した場合は、下記の（数式４）を演算することにより補正後の推進力Ｆ’を算出する。一方、推進力算出部４３は、荷物Ｋの下降時に検出されたモータ電流Ｉに基づいて推進力Ｆを算出した場合は、下記の（数式５）を演算することにより補正後の推進力Ｆ’を算出する。数式において、「Ｃ_１」〜「Ｃ_３」および「Ｄ_１」〜「Ｄ_３」は、電動リフト２０の構成に応じた定数であり、「Ｖ」は、荷物Ｋの昇降速度である。荷物Ｋの昇降速度は、例えば、モータ回転速度Ｎと、電動モータ２１の１回転あたりの荷物Ｋの昇降量との乗算により算出される。

加速度算出部４４は、昇降体Ｌの上昇時または下降時における荷物Ｋの加速度（以下、「加速度ａ」という）を算出する演算装置により構成されている。加速度ａは、以下の（数式６）に基づいて算出することができる。数式において、「ａ」は、加速度ａ［単位：ｍ／ｓ^２］であり、「Ｖ_１」は、所定の時刻ｔ１における荷物Ｋの昇降速度［単位：ｍ／ｓ］であり、「Ｖ_２」は、時刻ｔ１後の時刻ｔ２における荷物Ｋの昇降速度［単位：ｍ／ｓ］であり、「ｔ」は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間［単位：ｓ］である。

本実施形態の加速度算出部４４は、モータ回転速度Ｎと電動モータ２１の１回転あたりの荷物Ｋの昇降量との積が荷物Ｋの昇降速度であることを利用して、回転速度検出部４２で検出されたモータ回転速度Ｎに基づいて、加速度ａを算出する。具体的には、加速度算出部４４は、下記の（数式７）を演算することにより、加速度ａを算出する。数式において、「Ｎ_１」は、時刻ｔ１におけるモータ回転速度Ｎ［単位：ｒｅｖ／ｓ］であり、「Ｎ_２」は、時刻ｔ２におけるモータ回転速度Ｎ［単位：ｒｅｖ／ｓ］である。

重量算出部４５は、推進力Ｆの算出結果と加速度ａの算出結果とに基づいて、荷物重量Ｍを算出する演算装置である。重量算出部４５は、荷物重量Ｍを算出するために、まず、運動物体Ｄに係る重量（以下、「運動物体重量ｍ」という）を算出する。荷物Ｋを支持する昇降体Ｌが加速して上昇または下降するとき、運動物体Ｄについて、下記の運動方程式が成立するものとする。数式において、「ｍ」は、運動物体重量ｍ［単位：ｋｇ］であり、「ｇ」は、重力加速度［単位：ｍ／ｓ^２］である。

本実施形態の重量算出部４５は、推進力算出部４３で算出された推進力Ｆ’と、加速度算出部４４で算出された加速度ａとに基づいて、（数式８）を変形した下記の（数式９）を演算することにより、運動物体重量ｍを算出する。

そして、重量算出部４５は、運動物体重量ｍから昇降体Ｌに係る重量を減算することにより、荷物重量Ｍを算出する。すなわち、重量算出部４５は、算出された運動物体重量ｍと、インナーマスト２４およびスプロケット２７Ａの重量（以下、「１段目重量ｍ_１」という）と、リフトブラケット２５およびフォーク３０の重量（以下、「２段目重量ｍ_２」という）とに基づき、荷物重量Ｍを算出する。なお、アウターマスト２３に対するインナーマスト２４の昇降速度は、アウターマスト２３に対するリフトブラケット２５の昇降速度の二分の一であるため、重量算出部４５は、１段目重量ｍ_１の重量は二分の一に換算して減算を行う。具体的には、重量算出部４５は、下記の（数式１０）を演算することにより、荷物重量Ｍを算出する。数式において、「ｍ’」は、荷物重量Ｍ［単位：ｋｇ］であり、「ｍ_１」は、１段目重量ｍ_１［単位：ｋｇ］であり、「ｍ_２」は、２段目重量ｍ_２［単位：ｋｇ］である。

本実施形態においては以下の効果が得られる。
（１）電動リフト２０は、重量推定装置４０を備え、重量推定装置４０は、モータ電流Ｉに基づいて推進力Ｆを算出する推進力算出部４３と、モータ回転速度Ｎに基づいて加速度ａを算出する加速度算出部４４と、推進力Ｆの算出結果と加速度ａの算出結果とに基づいて、荷物重量Ｍを算出する重量算出部４５とを備える。このため、安価な構成で荷物Ｋの重量を推定することができ、電動モータ２１に流れる電流の検出結果だけに基づいて荷物Ｋの重量が算出される場合に比べて、荷物Ｋの重量を精確に推定することができる。

（２）昇降体Ｌの上昇時と下降時とでは、電動モータ２１から昇降体Ｌに伝達される動力の損失は異なり、推進力算出部４３は、昇降体Ｌの昇降時における荷物Ｋの昇降方向（上方または下方）に基づいて、推進力Ｆの算出結果を補正する。このため、荷物Ｋの重量をより精確に推定することができる。

（３）昇降体Ｌの昇降速度に応じて、電動モータ２１から昇降体Ｌに伝達される動力の損失は異なり、推進力算出部４３は、昇降体Ｌの昇降時における荷物Ｋの昇降速度（昇降体Ｌの昇降速度）に基づいて、推進力Ｆの算出結果を補正する。このため、荷物Ｋの重量をより一層精確に推定することができる。

（４）重量算出部４５は、昇降体Ｌの１回の上昇時または１回の下降時に、荷物重量Ｍを算出する。このため、昇降体Ｌの上昇と下降とを繰り返して荷物Ｋの重量を算出する場合に比べて、荷物Ｋの重量を速やかに推定することができる。

（５）フォークリフト１は、重量推定装置４０を備えた電動リフト２０を備えているため、フォーク３０が受けている荷重に係る情報を、オペレータに対して報知することが可能となる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記構成を変更することもできる。例えば、以下のように変更して実施することもでき、以下の変更を組み合わせて実施することもできる。

・重量推定装置４０の構成を適宜変更することもできる。例えば、荷物Ｋの重量が精確に推定できるのであれば、推進力算出部４３は、推進力Ｆの算出結果を補正しなくてもよい。

・フォーク３０を昇降させることができるのであれば、第１動力伝達機構２６の構成および第２動力伝達機構２７の構成を変更してもよい。例えば、チェーン２６Ｃが無端状に形成されていてもよい。

・フォーク３０を昇降させることができるのであれば、電動リフト２０の構成を変更してもよい。例えば、電動リフト２０が、３段以上の多段マスト（図示略）を備える構成であってもよい。また、電動リフト２０が、シングルマスト（図示略）を備える構成であってもよい。

・重量推定装置４０を備える荷役車両は、リーチ式のフォークリフト（図示略）であってもよい。また、フォークリフト以外の荷役車両（例えば、フォークを備えていないピッキングリフト）が重量推定装置４０を備えていてもよい。

１フォークリフト（荷役車両）
１０車両本体
２０電動リフト
２１電動モータ
２２減速機
２３固定マスト
２４可動マスト
２５リフトブラケット
２６第１動力伝達機構
２６Ａスプロケット
２６Ｂスプロケット
２６Ｃチェーン
２７第２動力伝達機構
２７Ａスプロケット
２７Ｂチェーン
３０フォーク
４０重量推定装置
４１電流検出部
４２回転速度検出部
４３推進力算出部
４４加速度算出部
４５重量算出部
Ｋ荷物
Ｘ前後方向
Ｚ上下方向

Claims

モータトルクが固定子に流れる電流の二乗に比例する特性を有している電動モータと、前記電動モータの動力により昇降する昇降体と、前記昇降体が支持する荷物の重量を推定する重量推定装置とを備える電動リフトであって、
前記重量推定装置は、
前記電動モータの固定子に流れる電流を検出する電流センサにより構成された電流検出部と、
前記電動モータの回転子の回転速度を検出する回転速度センサにより構成された回転速度検出部と、
前記電動モータが前記荷物に付与する推進力を、前記電流検出部により検出された前記電動モータの電流に基づいて算出し、前記推進力の算出結果を、前記昇降体が上昇した場合と下降した場合とで異なる数式に従って補正する推進力算出部と、
前記昇降体の上昇時または下降時の前記荷物の加速度を、前記回転速度検出部により検出された前記電動モータの回転速度に基づいて算出する加速度算出部と、
補正された前記推進力の算出結果と、前記加速度の算出結果とに基づいて、前記荷物の重量を算出する重量算出部とを備え、
前記推進力算出部は、前記推進力を「Ｆ」とし、前記電動モータの電流を「Ｉ」とし、前記電動モータの１回転当たりの前記荷物の昇降量を「Ｂ」とし、前記電動モータの特性に依存する定数を「Ｋ」とする下記の（式１）に従って前記推進力を算出し、

前記加速度算出部は、前記加速度を「ａ」とし、第１の時刻における前記電動モータの回転速度を「Ｎ_１」とし、第２の時刻における前記電動モータの回転速度を「Ｎ_２」とし、前記第１の時刻から前記第２の時刻までの時間を「ｔ」とし、前記電動モータの１回転当たりの前記荷物の昇降量を「Ｂ」とする下記の（式２）に従って前記加速度を算出し、

前記重量算出部は、運動物体重量を「ｍ」とし、補正された前記推進力を「Ｆ’」とし、前記加速度を「ａ」とし、重力加速度を「ｇ」とする下記の（式３）に従って前記運動物体重量を算出し、

さらに、前記重量算出部は、算出された前記運動物体重量から前記昇降体に係る重量を減算することによって前記荷物の重量を算出する
ことを特徴とする電動リフト。
前記推進力算出部は、前記昇降体の昇降時における前記荷物の昇降速度に基づいて、前記推進力の算出結果を補正し、
前記重量算出部は、前記荷物の昇降方向および昇降速度に基づいて補正された前記推進力の算出結果と、前記加速度の算出結果とに基づいて、前記荷物の重量を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の電動リフト。
前記重量算出部は、前記昇降体の１回の上昇時または１回の下降時に、前記荷物の重量を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動リフト。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動リフトを備えている
ことを特徴とする荷役車両。