CN115917150A - 流体压单元 - Google Patents

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Abstract

一种流体压单元，包括：逆变器(17)；马达(10)，由所述逆变器控制；泵(11)，由所述马达驱动以排出流体；检测部(16)，对所述流体的压力和/或流量进行检测；控制器(20)，基于由所述检测部检测出的检测值对所述逆变器进行控制，以使所述泵的压力和/或流量变为预定值；以及抑制部(33)，被构成为对因包含在所述检测值中的所述流体的脉动频率分量所产生的所述逆变器的输出变化进行抑制。

Description

流体压单元
技术领域
本公开涉及一种流体压单元。
背景技术
已知一种技术，其在利用马达对油压泵进行驱动的情况下，由于油压泵的排出量波动和马达的转矩涟波，因而在油压泵的排出压力上发生脉动(例如参见专利文献1)。
<现有技术文献>
<专利文献>
专利文献1：日本特开2001-90669号公报
发明内容
<本发明要解决的问题>
当在泵的排出压力上发生脉动时，在基于从泵所排出的流体的压力和/或流量的检测值，利用逆变器对用于驱动泵的马达进行控制的情况下，从泵所排出的流体的压力和/或流量的稳定性有时会降低。
本公开的目的在于提供一种流体压单元，其能够对从泵所排出的流体的压力和/或流量的稳定性的降低进行抑制。
<用于解决问题的手段>
本公开提供一种流体压单元，包括：逆变器；马达，由所述逆变器控制；泵，由所述马达驱动以排出流体；检测部，对所述流体的压力和/或流量进行检测；控制器，基于由所述检测部检测出的检测值对所述逆变器进行控制，以使所述泵的压力和/或流量变为预定值；以及抑制部，被构成为对因包含在所述检测值中的所述流体的脉动频率分量所产生的所述逆变器的输出变化进行抑制。
根据该方案，能够对从所述泵所排出的流体的压力和/或流量的稳定性的降低进行抑制。
在上述的流体压单元中，所述抑制部可以将高于所述脉动频率分量的频率分量处的抑制量设为低于所述脉动频率分量处的抑制量。
根据该方案，能够在高于所述流体的脉动频率的频率区域中，对马达和泵的响应性的降低进行抑制。
在上述的流体压单元中，所述抑制部可以是将所述脉动频率分量的频率包含于阻带中的带阻滤波器。
根据该方案，能够在阻带以外的频率区域中，对马达和泵的响应性的降低进行抑制。
在上述的流体压单元中，所述带阻滤波器可以是将所述脉动频率分量的频率包含于阻带中的陷波滤波器。
根据该方案，能够在阻带以外的频率区域中，进一步对马达和泵的响应性的降低进行抑制。
在上述的流体压单元中，所述阻带可以根据所述泵的转速而变化。
根据该方案，即使所述泵的转速发生变化，也能够对从所述泵所排出的流体的压力和/或流量的稳定性的降低进行抑制。
在上述的流体压单元中，所述阻带可以根据所述泵的转速与所述泵的齿数的乘积而变化。
根据该方案，即使所述泵的转速发生变化，也能够对从所述泵所排出的流体的压力和/或流量的稳定性的降低精确地进行抑制。
在上述的流体压单元中，所述检测部可以包括对所述流体的压力进行检测的压力传感器。
根据该方案，能够对从所述泵所排出的流体的压力的稳定性的降低精确地进行抑制。
在上述的流体压单元中，所述检测部可以包括对所述流体的流量进行检测的流量传感器。
根据该方案，能够对从所述泵所排出的流体的流量的稳定性的降低精确地进行抑制。
附图说明
图1是示出根据一个实施方式的具有流体压单元的系统的构成示例的图。
图2是示例性地示出在以消除泵的排出压力的脉动的方式对逆变器进行控制的情况下稳定的压力波形的图。
图3是示例性地示出在以消除泵的排出压力的脉动的方式对逆变器进行控制的情况下不稳定的压力波形的图。
图4是示出因检测值中包含的流体的脉动频率成分所产生的逆变器的输出变化的一个示例的图。
图5是示出因检测值中包含的流体的脉动频率成分所产生的逆变器的输出变化被抑制的情况下的一个示例的图。
图6是示例性地示出因检测值中包含的流体的脉动频率成分所产生的逆变器的输出变化被抑制的情况下的压力波形的图。
图7是示出流体压单元的第一构成示例的图。
图8是示出压力－流量图的一个示例的图。
图9是示出流体压单元的第二构成示例的图。
具体实施方式
以下，对实施方式进行说明。
图1是示出根据一个实施方式的具有流体压单元的系统的构成示例的图。图1所示的系统100通过从流体压单元200供给的流体使致动器13进行所期望的动作。系统100包括流体压单元200、控制阀19以及致动器13。致动器13是通过从流体压单元200供给的流体而进行动作的负载的一个示例。致动器13经由控制阀19而连接到流体压单元200。
流体压单元200利用由逆变器17控制的马达10来驱动泵11，并将槽12内的流体供给至缸体等致动器13。在流体为油的情况下，流体压单元也称为油压单元。流体不限于油等液体，也可以是气体。
流体压单元200包括逆变器17、马达10、泵11、槽12、压力传感器16、控制器20以及抑制部33。
逆变器17根据从控制器20供给的指令(控制信号)来控制马达10。逆变器17是用于对向马达10供给的供给电力进行调整的电路，例如具有用于输出三相交流电流的三相桥式电路。
马达10是由逆变器17控制的同步电动机，并且由从逆变器17输出的交流电流驱动。
泵11被由逆变器17所控制的马达10驱动以排出流体。例如，泵11经由吸入路径14从槽12中吸出流体并对其进行压缩，并且经由排出路径15和控制阀19将压缩后的流体排出至致动器13。从致动器13输出的流体经由控制阀19和回程路径9返回至槽12。
在图1所示的示例中，排出路径15包括用于使从泵11排出的流体通过的排出管15b、15c、15d、15e。经由流体压单元200侧的排出管15b、15c的排出路径与经由致动器13侧的排出管15d、15e的排出路径在连接点15a处彼此连接。另一方面，回程路径9包括用于使从致动器13输出的流体通过的回程管9a、9b。
例如，排出管15b、15c的刚性例如高于排出管15d、15e。作为一个示例，排出管15d、15e是由橡胶或树脂等弹性体形成的软管，排出管15b、15c是由刚性高于弹性体的金属块形成的管。回程路径9(回程管9a、9b)可以是与排出路径15相同的材质，也可以是与排出路径15不同的材质。
压力传感器16是对从泵11排出的流体的压力进行检测的检测部的一个示例，并且将所检测出的流体的压力(以下也称为检测压力Pd)输出。压力传感器16对流过排出路径15的流体的压力进行检测，在此示例中，经由排出管15c对从泵11向排出路径15的排出管15b排出的流体的压力进行检测。
控制器20基于由压力传感器16检测出的压力检测值(在图1所示的示例中，为检测压力Pd)，输出用于对逆变器17进行控制的指令，以使从泵11排出的流体的压力(排出压力Po)变为预定值。例如，控制器20基于由压力传感器16检测出的压力检测值，使逆变器17进行动作以对马达10进行控制，从而使泵11的排出压力Po变为目标压力。目标压力例如通过从控制器20的外部供给的压力指令来指定。另外，将经由排出路径15而来自泵11的致动器13的输入端处的压力称为负载压力Pa。
然而，当利用马达10对泵进行驱动时，由于泵11的排出压力Po因泵11的驱动而发生脉动，因此有时会在压力传感器16的压力检测值中包含流体的压力脉动频率分量。在此情况下，如果控制器20基于压力传感器16的压力检测值对逆变器17进行控制，则有时会因压力检测值中包含的压力脉动频率分量，使得泵11的排出压力Po的稳定性降低。
例如，控制器20通过基于压力传感器16的压力检测值，来执行对逆变器17进行控制的方法(脉动补偿方法)以消除排出压力Po的脉动，从而如图2所示，能够对排出压力Po和负载压力Pa的脉动进行抑制。然而，在脉动补偿方法中，如果排出压力Po的脉动的频带较高，则控制器20针对逆变器17的控制频带会不足，从而如图3所示，排出压力Po和负载压力Pa有时会变得不稳定。例如，如果控制器20以消除控制频带以上的脉动的方式对逆变器17进行控制，则从控制器20向逆变器17供给的指令(控制信号)有时会振动，并且排出压力Po和负载压力Pa有时会震荡(hunting)。
图1所示的根据一个实施方式的流体压单元200包括抑制部33，抑制部33被构成为对因包含在压力传感器16的压力检测值中的流体的压力脉动频率分量所产生的逆变器17的输出变化进行抑制。利用抑制部33，由于因包含在压力传感器16的压力检测值中的流体的压力脉动频率分量所产生的逆变器17的输出变化被抑制，因此能够对泵11的排出压力Po和负载压力Pa的稳定性的降低进行抑制。
图4是示出因检测值中包含的流体的脉动频率成分所产生的逆变器的输出变化的一个示例的图。在控制器20基于压力传感器16的压力检测值对逆变器17进行控制的情况下，压力传感器16的压力检测值中包含的流体的压力脉动频率分量有时会叠加在从逆变器17输出的交流电流上。图4示例性地示出了压力传感器16的压力检测值中包含的流体的压力脉动频率分量叠加在从逆变器17输出的一个相份额的交流电流iu上的波形。在从逆变器17输出的另一个相的交流电流(例如交流电流iv、iw)上也叠加有同样的压力脉动频率分量。
由于图1所示的抑制部33对因压力传感器16的压力检测值中包含的流体的压力脉动频率分量所产生的逆变器17的输出交流电流的变化进行抑制，因此如图5所示，能够对在输出交流电流上叠加的压力脉动频率分量进行抑制。由于未以消除排出压力Po的脉动的方式对逆变器17进行控制，因此如图6所示，有时会在排出压力Po中略微地残留有脉动。然而，由于压力的脉动在从连接点15a到致动器13的排出路径中衰减，因此致动器13的输入端处的负载压力Pa为大致恒定。
抑制部33可以将高于压力传感器16的压力检测值中包含的流体的压力脉动频率分量的频率分量处的抑制量设为低于该压力脉动频率分量处的抑制量。根据该方案，能够在高于流体的压力脉动频率的频率区域中，对马达10和泵11的响应性的降低进行抑制。例如，能够对马达10和泵11的急剧的动作受到阻碍的情况进行抑制。
抑制部33可以是将压力传感器16的压力检测值中包含的流体的压力脉动频率分量的频率包含于阻带中的带阻滤波器。根据该方案，能够在阻带以外的频率区域中，对马达10和泵11的响应性的降低进行抑制。
带阻滤波器可以是将压力传感器16的压力检测值中包含的流体的压力脉动频率分量的频率包含于阻带中的陷波滤波器(notch filter)。由于阻带以外的频率区域的信号难以衰减，因此陷波滤波器能够在阻带以外的频率区域中，进一步对马达10和泵11的响应性的降低进行抑制。
带阻滤波器或陷波滤波器的阻带可以根据泵11的转速而变化。根据该方案，即使该泵11的转速发生变化，由于调整为与该转速相应的适当的阻带，因此也能够对泵11的排出压力Po的稳定性的降低进行抑制。
阻带可以根据泵11的转速与泵11的齿数的乘积而变化。根据该方案，即使泵11的转速发生变化，也能够对泵11的排出压力Po的稳定性的降低精确地进行抑制。
泵11的齿数一般为约9～10片以上。例如，在泵11为容积式泵的情况下，在排出压力Po中产生与泵11的转速和泵11的齿数的乘积相应的脉动。图4示例性地示出了在泵11的齿数为13片的情况下，5～100[Hz]×13[片]的脉动频率叠加在逆变器17的输出交流电流上的波形。
需要说明的是，抑制部33可以通过硬件、或硬件与软件的协同动作而构成。
图7是示出流体压单元的第一构成示例的图。关于针对图7所示的构成之中的与图1所示的构成同样的构成的说明，通过援引上述说明，因而省略该说明。图7所示的流体压单元200A可以包括速度传感器18。速度传感器18对马达10的速度进行检测，并将检测出的速度ωd输出。
控制器20具有陷波滤波器32，该陷波滤波器32将检测出的压力Pd中包含的脉动频率分量的频率包含于阻带中。陷波滤波器32根据由速度传感器18检测出的速度ωd，使阻带(陷波频率)变化。或者，陷波滤波器32根据后述的指令速度ω*(更优选为指令速度ω*的单位时间前的旧速度ω^)，使阻带(陷波频率)变化。根据该些方案，由于陷波滤波器32能够将阻带调整为包含根据泵11的转速而变化的脉动频率分量的频率，因此能够对从泵11排出的流体的压力和/或流量的稳定性的降低进行抑制。
控制器20基于由压力传感器16检测出的压力Pd、基于由速度传感器18检测出的速度ωd所计算出的流量Qd、以及由目标压力－目标流量－马力限制构成的图(也称为PQ图)21，对用于驱动马达10的逆变器17的动作进行控制。由控制器20计算出的流量Qd表示从泵11排出到排出路径15的流体的流量Q的估计值。
控制器20通过利用乘法器31将检测速度ωd[1/s]与泵11的容积q[m3]进行乘法计算，从而计算流量Qd[m3/s]。由于泵11的容积q是不变的，因此其为固定值。控制器20基于从外部供给的目标压力Pr和由乘法器31计算出的流量Qd，从PQ图21中导出目标马力Rr。另一方面，控制器20通过利用乘法器23将由压力传感器16检测出的压力Pd与由乘法器31计算出的流量Qd进行乘法计算，从而导出检测马力Rd(＝Pd×Qd)。控制器20利用减法器22，导出目标马力Rr与检测马力Rd之间的误差Re(＝Rr-Rd)。控制器20具有PID控制部24，该PID控制部24通过PID控制来导出用于使误差Re接近于零的指令速度ω*(在PID中，P表示比例，I表示积分，D表示微分)。指令速度ω*可以通过PI控制而导出。
控制器20可以通过利用未图式的延迟器使指令速度ω*延迟，从而计算单位时间(例如控制周期)前的旧速度ω^，并且通过利用乘法器31将旧速度ω^[1/s]与泵11的容积q[m3]进行乘法计算，从而计算流量Qd[m3/s]。
控制器20具有电压设定部29，该电压设定部29基于指令速度ω*对用于使驱动马达10的逆变器17进行动作的指令电压Vr进行设定。
控制器20所具有的PID控制部24等的各部的功能通过利用以可读取的方式存储在存储器中的程序，使处理器(例如CPU(Central Processing Unit：中央处理单元))进行动作来实现。
图8是示出压力－流量图的一个示例的图。PQ图21由与最大设定流量Q0对应的最大流量直线、由与最大马力限制L0对应的曲线构成的最大马力曲线、以及与最高设定压力P0对应的最高压力直线构成。由于流量Q相当于马达10的旋转速度ω(转速)与泵11的容积q的乘积，因此与旋转速度ω等价。
控制器20以使由压力传感器16检测出的压力Pd、以及基于检测速度ωd或指令速度ω*计算出的流量Qd在PQ图21内的由设定压力Pn－设定流量Qn－设定马力曲线Ln构成的线上进行动作的方式，使用于驱动马达10的逆变器17进行动作。
图9是示出流体压单元的第二构成示例的图。关于针对图9所示的构成之中的与图1、图7所示的构成同样的构成的说明，通过援引上述说明，因而省略该说明。图9所示的流体压单元200B可以包括流量传感器8。流量传感器8是用于对从泵11向排出路径15排出的流体的流量Q进行检测的检测部的一个示例，并且将检测出的流体的流量Qd(以下也称为检测流量Qd)输出。虽然流量传感器8例如对流过排出路径15的排出管15b的流体的流量Q进行检测，但是也可以对流过排出管15d或排出管15e的流体的流量Q进行检测。控制器20通过利用除法器34将检测流量Qd[m3/s]除以容积q[m3]，从而计算检测速度ωd[1/s]。
控制器20具有陷波滤波器32，该陷波滤波器32将检测出的压力Pd中包含的脉动频率分量的频率包含于阻带中。陷波滤波器32根据由控制器20的除法器34检测出的速度ωd，使阻带(陷波频率)变化。根据该方案，由于陷波滤波器32能够将阻带调整为包含根据泵11的转速而变化的脉动频率分量的频率，因此能够对从泵11排出的流体的压力和/或流量的稳定性的降低进行抑制。
虽然以上对实施方式进行了说明，但是应当理解，在不脱离权利要求书的宗旨和范围的情况下，可以对形态或细节进行各种改变。可以进行与其他实施方式的一部分或全部的组合或替换等各种变形和改进。
例如，控制器20可以基于流量传感器8的流量检测值，以使泵的压力和/或流量变为预定值的方式对逆变器进行控制。其原因在于，控制器20能够使用排出路径15的管路阻力，根据由流量传感器8检测出的流量来计算流体的压力。
本国际申请以于2020年7月3日提交的日本发明专利申请第2020-115853号作为要求优先权的基础，并在本国际申请中援引日本发明专利申请第2020-115853号的全部内容。
符号说明
8：流量传感器；
9：回程路径；
10：马达；
11：泵；
12：槽；
13：致动器；
14：吸入路径；
15：排出路径；
16：压力传感器；
17：逆变器；
18：速度传感器；
19：控制阀；
20：控制器；
32：陷波滤波器；
33：抑制部；
100：系统；
200、200A、200B：流体压单元。

Claims (8)

1.一种流体压单元，包括：
逆变器；
马达，由所述逆变器控制；
泵，由所述马达驱动以排出流体；
检测部，对所述流体的压力和/或流量进行检测；
控制器，基于由所述检测部检测出的检测值对所述逆变器进行控制，以使所述泵的压力和/或流量变为预定值；以及
抑制部，被构成为对因包含在所述检测值中的所述流体的脉动频率分量所产生的所述逆变器的输出变化进行抑制。
2.根据权利要求1所述的流体压单元，其中，
所述抑制部将高于所述脉动频率分量的频率分量处的抑制量设为低于所述脉动频率分量处的抑制量。
3.根据权利要求2所述的流体压单元，其中，
所述抑制部是将所述脉动频率分量的频率包含于阻带中的带阻滤波器。
4.根据权利要求3所述的流体压单元，其中，
所述带阻滤波器是将所述脉动频率分量的频率包含于阻带中的陷波滤波器。
5.根据权利要求3或4所述的流体压单元，其中，
所述阻带根据所述泵的转速而变化。
6.根据权利要求5所述的流体压单元，其中，
所述阻带根据所述泵的转速与所述泵的齿数的乘积而变化。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的流体压单元，其中，
所述检测部包括对所述流体的压力进行检测的压力传感器。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的流体压单元，其中，
所述检测部包括对所述流体的流量进行检测的流量传感器。
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