JP4288245B2 - フォークリフト及び、それに適用される誘導モータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォークリフトに関しており、特に、荷役装置の駆動力の発生に誘導モータを使用するフォークリフトに関する。

バッテリフォークリフトの荷役装置への駆動力の供給には、最も伝統的には、直流モータが使用される。例えば、特開２００２−１７６７０６号公報（特許文献１）は、フォークリフトの使い勝手と経済性とを向上するために、走行輪駆動用電動機として交流電動機、操舵補助用電動機及び荷役装置駆動用電動機として直流電動機を使用するフォークリフトを開示している。荷役装置駆動用電動機として直流電動機を使用することの利点は、直流電動機の制御の簡便性にある。

近年では、ベクトル制御によって制御された誘導モータを荷役装置への駆動力の供給に使用する技術が提案されている。これは、荷役装置の駆動力の発生効率を高めるためである。バッテリフォークリフトでは、バッテリーが電源として使用されるため、少ない電力で必要な駆動力を発生できることが重要である。

しかしながら、荷役装置に駆動力を供給する誘導モータの制御にベクトル制御を採用することには、下記の２つの問題が存在する。一つの問題は、ベクトル制御では、外乱に反応しやすいことである。荷役装置の制御では、ユーザの操作にダイレクトに荷役装置が反応することが重要である。例えば、ユーザが荷役装置の爪を上げるように荷役装置を操作した場合には、その操作に応じて速やかに爪が上昇することが重要である。しかし、ベクトル制御を採用すると、外乱に反応しやすく、ダイレクトな操作感が失われやすい。例えば、荷役装置の爪を上げるように荷役装置を操作したときに、荷役装置が多段マストを備えている場合にマストの段差切り換えが起こると、誘導モータの制御系は、その段差切り換えに反応してしまう。これは、荷役装置のユーザの操作に対する応答性を低下させる。もう一つの問題は、誘導モータの制御ソフトウェアの汎用性に乏しいことである。ある誘導モータに合わせてベクトル制御のソフトウェアを作成しても、そのソフトウェアは他の誘導モータの制御に採用できない場合が多い。これは、ベクトル制御のソフトウェアは、誘導モータの特性パラメータに大きく依存するからである。ソフトウェアの汎用性が乏しいことは、フォークリフトの生産性を向上するためには不所望である。

このような背景から、ユーザの操作に対する荷役装置の応答性が良好であり、且つ、荷役装置を駆動する誘導モータの制御ソフトウェアの汎用性が高いフォークリフトの提供が望まれている。
特開２００２−１７６７０６号公報

本発明の目的は、荷役装置のユーザの操作に対する応答性が良好であるフォークリフトを提供することにある。
本発明の他の目的は、荷役装置を駆動する誘導モータの制御ソフトウェアの汎用性が高いフォークリフトを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明によるフォークリフトは、荷役装置に油圧を供給する油圧ポンプを駆動する誘導モータの制御にＶＶＶＦ制御を採用する。本発明によるフォークリフトは、基本的にはオープンループ制御であるＶＶＶＦ制御を採用することにより、荷役装置のユーザの操作に対する応答性を向上することができる。加えて、ＶＶＶＦ制御では、基本的には、誘導モータの特性パラメータが必要でないため、制御ソフトウェアの汎用性を高めることができる。

しかしながら、トルク制御でないＶＶＶＦ制御は、負荷の変化にさらされる誘導モータの制御には不向きであり、且つ、フォークリフトの荷役装置に油圧を供給する油圧ポンプを駆動する誘導モータは負荷の変化に頻繁にさらされるから、ＶＶＶＦ制御の採用は好ましくないと考えられるかもしれない。しかしながら、発明者らは、周波数指令の生成を最適化することにより、あるいは、周波数指令と電圧指令との比を適切に制御することにより、ＶＶＶＦ制御をフォークリフトの荷役装置に油圧を供給する油圧ポンプを駆動する誘導モータに適用することが可能であることを見出した。本発明は、この発見に基づくものである。

より具体的には、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。

一の観点において、本発明のフォークリフトは、荷役装置操作手段（１０）の操作に応答して周波数指令（ｆ^＊）を生成する周波数指令生成手段（１、２１）と、前記周波数指令（ｆ^＊）からＶＶＶＦ（variable voltage variable frequency）制御によって電圧指令（Ｖ^＊）を生成する電圧指令生成手段（２２）と、前記電圧指令（Ｖ^＊）からインバータ制御信号を生成するインバータ制御手段と、前記インバータ制御信号に応答して３相電力を生成するインバータ（４）と、油圧ポンプ（６）と、前記３相電力が供給されて前記油圧ポンプ（６）を駆動する誘導モータ（５）と、前記油圧ポンプ（６）から供給される油圧によって駆動される荷役装置（７）とを備えている。このように構成されたフォークリフトは、基本的にはオープンループ制御であるＶＶＶＦ制御を採用することにより、荷役装置（７）のユーザの操作に対する応答性を向上することができる。

周波数指令生成手段（１、２１）は、前記３相電力の周波数（ｆ）と前記誘導モータ（５）の回転周波数との差で定義されるすべり（ｓ）を、ある許容範囲内に保つような制御によって前記周波数指令（ｆ^＊）を生成するように構成されることが好ましい。これにより、当該フォークリフトは、ＶＶＶＦ制御を採用しながら、荷役装置（７）の負荷の変化に対応することができる。すべりの許容範囲は、前記３相電力の前記周波数に応じて可変であることが好ましい。

一の好適な実施形態では、前記周波数指令生成手段（１、２１）は、荷役装置操作レバーの操作に応答して第１周波数指令（ｆ_ｒｅｆ ^＊）を生成する手段（３１）と、第２周波数指令（ｆ_ｒａｍｐ ^＊）を、前記第２周波数指令（ｆ_ｒａｍｐ ^＊）が前記第１周波数指令（ｆ_ｒｅｆ ^＊）を追随するように、且つ、前記第２周波数指令（ｆ_ｒａｍｐ ^＊）の時間変化率が所定の範囲に制限されるように生成する手段（３２）と、前記許容範囲の最小値であるすべり最小値と、前記許容範囲の最大値であるすべり最大値とを前記周波数指令（ｆ^＊）から決定する手段（３６、３７）と、前記すべり最小値と前記すべり最大値と前記誘導モータ（５）の前記回転周波数とから、周波数指令最大値（ｆ_ｍａｘ ^＊）及び周波数指令最小値（ｆ_ｍｉｎ ^＊）を決定する手段（３８、３９）と、前記第２周波数指令（ｆ_ｒａｍｐ ^＊）が周波数指令最大値（ｆ_ｍａｘ ^＊）を超えるとき、周波数指令最大値（ｆ_ｍａｘ ^＊）を前記周波数指令（ｆ^＊）として決定し、前記第２周波数指令（ｆ_ｒａｍｐ ^＊）が前記周波数指令最小値（ｆ_ｍｉｎ ^＊）より小さいとき前記周波数指令最小値（ｆ_ｍｉｎ ^＊）を前記周波数指令（ｆ^＊）として決定し、そうでないとき、前記第２周波数指令（ｆ_ｒａｍｐ ^＊）を前記周波数指令（ｆ^＊）として決定する手段（４０）とを備える。

前記油圧ポンプ（６）が生成する油圧が、荷役装置（７）のみならず、操舵輪の操作を補助するためのパワーステアリング機構（８）にも供給されるように当該フォークリフトが構成されている場合には、前記周波数指令生成手段（１、２１）は、操舵輪を操作するためのハンドル（１１）の操作に応答して、荷役装置操作手段（１０）の操作及びすべりに無関係に、且つ、予め決められたパターンに従って前記周波数指令（ｆ^＊）を生成するように構成されていることが好ましい。

前記電圧指令生成手段（２２）は、前記周波数指令（ｆ^＊）と前記すべり（ｓ）に応答して前記電圧指令（Ｖ^＊）を生成するように構成されることが好適である。より具体的には、前記電圧指令生成手段（２２）は、前記周波数指令（ｆ^＊）に対する前記電圧指令（Ｖ^＊）の比が前記すべりに応答して可変であるように電圧指令（Ｖ^＊）を生成する。このような制御は、ＶＶＶＦ制御を採用しながら、荷役装置（７）の負荷の変化に対応することを可能にする。

フォークリフトの荷役装置に油圧を供給する油圧ポンプを駆動する誘導モータにＶＶＶＦ制御を適用する上でもう一つ問題になり得ることは、通常のＶＶＶＦ制御が、過励磁特性を有する誘導モータ（即ち、すべりが０である場合の励磁電流が、すべりがある場合の励磁電流より大きくなる特性を有する誘導モータ）を制御するのに適していないことである；通常のＶＶＶＦ制御では、過励磁特性を有する誘導モータに供給されるモータ電流を適切に制御することができない。このことは、誘導モータをフォークリフトに採用する際に車両設計上の要請からモータ容積を小さくする場合に問題となる。モータ容積を小さくすると、充分なインダクタンスを取ることができないため、特に低負荷時に所要のトルク特性を得ようとすると、低すべりにて過励磁の特性を持つモータとせざるを得ない。この場合、通常のＶＶＶＦ制御では、すべりが小さいときには小さな電流で、あるいはすべりが大きいときには大きな電流で制御するという関係が成り立たず、すべりが小さいにも拘わらず大きな電流で制御することを余儀なくされ、モータの駆動力発生効率を著しく低下させる。

このような問題に対処するためには、前記電圧指令生成手段（２２）が、前記周波数指令（ｆ^＊）に対する前記電圧指令（Ｖ^＊）の比が、すべりの大きさ（すべりの絶対値）の増大とともに増大するように、前記電圧指令（Ｖ^＊）を生成することが好ましい。このような制御を採用することにより、すべりが小さいときには小さな電流で、あるいはすべりが大きいときには大きな電流で制御するという関係を維持し、モータの駆動力発生効率を向上させることができる。

一の好適な実施形態では、前記電圧指令生成手段（２２）は、電圧指令（Ｖ^＊）と周波数指令（ｆ^＊）との対応関係を記述する高負荷用テーブルと、電圧指令と周波数指令との対応関係を記述する低負荷用テーブルとを有する。この場合、前記電圧指令生成手段（２２）は、前記高負荷テーブルを参照して前記周波数指令（ｆ^＊）から第１電圧指令（Ｖ_１ ^＊）を生成し、前記低負荷用テーブルを参照して前記周波数指令（ｆ^＊）から第２電圧指令（Ｖ_２ ^＊）を生成し、且つ、前記電圧指令（Ｖ^＊）を、前記すべりに応じて前記第１電圧指令（Ｖ_１ ^＊）と前記第２電圧指令（Ｖ_２ ^＊）の間から選択された値に基づいて決定するように構成される。

このような構成では、電圧指令（Ｖ^＊）が、すべりが大きいときには主として高負荷用テーブルから得られる値に、すべりが小さいときには主として低負荷用テーブルから得られる値に近くなり、すべりが小さいときには小さな電流で、あるいはすべりが大きいときには大きな電流で制御するという関係を維持することができる。これは、モータの駆動力発生効率を向上させるために好ましい。

前記電圧指令生成手段（２２）は、前記電圧指令（Ｖ^＊）の変化率が所定の変化率以下になるように前記電圧指令（Ｖ^＊）を生成することが好ましい。

また、前記インバータ制御手段は、前記誘導モータ（５）に供給される電流が所定値以上である場合、前記誘導モータ（５）に供給される３相電圧のデューティが５０％になるように前記インバータ制御信号を生成することが好ましい。

本発明によれば、荷役装置のユーザの操作に対する応答性が良好であるフォークリフトを提供することができる。
また、本発明によれば、荷役装置を駆動する電動機の制御ソフトウェアの汎用性が高いフォークリフトを提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の一形態に係るフォークリフトが詳細に説明される。

第１ 全体構成
図１は、本実施の形態のフォークリフトの構成を示すブロック図である。当該フォークリフトは、制御装置１と、ＤＳＰ（digital signal processor）２と、バッテリー３と、インバータ４と、誘導モータ５と、油圧ポンプ６と、荷役装置７と、パワーステアリング機構８とを備えている。制御装置１は、当該フォークリフトを統括的に制御する。荷役装置７は、この制御装置１によって制御される。ＤＳＰ２は、制御装置１から供給される制御信号に応答してインバータ４を制御する。後に詳細に説明されるように、ＤＳＰ２は、インバータ４の制御のために、ＶＶＶＦ（variable voltage variable frequency）制御とＰＷＭ（pulse width modulation）制御とを用いる。バッテリー３は、インバータ４に直流電力を供給する。インバータ４は、ＤＳＰ２による制御の下、バッテリー３から供給される直流電圧から３相交流電力を生成し、誘導モータ５に供給する。誘導モータ５は、インバータ４から供給される３相交流電力を用いて油圧ポンプ６を駆動する。油圧ポンプ６は、油圧回路９を介して荷役装置７とパワーステアリング機構８と接続されており、荷役装置７とパワーステアリング機構８とに油圧を供給する。荷役装置７は、油圧ポンプ６から供給される油圧を用いて所望の荷役を行う。荷役装置７としては、典型的には、荷物を上下させる爪を供えたマスト（図示されない）が使用される。荷役装置７は、荷役装置操作レバー１０を操作することによって操作可能である。パワーステアリング機構８は、当該フォークリフトの操舵を補助するための機構である。ユーザがフォークリフトの操舵輪（図示されない）を所望の向きにむけるためにハンドル１１を操作すると、パワーステアリング機構８は、ハンドル１１の操作を補助するトルクを発生する。パワーステアリング機構８には、ハンドル１１の操作を検出するための油圧センサ８ａが設けられている。油圧センサ８ａは、パワーステアリング機構８の内部の油圧回路の、ハンドル１１が操作されると油圧が上昇する位置に設けられている。制御装置１は、油圧センサ８ａの出力からハンドル１１が操作されたことを認識する。後述されるように、制御装置１は、ハンドル１１が操作されたときには、特別の制御を行う。

図１の構成において、一の油圧ポンプ６が、荷役装置７及びパワーステアリング機構８に油圧を供給するために兼用されていることに留意されたい。このような構成は、フォークリフトの部品の数を減らすことに有用である。その一方で、図１の構成では、油圧ポンプ６を駆動する誘導モータ５を、荷役装置操作レバー１０が操作された場合、及びハンドル１１が操作された場合のいずれにおいても最適に制御する必要がある。以下に詳細に説明されるように、制御装置１とＤＳＰ２とは、荷役装置操作レバー１０の操作、及びハンドル１１の操作に応答して誘導モータ５を最適に制御するように構成されている。

本実施の形態のフォークリフトの最も重要な点の一つは、油圧ポンプ６を駆動する誘導モータ５の制御のためにＶＶＶＦ制御が用いられることである。ＶＶＶＦ制御は、基本的にオープンループ制御であるため外乱に反応しにくい。これは、荷役装置操作レバー１０の操作に対する応答性を有効に向上させ、ユーザの使い勝手をよくする。加えて、ＶＶＶＦ制御は汎用性が高いため、同一の制御ソフトウェアによって様々な型式の誘導モータ５に対応可能である。これは、フォークリフトの生産の経済性を有効に向上させる。

より具体的には、誘導モータ５の制御は下記のようにして行われる。制御装置１は、荷役装置操作レバー１０の操作、及び、ハンドル１１の操作に応じて、３つの制御信号：回転数指令Ｎ^＊、周波数指令変化率制限値ｒａｍｐ＿ｆ^＊、及び、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳを生成する。回転数指令Ｎ^＊とは、誘導モータ５の回転数の目標値である。周波数指令変化率制限値ｒａｍｐ＿ｆ^＊とは、ＤＳＰ２の内部で生成される周波数指令ｆ^＊の変化率の許容最大値である。パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳとは、ハンドル１１の操作に応答して生成される信号である。制御装置１は、パワーステアリング機構８の油圧センサ８ａの出力からハンドル１１が操作されたことを検知すると、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳを活性化する。後述されるように、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳは、ＤＳＰ２の内部で周波数指令ｆ^＊を生成するために使用される。

ＤＳＰ２は、回転数指令Ｎ^＊、周波数指令変化率制限値ｒａｍｐ＿ｆ^＊、及び、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳに応答して、インバータ４を制御するＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭとは、インバータ４の内部のパワートランジスタのオンオフを制御する信号である。ＤＳＰ２は、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭをＶＶＶＦ制御とＰＷＭ制御とを用いて生成する。

詳細には、ＤＳＰ２は、ＶＶＶＦ制御部１２と、電圧指令変換部１３と、ＰＷＭ制御部１４とを備えている。ＶＶＶＦ制御部１２は、回転数指令Ｎ^＊、周波数指令変化率制限値ｒａｍｐ＿ｆ^＊、及び、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳに応答して電圧指令Ｖ^＊と位置指令θ^＊とを生成する。電圧指令変換部１３は、電圧指令Ｖ^＊と位置指令θ^＊を三相の電圧指令：ｕ相電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指令ｖ_ｖ ^＊、ｗ相電圧指令ｖ_ｗ ^＊に変換する。ＰＷＭ制御部１４は、ｕ相電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指令ｖ_ｖ ^＊、ｗ相電圧指令ｖ_ｗ ^＊からＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。

電圧指令変換部１３には、誘導モータ５に供給される電流が過大になることを防ぐ安全機構が設けられている。具体的には、インバータ４と誘導モータ５とを結ぶ電源配線には、誘導モータ５のｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｕ、ｗ相電流ｉ_ｗをそれぞれに測定する電流センサ１５ｕ、１５ｖ、１５ｗが設けられ、ｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｕ、ｗ相電流ｉ_ｗの測定値が、電圧指令変換部１３に通知される。電圧指令変換部１３は、ｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｕ、ｗ相電流ｉ_ｗの少なくとも一つの大きさが設定値以上になると、ｕ相電圧指令ｖ_ｕ ^＊、ｖ相電圧指令ｖ_ｖ ^＊、ｗ相電圧指令ｖ_ｗ ^＊を、誘導モータ５のｕ相電圧ｖ_ｕ、ｖ相電圧ｖ_ｕ、ｗ相電圧ｖ_ｗのデューティが５０％になるように決定する。ｕ相電圧ｖ_ｕ、ｖ相電圧ｖ_ｕ、ｗ相電圧ｖ_ｗのデューティが５０％になることにより、どの２相の間にも電圧が発生しなくなり、ｕ相電流ｉ_ｕ、ｖ相電流ｉ_ｕ、ｗ相電流ｉ_ｗが遮断される。このような機能は、フォークリフトの安全性を高めるために有効である。

以下では、ＤＳＰ２の機能、特に、ＤＳＰ２のＶＶＶＦ制御部１２の機能が詳細に説明される。

第２ ＤＳＰの機能
図２は、ＤＳＰ２のＶＶＶＦ制御部１２の機能ブロック図である。ＶＶＶＦ制御部１２は、周波数指令生成部２１と電圧指令生成部２２と位置指令生成部２３とを備えている。周波数指令生成部２１は、制御装置１から供給される制御信号（即ち、回転数指令Ｎ^＊と周波数指令変化率制限値ｒａｍｐ＿ｆ^＊、及び、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳ）に応答して周波数指令ｆ^＊を生成する。周波数指令ｆ^＊とは、インバータ４が出力する３相交流電力の周波数の目標値である。電圧指令生成部２２は、周波数指令ｆ^＊からＶＶＶＦ制御によって電圧指令Ｖ^＊を生成する。位置指令生成部２３は、周波数指令ｆ^＊を積算することによって位置指令θ^＊を生成する。周波数指令生成部２１、電圧指令生成部２２、及び位置指令生成部２３には、クロック信号が供給されており、周波数指令生成部２１、電圧指令生成部２２、及び位置指令生成部２３の演算は、このクロック信号に同期して行われる。

周波数指令生成部２１、電圧指令生成部２２、及び位置指令生成部２３は、ハードウエア、ソフトウェア、及びこれらの組み合わせのいずれによって実現されてもよいことに留意されたい。以下では、周波数指令生成部２１、電圧指令生成部２２、及び位置指令生成部２３がハードウエアによって実現されているとして説明が行われる。

１．周波数指令生成部
周波数指令生成部２１は、基本的には、制御装置１から供給される回転数指令Ｎ^＊に応答して（即ち、荷役装置操作レバー１０の操作に応答して）周波数指令ｆ^＊を生成するように構成されている。

本実施の形態の重要な点の一つは、この周波数指令ｆ^＊が、インバータ４が出力する３相交流電力の周波数から前記モータの実際の回転周波数ｆを減じた差で定義されるすべりｓを所定の範囲に維持するように決定されることである。すべりｓの回生側の許容値ｓ_ＤＥＣ（＞０）、力行側の許容値ｓ_ＡＣＣ（＞０）を用いて言い換えれば、周波数指令ｆ^＊は、すべりｓを−ｓ_ＤＥＣ以上ｓ_ＡＣＣ以下に保つように生成される。このような制御は、荷役装置７に駆動力を供給する誘導モータ５の制御にＶＶＶＦ制御を採用するに当たって重要である。ＶＶＶＦ制御は、トルク制御を行わず速度制御を行うため、一般的には、負荷が安定している用途、即ち、一定の回転数で誘導モータを動作させるような用途に向いていると考えられている；ＶＶＶＦ制御では、負荷が急変すると電圧指令の急変が起こり、従って過電流が発生しやすい。したがって、ＶＶＶＦ制御では、負荷の変化への対処が必要である。本実施の形態では、周波数指令ｆ^＊がすべりｓに応じて生成されることにより、負荷の変化に対処できる。例えば、荷役装置７の負荷が増大して誘導モータ５の負荷が増大するとすべりｓが増大する。周波数指令ｆ^＊は、すべりｓが所定範囲内に収まるように制限され、これにより、負荷の変化に対処できる。このように、本実施の形態では、すべりｓが所定の範囲になるように周波数指令ｆ^＊が制限されることにより、荷役装置７に駆動力を供給する誘導モータ５の制御にＶＶＶＦ制御を採用することが可能になっている。

ただし、ハンドル１１の操作によってパワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳが活性化された場合には、他の特別の制御が行われる。具体的には、周波数指令生成部２１は、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳが活性化されると、その後の所定の期間の間、回転数指令Ｎ^＊及びすべりｓに無関係に、予め決められたパターンに従って周波数指令ｆ^＊を増加させる。このような機能は、パワーステアリング機構８に供給される油圧をハンドル１１の操作に応じて速やかに上昇させることを可能にする。パワーステアリング機構８に供給される油圧が速やかに上昇されることは、ハンドル１１の操作感を向上させるために有用である。

以下では、周波数指令生成部２１の機能が詳細に説明される。以下において、周波数指令ｆ^＊を最終的に生成する演算の過程で中間的に生成される周波数指令は、添字を付すことによって最終的に生成される周波数指令ｆ^＊と区別されていることに留意されたい。

周波数指令生成部２１は、乗算器３１と、ｆランプ演算器３２と、すべりリミット演算器３３と、オンデマンドテーブル演算器３４と、切替器３５とを備えている。乗算器３１は、回転数指令Ｎ^＊に所定の係数をかけて周波数指令ｆ_ｒｅｆ ^＊を生成する。ｆランプ演算器３２は、周波数指令ｆ^＊の変化率を、制御装置１から供給される周波数指令変化率制限値ｒａｍｐ＿ｆ^＊よりも小さくする役割を有している。より具体的には、ｆランプ演算器３２は、乗算器３１から出力される周波数指令ｆ_ｒｅｆ ^＊を追随するように、且つ、その変化率が周波数指令変化率制限値ｒａｍｐ＿ｆ^＊よりも小さくなるように周波数指令ｆ_ｒａｍｐ ^＊を生成する。周波数指令ｆ_ｒａｍｐ ^＊の変化率の制限値は、周波数指令ｆ_ｒａｍｐ ^＊が増大される場合と、減少される場合とで異なることも可能である。この場合、制御装置１は、それぞれの場合に対応する一組の周波数指令変化率制限値ｒａｍｐ＿ｆ^＊を周波数指令生成部２１に供給する。すべりリミット演算器３３は、ｆランプ演算器３２から出力される周波数指令ｆ_ｒｅｆ ^＊を追随するように、且つ、すべりｓを−ｓ_ＤＥＣ以上ｓ_ＡＣＣ以下に保つように周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊を生成する。すべりリミット演算器３３の詳細については後述される。オンデマンドテーブル演算器３４は、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳの活性化されて以後の経過時間と、出力されるべき周波数指令ｆ^＊との対応を記述したテーブルを備えており、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳが活性化された後の所定の期間の周波数指令ｆ_ＰＳ ^＊を生成する。切替器３５は、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳに応答して、すべりリミット演算器３３によって生成された周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊と、オンデマンドテーブル演算器３４によって生成された周波数指令ｆ_ＰＳ ^＊の一方を、最終的に生成されるべき周波数指令ｆ^＊として選択する。切替器３５は、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳが活性化されていない場合には周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊を周波数指令ｆ^＊として選択し、パワステオンデマンド信号Ｓ_ＰＳが活性化されている場合には周波数指令ｆ_ＰＳ ^＊を周波数指令ｆ^＊として選択する。

図３は、すべりリミット演算器３３の機能ブロック図である。すべりリミット演算器３３は、回生側すべり許容値生成器３６と、力行側すべり許容値生成器３７と、減算器３８と、加算器３９と、リミッタ４０とを備えている。

回生側すべり許容値生成器３６は、１クロック周期前の周波数指令ｆ^＊から回生側のすべりｓの許容値ｓ_ＤＥＣ（＞０）を生成する。回生側のすべりｓの許容値ｓ_ＤＥＣは、周波数指令ｆ^＊に対して単調に増加するように生成される。同様に、力行側すべり許容値生成器３７は、１クロック周期前の周波数指令ｆ^＊から力行側のすべりｓの許容値ｓ_ＡＣＣ（＞０）を生成する。力行側のすべりｓの許容値ｓ_ＡＣＣも、周波数指令ｆ^＊に対して単調に増加するように生成される。すべりｓの許容範囲の最小値は−ｓ_ＤＥＣであり、最大値はｓ_ＡＣＣであるから、すべりｓの許容範囲は、インバータ４が出力する３相交流電力の周波数の増大とともに広くなる。

減算器３８は、誘導モータ５の回転周波数ｆから回生側のすべりｓの許容値ｓ_ＤＥＣを減じることによって周波数指令ｆ^＊の許容最小値ｆ_ｍｉｎ ^＊を生成する。同様に、加算器３９は、誘導モータ５の回転周波数ｆから回生側のすべりｓの許容値ｓ_ＡＣＣを減じることによって周波数指令ｆ^＊の許容最大値ｆ_ｍａｘ ^＊を生成する。

リミッタ４０は、周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊が周波数指令ｆ_ｒａｍｐ ^＊を追随しつつ、許容最小値ｆ_ｍｉｎ ^＊以上、許容最大値ｆ_ｍａｘ ^＊以下の値をとるように、周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊を生成する。より詳細には、ｆランプ演算器３２から出力される周波数指令ｆ_ｒｅｆ ^＊が許容最小値ｆ_ｍｉｎ ^＊以上、許容最大値ｆ_ｍａｘ ^＊以下である場合には、周波数指令ｆ_ｒｅｆ ^＊をそのまま周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊として出力する。一方、周波数指令ｆ_ｒｅｆ ^＊が許容最小値ｆ_ｍｉｎ ^＊よりも小さい場合、リミッタ４０は、許容最小値ｆ_ｍｉｎ ^＊を周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊として出力する。更に、周波数指令ｆ_ｒｅｆ ^＊が許容最大値ｆ_ｍａｘ ^＊よりも大きい場合には、リミッタ４０は、許容最大値ｆ_ｍａｘ ^＊を周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊として出力する。

このようにして周波数指令ｆ_ｌｉｍ ^＊を生成することにより、周波数指令ｆ^＊は、最終的に、すべりｓが許容範囲内（即ち、最小値−ｓ_ＤＥＣ以上、最大値ｓ_ＡＣＣ以下の範囲）になるように生成される。

以上に説明されているように、図２、図３に示されている周波数指令生成部２１の構成によれば、すべりｓが、ある許容範囲内になるように周波数指令ｆ^＊を生成することができる。これは、ＶＶＶＦ制御を採用しながら負荷の変動に対応するために有効である。加えて、すべりｓのとり得る範囲が、インバータ４が出力する３相交流電力の周波数に応じて最適に調整される。更に、当該構成によれば、ハンドル１１が操作された場合には速やかに周波数指令ｆ^＊が増大されるように周波数指令ｆ^＊を生成することができる。

２．電圧指令生成部
上述のとおり、電圧指令生成部２２は、概略的には、周波数指令ｆ^＊からＶＶＶＦ制御によって電圧指令Ｖ^＊を生成する機能を有している。ただし、図２に示されているように、電圧指令生成部２２は、一般的なＶＶＶＦ制御とは異なり、周波数指令ｆ^＊と電圧指令Ｖ^＊との対応関係がすべりｓに応じて可変であるように電圧指令Ｖ^＊を生成する。すべりｓの大きさ（即ち、すべりｓの絶対値）が大きい場合には、周波数指令ｆ^＊と電圧指令Ｖ^＊との比Ｖ^＊／ｆ^＊が増大される。逆に、すべりｓの大きさが小さい場合には、比Ｖ^＊／ｆ^＊が減少される。これにより、ＶＶＶＦ制御の採用に当たって問題になり得る負荷の変化に良好に対処できる。

加えて、このような制御は、誘導モータ５として過励磁特性を有する誘導モータ（即ち、すべりが０である場合の励磁電流が、すべりがある場合の励磁電流より大きくなる特性を有する誘導モータ）を採用可能にする点でも好適である。誘導モータ５の容積を小さくことはフォークリフト１の設計上の基本的な要請の一つである。しかし、誘導モータ５の容積を小さくことの問題点は、通常のＶＶＶＦ制御が過励磁特性を有する誘導モータを制御するのに適していないにもかかわらず、誘導モータ５の容積を小さくしようとすると、充分なインダクタンスを取ることができないために誘導モータ５が過励磁特性を有するようになってしまうことである。過励磁特性を有する誘導モータを、通常のＶＶＶＦ制御で制御しようとすると、すべりが小さいにも拘わらず大きな電流で制御することを余儀なくされ、誘導モータの駆動力発生効率が著しく低下する。しかし、本実施の形態の制御によれば、すべりｓの大きさが大きい場合に周波数指令ｆ^＊と電圧指令Ｖ^＊との比Ｖ^＊／ｆ^＊が増大されるため、すべりが小さいときには小さな電流で、すべりが大きいときには大きな電流で制御するという関係を維持することができる。従って、本実施の形態の制御によれば、誘導モータ５が過励磁特性を有する場合でも、誘導モータ５の駆動力発生効率が顕著に低下することを防ぐことができる。

以下では、電圧指令生成部２２の機能が詳細に説明される。以下において、電圧指令Ｖ^＊を最終的に生成する演算の過程で中間的に生成される電圧指令は、添字を付すことによって最終的に生成される電圧指令Ｖ^＊と区別されていることに留意されたい。

より具体的には、電圧指令生成部２２は、高負荷用テーブル部４１と、無負荷用テーブル部４２と、補間演算器４３と、一次遅れフィルタ４４と、切替器４５と、オーバーライド値発生部４６と、Ｖランプ４７とを備えている。

高負荷用テーブル部４１は、誘導モータ５の負荷が最も高い場合に出力されるべき電圧指令Ｖ_ＭＡＸ ^＊と周波数指令ｆ^＊との対応関係を示すテーブルである高負荷用テーブルを有しており、当該高負荷用テーブルを用いて電圧指令Ｖ_ＭＡＸ ^＊を生成する。同様に、無負荷用テーブル部４２は、誘導モータ５の負荷が最も低い場合（即ち、無負荷時）のに出力されるべき電圧指令Ｖ_ＭＩＮ ^＊と周波数指令ｆ^＊との対応関係を示すテーブルである低負荷用テーブルを有しており、当該低負荷用テーブルを用いて電圧指令Ｖ_ＭＩＮ ^＊を生成する。高負荷用テーブルと低負荷用テーブルは、高負荷用テーブルにおいて、同一の周波数指令ｆ^＊に対応付けられている高負荷用テーブルの電圧指令Ｖ_ＭＡＸ ^＊が、低負荷用テーブルの電圧指令Ｖ_ＭＩＮ ^＊よりも大きくなるように決められている。

補間演算器４３は、オーバーライド値発生部４６から供給されるオーバーライド値α（ｓ）を用いて補間演算を行って電圧指令Ｖ_ＩＮＴ ^＊を生成する；後述されるように、オーバーライド値α（ｓ）は、すべりｓの絶対値の増大とともに増加する、０以上１以下の値である。より具体的には、補間演算器４３は、下記式に従って電圧指令Ｖ_ＩＮＴ ^＊を生成する：
Ｖ_ＩＮＴ ^＊＝α（ｓ）Ｖ_ＭＡＸ ^＊＋｛１−α（ｓ）｝Ｖ_ＭＡＸ ^＊．
このように決定された電圧指令Ｖ_ＩＮＴ ^＊は、すべりｓの増大とともに増大される。これは、比Ｖ^＊／ｆ^＊もすべりｓの増大とともに増大されることを意味している。

一次遅れフィルタ４４と、切替器４５と、オーバーライド値発生部４６とは、すべりｓに応じてオーバーライド値α（ｓ）を生成するための機能ブロックである。すべりｓは、一次遅れフィルタ４４に供給される。切替器４５は、すべりｓの変化に応じて、すべりｓそのものと、一次遅れフィルタ４４の出力のうちの一方を、オーバーライド値発生部４６に供給する。詳細には、切替器４５は、すべりｓの絶対値が増大しているときに一次遅れフィルタ４４の出力をオーバーライド値発生部４６に供給し、すべりｓの絶対値が減少しているときにはすべりｓをそのままオーバーライド値発生部４６に供給する。切替器４５からオーバーライド値発生部４６に供給される値は、以下、すべりｓ’と記載される。オーバーライド値発生部４６は、すべりｓ’とオーバーライド値α（ｓ）との間の対応関係を記述したテーブル（又は、関数）を有しており、そのテーブル（又は、関数）を用いてオーバーライド値α（ｓ）を生成する。

Ｖランプ４７は、補間演算器４３から出力される電圧指令Ｖ_ＩＮＶ ^＊を追随するように、且つ、その変化率が所定の変化率よりも小さくなるように、最終的に出力されるべき電圧指令Ｖ^＊を生成する。電圧指令Ｖ^＊の変化率が抑制されていることは、あまりにも急激に荷役装置７が動作することを防止する。電圧指令Ｖ^＊の変化率の制限値は、電圧指令Ｖ^＊が増大される場合と、減少される場合とで異なることも可能である。

このように構成された電圧指令生成部２２は、周波数指令ｆ^＊と電圧指令Ｖ^＊との対応関係がすべりｓに応じて可変であるように電圧指令Ｖ^＊を生成することができる。これは、ＶＶＶＦ制御を採用しながら負荷の変動に対応するために有効である。加えて、電圧指令生成部２２は、周波数指令ｆ^＊と電圧指令Ｖ^＊との比Ｖ^＊／ｆ^＊がすべりｓの増大とともに増大するように電圧指令Ｖ^＊を生成することができる。これは、誘導モータ５として過励磁特性を有する誘導モータを採用し、誘導モータ５の小型化を実現するために有効である。

図１は、本発明の実施の一形態に係るフォークリフトの構成を示すブロック図である。 図２は、本実施の形態のフォークリフトに搭載されるＤＳＰのＶＶＶＦ制御部の構成・機能を示す機能ブロック図である。 図３は、ＶＶＶＦ制御部のすべりリミット演算器の構成・機能を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１：制御装置
２：ＤＳＰ
３：バッテリー
４：インバータ
５：誘導モータ
６：油圧ポンプ
７：荷役装置
８：パワーステアリング機構
８ａ：油圧センサ
９：油圧回路
１０：荷役装置操作レバー
１１：ハンドル
１２：ＶＶＶＦ制御部
１３：電圧指令変換部
１４：ＰＷＭ制御部
１５ｕ、１５ｖ、１５ｗ：電流センサ
２１：周波数指令生成部
２２：電圧指令生成部
２３：位置指令生成部
３１：乗算器
３２：ｆランプ演算器
３３：すべりリミット演算器
３４：オンデマンドテーブル演算器
３５：切替器
４１：高負荷用テーブル部
４２：無負荷用テーブル部
４３：補間演算器
４４：一次遅れフィルタ
４５：切替器
４６：オーバーライド値発生部

Claims (8)

1. 荷役装置操作手段の操作に応答して周波数指令を生成する周波数指令生成手段と、
   前記周波数指令からトルク制御を行わないＶＶＶＦ（variable voltage variable frequency）制御によって電圧指令を生成する電圧指令生成手段と、
   前記電圧指令からインバータ制御信号を生成するインバータ制御手段と、
   前記インバータ制御信号に応答して３相電力を生成するインバータと、
   油圧ポンプと、
   前記３相電力が供給されて前記油圧ポンプを駆動する誘導モータと、
   前記油圧ポンプから供給される油圧によって駆動される荷役装置
   とを備え、
   前記周波数指令生成手段は、前記３相電力の周波数と前記誘導モータの回転周波数との差で定義されるすべりを、ある許容範囲内に保つような制御によって前記周波数指令を生成するように構成され、
   前記電圧指令生成手段は、前記周波数指令に対する前記電圧指令の比が前記すべりの大きさの増大とともに増大するように前記電圧指令を生成する
   フォークリフト。
2. 請求項１に記載のフォークリフトであって、
   前記許容範囲は、前記３相電力の前記周波数に応じて可変である
   フォークリフト。
3. 請求項１に記載のフォークリフトであって、
   前記周波数指令生成手段は、
   前記荷役装置操作手段の操作に応答して第１周波数指令を生成する手段と、
   第２周波数指令を、前記第２周波数指令が前記第１周波数指令を追随するように、且つ、前記第２周波数指令の時間変化率が所定の範囲に制限されるように生成する手段と、
   前記許容範囲の最小値であるすべり最小値と、前記許容範囲の最大値であるすべり最大値と前記誘導モータの前記回転周波数とから、周波数指令最大値及び周波数指令最小値を決定する手段と、
   前記第２周波数指令が前記周波数指令最大値を超えるとき、前記周波数指令最大値を前記周波数指令として決定し、前記第２周波数指令が前記周波数指令最小値より小さいとき前記周波数指令最小値を前記周波数指令として決定し、そうでないとき、前記第２周波数指令を前記周波数指令として決定する手段
   とを備える
   フォークリフト。
4. 請求項１に記載のフォークリフトであって、
   更に、
   操舵輪を操作するためのハンドルと、
   前記油圧ポンプから供給される油圧を用いて前記操舵輪の操作を補助するパワーステアリング機構
   とを備え、
   前記周波数指令生成手段は、前記ハンドルの操作に応答して、前記荷役装置操作手段の操作及び前記すべりに無関係に、且つ、予め決められたパターンに従って前記周波数指令を生成する
   フォークリフト。
5. 請求項１に記載のフォークリフトであって、
   前記電圧指令生成手段は、
   電圧指令と周波数指令との対応関係を記述する高負荷用テーブルと、
   電圧指令と周波数指令との対応関係を記述する低負荷用テーブル
   とを有し、且つ、
   前記電圧指令生成手段は、前記高負荷テーブルを参照して前記周波数指令から第１電圧指令を生成し、前記低負荷用テーブルを参照して前記周波数指令から第２電圧指令を生成し、且つ、前記電圧指令を、前記すべりに応じて前記第１電圧指令と前記第２電圧指令の間から選択された値に基づいて決定する
   フォークリフト。
6. 請求項１に記載のフォークリフトであって、
   前記電圧指令生成手段は、前記電圧指令の変化率が所定の変化率以下になるように前記電圧指令を生成する
   フォークリフト。
7. 請求項１に記載のフォークリフトであって、
   前記インバータから前記誘導モータに供給される電流を測定する電流センサを更に備え、
   前記インバータ制御手段は、前記電流が所定値以上である場合、前記誘導モータに供給される３相電圧のデューティが５０％になるように前記インバータ制御信号を生成する
   フォークリフト。
8. インバータと、油圧ポンプと、前記インバータから３相電力を供給されて前記油圧ポンプを駆動する誘導モータと、前記油圧ポンプから供給される油圧によって駆動される荷役装置とを備えるフォークリフトに適用される誘導モータ制御方法であって、
   荷役装置操作手段の操作に応答して前記３相電力の周波数と前記誘導モータの回転周波数との差で定義されるすべりを、ある許容範囲内に保つような制御によって周波数指令を生成するステップと、
   前記周波数指令からトルク制御でないＶＶＶＦ（variable voltage variable frequency）制御によって前記周波数指令に対する前記電圧指令の比が前記すべりの大きさの増大とともに増大するように電圧指令を生成するステップと、
   前記電圧指令から前記インバータを制御するインバータ制御信号を生成するステップ
   とを備える
   誘導モータ制御方法。

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