JP6613233B2 - エネルギー効率のよい電気自動車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、リフトのブレーキ作用又は下降運動からのエネルギーを蓄えるか直ちに利用し、またこのエネルギーを蓄えた場合に、このエネルギーを車両の加速又は荷重の持ち上げに利用する、電気的なフォークリフト車、電気オーダピッカ又はそれらに類したものの如き作業車両によって生成されるエネルギーを回収する方法及びシステムに関するものである。

電気フォークリフトトラック又は電気オーダピッカの如き作業車両は、車両に動きを付与するために電気駆動手段を含んでいる。これらの車両は、フォークリフトの持ち上げ回路における場合のように、流体アクチュエータへ動力を供給する別個の流体システムを含んでいる。ブレーキ中の車両の運動エネルギーがバッテリを充電するために使用される電気エネルギーに変換される回生制動システムを形成するために、電気モータージェネレータを利用することは知られている。また、荷重下降時にアクチュエータによって生成された流体動力を流体アキュムレータによって蓄積し、アキュムレータからの加圧流体を荷重の持ち上げに補助する要求があった場合に使用することは知られている。しかし、これらのシステムのいずれも、回収されたエネルギーを最も効率的に使用するシステムではないことが判っている。

従って、回収エネルギーをより効率的に利用し、及び／又は一般的に改良が施された改良車両システムを提供することが望ましい。

本発明の１つの実施例では、車両の駆動列（ドライブトレーン）に接続された電力源と電気モータージェネレータとを含む電気システムと、ポンプと流体アクチュエータとを含む流体システムとを備えた車両が提供される。電気システムと流体システムの少なくとも一方は、駆動列からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換するか又は流体アクチュエータからの運動エネルギーを流体圧に変換するように設けられたエネルギー回収手段を含み、これらの電気及び流体システムは、回収エネルギーが電気エネルギーに変換されるか、その逆か、その両方の動作を行うように、接続されている。流体システムは、更に、流体アキュムレータを含んでいてもよい。

好ましくは、電気システムと流体システムとのいずれも、駆動列からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、また、流体アクチュエータからの運動エネルギーを流体圧に変換するように構成されたエネルギー回収手段を含んでいる。電気システム及び流体システムは、回収エネルギーが電気エネルギーから流体エネルギーに変換され、また、その逆の変換も行うように、接続されている。このようにして、回収電気エネルギーを蓄積用の流体エネルギーに変換し、また流体エネルギーを電気エネルギーに変換して、アキュムレータからのレットダウン（let down）の制御を介して最適な電流条件の下でバッテリを充電し、及び／又は、駆動モーターを駆動するために、アキュムレータから変換された電気エネルギーを使用することが可能である。さもなければ、電気制動エネルギーをリアルタイムで利用して流体持ち上げ用のポンプを駆動することができる。同様にして、流体運動エネルギーは、車両を駆動するのにリアルタイムで直ちに使用するために、回収時に、電気エネルギーに変換してもよい。

電気モータージェネレータは、好ましくは、駆動列からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成され、回収電気エネルギーがポンプを介して流体動力に変換され、流体アキュムレータに蓄積するように、流体システムに接続される。

電力源は、好ましくは、バッテリであり、回収電気エネルギーは、このバッテリを充電すること及び／又は流体動力に変換されてアキュムレータに蓄積されることに選択的に使用される。

流体システムは、ポンプに接続されていて、アキュムレータに蓄積された流体動力が電気エネルギーに変換されるように構成された電気モータージェネレータを含んでいてもよい。

蓄積された流体アキュムレータから生成された電気エネルギーは、駆動列に動きを付与すること、及び／又はバッテリを充電することを行うように、電気モータージェネレータに選択的に向けられる。エネルギーをこのように選択的に使用すると、回収エネルギーは、車両の瞬時の動力要求に基づいて、最も効率的な方法で指向されることができる。

車両は、また、流体システムの電気モータージェネレータに接続されたインバータ駆動部を含んでいてもよい。

この車両は、また、電気システムの電気モータージェネレータに接続されたインバータ駆動部を含んでいてもよい。

上記した車両において、電気システムの電気モータージェネレータは、牽引駆動部に接続され、車両に制動力を掛け、この制動中発生した運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される。

本発明の他の態様では、リフトトラック又は他に車両が提供されるが、この車両は、バッテリと、前記バッテリに電気的に接続され且つ第１のモータ／ジェネレータに接続されたインバータ駆動部と、前記第１のモータ／ジェネレータに結合された牽引駆動／制動部と、前記バッテリに電気的に接続され且つ第２のモータ/ジェネレータに接続された第２のインバータ駆動部と、前記第２のモータ/ジェネレータに結合され且つ流体アクチュエータと流体アキュムレータとを含む流体リフト回路に流体接続された流体ポンプ/モータとを備え、前記牽引駆動/制動部からの運動エネルギーは、電気エネルギーに変換されて、前記バッテリに蓄積されるか、流体動力に変換されるかが選択され、、且つ、アキュムレータに蓄積されるか、前記流体アクチュエータを起動するのに用いられるかが選択され、また、前記流体アクチュエータの起動から得られる運動エネルギーは、流体動力に変換されて、前記アキュムレータに蓄積されるか、電力に変換されるかが選択され、且つ前記バッテリに蓄積されるか、前記リフトトラックを移動すべきトルクに変換されるかが選択される。

本発明の他の態様では、作業機械が提供されるが、この作業機械は、バッテリと、前記バッテリに電気的に接続され且つ第１のモータ／ジェネレータに接続されたインバータ駆動部と、前記第１のモータ／ジェネレータに結合された牽引駆動部と、前記バッテリに電気的に接続され且つ第２のモータ/ジェネレータに接続された第２のインバータ駆動部と、前記第２のモータ/ジェネレータに結合され且つ流体アクチュエータと流体アキュムレータとを含む流体リフト回路に接続された流体ポンプ/モータとを備え、前記牽引駆動部は、前記第１のモータ/ジェネレータを選択的に駆動し、前記第１のモータ／ジェネレータは、前記牽引駆動部を選択的に駆動し、前記第２のモータ/ジェネレータは、前記流体ポンプ／モータを選択的に駆動し、前記流体ポンプ/モータは、前記第２のモータ／ジェネレータを選択的に駆動し、前記流体アクチュエータは、前記流体ポンプ/モータを選択的に駆動し、前記アキュムレータは、前記流体ポンプ/モータ又は前記流体アクチュエータからの流体圧を受け取って蓄積し、且つ前記流体アクチュエータ又は前記流体ポンプ/モータに選択的に流体圧を供給するようにしており、前記バッテリは、少なくとも一方のインバータ駆動部を介して少なくとも一方のモータ/ジェネレータから電力を選択的に受け取って蓄積し、且つ少なくとも一方のインバータ駆動部を介して少なくとも一方のモータ/ジェネレータに電力を選択的に供給するようにいている。

本発明の他の態様では、前記の作業機械を作動する方法が提供されるが、この方法は、前記バッテリ、前記アキュムレータ又は前記流体アクチュエータの単独又は組み合わせからからの動力を選択的に利用することによって前記牽引駆動部によって前記車両を移動する工程と、前記バッテリ、前記アキュムレータ又は前記牽引駆動部の単独又は組み合わせからの動力を選択的に利用することによって前記流体アクチュエータを操作する工程とを含んでいる。

本発明の他の態様では、作業機械が提供され、この作業機械は、バッテリと、前記バッテリに電気的に接続され且つモータ／ジェネレータに接続されたインバータ駆動部と、前記モータ／ジェネレータに結合された牽引駆動／制動部と、前記モータ/ジェネレータに結合され、且つ流体アクチュエータと流体アキュムレータとを含む流体回路に流体接続された第１の流体ポンプ／モータとを備え、前記牽引駆動部は、前記モータ/ジェネレータを選択的に駆動し、前記モータ／ジェネレータは、前記牽引駆動部を選択的に駆動し、前記モータ/ジェネレータは、前記流体ポンプ／モータを選択的に駆動し、前記流体ポンプ/モータは、前記モータを選択的に駆動し、前記流体アクチュエータは、前記流体ポンプ/モータを選択的に駆動し、前記アキュムレータは、前記流体ポンプ/モータ又は前記流体アクチュエータからの流体圧を受け取って蓄積し、且つ前記流体アクチュエータ又は前記流体ポンプ/モータに流体圧を選択的に供給するようにしており、前記バッテリは、前記インバータ駆動部を介して前記モータ/ジェネレータから電力を選択的に受け取って蓄積し且つ前記インバータ駆動部を介して前記モータ/ジェネレータに電力を選択的に供給するようにいている。

本発明の他の態様では、作業機械が提供され、この作業機械は、バッテリと、前記バッテリに電気的に接続され且つモータ・ジェネレータに接続されたインバータ駆動部と、前記モータ／ジェネレータに結合され且つ流体アクチュエータと第２の流体ポンプ／モータと流体アキュムレータとを含む流体リフト回路に接続された流体ポンプ/モータとを備え、前記バッテリは、前記インバータ駆動部を介して前記モータ／ジェネレータからの電力を選択的に受け取って蓄積し且つ前記インバータ駆動部を介して前記モータ・ジェネレータに電力を選択的に供給するようにしており、前記第２の流体ポンプ／モータは、牽引駆動／制動部に結合され、前記モータ/ジェネレータは、前記第１の流体ポンプ／モータを選択的に駆動し、前記第１の流体ポンプ／モータは、前記モータ／ジェネレータを選択的に駆動し、前記牽引駆動部は、前記第２の流体ポンプ／モータを選択的に駆動し、前記第２の流体ポンプ／モータは、前記牽引駆動部を選択的に駆動し、前記第１の流体ポンプ／モータは、前記第２の流体ポンプ／モータを駆動するか、前記流体アクチュエータに流体圧を供給するかのいずれかを選択し、前記第２の流体ポンプ／モータは、前記第１の流体ポンプ/モータを駆動するか、前記流体アクチュエータに流体圧を供給するかのいずれかを選択し、前記流体アクチュエータは、前記第１又は第２の流体ポンプ／モータを選択的に駆動し、前記アキュムレータは、前記第１と第２の流体ポンプ/モータ又は前記流体アクチュエータからの流体圧を受け取って蓄積し、且つ前記流体アクチュエータ又は前記第１又は第２の流体ポンプ/モータに選択的に流体圧を供給するようにしている。

以下の図面を参照して本発明を例示的に過ぎない実施例を説明する。
図１は、牽引駆動/制動部を駆動する第１のモータ/ジェネレータと流体ポンプ/モータ用の第２のモータ/ジェネレータを用いる本発明によって構成されたシステムの第１の実施例の概略図である。 図２は、牽引駆動/制動部及び流体ポンプ/モータを駆動する単一のモータ/ジェネレータを用いる本発明によって構成された第２の例示的な実施例の概略図である。 図３は、単一のモータ/ジェネレータと少なくとも２つの流体ポンプ/モータを用いた本発明により構成されたシステムの第３の例示的な実施例の概略図である。 図４は、２つのモータ/ジェネレータと少なくとも２つの流体ポンプ/モータを用いた本発明により構成されたシステムの第４の例示的な実施例の概略図である。 図５は、図４のシステムの第１の作動状態を示す図である。 図６は、図４のシステムの第２の作動状態を示す図である。 図７は、図４のシステムの第３の作動状態を示す図である。 図８は、図４のシステムの第４の作動状態を示す図である。

図１を参照すると、リフトトラック又はフォークリフトの如き作業車両用のシステムが示されている。このシステム１０は、第１のモータ/ジェネレータ４０に電気的に接続された第１のインバータ駆動部３０に接続されたバッテリ２０と、第２のモータ/ジェネレータ４２に電気的に接続された第２のインバータ駆動部３２とを備えている。第１のモータ/ジェネレータ４０は、システム１０の牽引駆動/制動部５０又は車輪に機械的に接続される。第２のモータ/ジェネレータ４２は、流体ポンプ／モータ６０に機械的に接続され、流体ポンプ／モータ６０は、リフトトラックの機能を操作するシリンダ動作用の複数のバルブを含む流体回路７０に接続されている。これらの機能は、リフトの昇降と、傾斜と、到達と、側動とを含んでいる。回路７０は、また、リフトの機能を操作するポンプ/モータ６０とリフトシリンダ７２とその他のシリンダ７４、７６、７８に選択的に接続されるアキュムレータ８０を含んでいる。

バッテリ２０は、典型的には、インバータ駆動部３０、３２に直流電力を供給したり、インバータ駆動部３０，３２から直流電力を受け取ったりするように電気的に接続された直流バッテリである。インバータ駆動部３０、３２は、共通バス３４を介して相互に電気的に接続されているので、インバータ駆動部３０、３２は、一方から他方に電力を通したり、この電力をアキュムレータで直ちに使用したりアキュムレータに蓄積したりする目的でバッテリ２０をバイパスしたりすることができる。インバータ駆動部３０、３２は、モータ/ジェネレータ４０、４２にＡＣ電力を供給したりモータ／ジェネレータ４０，４２からＡＣ電力を受け取ったりするように電気的に接続されて、モータとジェネレータとしての両方の操作をする。第１のモータ/ジェネレータ４０は、作業車両の加速中に牽引駆動部として作動し、車両の減速中に牽引ブレーキとして作動する牽引駆動／制動部５０に機械的に接続されている。第２のモータ/ジェネレータ４２は、アキュムレータ８０にチャージするか流体シリンダ７２，７４，７６，７８を駆動する場合にポンプとして作動し、流体アキュムレータ８０又は流体リフトシリンダ７２からの流体圧が牽引駆動部５０に動力を供給かバッテリ２０に蓄積する電力を提供すのに用いられる場合にモータとして作動する流体ポンプ／モータ６０に接続されている。モータ/ジェネレータ４０、４２は、可変速駆動部である。インバータ駆動部３０、３２は、ＰＭＡＣ駆動部又は他の適当なインバータ駆動部である。

このシステムの動作は、次の通りである:

「スタンバイ」モードでは、第２のモータ／ジェネレータ４２は、バッテリ２０から外されて最適な速度とトルクで運転されてアキュムレータ８０をチャージするために、流体ポンプ/モータ６０を回転している。

「加速駆動」モードでは、モータ/ジェネレータ４０は、バッテリ２０から電力を受け取り、アキュムレータ８０からの流れを用いて流体ポンプ／モータ６０を駆動して、モータ／ジェネレータ４２を回転することによってモータ駆動操作を補助し、電力は、共通バス３４を経て直接移送される(バッテリへ戻すのではない)。

「減速駆動」モードでは、第１のモータ/ジェネレータ４０は、発電機として電力を生成し、この電力は、バッテリ２０に戻ることができるか、一層効率的に第２のモータ／ジェネレータ４２に送られてアキュムレータ８０を所要のようにチャージする。

「リフト」モードでは、アキュムレータ８０は、流体アクチュエータ７２の速動に用いられて、モータ４２が所要のように支援される。モータ/ジェネレータ４２のみで精度良い動きがなされる。また、リフトアクチュエータ７２用の動力は、バッテリ２０からも得られ、もし、可能であれば、モータ/ジェネレータ４０からの動力を用いてもよい。

「下降」モードでは、モータ／ジェネレータ４２によって速度が設定されるが、アキュムレータをチャージする必要があるなら、負荷モータによって、またアキュムレータ８０が完全にチャージされているなら電気を発生する。リフトアクチュエータ７２を下降することによって発生する再生動力は、アキュムレータ８０、牽引モータ４０又はバッテリ２０（バッテリが最低の効率再生である場合）に利用可能である。

補助機能部７４，７６，７８は、モータ/ジェネレータ４２が所要の通り補助されながらアキュムレータ８０によって動力が供給される。

意図することは、最適のパワー/トルクモードでモータ/ジェネレータ４０、４２を運転し、できるだけ大きな制動又は下降エネルギーを再生することである。バッテリ２０に戻すというよりは、反対側のモータ／ジェネレータに回収された動力を移送することが一層効率的である。

例えば、減速中、牽引モータ/ジェネレータ４０は、モータ/ジェネレータ４２を駆動し、また移送モード中に、アキュムレータ８０をチャージするのに使用される電力を生成する。移送モード中のモータ/ジェネレータ４２の運転は、ピーク時需要のバランスを保つのを支援することになる。加速と上昇とは、マシンサイクルの需要が小さい間中にアキュムレータ８０にチャージされているアキュムレータ８０によって補助される。

図２に示された第２の実施例では、システムは、１つのモータ／ジェネレータ４０が牽引駆動／制動部５０と流体ポンプ／モータ６０の両方を駆動したりこれらの両方によって駆動されたりするのを示す。従って、このシステム１０’は、バッテリ２０とモータ/ジェネレータ４０のとの間に単一のインバータ駆動部３０を用いている。この第２の実施例は、他の構成では、第１の実施例と同様であるが、構成要素のコストの著しい減少をもたらす。幾つかの同時の動作を余儀なくされるが、これは経費削減との引き換えに対して対比されるであろう。

図３に示される第３の実施例では、１つのモータ／ジェネレータ４０は、第１の流動ポンプ／モータ６０と、牽引駆動／制動部５０に結合された第２の流体ポンプ/モータ６２との両方を駆動したり、これらの両方によって駆動されたりするのが示されている。この第２のポンプ/モータ６２と第１のポンプ／モータ６０とは、流体回路７０によって相互に接続されたり、流体アクチュエータ７２と流体アキュムレータ８０に接続されたり選択される。従って、このシステム１０”は、バッテリ２０とモータ/ジェネレータ４０の間で単一のインバータ駆動部３０を用いている。この第３の実施例は、他の構成では、第１の実施例と類似しているが、構成要素のコストの著しい減少をもたらす。幾つかの同時の動作を余儀なくされるが、これは経費削減との引き換えに対して対比されるであろう。

図４では、他の実施例が示され、この実施例は、運動エネルギーを再生し、このエネルギーを用いて牽引モータ又は流体式モータのいずれかを駆動することによって、バッテリ電力消費量を節約している。その利点は、最適のトルクと速度カーブでモータを運転せしめて、バッテリからの全面的な電力需要のピークと谷との平衡を保つことである。最も効率的なエネルギー回収は、回収した電気エネルギーを反対側のモータの駆動部に直接移送するか、もし、このモータが、又はこのモータが付加的な電力を必要としない場合には、流体ポンプを駆動してアキュムレータにチャージすることによって得られる。このアプローチは、全面的な電力消費量の利益を生み出すことになる。追加の利点は、主な動力成分(バッテリ・モータ及び駆動部)の寸法を縮小することである。

図４のシステムは、図５乃至図８の動作状態で示されている。図５では、モータは、バッテリからエネルギーを取り出して、(移送モード中)アキュムレータにチャージするために、最適の速度でポンプを運転する。どんな制動エネルギーも電力を発生してバッテリから電力を取り出す必要を回避するのに使用することができる。アキュムレータは、傾斜リーチ用及び側動用シリンダを動作するような寸法を有し、所要なら、ポンプ流を補助の目的に使用する。

図６では、上昇中、牽引モータによって発生した制動エネルギーは、流体モーターを補助するのに使用することができ、これもバッテリからの電流の引き出しを減少することになる。速度とフォークの位置制御は、モータ速度を変えることによって達成される。

図７では、フォークに重量がかかっていないで重力を低下するために、比例ＲＶを経てタンクへの流体をバイパスすることができる。シリンダを遅くするために、ＲＶ圧力を徐々に上げてポンプを駆動して電気を発生する。このようにすると、牽引モータの駆動を促進し、バッテリからの電流の引出しを回避することができる。荷重が重い場合には、より多くのエネルギーが回収されるが、速度とフォーク位置の制御は、モータ速度を変えることにより達成される。

図８では、アキュムレータは、加速中に牽引駆動を促進し、同様にバッテリからの電力消費量を削減するために電力を発生するポンプモータを運転するのに使用することができる。リーチ、傾斜及び側動機能は、通常、このアキュムレータによって作動され、これは一層効率的であり、昇降中に同時に動作するのを許す。

図示していないが、ディスクブレーキは、補助ブレーキとして用いてもよく、これは、駐車ブレーキとしても作動することができる。ドライバーが車内/座席にいない場合に、ディスクブレーキ用にフェールセーフを利用することができる。

上記明細書で特別に重要であると考えられる発明の特徴に注意を引き付けようと努力しつつ、出願人は、明細書で特に強調していようがしていなかろうが、本明細書に記載し、図示した任意の特許性ある特徴又は特徴の組み合わせに関する保護を要求することは理解されるべきである。

Claims (9)

1. 電力供給源とリフトトラックの駆動列に接続された電動モータ―ジェネレータとを含む電気システムと、前記リフトトラックを昇降し、且つ前記リフトトラックの昇降の追加の補助運動とを行わせしめる流体システムとを備え、前記流体システムは、流体圧ポンプ／モータと前記リフトトラックを昇降するように構成された主流体アクチュエータと、前記リフトトラックの追加の補助運動を行わせしめるように構成された１つ以上の補助流体アクチュエータとを含み、前記流体システムは、流体動力の方向を前記流体圧ポンプ／モータに最初に向けることなく、前記１つ以上の補助流体アクチュエータを流体駆動するように、前記主流体アクチュエータから流体動力の方向を選択的に変えるように構成されているリフトトラック。
2. 請求項１に記載のリフトトラックであって、前記流体システムは、流体アキュムレータを更に含んでいるリフトトラック。
3. 請求項１に記載のリフトトラックであって、 前記電動モータ―ジェネレータは、前記駆動列からの運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成され、且つ前記電気エネルギーが前記流体圧ポンプ／モータを経て流体動力に変換されるように前記流体システムに接続されているリフトトラック。
4. 請求項３に記載のリフトトラックであって、前記電力供給源は、バッテリーであり、前記電気エネルギーは、前記バッテリーを充電するために選択的に使用されるリフトトラック。
5. 請求項２に記載のリフトトラックであって、前記流体システムは、流体ポンプ／モータに接続されて前記流体アキュムレータに蓄積された流体動力が電気エネルギーに変換されるように構成された他のモータ―ジェネレータを含んでいるリフトトラック。
6. 請求項５に記載のリフトトラックであって、前記流体アキュムレータから発生した電気エネルギーは、前記駆動列に動きを付与するか、及び／又はバッテリーをチャージするかのために前記電気システムの前記電動モータージェネレータに選択的に向けられるリフトトラック。
7. 請求項１に記載のリフトトラックであって、前記流体システムは、前記流体圧ポンプ／モータに接続された他のモータジェネレータと、前記流体システムの前記他のモータージェネレータに接続されたインバータ駆動部とを含むリフトトラック。
8. 請求項１に記載のリフトトラックであって、前記電気システムの前記電動モータージェネレータに接続されたインバータ駆動部を更に含むリフトトラック。
9. 請求項１に記載のリフトトラックであって、前記電気システムの前記電動モータージェネレータは、牽引駆動部に接続され、且つ前記リフトトラックに制動力を掛け、且つ制動中に発生した運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成されているリフトトラック。

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