JP2730354B2 - 直流モータの駆動制御装置における故障診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流モータの駆動制御装
置における故障診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、バッテリ式フォークリフト等のバ
ッテリ使用の電気車は、図１に示す駆動回路によって駆
動制御されている。

【０００３】ドライブモータ２１は回生用コンタクタ２
２およびドライブ用ヒューズ２３を介して直流電源とし
てのバッテリ２４に接続されている。そのドライブモー
タ２１は直巻の直流モータであって、電気車の駆動輪
（図示略）を駆動するようになっている。

【０００４】ドライブモータ２１のフィールドコイル２
１ａには、切り換え手段としての前進用コンタクタ２５
ｆおよび後進用コンタクタ２５ｒが接続され、両コンタ
クタ２５ｆ，２５ｒの切り換え動作に基づいて、フィー
ルドコイル２１ａに流れる界磁電流の方向を変えてドラ
イブモータ２１を正逆回転させることにより、電気車が
前後進するようになっている。

【０００５】スイッチング素子としてのメイントランジ
スタ２６はドライブモータ２１に対して直列に接続さ
れ、そのベース端子に入力される公知のチョッパ信号に
基づいてドライブモータ２１が駆動制御される。

【０００６】バイパスコンタクタ２７はドライブモータ
２１に対して直列に接続され、バイパスコンタクタ２７
を開閉動作させることによりドライブモータ２１が駆動
制御される。

【０００７】従って、ドライブモータ２１は、メイント
ランジスタ２６とバイパスコンタクタ２７の２系統で駆
動制御される。すなわち、電気車の低速走行時には、バ
イパスコンタクタ２７を離落する。そして、メイントラ
ンジスタ２６がチョッパ信号に基づいてスイッチング動
作され、そのスイッチング動作に従ってドライブモータ
２１にバッテリ２４から電流が供給されて駆動される。
このチョッパ制御に基づいて電気車は任意の速度で走行
することができる。一方、高速走行時には、バイパスコ
ンタクタ２７を投入する。すると、メイントランジスタ
２６のスイッチング動作には関係なくドライブモータ２
１に電流が供給されて駆動される。

【０００８】フライホイールダイオード２８のアノード
端子はフィールドコイル２１ａの前進用コンタクタ２５
ｆ側に接続され、カソード端子はドライブ用ヒューズ２
３を介してバッテリ２４のプラス端子に接続されてい
る。また、フライホイールダイオード２９のアノード端
子はフィールドコイル２１ａの後進用コンタクタ２５ｒ
側に接続され、カソード端子はドライブ用ヒューズ２３
を介してバッテリ２４のプラス端子に接続されている。

【０００９】ドライブカレントセンサ３０はドライブモ
ータ２１のアマチュア２１ｂと回生用コンタクタ２２と
の間に接続され、アマチュア２１ｂに流れる電流を検出
している。

【００１０】回生用ダイオード３１のカソード端子は回
生用コンタクタ２２に接続され、アノード端子はバッテ
リ２４のマイナス端子に接続されている。回生用トラン
ジスタ３２のコレクタはドライブ用ヒューズ２３を介し
てバッテリ２４のプラス端子に接続され、エミッタは回
生用レジスタ３３を介してアマチュア２１ｂの前後進用
コンタクタ２５ｆ，２５ｒ側に接続されている。そし
て、回生用トランジスタのベース端子には回生制御信号
が入力されている。

【００１１】尚、回生用コンタクタ２２，前後進用コン
タクタ２５ｆ，２５ｒ，バイパスコンタクタ２７はそれ
ぞれ励磁コイル（図示略）にて開閉され、これらの励磁
コイルは切り換え制御手段，禁止制御手段，電圧印加手
段としての制御回路４０によって通電され、励磁が制御
されている。また、メイントランジスタ２６のチョッパ
信号および回生用トランジスタ３２の回生制御信号も、
制御回路４０から出力されている。

【００１２】すなわち、電気車がスイッチバックするこ
とにより前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒが切り換わ
ると、制御回路４０で回生制動の可否をチェックし、回
生制動と判断した場合は回生用コンタクタ２２を離落
し、回生用トランジスタ３２をオンさせる。すると、バ
ッテリ２４からドライブ用ヒューズ２３、回生用トラン
ジスタ３２、回生用レジスタ３３、前進または後進コン
タクタ２５ｆ，２５ｒ、フィールドコイル２１ａ、後進
または前進コンタクタ２５ｒ，２５ｆ、メイントランジ
スタ２６を経由して予備励磁電流Ｉ１が流れる。フィー
ルドコイル２１ａに予備励磁電流Ｉ１が流れるとアマチ
ュア２１ｂに図１の矢印ＶＡ方向の起電力Ｅが発生す
る。起電力Ｅがある値以上になると、予備励磁電流Ｉ１
に加えて回生用ダイオード３１に予備励磁電流Ｉ２が流
れ始める。この予備励磁電流Ｉ２が増加するとフィール
ドコイル２１ａに流れる予備励磁電流Ｉ１が増加し、起
電力Ｅも増加する。すると、起電力Ｅの増加に伴って予
備励磁電流Ｉ２はさらに増加することになる。予備励磁
電流Ｉ２がある程度以上大きくなった時点で、制御回路
４０は回生用トランジスタ３２をオフさせる。すると、
予備励磁電流Ｉ１は流れなくなるが、予備励磁電流Ｉ２
は流れ続けようとする。

【００１３】次に、メイントランジスタ２６がオフする
と、回生用ダイオード３１、ドライブカレントセンサ３
０、アマチュア２１ｂ、前進または後進コンタクタ２５
ｆ，２５ｒ、フィールドコイル２１ａ、後進または前進
コンタクタ２５ｒ，２５ｆ、フライホイールダイオード
２９または２８、ドライブ用ヒューズ２３を経由してバ
ッテリ２４を充電（回生）する方向で回生電流Ｉ３が流
れる。続いて、メイントランジスタ２６がオンすると、
予備励磁電流Ｉ２が流れ、その次にメイントランジスタ
２６がオフすると回生電流Ｉ３が流れる。

【００１４】このようにメイントランジスタ２６のスイ
ッチング動作に従って、予備励磁電流Ｉ２と回生電流Ｉ
３とが交互に流れる。これにより、ドライブモータ２１
によって発電された電力がバッテリ２４に回生され、ド
ライブモータ２１にはその電流分の制動すなわち回生制
動がかかる。

【００１５】アブソーバダイオード３４のアノード端子
はメイントランジスタ２６のコレクタ端子に接続され、
カソード端子はアブソーバ用コンデンサ３５を介してバ
ッテリ２４のマイナス端子に接続されている。アブソー
バレジスタ３６はアブソーバダイオード３４と並列に接
続されている。このアブソーバ用コンデンサ３５、アブ
ソーバレジスタ３６、アブソーバダイオード３４からな
る公知のＣＲＤスナバ回路３７によって、メイントラン
ジスタ２６のスイッチング動作に伴い、配線中のインダ
クタンス分によって生じるサージ電圧を吸収している。

【００１６】また、制御回路４０は始動直前時における
チェック機能を有している。すなわち、メイントランジ
スタ２６のコレクタ端子をチェック用レジスタ４１およ
びチェック用ヒューズ３８を介してバッテリ２３のプラ
ス端子に接続することにより、制御回路４０はメイント
ランジスタ２６のコレクタ端子に検出電圧を印加するよ
うになっている。そして、メイントランジスタ２６のコ
レクタ電位は、制御回路４０内に設けられた電圧検出回
路３９によって検出される。検出されたメイントランジ
スタ２６のコレクタ電位に基づいて、制御回路４０は回
生用コンタクタ２２および前後進用コンタクタ２５ｆ，
２５ｒの投入の許可あるいは禁止を制御している。

【００１７】つまり、メイントランジスタ２６のコレク
タ・エミッタ間が短絡していると、チョッパ制御による
低速走行を行うことができなくなり、バイパスコンタク
タ２７が離落していても高速走行を行うことになる。従
って、運転手が低速走行を選択して始動した場合でも高
速走行を行うことがあった。そこで、制御回路４０によ
り、電気車の始動時においてメイントランジスタ２６の
コレクタ・エミッタ間が短絡しているかどうかをチェッ
クしている。

【００１８】図４は制御回路４０の制御フローチャート
である。電気車の始動時においては、回生用コンタクタ
２２，前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒ，バイパスコ
ンタクタ２７は全て離落している。そこで、ステップ
（以下、Ｓ）１において、制御回路４０を介してメイン
トランジスタ２６のコレクタ端子に検出電圧を印加し、
その時のコレクタ電位を電圧検出回路３９によって検出
し、予め定めた規定値以上あるかどうかを判定する。メ
イントランジスタ２６のコレクタ・エミッタ間が短絡し
ている場合は、コレクタ電位は０ＶとなるのでＳ２に移
行する。また、短絡に近い状態の場合も同様にＳ２に移
行する。Ｓ２においては、回生用コンタクタ２２および
前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒの投入を禁止すると
共に、警告ランプ（図示略）等を用いて電気車の運転手
にメイントランジスタ２６が短絡していることを連絡す
る。

【００１９】また、メイントランジスタ２６のコレクタ
電位が予め定めた規定値以上ある場合はＳ３に移行し、
回生用コンタクタ２２および前後進用コンタクタ２５
ｆ，２５ｒの投入を許可する。従って、運転手が回生用
コンタクタ２２を投入し、前後進用コンタクタ２５ｆ，
２５ｒのいずれかを投入することにより、電気車は低速
走行することができる。

【００２０】尚、チェック用レジスタ４１およびチェッ
ク用ヒューズ３８は、メイントランジスタ２６のコレク
タ・エミッタ間短絡時またはバイパスコンタクタ２７の
投入時に、バッテリ２４が短絡して過電流が流れるのを
防止する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、制御回路４
０によってメイントランジスタ２６のコレクタ・エミッ
タ間が短絡していないことが確認され、回生用コンタク
タ２２の投入が許可された後に、運転手が回生用コンタ
クタ２２を投入した時点で回生用ダイオード３１が短絡
していた場合、バッテリ２４からドライブ用ヒューズ２
３、回生用コンタクタ２２、回生用ダイオード３１を経
由して短絡電流が流れる。すると、ドライブ用ヒューズ
２３が溶断するか或いは回生用コンタクタ２２の接点が
焼損してしまうことになる。

【００２２】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、スイッチング素子また
は回生用ダイオードの少なくともいずれかが故障してい
るかどうかをドライブモータの始動前に診断できる故障
診断装置を、簡単な構成によって提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】直流モータと、その直流
モータのフィールドコイルの配線を切り換えその励磁方
向を切り換える切り換え手段と、直流モータと直流電源
のマイナス端子との間に接続され、直流モータの直流電
源の導通・非導通を制御して直流モータを駆動制御する
スイッチング素子と、直流電源のプラス端子と直流モー
タとの間に接続され、開路して直流モータに回生制動を
かけるための回生用コンタクタと、直流電源のマイナス
端子にアノードが接続され、直流モータと回生用コンタ
クタとの間にカソードが接続され、回生用コンタクタが
開路した時に直流モータの回生電流を直流モータを介し
て直流電源に返すための回生用ダイオードとを備えた直
流モータの駆動制御装置において、直流モータの始動開
始前であって回生用コンタクタが開路した状態におい
て、切り換え手段にてフィールドコイルの配線を非導電
状態からいずれか一方の励磁方向の通電状態に切り換え
る切り換え制御手段と、フィールドコイルの配線が切り
換わった状態において、スイッチング素子と回生用ダイ
オードとの間に検出電圧を印加する電圧印加手段と、電
圧印加手段が印加した検出電圧を検出し、検出電圧が予
め定めた規定値より小さければ前記スイッチング素子ま
たは回生用ダイオードの少なくともいずれかが故障して
いるものとして始動を禁止する禁止制御手段とを備えた
直流モータの駆動制御装置における故障診断装置。

【００２４】

【作用】直流モータの始動開始前において、回生用コン
タクタは開路した状態にある。そこで、切り換え制御手
段は切り換え手段を制御して、フィールドコイルの配線
を非導電状態からいずれか一方の励磁方向の通電状態に
切り換える。そして、電圧印加手段により、スイッチン
グ素子と回生用ダイオードとの間に検出電圧を印加す
る。禁止制御手段は、その検出電圧を検出して始動を制
御する。すなわち、検出電圧が予め定めた規定値以上で
あれば、スイッチング素子と回生用ダイオードは共に故
障していないと判定して始動を許可する。また、検出電
圧が予め定めた規定値より小さければスイッチング素子
または回生用ダイオードの少なくともいずれかが故障し
ているものとして始動を禁止する。

【００２５】従って、本発明によれば、回生用ダイオー
ドまたはスイッチング素子の少なくともいずれかが故障
しているかどうかを簡単に診断できる。

【００２６】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明を具体化した第１実施例を
図１，図２に従って説明する。

【００２７】尚、本実施例においては制御回路４０の制
御動作が異なるほかは従来例と同一な構成であるので、
構成についての詳細な説明を省略し、図２に示す制御フ
ローチャートに従って制御回路４０の制御動作を説明す
る。

【００２８】電気車の始動時においては、回生用コンタ
クタ２２，前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒ，バイパ
スコンタクタ２７は全て離落している。そこで、Ｓ１０
において、制御回路４０を介してメイントランジスタ２
６のコレクタ端子に検出電圧を印加し、その時のコレク
タ電位を電圧検出回路３９によって検出し、予め定めた
規定値以上あるかどうかを判定する。メイントランジス
タ２６のコレクタ・エミッタ間が短絡している場合は、
コレクタ電位は０ＶとなるのでＳ１１に移行する。ま
た、短絡に近い状態の場合も同様にＳ１１に移行する。
Ｓ１１においては、回生用コンタクタ２２および前後進
用コンタクタ２５ｆ，２５ｒの投入を禁止すると共に、
警告ランプ（図示略）等を用いて電気車の運転手にメイ
ントランジスタ２６が短絡していることを連絡する。

【００２９】また、メイントランジスタ２６のコレクタ
電位が予め定めた規定値以上ある場合はＳ１２に移行
し、前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒの投入を許可す
る。そして、制御回路４０は対応する励磁コイルを励磁
することにより前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒのい
ずれかを投入してＳ１３に移行する。

【００３０】Ｓ１３においては、Ｓ１０と同様にメイン
トランジスタ２６のコレクタ電位を電圧検出回路３９に
よって検出し、予め定めた規定値以上あるかどうかを判
定する。

【００３１】回生用ダイオード３１が短絡している場
合、メイントランジスタ２６のコレクタ端子は、前進ま
たは後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒ、フィールドコイ
ル２１ａ、後進または前進用コンタクタ２５ｒ，ｆ、ア
マチュア２１ｂ、ドライブカレントセンサ３０、短絡し
た回生用ダイオード３１を介してバッテリ２４のマイナ
ス端子に接続されることになる。この経路の抵抗値はチ
ェック用レジスタ４１およびチェック用ヒューズ３８の
抵抗値に比べて無視できる程小さいので、メイントラン
ジスタ２６のコレクタ電位はほぼ０Ｖになる。そこで、
Ｓ１４に移行する。また、回生用ダイオード３１が短絡
に近い状態の場合も同様にＳ１４に移行する。Ｓ１４に
おいては、回生用コンタクタ２２の投入を禁止すると共
に、警告ランプ（図示略）等を用いて運転手に回生用ダ
イオード３１が短絡していることを連絡する。

【００３２】また、メイントランジスタ２６のコレクタ
電位が予め定めた規定値以上ある場合はＳ１５に移行
し、Ｓ１２で投入した前進または後進用コンタクタ２５
ｆ，２５ｒを離落して、回生用コンタクタ２２の投入を
許可する。従って、運転手が前後進レバー（図示略）を
操作して前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒのいずれ
か、および、回生用コンタクタ２２を投入することによ
り電気車は低速走行することができる。

【００３３】このように、上記実施例においては、メイ
ントランジスタ２６のコレクタ・エミッタ間が短絡して
いないことを確認した後に、前進または後進用コンタク
タ２５ｆ，２５ｒを投入した上で、再度、メイントラン
ジスタ２６のコレクタ電位を検出することにより、回生
用ダイオード３１が短絡故障しているかどうかを検出す
ることができる。

【００３４】（第２実施例）次に、本発明を具体化した
第２実施例を図１，図３に従って説明する。尚、本実施
例においては制御回路４０の制御動作が異なるほかは従
来例と同一な構成であるので、構成についての詳細な説
明を省略し、図３に示す制御フローチャートに従って制
御回路４０の制御動作を説明する。

【００３５】電気車の始動時においては、回生用コンタ
クタ２２は離落している。そして、Ｓ２０において制御
回路４０はまず、前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒの
いずれか一方を投入する。続いて、Ｓ２１において、制
御回路４０を介してメイントランジスタ２６のコレクタ
端子に検出電圧を印加し、その時のコレクタ電位を電圧
検出回路３９によって検出し、予め定めた規定値以上あ
るかどうかを判定する。メイントランジスタ２６のコレ
クタ・エミッタ間または回生用ダイオード３１の少なく
ともいずれかが短絡している場合は、コレクタ電位は０
ＶとなるのでＳ２２に移行する。また、短絡に近い状態
の場合も同様にＳ２２に移行する。Ｓ２２においては、
回生用コンタクタ２２の投入を禁止すると共に、警告ラ
ンプ（図示略）等を用いて電気車の運転手にメイントラ
ンジスタ２６または回生用ダイオード３１の少なくとも
いずれかが短絡していることを連絡する。

【００３６】また、メイントランジスタ２６のコレクタ
電位が予め定めた規定値以上ある場合はＳ２３に移行
し、スタート時に投入されていた前進または後進用コン
タクタ２５ｆ，２５ｒを離落して、回生用コンタクタ２
２の投入を許可する。従って、運転手が前後進レバーを
操作して前後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒのいずれか
一方、および、回生用コンタクタ２２を投入することに
より電気車は低速走行することができる。

【００３７】このように、上記実施例においては、前進
または後進用コンタクタ２５ｆ，２５ｒを投入した上
で、メイントランジスタ２６のコレクタ電位を検出する
ことにより、メイントランジスタ２６または回生用ダイ
オード３１の少なくともいずれかが短絡故障しているか
どうかを検出することができる。

【００３８】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、電気車に限らず直流モータを使用す
る機器に具体化して実施してもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、特
別な装置を付加することなく従来の装置を流用すること
により、スイッチング素子または回生用ダイオードの少
なくともいずれかが故障しているかどうかを診断できる
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の電気車の駆動回
路を示す電気回路図である。

【図２】第１実施例の制御回路の制御処理を示すフロー
チャートである。

【図３】第２実施例の制御回路の制御処理を示すフロー
チャートである。

【図４】従来例の制御回路の制御処理を示すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

２１…ドライブモータ、２１ａ…フィールドコイル、２
２…回生用コンタクタ、２５ｆ…前進用コンタクタ、２
５ｒ…後進用コンタクタ、２６…メイントランジスタ、
３１…回生用ダイオード、４０…制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流モータと、 その直流モータのフィールドコイルの配線を切り換えそ
   の励磁方向を切り換える切り換え手段と、 直流モータと直流電源のマイナス端子との間に接続さ
   れ、直流モータの直流電源の導通・非導通を制御して直
   流モータを駆動制御するスイッチング素子と、 直流電源のプラス端子と直流モータとの間に接続され、
   開路して直流モータに回生制動をかけるための回生用コ
   ンタクタと、 直流電源のマイナス端子にアノードが接続され、直流モ
   ータと回生用コンタクタとの間にカソードが接続され、
   回生用コンタクタが開路した時に直流モータの回生電流
   を直流モータを介して直流電源に返すための回生用ダイ
   オードとを備えた直流モータの駆動制御装置において、 直流モータの始動開始前であって回生用コンタクタが開
   路した状態において、切り換え手段にてフィールドコイ
   ルの配線を非導電状態からいずれか一方の励磁方向の通
   電状態に切り換える切り換え制御手段と、 フィールドコイルの配線が切り換わった状態において、
   スイッチング素子と回生用ダイオードとの間に検出電圧
   を印加する電圧印加手段と、 電圧印加手段が印加した検出電圧を検出し、検出電圧が
   予め定めた規定値より小さければ前記スイッチング素子
   または回生用ダイオードの少なくともいずれかが故障し
   ているものとして始動を禁止する禁止制御手段とを備え
   た直流モータの駆動制御装置における故障診断装置。