JPH0755009B2 - 電気車の走行用モ−タ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は電気車の走行用モータ制御装置に関するもの
である。

（従来技術） 従来、例えば、バッテリフォークリフトの走行用モータ
の駆動制御には通常はチョッパ制御か採用されている。
このチョッパ制御は予めアクセルペダルの操作量に対す
るチョッパ信号の導通率（通流率）がきめられ、このチ
ョッパ信号にてスイッチングトランジスタをオン・オフ
制御させて走行用モータに直流電源を印加させ同モータ
を速度制御するものである。又、そのオン・オフの周波
数、つまりチョッパ周波数の上限はスイッチング素子の
損失から決められている。

一方、バッテリフォークリフトにおいてはパワースター
トスイッチが設けられ、急加速する際、溝に落ちてその
溝から抜け出る際、又は、坂道を登坂する際、このスイ
ッチをオン操作し前記チョッパ制御を無効化して走行用
モータを直流電源と直結し同モータのトルクを最大にす
るようにしていた。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、チョッパ装置には公知の過電流制限回路が付
加されており、走行用モータが低回転の場合スイッチン
グ素子の許容最大電流で導通率が制限されるようになっ
ている。そのため、アクセル踏み角が最大の場合でも導
通率は上記理由で制限を受ける。その際、走行用モータ
は低回転域のため等価インピーダンスは低く通常走行時
に比べて電機子電流のリップルが多くなる。しかも、導
電率は上記過電流制限回路で抑さえるため、電機子平均
電流は低く抑えられてしまい、その分走行用モータのト
ルクは小さくなっていた。

従って、低速走行状態からパワースタートスイッチを操
作し走行用モータに大きな電流を流してトルクを上げる
際、そのトルク変動差が大きく駆動系に大きなショック
を与えシャフト等を折損させるといった問題があった。

この発明は上記問題点を解消するために、短時間内であ
ればスイッチング素子の損失を無視できるため、チョッ
パ周波数を上げることが可能であることに着目してパワ
ースタートスイッチをオン操作して走行モータを直流電
源と直結し同モータのトルクを最大にする前の段階で許
容電流値の範囲内でチョッパ周波数を上げることにより
電機子平均電流を上げ走行用モータのトルクを上げるこ
とにより、そのトルク変動差を小さくし駆動系に加わる
ショックを押える電気車の走行用モータ制御装置を提供
するにある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明は上記目的を達成するために、電気車を走行さ
せる走行用モータと、前記走行用モータに直流電源を供
給制御するスイッチング素子と、アクセルペダルの操作
量を検出するペダル操作量検出装置と、ペダル操作量検
出装置からの検出信号を入力し、前記アクセルペダルの
操作量に対応したチョッパ信号を前記スイッチング素子
に出力する第１のチョッパ制御手段と、前記スイッチン
グ素子に対して並列に接続されたバイパススイッチと、
前記バイパススイッチをオンさせるパワースタートスイ
ッチとからなる電気車の走行用モータ制御装置におい
て、 前記パワースタートスイッチのオン操作に応答して通常
加速時よりも高い周波数のチョッパ信号を前記スイッチ
ング素子に出力する第２のチョッパ制御手段と、前記パ
ワースタートスイッチのオン操作後、予め定めた時間経
過した時、前記バイパススイッチをオンさせる駆動制御
手段とを備えてなる電気車の走行用モータ制御装置をそ
の要旨とするものである。

（作用） パワースタートスイッチがオン操作されると、そのオン
操作に応答して第２のチョッパ制御手段は第１のチョッ
パ制御手段のチョッパ信号より高い周波数のチョッパ信
号をスイッチング素子に出力して、走行用モータの電機
子に流れる電流の平均電流値を上げ、トルクを上げる。
所定時間後、駆動制御手段にて前記バイパススイッチを
オンさせ走行用モータのトルクを最大にまで上げる。こ
こで、第２のチョッパ制御手段によりチョッパ信号の周
波数を高くすると、走行用モータの電機子に流れる電流
の平均電流値が上げられる一方で、走行用モータの電機
子に流れる電流のピーク電流値は変わらないため、走行
用モータを最大定格電流の大きなものにする必要が生じ
ない。

（実施例） 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図はバッテリー式フォークリフトの駆動回路を示
し、走行用モータ１は走行用コンタクタ２を介してバッ
テリー３に接続されている。走行用モータ１は直巻の直
流電動機であって、図示しない駆動輪を駆動させるよう
になっている。

前記走行用モータ１の界磁巻線1aには前進用コンタクタ
４及び後進用コンタクタ５が接続され、両コンタクタ4,
5の切り換え動作に基づいて走行用モータ１を正逆回
転、すなわち、フォークリフトを前後進させるようにな
っている。

スイッチング素子としての走行用スイッチングトランジ
スタ（以下、走行用トランジスタという）６は前記走行
用モータ１に対して直列に接続されていて、そのベース
端子に入力される後記するチョッパ信号に基づいてオン
・オフされ同走行用モータ１を駆動制御する。バイパス
スイッチとしてのバイパスコンタクタ７は前記走行用ト
ランジスタ６のコレクタ・エミッタ間に接続される。

次に、上記のように構成された駆動回路の各コンタクタ
及びトランジスタを動作制御して走行用モータ１を制御
する電気回路を第２図に従って説明する。

ペダル操作量検出装置11はポテンショメータよりなり、
運転席に設けられたアクセルペダル12の踏み込み量を検
出し、その検出信号をA/D変換器13を介してデジタル信
号に変換して後記する中央処理装置16に出力する。又、
パワースタートスイッチ14は運転席に設けられ作業者の
操作でオン・オフされ、オン・オフ信号がインターフェ
イス15を介して中央処理装置16に出力されるようになっ
ている。

第１及び第２のチョッパ制御手段及び駆動制御手段とか
らなる中央処理装置（以下、CPUという）16は読み出し
専用のメモリ（ROM）よりなるプログラムメモリ17に記
載された制御プログラムに基づいて動作するようになっ
ている。CPU16はペダル操作量検出装置11からの検出信
号、及び、パワースタートスイッチ14からのオン・オフ
信号を入力する。

そして、CPU16は検出信号に基づいてその時のペダル12
の操作量を割り出すようになっている。この割り出しは
前記プログタムメモリ17に前記制御プログラムの外に予
め記載されている検出信号に対する操作量データに基づ
いて割り出すようになっている。

そして、CPU16はこの割り出したアクセルペダル12の操
作量に対応する走行用モータ１の回転速度に同モータを
制御するための制御信号をプログラマブルタイマ（以
下、PTMという）18に出力する。PTM18はこの制御信号に
基づいて、すなわち、アクセルペダル12の操作量に応じ
たパルス幅変調されたパルス信号を出力する。

このパルス信号はトランジスタ19に出力され、同トラン
ジスタ19をオン・オフさせることによって前記走行用ト
ランジスタ６のベース端子にチョッパ信号を出力するよ
うになっている。

従って、このチョッパ信号に基づいて走行用トランジス
タ６がオン・オフされることによって、走行用モータ１
の電機子1bに流れる電流は第３図に示すような波形とな
る。なお、第３図は走行用モータ１が低回転の状態、す
なわち、フォークリフトがごく低速の状態における電機
子1bの電流値Ｉを示し、電流の上限は電流制限されるた
め、電機子1bの電流波形の脈動率α（＝ピーク電流値Ip
/平均電流値Ia）は大きくなっている。

又、CPU16はパワースタートスイッチ14のオン操作に基
づくオン信号を入力した時、アクセルペダルの操作量が
既定値（実施例では80％）以上に達していた場合同CPU1
6に内蔵したタイマを作動させるとともに、チョッパ周
波数を上げる。

つまり、CPU16はPTM18が出力していたその時のアクセル
ペダル12の操作量に対するパルス信号の周波数より高い
周波数のパルス信号を次段のトランジスタ19に出力する
ための制御信号を演算して同PTM18に出力する。PTM18は
この制御信号に基づいて周波数の高いパルス信号をトラ
ンジスタ19に出力する。その結果、走行用トランジスタ
６のオン・オフの周期は短くなり、電機子1bに流れる電
流Ｉは第４図に示すような波形となる。

そして、第３図及び第４図から明らかなように、アクセ
ルペダル12をいっぱいに踏み込んだ状態においてパワー
スタートスイッチ14がオンされたことに基づく周波数の
高いパルス信号に対する電機子1bの電流波形の脈動率α
は小さくなり、平均電流値Iaは大きくなる。従って、こ
の平均電流値Iaが大きくなっただけ走行用モータ１のト
ルクは増加することになる。一方、走行用モータ１の電
機子1bに供給されるピーク電流値Ipは、第３図に示す走
行用モータ１の低回転の状態におけるピーク電流値Ipに
比べ、変化しない。

又、CPU16は前記内蔵されたタイマが予め定めた時間
（本実施例では２秒）経過してタイムアップすると、イ
ンターフェイス20を介して同トランジスタ21をオンさせ
るための制御信号を出力する。このトランジスタ21がオ
ンされることにより、バイパスコンタクタ駆動用リレー
22が励磁制御されて前記バイパスコンタクタ７を閉路さ
せる。

従って、このバイパスコンタクタ７が閉路されることに
より、前記トランジスタ６のチョッパ制御は無効化さ
れ、走行用モータ１には大電流（最大許容電流）が流れ
る。その結果、走行用モータ１のトルクは最大になる。

又、CPU16は図示しない前後進レバーの操作に基づいて
インターフェイス20を介して同トランジスタ23,24をオ
ン・オフさせるための制御信号を出力する。そして、こ
のトランジスタ23,24がオン・オフ制御されると、前進
及び後進用コンタクタ駆動用リレー25,26が励磁制御さ
れ、前進及び後進用コンタクト4,5が開閉制御されるこ
とになる。

なお、作業用メモリ27は読み出し及び書き換え可能なメ
モリ（RAM）であって、前記CPU16が演算した演算結果が
一時記憶されるようになっている。

次に上記のように構成した制御装置の作用について説明
する。

今、アクセルペダル12を深く踏み込み坂道をフォークリ
フトが登坂している状態において、さらに、馬力を上げ
て、すなわち、走行用モータ１のトルクを最大にして坂
道を登りきるために、パワースタートスイッチ14がオン
操作されると、CPU16は同CPU16に内蔵したタイマを作動
させるとともに、先にアクセルペダル12の操作量に基づ
いてPTM18に出力していた制御信号の出力を中止する。
従って、この時点で第３図に示す走行モータ１への電流
制御は中止される。

そして、CPU16はPTM18が出力していたその時のアクセル
ペダル12の操作量に対するパルス信号の周波数より高い
周波数のパルス信号を同PTM18を介してトランジスタ19
に出力する。その結果、走行用トランジスタ６のオン・
オフの周期は非常に短くなり、電機子1bに流れる電流は
第４図に示すような波形となり、パワースタートスイッ
チ14を操作する前の走行用モータ１の電機子1bに供給さ
れる平均電流値Iaは大きくなる。従って、この平均電流
値Iaが大きくなっただけ走行用モータ１のトルクは増加
することになる。

そして、２秒経過してCPU16に内蔵されたタイマがタイ
ムアップすると、CPU16はインターフェイス20を介して
トランジスタ21をオンさせバイパスコンタクタ駆動用リ
レー22を励磁制御させることによりバイパスコンタクタ
７を閉路させる。

そして、バイパスコンタクタ７が閉路されると、前記ト
ランジスタ６のチョッパ制御は無効化され、走行用モー
タ１の電機子1bには最大許容電流値いっぱいの電流が流
れ、走行用モータ１のトルクは最大となって、フォーク
リフトは坂道を容易に登坂することができることにな
る。

この時、本実施例においては、走行用モータ１のトルク
を最大にする前に、その時のアクセルペダル12の操作量
に対するパルス信号の周波数より高い周波数のパルス信
号をトランジスタ19に出力し、走行用トランジスタ６の
オン・オフの周期を非常に短くして、走行用モータ１の
電機子1bに流れる平均電流値Iaを上げる。

そして、この平均電流値Iaが大きくなっただけ走行用モ
ータ１のトルクは上がることにより、走行用モータ１の
トルクを最大にすることに伴なって生ずるトルク変動差
を小さくでき、しかも、トルクが上昇することにより必
然的にモータの回転数は上昇する結果、電機子電流Ｉの
dI/dtは下がりますます電流Ｉを上げることができバイ
パス投入時の突入電流を下げることができるため、不必
要な最大トルクを抑えることができ、駆動系に加わるシ
ョックを抑えモータシャフト等の強度を不必要に強くす
る必要がない。

しかも、第４図に示す走行用モータ１の電機子1bに供給
されるピーク電流値Ipは、第３図に示す走行用モータ１
の低回転の状態におけるピーク電流値Ipに比べ、変化し
ない。そのため、本実施例においては、走行用モータ１
を最大定格電流の大きなものにする必要がない。

発明の効果 以上詳述したように、この発明によればパワースタート
スイッチをオン操作して走行用モータを直流電源と直結
し同モータのトルクを最大にする前の段階で許容電流値
の範囲内で電機子電流を制御しチョッパ同期を上げるこ
とにより、走行用モータのトルクを上げることにより、
そのトルク変動差を小さくし駆動系に加わるショックを
押えることができ、モータシャフト等の強度を不必要に
強くする必要がなくなるという優れた効果を有する。
又、第２のチョッパ制御手段によりチョッパ信号の周波
数を高くすると、走行用モータの電機子に流れる電流の
平均電流値が上げられる一方で、走行用モータの電機子
に流れる電流のピーク電流値は変化しないため、走行用
モータを最大定格電流の大きなものにする必要がなく、
結果的にコストの増大を抑えることができるとともに、
走行用モータの電機子の破損を未然に防止でき信頼性を
向上させることができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化したフォークリフトの駆動回
路図、第２図は同じく走行用モータ制御装置の電気ブロ
ック回路図、第３図はアクセルペダルの操作量に対する
電機子電流を説明するための電流波形図、第４図は走行
用モータのトルクが最大となる前段階の電流波形図であ
る。 図中、１は走行用モータ、２は走行用コンタクタ、３は
バッテリー、４は前進用コンタクタ、５は後進用コンタ
クタ、６は走行用トランジスタ、７はバイパスコンタク
タ、11はペダル操作量検出装置、12はアクセルペダル、
14はパワースタートスイッチ、16は中央処理装置（CP
U）、18はプログラマブルタイマ、12はトランジスタ、2
2はバイパスコンタクタ駆動用リレーである。

フロントページの続き (72)発明者 中村 智彦 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 尾関 峰夫 愛知県一宮市浅井町河田54 (72)発明者 鈴木 哲治 愛知県西春日井郡西枇把島町押花５ 若竹 寮 (56)参考文献 特開 昭55−37873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−7922（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−202803（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気車を走行させる走行用モータと、 前記走行用モータに直流電源を供給制御するスイッチン
   グ素子と、 アクセルペダルの操作量を検出するペダル操作量検出装
   置と、 ペダル操作量検出装置からの検出信号を入力し、前記ア
   クセルペダルの操作量に対応したチョッパ信号を前記ス
   イッチング素子に出力する第１のチョッパ制御手段と、 前記スイッチング素子に対して並列に接続されたバイパ
   ススイッチと、 前記バイパススイッチをオンさせるパワースタートスイ
   ッチと からなる電気車の走行用モータ制御装置において、 前記パワースタートスイッチのオン操作に応答してコン
   トローラの通常の最高チョッパ周波数より高い周波数の
   チョッパ信号を前記スイッチング素子に出力する第２の
   チョッパ制御手段と、 前記パワースタートスイッチのオン操作後、予め定めた
   時間経過した時、前記バイパススイッチをオンさせる駆
   動制御手段と を備えてなる電気車の走行用モータ制御装置。