JPH10327502A - 産業車両用直流電動機の回生制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクセルの戻し操作量Δａの大きさに関わら
ず適正な制動動作を実現することができる簡素な構成の
産業車両用直流電動機の制御装置の提供。 【解決手段】 速度判定手段（例えば電機子電圧検出手
段１１）と，電流検出手段１２，１３と，アクセルセン
サー１４と，電圧と電流とを調整する電機子調整手段
と，界磁電流調整手段３０と，制御手段４０とを有し，
回生制御時では略一定の制動トルクＴｂにより制動し，
操作後の上記アクセルセンサーの出力信号ａ２に対応す
る電動機の目標回転速度ｖｏと回生制動開始時の回転速
度ｖｓとの差Δｖｓが大きいほど上記制動トルクＴｂを
大きく設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，産業車両を駆動する直流電動機
の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】バッテリを電源として直流電動機によって
駆動される産業車両は，力行時には電力効率を良好に維
持しつつアクセルの操作量に対応する目標速度となるよ
う電動機を制御する。また，制動時には，電動機のエネ
ルギーをできるだけバッテリに回生し，電力消費量がで
きるだけ少なくなるよう制御される。

【０００３】即ち，図１１に示すように，力行時には，
回転センサー９１により電動機９０の回転数を検出し，
電機子回路駆動トランジスタ９２１及び界磁回路駆動ト
ランジスタ９３１〜９３４（９３１，９３３の組又は９
３２，９３４の組）を所定の電流方向にチョッパー制御
し（回生トランジスタ９２２はオフ），電機子電流Ｉａ
および界磁電流Ｉｆを調整してアクセル操作量ａに対応
する目標回転数となるよう制御する。

【０００４】同図において，符号９９１はバッテリ，符
号９９２はアクセルの操作量を検出するアクセルセンサ
ー，符号９０１は界磁コイル，符号９４はチョッパー制
御装置，符号９２５，９３５はトランジスタのドライブ
回路，符号９１２，９１３は電機子電流および界磁電流
の電流センサーである。

【０００５】また，ブレーキの操作時，ディレクション
スイッチの切り換え時（スイッチバック時），アクセル
ペダルの開放時，アクセルの戻し操作時（所謂アクセル
連動回生の条件成立時）には，電機子回路駆動トランジ
スタ９２１をオフすると共に回生トランジスタ９２２を
チョッパー制御して電動機９０の発電電流をバッテリ９
９１に回生する。

【０００６】そして，特に上記アクセル連動回生時に
は，回転センサー９１により電動機９０の回転数を検出
し，一定の制動トルクで制動しつつ回転数が新しいアク
セルの操作量に対応する負荷トルク零時の値になったこ
とを検知して，再び力行駆動制御に制御モードを切り換
える。なお，負荷トルクと回転数との関係を示す曲線
（関数）は，アクセルの操作量により一義的に定められ
ており（図４（ａ）参照），上記負荷トルクの値は電機
子電流と界磁電流の値から算定することができる。

【０００７】図１３は上記アクセル連動回生制御の制御
の流れを示すフローチャートである。 即ち，始めにス
テップ９８１において，アクセルの戻し操作があったこ
とを，前記アクセルセンサー９９２を介して検知し，ス
テップ９８２において，アクセル連動回生制御モードを
起動する。そして，ステップ９８３において，制動トル
クＴｂを予め設定した一定値に固定して回生制御を開始
する。

【０００８】そして，ステップ９８５で一定時間の間，
回生制動を実施し，速度が目標値ｖｏに減速したか否か
を判定する。結果が否ならば，ステップ９８３に戻り，
同様の制御を実施する。そして，ステップ９８５におい
て，目標速度ｖｏに減速したことを確認した場合には，
ステップ９８６において，アクセル連動回生を終了す
る。

【０００９】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記制御装置
には次のような問題点がある。第一点は，アクセルの操
作量が相対的に大きい操作量ａ１から少ない操作量ａ２
に戻し操作され，回生制動を行う場合において，新たな
速度に落ち着くまでの制動時間が長くかかり過ぎたり，
逆に制動力が強すぎて搭乗者に不快感を与えたりするこ
とである。

【００１０】即ち，制動トルクＴｂを常に一定にしてい
るために，図１２（ａ）の実線のカーブ８１に示すよう
に，元のアクセル操作量ａ１と新たなアクセル操作量ａ
２との差Δａが比較的大きい場合に，スムースな速度の
変化カーブを描くようにすると，同図（ｂ）の実線の曲
線８２に示すように，元のアクセル操作量ａ１と新たな
アクセル操作量ａ２との差Δａが比較的小さい場合の速
度変化が急激になり，搭乗者に対して衝撃等の不快感を
与えることになる。

【００１１】一方，同図（ｂ）の破線の曲線８４に示す
ように，元のアクセル操作量ａ１と新たなアクセル操作
量ａ２との差Δａが比較的小さい場合にスムースな速度
の変化カーブを描くようにすると，元のアクセル操作量
ａ１と新たなアクセル操作量ａ２との差Δａが大きい場
合には，図１２（ａ）破線のカーブ８３に示すように，
新たな速度に落ち着くまでの制動時間が長くかかり過ぎ
る。

【００１２】第２の問題点は，上記のようにアクセルの
操作に連動した回生を行うためには，電動機９０の回転
数が所定値になったことを検知するための回転センサー
９１が必要であり，また回転センサー９１の入力回路と
してバッファー回路や積算器等が制御装置９４に必要で
あり，構成が複雑となりコスト高となることである。本
発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り，アクセルの戻し操作量Δａの大きさに関わらず適正
な制動動作を実現することができ，かつ簡素なシステム
構成を実現することのできる制御装置を提供しようとす
るものである。

【００１３】

【課題の解決手段】本発明は，車両を駆動する直流電動
機の回転速度を検知又は算出する速度判定手段と，上記
直流電動機の電機子電流及び界磁電流を検知する電流検
出手段と，アクセルの操作量を検知するアクセルセンサ
ーと，電機子電流の方向が切り換え可能であると共に電
機子の電圧，電流の大きさを調整することができる電機
子調整手段と，界磁電流の方向及び大きさを調整するこ
とのできる界磁電流調整手段と，アクセルの操作量が相
対的に大きい操作量ａ１から少ない操作量ａ２に戻し操
作された場合に上記直流電動機の電力を電源側に回生し
つつ上記アクセルセンサーの出力信号に対応する電動機
の目標回転速度となるよう制御する制御手段とを有して
おり，上記制御手段は，上記回生制御時では略一定の制
動トルクＴｂにより制動し，上記アクセルセンサーの出
力信号ａ２に対応する電動機の目標回転速度ｖｏと回生
制動開始時の回転速度ｖｓとの差Δｖｓが大きいほど上
記制動トルクＴｂを大きく設定して回生制動を行うこと
を特徴とする産業車両用直流分巻電動機の回生制御装置
にある。

【００１４】本発明において特に注目すべきことは，電
動機の目標回転速度ｖｏと回生制動開始時の回転速度ｖ
ｓとの差Δｖｓが大きいほど制動トルクＴｂを大きく設
定し，略一定の制動トルクＴｂにより回生制動を行うこ
とである。その結果，現在の速度（回転数）ｖｓと目標
回転速度ｖｏとの差Δｖｓが大きいほど制動による減速
の加速度が大きくなり，逆に現在の速度（回転数）ｖｓ
と目標回転速度ｖｏとの差Δｖｓが小さいほど減速の加
速度が小さくなる。

【００１５】それ故，速度差Δｖｓが大きい場合にも，
前記図１２（ａ）の破線８３に示すように目標速度に達
する時間がかかり過ぎるということがなくなる。そし
て，速度差Δｖｓが小さい場合にも，図１２（ｂ）の実
線８２に示すように急激に減速して搭乗者に不快感を与
えることを無くすることができる。それ故，アクセルの
操作量Δａの大小に関わらず，適切な応答時間で速度を
制御し，乗り心地を良好にすることができる。

【００１６】なお，請求項２に記載のように，速度判定
手段は，電動機の回転を直接検知する回転センサーを用
いることができる。また，請求項３記載のように，速度
判定手段は，電動機の電機子電圧と界磁電流の値から回
転速度を算出する検出手段と演算手段とによって実現す
ることができる。

【００１７】そして，この場合には，請求項３に記載の
ように，制御手段は，回生制動時においては，新しいア
クセル操作量ａ２に対応した力行時の負荷トルクと回転
数との関係において負荷トルク零時の回転数Ｎｄ２に対
する電機子電圧の値Ｖｄと，上記一定の制動トルクＴｂ
で制動して上記回転数Ｎｄ２となった場合における電機
子電圧Ｖｂの値とが，ほぼ等しい値となるように予め界
磁電流の値Ｉｆｓを設定し，界磁電流の値を上記Ｉｆｓ
の一定に保ちつつ，上記制動トルクＴｂとなるように電
機子電流を制御し，電機子電圧が上記Ｖｂとなった時点
で，上記アクセル操作量ａ２に対応する力行制御に再び
移行するよう電動機を制御する。

【００１８】請求項３の発明において特に注目すべきこ
とは，所謂アクセル連動回生において，回生制御から力
行制御への移行を次のように制御することである。即
ち，新しいアクセル操作量ａ２に対応した前記力行制御
特性の負荷トルクが零となる時の回転数Ｎｄ２に対する
電機子電圧の値Ｖｄと，前記回生制御特性における上記
回転数Ｎｄ２における電機子電圧Ｖｂの値とがほぼ等し
い値となるように予め界磁電流の値Ｉｆｓを設定し，界
磁電流の値を上記Ｉｆｓの一定に保ちつつ，上記制動ト
ルクＴｂとなるように電機子電流を制御していき，電機
子電圧が上記Ｖｂとなった時点で，力行制御に再び移行
する。

【００１９】その結果，速度センサーを用いて速度を検
知しないにもかかわらず，スムースに回生制御から力行
制御へ移行することができる。即ち，上記のように界磁
電流Ｉｆｓを設定することにより，回生制御から力行制
御に移行した場合に，回生制御に基づく切換直前の電機
子電圧Ｖｂと力行制御移行時の制御目標値Ｖｄとの差を
小さくすることができるから，両制御モード間の移行が
極めてスムースとなる。それは，力行時の主たる操作量
である電機子電圧の移行の瞬間における制御偏差が極め
て小さいからである。その結果，上記制御モードの切換
時における速度のオーバーシュートや遅れなど，遠回り
で無駄な過渡的な制御が発生しなくなる。

【００２０】一方，請求項４の発明は，産業車両を駆動
する直流分巻電動機の電機子電圧を検知する電圧検出手
段と，上記直流電動機の電機子電流及び界磁電流を検知
する電流検出手段と，アクセルの操作量またはディレク
ションスイッチのニュートラル状態を検知するアクセル
センサーと，電機子電流の方向が切り換え可能であると
共に電機子の電圧，電流の大きさを調整することができ
る電機子調整手段と，界磁電流調整手段と，電機子電流
の値と電機子電圧の値とから現在の負荷トルクを算定し
上記アクセルセンサーの検知信号と上記負荷トルクとに
対応した所定の回転数となるよう上記電機子調整手段及
び界磁電流調整手段を操作する制御手段とを有してお
り，上記制御手段は，アクセルが踏み込まれている力行
時においては，上記負荷トルクとアクセル操作量ａ１と
に対応する所定の回転数となるように，上記電機子電流
を所定値以下に制限しつつ界磁電流と電機子電圧とを調
整し，一方，アクセルの操作量が相対的に大きい上記操
作量ａ１から少ない操作量ａ２に戻し操作された場合に
は，新しいアクセル操作量ａ２に対応した負荷トルクと
回転数の関係に移行するよう上記直流電動機の電力を電
源側に回生しつつ所定の一定の制動トルクＴｂで制動
し，かつ上記制動トルクＴｂの大きさは，上記アクセル
センサーの出力信号ａ２に対応する電動機の目標回転速
度ｖｏと回生制動開始時の回転速度ｖｓとの差Δｖｓが
大きいほど大きく設定されていることを特徴とする産業
車両用直流分巻電動機の制御装置にある。

【００２１】本発明において特に注目すべきことの第一
点は，電機子電流の値と電機子電圧の値とから現在の負
荷トルクを算定すると共に界磁電流を一定に制御するこ
とにより電機子電圧から電動機の回転数を算定し，上記
負荷トルクとアクセル操作量とに対応した所定の回転数
に電機子電圧（電動機）を制御することである。即ち，
速度センサーを用いることなくアクセルセンサーに対応
した状態（負荷に対応する回転数）に電動機を制御する
ことができる。

【００２２】即ち，力行時においては，界磁電流と電機
子電圧とを調整し，負荷トルクとアクセル操作量ａ１と
に対応する所定の回転数となるように制御する。即ち，
現在のアクセル操作量に対応する負荷トルクと回転数と
の関係式に基づいて，現在の負荷トルクから目標となる
回転数を設定する。そして，界磁電流を一定に設定した
場合には，図４（ｂ）に示すように回転数と電機子電圧
との関係は一義的に定まるから，電圧検出手段を介して
電機子電圧を検知することにより回転数を知ることがで
き，上記の目標回転数に対応した電機子電圧となるよう
前記電機子調整手段を操作する。

【００２３】同様に，回生制御時においては，制動トル
クを制御し，界磁電流を一定に設定した場合には，図５
に示すように回転数と電機子電圧との関係は界磁電流に
対応して一義的に定まり，同様に電機子電圧を検知して
回転数を知ることができる。そして，新たなアクセル操
作量ａ２に対応した目標回転数の電機子電圧となるよう
電機子調整手段を操作する。その結果，本発明では，回
転センサーが不要となり，代わって必要となる電圧検出
手段は回転センサーよりも安価かつ簡素に構成すること
ができるから，装置は簡素で安価となる。

【００２４】本発明において特に注目すべきことの第二
点は，回生制御において，次のように制御することであ
る。即ち，所定の一定の制動トルクＴｂで制動し，かつ
上記制動トルクＴｂの大きさは，上記アクセルセンサー
の出力信号ａ２に対応する電動機の目標回転速度ｖｏと
回生制動開始時の回転速度ｖｓとの差Δｖｓが大きいほ
ど大きく設定する。

【００２５】その結果，現在の速度（回転数）ｖｓと目
標回転速度ｖｏとの差Δｖｓが大きいほど制動による減
速の加速度が大きくなり，逆に現在の速度（回転数）ｖ
ｓと目標回転速度ｖｏとの差Δｖｓが小さいほど減速の
加速度が小さくなる。それ故，速度差Δｖｓが大きい場
合にも，図１２（ａ）の破線８３に示すように目標速度
に達する時間がかかり過ぎるということがなくなる。そ
して，速度差Δｖｓが小さい場合にも，図１２（ｂ）の
実線８２に示すように急激に減速して搭乗者に不快感を
与えることを無くすることができる。それ故，アクセル
の操作量の大小に関わらず，適切な応答時間で速度を制
御することができる。

【００２６】なお，請求項５に記載のように，上記発明
において，前記回生制動から力行制御に再び移行する移
行期においては，新しいアクセル操作量ａ２に対応した
力行時の負荷トルクと回転数との関係において負荷トル
ク零時の回転数Ｎｄ２に対する電機子電圧の値Ｖｄと，
上記一定の制動トルクＴｂで制動して上記回転数Ｎｄ２
となった場合における電機子電圧Ｖｂの値とが，ほぼ等
しい値となるように予め界磁電流の値Ｉｆｓを設定し，
界磁電流の値を上記Ｉｆｓの一定に保ちつつ，回生制御
時において上記制動トルクＴｂとなるように電機子電流
を制御し，電機子電圧が上記Ｖｂとなった時点で，上記
アクセル操作量ａ２に対応する力行制御に移行するよう
制御することが好ましい。

【００２７】これによって，速度センサーを用いて速度
を検知しないにもかかわらず，次に述べるようにスムー
スに回生制御から力行制御へ移行することができるから
である。即ち，回生制御から力行制御に移行した場合
に，回生制御に基づく切換直前の電機子電圧Ｖｂと力行
制御移行した瞬時の電機子電圧の制御目標値Ｖｄとの差
が小さくなるから，両制御モード間の移行が極めてスム
ースとなる。何故ならば，力行時の主たる操作量である
電機子電圧の移行の瞬間における制御偏差が極めて小さ
いな値となるからである。そして，上記切換時における
速度のオーバーシュート（速度が目標値をオーバーした
後戻し制御すること）や制御の遅れなど，遠回りで無駄
な過渡的な制御が発生しなくなる。

【００２８】なお，上記各発明における電機子調整手段
及びその制御は，請求項６に記載のように，直流電動機
の電機子と並列に接続され回生時に作動する第２スイッ
チング素子と，上記電機子及び上記第２スイッチング素
子と直列に接続され力行時に作動する第１スイッチング
素子と，上記第１，第２スイッチング素子と並列に逆極
性に配置された整流素子とを備えるように構成し，制御
手段は，力行制御時においては，上記第２スイッチング
素子をオフ状態とすると共に第１スイッチング素子をチ
ョッパー制御し，回生制御時においては，上記第１スイ
ッチング素子をオフ状態とすると共に第２スイッチング
素子をチョッパー制御することにより実現することがで
きる（図２，図３参照）。

【００２９】即ち，図２に示すように，第２スイッチン
グ素子をオフ状態とすると共に第１スイッチング素子を
チョッパー制御することにより，電源側から電力を電動
機に供給し力行駆動することができる。そして，第１ス
イッチング素子のチョッパー制御量に対応して電動機は
作動する。一方，図３に示すように，第１スイッチング
素子をオフ状態とすると共に第２スイッチング素子をチ
ョッパー制御し，第１スイッチング素子に並列に挿入し
たダイオードのルートを介して，電動機のエネルギーを
電源側に回生することができる。そして，上記回生量電
力は，第２スイッチング素子のチョッパー制御量を調整
することにより制御することができる。

【００３０】また，前記界磁電流調整手段及びその制御
は，請求項７に記載のように，対向するブリッジ端子の
橋絡部に直流電動機の界磁コイルを接続してなるスイッ
チング素子のブリッジ接続回路を備え，前記制御手段
は，上記ブリッジ回路において互いに対向する辺の一対
のスイッチング素子の二つの組のいずれか一方の組を回
転方向に対応してチョッパー制御すると共に他方の組を
オフ状態とすることにより界磁電流の大きさ及び方向を
制御することにより実現することができる（図２，図３
参照）。即ち，チョッパー制御するスイッチング素子の
対を選択することにより，界磁電流の極性（方向）が決
まり，チョッパー制御量により電流の大きさを変化させ
ることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】

実施形態例 本例は，図１に示すように，産業車両を駆動する直流分
巻電動機８１の電機子電圧Ｖａを検知する電圧検出手段
１１と，直流電動機８１の電機子電流Ｉａ及び界磁電流
Ｉｆを検知する電流検出手段１２，１３と，アクセルの
操作量及びディレクションスイッチのニュートラル状態
を検知するアクセルセンサー１４と，電機子電流Ｉａの
方向が切り換え可能であると共に電機子の電圧，電流の
大きさを調整することができる電機子調整手段と，界磁
電流調整手段３０と，電機子電流Ｉｆの値と電機子電圧
Ｖａの値とから現在の負荷トルクＴを算定しアクセルセ
ンサー１４の検知信号と上記負荷トルクＴとに対応した
所定の回転数となるよう上記電機子調整手段及び界磁電
流調整手段３０を操作する制御手段４０とを有してい
る。

【００３２】そして，制御手段４０は，アクセルが踏み
込まれている力行時においては，上記負荷トルクＴとア
クセル操作量ａ１とに対応する所定の回転数となるよう
に，電機子電流を所定値以下に制限しつつ界磁電流と電
機子電圧とを調整し，一方，アクセルの操作量が相対的
に大きい上記操作量ａ１から少ない操作量ａ２に戻し操
作された場合には，新しいアクセル操作量ａ２に対応し
た負荷トルクと回転数の関係に移行するよう直流電動機
８１の電力を電源８５側に回生しつつ所定の一定の制動
トルクＴｂで制動する。そして，上記制動トルクＴｂの
大きさは，図８，図９に示すように，操作後のアクセル
センサー１４の出力信号ａ２に対応する電動機の目標回
転速度ｖｏと回生制動開始時の回転速度ｖｓとの差Δｖ
ｓが大きいほど大きく設定されている。

【００３３】また，制御手段４０は，前記回生制動から
力行制御に再び移行する移行期においては，新しいアク
セル操作量ａ２に対応した力行時の負荷トルクと回転数
との関係において負荷トルク零時の回転数Ｎｄ２に対す
る電機子電圧の値Ｖｄと，上記一定の制動トルクＴｂで
制動して上記回転数Ｎｄ２となった場合における電機子
電圧Ｖｂの値とが，ほぼ等しい値となるように予め界磁
電流の値Ｉｆｓを設定し，界磁電流の値を上記Ｉｆｓの
一定に保ちつつ，回生制御時において上記制動トルクＴ
ｂとなるように電機子電流を制御し，電機子電圧が上記
Ｖｂとなった時点で，上記アクセル操作量ａ２に対応す
る力行制御に移行するように制御する。

【００３４】そして，前記電機子調整手段は，図１に示
すように，直流電動機８１の電機子８２と並列に接続さ
れ回生時に作動する第２スイッチング素子２２と，電機
子８２及び第２スイッチング素子２２と直列に接続され
力行時に作動する第１スイッチング素子２１と，第１，
第２スイッチング素子２１，２２と並列に逆極性に配置
された整流素子２３，２４とを備えている。

【００３５】そして，制御手段４０は，力行制御時にお
いては，第２スイッチング素子２２をオフ状態とすると
共に第１スイッチング素子２１をチョッパー制御し，回
生制御時においては，第１スイッチング素子２１をオフ
状態とすると共に第２スイッチング素子２２をチョッパ
ー制御する。

【００３６】また，界磁電流調整手段３０は，対向する
ブリッジ端子３０１，３０２の橋絡部に直流電動機８１
の界磁コイル８３を接続してなるスイッチング素子３１
１〜３１４のブリッジ接続回路を備えている。そして，
制御手段４０は，上記ブリッジ回路において互いに対向
する辺の一対のスイッチング素子３１１〜３１４の二つ
の組（３１１，３１３）又は（３１２，３１４）のいず
れか一方の組を回転方向に対応してチョッパー制御する
と共に他方の組（３１２，３１４）又は（３１１，３１
３）をオフ状態とすることにより界磁電流Ｉｆの大きさ
及び方向を制御する同図において，符号２５は制御手段
４０の指令に基づいて第１，第２スイッチング素子２
１，２２を駆動するドライバー回路，符号３３は制御手
段４０の指令に基づいて界磁用スイッチング素子３１１
〜３１４を駆動するドライバー回路，符号３２１〜３２
４は界磁用スイッチング素子の保護ダイオードである。

【００３７】以下，それぞれについて説明を補足する。
始めにアクセルの操作量ａｉに対応して制御されるべき
負荷トルクと回転数（車両速度）との関係は，図４
（ａ）に示すような関係にある。即ち，例えば同図
（ａ）の符号６１１〜６１３の曲線に示すように，低速
時のトルク（従って電機子電流）の大きさを制限しつつ
負荷トルクに反比例的に回転数（速度）の値を制御す
る。

【００３８】そして，通常の力行制御時には，基本的に
界磁電流と電機子電圧を操作することにより，上記曲線
６１１〜６１３に従うように制御する。そして，アクセ
ル操作量が減少して新たな関係に移行する過渡期（例え
ば曲線６１３から曲線６１１に移行する過渡期），所謂
アクセル連動回生を行う時にはアクセルの戻し操作量Δ
ａ（例えば，＝ａ３−ａ１）に対応した大きさの制動ト
ルクＴｂ一定の減速制御を行い，再び回生制御から力行
制御へ移行する制御は，詳細を後述するようにアンダー
シュートが生じず且つ制御遅れが生じないように，制御
の不連続正を最小とする適正な制御を実現させる。

【００３９】なお，アクセルの戻し操作量Δａ（例え
ば，＝ａ３−ａ１）に対応した大きさの制動トルクＴｂ
とは，電動機の目標回転速度ｖｏと回生制動開始時の回
転速度ｖｓとの差Δｖｓに対して，乗り心地を良好にす
る関数の関係を有する制動トルクＴｂである。

【００４０】始めに，力行運転時の制御方法について述
べる。この場合には，電機子電流を一定値以下に電流制
限をかけながら，界磁電流と電機子電圧を制御するが，
始めに現在の電機子電流Ｉａの値と界磁電流Ｉｆの値か
ら，現在の負荷トルクＴを算定する。そして，上記負荷
トルクの値Ｔに基づいて，始めに適正な界磁電流の指令
値Ｉｆｏを，例えば上記（Ｔ−Ｉｆｏ）の関係を決める
テーブル又は演算器等に基づいて決定する。

【００４１】一方，前記のようにアクセル操作量ａｉに
対応するトルク速度曲線（図４（ａ）の曲線６１１〜６
１３）から，上記負荷トルクＴに対する電動機の回転数
Ｎは決定される。例えば，アクセル操作量がａ３で負荷
トルクがＴ１である場合には，図４（ａ）曲線６１３と
Ｔ１との交点から速度Ｎ１が求められる。そして，この
ときの界磁電流一定の場合の電機子電圧Ｖａと回転数Ｎ
の関係は，界磁電流の値Ｉｆ１〜Ｉｆ３に対応して同図
（ｂ）の曲線６２１〜６２３のような関係となり，上記
界磁電流の指令値Ｉｆｏに対応する電機子電圧−速度カ
ーブ（同図では曲線６２２）と速度Ｎ１とから電機子電
圧の指令値Ｖｄが決定される。

【００４２】そして，上記指令値Ｉｆｏ，Ｖｄに基づい
て，界磁電流と電機子電圧が上記値となるように，図２
に示すように，第１スイッチング素子２１および界磁ス
イッチング素子（３１２と３１４）又は（３１１と３１
３）をチョッパー制御する（界磁スイッチング素子（３
１２と３１４）又は（３１１と３１３）の選定は正逆の
回転方向によって決める）。なお，このとき，電機子電
流の大きさは一定値以下となるように制限する。

【００４３】次に，アクセル連動回生時の制御方法につ
いて述べる。この場合は，図４に示すように，アクセル
操作量ａが例えばａ３からａ１に減少し，トルク−速度
曲線が同図の曲線６１３から６１１に変化するような場
合である。そして，力行への移行前の回生制御時におい
ては，図６に示すように制動トルクが一定値Ｔｂとなる
ようにトルク一定制御を行いながら，図３に示すように
電機子電流Ｉａの方向を反転させ電動機８１のエネルギ
ーを電源８５に回生する。

【００４４】そして，現在の負荷に対応する曲線６１３
上の点Ａから曲線６１１上の点Ｂに移行させる制御を実
施する。このとき，同図の曲線６１１のＢ’点からＢ点
に制御上逆戻りする所謂アンダーシュート現象が生じ
ず，且つ回生から力行への切換が早すぎることによる制
御遅れが生じないように，曲線６１１のトルク零のｘ点
で回生から力行への制御モードの切換を行うこと，かつ
アクセルの戻し操作量Δａの大きさにかかわらず減速の
応答時間が適正な長さとなることを制御の目標とする。

【００４５】図１０は，上記アクセル連動回生制御の流
れを示すフローチャートである。始めに，ステップ６５
１において，アクセルの戻し操作があったことを，アク
セルセンサー１４を介して検知し，ステップ６５２にお
いて，アクセル連動回生制御モードを起動する。そし
て，ステップ６５３において，現在の速度（回転数）ｖ
ｓと目標回転速度ｖｏとの差Δｖｓを算出する。そし
て，ステップ６５４で，上記Δｖｓの値に基づいて，制
動トルクＴｂを設定する。

【００４６】そして，ステップ６５５で一定時間の間，
回生制動を実施し，速度が目標値ｖｏに減速したか否か
を判定する。結果が否ならば，ステップ６５３に戻り，
同様の制御を実施する。そして，ステップ６５５におい
て，目標速度ｖｏに減速したことを確認してから，ステ
ップ６５６の結果が是，即ちアクセル連動回生を終了す
る。

【００４７】上記回生制御時において，制動するトルク
Ｔｂは，図８，図９に示すように，電動機の目標回転速
度ｖｏと回生制動開始時の回転速度ｖｓとの差Δｖｓが
大きいほど制動トルクＴｂを大きく設定し，略一定の制
動トルクＴｂにより回生制動を行うから，現在の速度
（回転数）ｖｓと目標回転速度ｖｏとの差Δｖｓが大き
いほど制動による減速の加速度が大きくなり，逆に現在
の速度（回転数）ｖｓと目標回転速度ｖｏとの差Δｖｓ
が小さいほど減速の加速度が小さくなる。

【００４８】それ故，本例では，速度差Δｖｓが大きい
場合にも，図１２（ａ）の破線８３に示すように目標速
度に達する時間がかかり過ぎるということがなくなる。
そして，速度差Δｖｓが小さい場合にも，図１２（ｂ）
の実線８２に示すように急激に減速して搭乗者に不快感
を与えることを無くすることができる。それ故，アクセ
ルの操作量の大小に関わらず，適切な応答時間で速度を
制御することができる。

【００４９】なお，上記のようなトルク一定の回生制御
時においては，界磁電流を一定とした場合の速度（回転
数Ｎ）と電機子電圧Ｖａの関係は，前記界磁電流の値Ｉ
ｆ１〜Ｉｆ３に対応して図５の曲線６３１〜６３３に示
すように，ほぼ直線関係となる。そして，図７（ｂ）は
界磁電流の値Ｉｆ１〜Ｉｆ３に対応する力行時の電機子
電圧−回転数曲線６２１〜６２３と，界磁電流の値Ｉｆ
１〜Ｉｆ３に対応する回生時の電機子電圧−回転数曲線
６３１〜６３３とを同一図上に表示した図である。

【００５０】その結果，同図から分かるように，同一速
度に対応する力行時の電機子電圧（例えば図４（ｂ）の
のＶｄ）と回生時の電機子電圧（例えば図５のＶｂ）と
のの間には，界磁電流の値Ｉｆ１〜Ｉｆ３によって変化
するギャップΔＶａが存在する。しかしながら，本例で
は，図６に示す回生−力行切換時の回転数Ｎｘにおける
上記電機子電圧のギャップΔＶａがミニマムとなるよう
に界磁電流の指令値を設定する（図７では上記ΔＶａ＝
ΔＶａ１の時すなわち界磁電流がＩｆ１の曲線６３１の
時）。

【００５１】その結果，上記回転数Ｎｘで図６のｓ点に
示す回生制御からｘ点で示す力行制御に移行した場合に
は，界磁電流を一定にした状態のまま電機子電圧に対す
る指令値の変化ΔＶａが極めて少なくなり，アンダーシ
ュートが生じず且つ制御遅れ及び回生効率低下が生じず
回生から力行制御に移行することができる。

【００５２】上記のように，本例によれば，回転センサ
ーを用いないで電機子電圧を検知することにより速度制
御が可能であると共に，回生から力行へのスムースな移
行が可能であり，かつアクセルの戻し操作量の大小に関
わらず適切な応答時間で速度を制御することができる産
業車両用直流分巻電動機の制御装置を得ることができ
る。

【００５３】

【発明の効果】上記のように，本発明によれば，アクセ
ルの戻し操作量Δａの大きさに関わらず適正な制動動作
を実現することができ，かつ簡素なシステム構成を実現
することのできる産業車両用直流分巻電動機の制御装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例の電動機制御装置の接続図。

【図２】図１において力行制御時の電機子電流及び界磁
電流の流れとスイッチング素子の動作状態を示す接続
図。

【図３】図１において回生制御時の電機子電流及び界磁
電流の流れとスイッチング素子の動作状態を示す接続
図。

【図４】力行制御時においてアクセルの操作量を一定と
した時の回転数とトルクの関係を示す図（ａ）と界磁電
流を一定とした時の回転数と電機子電圧の関係を示す図
（ｂ）。

【図５】トルク一定制御により回生制御を行いかつ界磁
電流を一定とした時の回転数と電機子電圧の関係を示す
図。

【図６】実施形態例の制御装置において，アクセル連動
回生時の回生−力行移行時の回転数とトルクの変化の推
移を示す図。

【図７】実施形態例の制御装置において，力行制御時に
おいてアクセルの操作量を一定とした時の回転数とトル
クの関係を示す図（ａ）とアクセル連動回生時の回生制
御から力行制御へ移行する時点の電機子電圧の指令値の
変化ΔＶａを示す説明図（ｂ）。

【図８】実施形態例の制御装置において，アクセルの戻
し操作量が小さい場合における速度推移（ａ）と制動ト
ルクＴｂの大きさを示す図（ｂ）。

【図９】実施形態例の制御装置において，アクセルの戻
し操作量が大きい場合における速度推移（ａ）と制動ト
ルクＴｂの大きさを示す図（ｂ）。

【図１０】実施形態例の電動機制御装置のアクセル連動
回生制御時の制御の流れを示すフローチャート。

【図１１】従来の電動機制御装置の接続図。

【図１２】従来の電動機制御装置において，アクセルの
戻し操作量が大きい場合（ａ）と，アクセルの戻し操作
量が小さい場合（ｂ）において，制動トルクの大きさを
変えた場合の速度推移の態様を示す図。

【図１３】従来の電動機制御装置のアクセル連動回生制
御時の制御の流れを示すフローチャート。

【符号の説明】

１１．．．速度判定手段を構成する電圧検出手段， １２，１３．．．電流検出手段， １４．．．アクセルセンサー， ３０．．．界磁電流調整手段， ４０．．．制御手段，

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両を駆動する直流電動機の回転速度を
   検知又は算出する速度判定手段と，上記直流電動機の電
   機子電流及び界磁電流を検知する電流検出手段と，アク
   セルの操作量を検知するアクセルセンサーと，電機子電
   流の方向が切り換え可能であると共に電機子の電圧，電
   流の大きさを調整することができる電機子調整手段と，
   界磁電流の方向及び大きさを調整することのできる界磁
   電流調整手段と，アクセルの操作量が相対的に大きい操
   作量ａ１から少ない操作量ａ２に戻し操作された場合に
   上記直流電動機の電力を電源側に回生しつつ上記アクセ
   ルセンサーの出力信号に対応する電動機の目標回転速度
   となるよう制御する制御手段とを有しており，上記制御
   手段は，上記回生制御時では略一定の制動トルクＴｂに
   より制動し，操作後の上記アクセルセンサーの出力信号
   ａ２に対応する電動機の目標回転速度ｖｏと回生制動開
   始時の回転速度ｖｓとの差Δｖｓが大きいほど上記制動
   トルクＴｂを大きく設定して回生制動を行うことを特徴
   とする産業車両用直流分巻電動機の回生制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において前記速度判定手段は，
   電動機の回転を検知する回転センサーであることを特徴
   とする産業車両用直流分巻電動機の回生制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１において前記速度判定手段は，
   電動機の電機子電圧と界磁電流の値から回転速度を算出
   する演算手段であり，上記制御手段は，上記回生制動時
   においては，新しいアクセル操作量ａ２に対応した力行
   時の負荷トルクと回転数との関係において負荷トルク零
   時の回転数Ｎｄ２に対する電機子電圧の値Ｖｄと，上記
   一定の制動トルクＴｂで制動して上記回転数Ｎｄ２とな
   った場合における電機子電圧Ｖｂの値とが，ほぼ等しい
   値となるように予め界磁電流の値Ｉｆｓを設定し，界磁
   電流の値を上記Ｉｆｓの一定に保ちつつ，上記制動トル
   クＴｂとなるように電機子電流を制御し，電機子電圧が
   上記Ｖｂとなった時点で，上記アクセル操作量ａ２に対
   応する力行制御に再び移行するよう電動機を制御するこ
   とを特徴とする産業車両用直流分巻電動機の回生制御装
   置。
4. 【請求項４】 産業車両を駆動する直流分巻電動機の電
   機子電圧を検知する電圧検出手段と，上記直流電動機の
   電機子電流及び界磁電流を検知する電流検出手段と，ア
   クセルの操作量またはディレクションスイッチのニュー
   トラル状態を検知するアクセルセンサーと，電機子電流
   の方向が切り換え可能であると共に電機子の電圧，電流
   の大きさを調整することができる電機子調整手段と，界
   磁電流調整手段と，電機子電流の値と電機子電圧の値と
   から現在の負荷トルクを算定し上記アクセルセンサーの
   検知信号と上記負荷トルクとに対応した所定の回転数と
   なるよう上記電機子調整手段及び界磁電流調整手段を操
   作する制御手段とを有しており，上記制御手段は，アク
   セルが踏み込まれている力行時においては，上記負荷ト
   ルクとアクセル操作量ａ１とに対応する所定の回転数と
   なるように，上記電機子電流を所定値以下に制限しつつ
   界磁電流と電機子電圧とを調整し，一方，アクセルの操
   作量が相対的に大きい上記操作量ａ１から少ない操作量
   ａ２に戻し操作された場合には，新しいアクセル操作量
   ａ２に対応した負荷トルクと回転数の関係に移行するよ
   う上記直流電動機の電力を電源側に回生しつつ所定の一
   定の制動トルクＴｂで制動し，かつ上記制動トルクＴｂ
   の大きさは，操作後の上記アクセルセンサーの出力信号
   ａ２に対応する電動機の目標回転速度ｖｏと回生制動開
   始時の回転速度ｖｓとの差Δｖｓが大きいほど大きく設
   定されていることを特徴とする産業車両用直流分巻電動
   機の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４において，前記制御手段は，前
   記回生制動から力行制御に再び移行する移行期において
   は，新しいアクセル操作量ａ２に対応した力行時の負荷
   トルクと回転数との関係において負荷トルク零時の回転
   数Ｎｄ２に対する電機子電圧の値Ｖｄと，上記一定の制
   動トルクＴｂで制動して上記回転数Ｎｄ２となった場合
   における電機子電圧Ｖｂの値とが，ほぼ等しい値となる
   ように予め界磁電流の値Ｉｆｓを設定し，界磁電流の値
   を上記Ｉｆｓの一定に保ちつつ，上記制動トルクＴｂと
   なるよう電機子電流を制御し，電機子電圧が上記Ｖｂと
   なった時点で，上記アクセル操作量ａ２に対応する力行
   制御に移行するよう制御することを特徴とする産業車両
   用直流分巻電動機の制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５のいずれか１項に
   おいて，前記電機子調整手段は，直流電動機の電機子と
   並列に接続され回生時に作動する第２スイッチング素子
   と，上記電機子及び上記第２スイッチング素子と直列に
   接続され力行時に作動する第１スイッチング素子と，上
   記第１，第２スイッチング素子と並列に逆極性に配置さ
   れた整流素子とを備えており，前記制御手段は，力行制
   御時においては，上記第２スイッチング素子をオフ状態
   とすると共に第１スイッチング素子をチョッパー制御
   し，回生制御時においては，上記第１スイッチング素子
   をオフ状態とすると共に第２スイッチング素子をチョッ
   パー制御することを特徴とする産業車両用直流分巻電動
   機の制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６のいずれか１項に
   おいて，前記界磁電流調整手段は，対向するブリッジ端
   子の橋絡部に直流電動機の界磁コイルを接続してなるス
   イッチング素子のブリッジ接続回路を備えており，前記
   制御手段は，上記ブリッジ回路において互いに対向する
   辺の一対のスイッチング素子の二つの組のいずれか一方
   の組を回転方向に対応してチョッパー制御すると共に他
   方の組をオフ状態とすることにより界磁電流の大きさ及
   び方向を制御することを特徴とする産業車両用直流分巻
   電動機の制御装置。