CN117642554A - 油压系统 - Google Patents

Abstract

根据一个实施方式的油压系统(1)包括：在油压执行器(12)工作时向油压执行器(12)供给工作油的容量可变型的油压泵(2)；驱动油压泵(2)的电动机(3)；变更油压泵(2)的容量的调节器(21)；和控制电动机(3)以及调节器(21)的控制装置(4)。控制装置(4)在电动机(3)的转矩超过额定转矩的状态持续了规定时间时，在维持油压泵(2)的吐出流量的条件下，以电动机(3)的转矩为所述额定转矩以下的形式，使油压泵(2)的容量减少，并且使电动机(3)的转速增加。

Description

油压系统

技术领域

本公开涉及一种电气变更油压泵的吐出流量的油压系统。

背景技术

以往，已知有电气变更油压泵的吐出流量的油压系统。例如，专利文献1公开了包括容量可变型的油压泵、驱动所述油压泵的电动机、变更所述油压泵的容量的调节器以及控制所述电动机的控制装置的油压系统。另外，专利文献1中，油压系统被称为“逆变器驱动液压装置”，调节器被称为“压力调节机构”。又，专利文献1中，控制装置包括逆变器和主控制单元，所述主控制单元被称为“控制器”。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2019-183944号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

专利文献1的油压系统中，调节器基于油压泵的吐出压力机械地变更油压泵的容量。更详细地，调节器在油压泵的吐出压力低于切断(cut-off)开始压力时使油压泵的容量为最大，当油压泵的吐出压力超过切断开始压力时，随着油压泵的吐出压力升高而使油压泵的容量减少。

另一方面，控制装置在油压泵的吐出压力低于切断开始压力时，随着油压泵的吐出压力升高而使电动机的转速减少，当油压泵的吐出压力超过切断开始压力时，随着电动机的转矩增大而使电动机的转速增加。

而包括驱动油压泵的电动机的油压系统中，可以使用具有比针对电动机的要求最大输出大的额定输出的电动机，但此时电动机的尺寸较大，并且成本也较高。另一方面，电动机可以暂时发挥比额定输出高的输出。但是，之后希望变更电动机的转速以及油压泵的容量，使电动机的输出为额定输出以下。

因此，本公开的目的在于提供一种油压系统，其能够使用具有比针对电动机的要求最大输出小的额定输出的电动机。

解决问题的手段：

本公开提供一种油压系统，具备：在油压执行器工作时向油压执行器供给工作油的容量可变型的油压泵；驱动所述油压泵的电动机；变更所述油压泵的容量的调节器；和控制所述电动机以及所述调节器的控制装置，所述控制装置，在所述电动机的转矩超过额定转矩的状态持续了规定时间时，在维持所述油压泵的吐出流量的条件下，以所述电动机的转矩为所述额定转矩以下的形式，使所述油压泵的容量减少，并且使所述电动机的转速增加。

发明效果：

根据本公开，提供一种能够使用具有比针对电动机的要求最大输出小的额定输出的电动机的油压系统。

附图说明

图1是根据一个实施方式的油压系统的概略结构图；

图2是控制装置进行的控制的流程图；

图3是示出电动机的转速与转矩的关系的图表，示出了电动机的运行状态沿着通过额定区域的内测的线移动的情况；

图4是示出电动机的转速与转矩的关系的图表，示出了电动机的运行状态沿着通过额定区域的外侧的线移动(shift)的情况；

图5是电动机效率的映射图(map)；

图6是泵效率的映射图。

具体实施方式

图1示出了根据一个实施方式的油压系统1。油压系统1为电气变更容量可变型的油压泵2的吐出流量Q。

具体地，油压系统1包括：油压泵2、驱动油压泵2的电动机3、变更油压泵2的容量q的调节器21和控制电动机3以及调节器21的控制装置4。容量q为油压泵2的每转的吐出量，吐出流量Q为油压泵2的容量q与电动机3的转速N的乘积。例如，Q的单位为L/min、q的单位为L/转、N的单位为转/min。

油压泵2在油压执行器12工作时向油压执行器12供给工作油。例如，油压泵2经由切换阀11与油压执行器12连接。油压执行器12可以是通过油压马达或双作用油缸等的压力油的供给而向两个方向工作的执行器，也可以是通过单作用油缸等的压力油的供给而向一个方向工作的执行器。前者的情况下，切换阀11为三位阀，后者的情况下，切换阀11为二位阀。

本实施方式中，油压泵2是斜盘泵或斜轴泵等轴向柱塞泵。不过油压泵2也可以是叶片泵等其他形式的泵。

从控制装置4向调节器21输出容量指令，调节器21根据容量指令变更油压泵2的容量q。例如，容量指令为指令电流。例如，当油压泵2为斜盘泵时，调节器21可以电气变更作用于与油压泵2的斜盘连结的伺服活塞上的油压，也可以是与油压泵2的斜盘连结的电动执行器。

电动机3例如为伺服马达。但电动机3也可以是感应电动机等其他马达。

关于控制装置4，本说明书公开的要素的功能能够使用包括构成或编程为执行所公开的功能的通用处理器、专用处理器、集成电路、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuits；专用集成电路)、以往的电路和/或它们的组合的电路或者处理电路来执行。处理器包括晶体管和其他电路，所以可视作为处理电路或电路。本公开中，电路、单元或手段是执行所列举的功能的硬件，或者是编程为执行所列举的功能的硬件。硬件可以是本说明书中公开的硬件，或者也可以是编程或构成为执行所列举的功能的其他已知的硬件。当硬件是被认为是电路的一种的处理器时，电路、手段或单元是硬件和软件的组合，软件用于硬件和/或处理器的构成。

本实施方式中，控制装置4包括：介设于电动机3与电源8之间的逆变器5和向逆变器5输出指令的主控制单元6。电源8可以是电池，也可以是交流商用电源。前者的情况下，逆变器5包括逆变器电路，后者的情况下，逆变器5包括转换器(converter)电路以及逆变器(inverter)电路。

又，本实施方式中，采用操作装置7，其接受用于使油压执行器12工作的操作，从操作装置7向主控制单元6输入针对油压执行器12的速度指令。例如，当操作装置7包括操作杆时，操作杆的倾斜角越大，针对油压执行器12的速度指令越大。

本实施方式中，主控制单元6向逆变器5输出转速指令。逆变器5能掌握电动机3的转速N以及转矩T，进行速度的反馈控制和转矩的反馈控制。电动机3的转速N以及转矩T从逆变器5输入到主控制单元6。但也可以是，主控制单元6进行速度反馈控制的同时，将从其结果得到的转矩指令输出到逆变器5，逆变器5进行转矩的反馈控制。

接着，参照图2说明控制装置4进行的控制。控制装置4首先以油压泵2的容量q为基准容量qr的形式控制调节器21(步骤S1)。基准容量qr例如为最大容量qmax。

该状态下，当操作装置7被操作时，控制装置4以电动机3的转速N为与针对油压执行器12的速度指令对应的转速的形式控制电动机3(步骤S2)。具体地，控制装置4的主控制单元6将随着速度指令增大而增大的转速指令输出到逆变器5。

接着，控制装置4判定电动机3的转矩T超过额定转矩Tt的状态是否持续了规定时间(步骤S3)。电动机3的额定转矩Tt预先存储在主控制单元6中。规定时间可以是固定值(例如10秒左右)，但由于取决于转矩T，所以也可以与转矩T对应地使规定时间可变。由于转矩T时刻变化，所以转矩T的值也可以以时间平均值或过滤后的值进行判断。

当电动机3的转矩T超过额定转矩Tt的状态没有持续规定时间时(步骤S3中为否)，控制装置4重复步骤S2。另一方面，当电动机3的转矩T超过额定转矩Tt的状态持续了规定时间时，控制装置4在维持油压泵2的吐出流量Q的条件下，使油压泵2的容量q减少，并且使电动机3的转速N增加(步骤S4)。其结果是，电动机3的运行状态如图3以及图4所示沿着线61移动。例如，线61为油压泵2的吐出流量与吐出压力之积为一定时的等马力线。

然后，控制装置4判定电动机3的转矩T是否为额定转矩Tt以下(步骤S5)。当电动机3的转矩T不为额定转矩Tt以下时(步骤S5中为否)，控制装置4重复步骤S4。另一方面，当电动机3的转矩T为额定转矩Tt以下时(步骤S5中为是)，控制装置4判定电动机3的转速N是否低于额定转速Nt(步骤S6)。

当电动机3的转速N没有低于额定转速Nt时(步骤S6中为否)，换言之，如图4所示，当电动机3的运行状态沿着通过由额定转速Nt及额定转矩Tt确定的额定区域的外侧的线61移动时，控制装置4使电动机3的转速N为额定转速Nt(步骤S10)。即，当电动机3的转速N高于额定转速Nt时，控制装置4使电动机3的转速N减少至额定转速Nt。电动机3的转矩T为额定转矩Tt以下时，当电动机3的转速N高于额定转速Nt的情况下，电动机3的输出超过额定输出，但该情况下通过牺牲油压执行器12的速度使电动机3的输出为额定输出以下。

另一方面，当电动机3的转速N低于额定转速Nt时(步骤S6中为是)，换言之，如图3所示，当电动机3的运行状态沿着通过额定区域的内侧的线61移动时，控制装置4在维持油压泵2的吐出流量Q的条件下，使油压泵2的容量q减少，并且使电动机3的转速N增加(步骤S7)。

然后，控制装置4判定电能转换为油压能时的综合效率η是否有所改善(步骤S8)。电能为电压与电流与时间之积，油压能为压力与流量与时间之积。又，综合效率η为电动机效率ηm与泵效率ηp之积。

主控制单元6中预先存储有如图5所示的电动机效率ηm的映射图和如图6所示的泵效率ηp的映射图。但是，电动机效率ηm以及泵效率ηp也可以函数化而取代映射图。电动机效率ηm以转速以及转矩为参数，泵效率ηp以吐出压力以及相对于最大容量的容量比即q/qmax为参数。本实施方式中。如图1所示，油压泵2的吐出压力由压力传感器9检测。

当综合效率η有所改善时(步骤S8中为是)，换言之，当综合效率η增大时，控制装置4重复步骤S6以及步骤S7。另一方面，当综合效率η没有改善时(步骤S8中为否)，换言之，当综合效率η减小时，控制装置4使油压泵2的容量q以及电动机3的转速N返回到前一个步骤S7的值(步骤S9)。即，当到达步骤S9之前步骤S7已进行n次时，油压泵2的容量q以及电动机3的转速N设定为第n-1次的步骤S7的值。

以上说明的结构的油压系统1中，电动机3的输出超过额定输出为暂时性的，然后通过油压泵2的容量q的减少以及电动机3的转速N的增加，电动机3的转矩T减少至额定转矩Tt以下。因此，能够使用电动机3，电动机3具有比针对电动机3的要求最大输出小的额定输出。而且，在电动机3的转矩减少中维持油压泵2的吐出流量Q，所以对油压执行器12的速度没有影响。

又，本实施方式中，在电动机3的转矩T为额定转矩Tt以下后，以综合效率η增大的形式重复油压泵2的容量q的减少以及电动机3的转速N的增加的处理，所以能够在额定区域内以能量消耗量少的状态运行电动机3。此外，当综合效率η减小时，油压泵2的容量q以及电动机3的转速N返回到前一个处理的值，所以能够容易地确定电动机3的能量消耗量为最小的状态。

＜变形例＞

本公开不限定于上述实施方式，在不脱离本公开的主旨的范围内可进行各种变形。

例如，可以省略操作装置7，进行自动运行。此时，也可以是，控制装置4基于摄像机画面等自行生成针对油压执行器12的速度指令。

又，图2所示的流程图中，可省略步骤S6至步骤S10。

＜总结＞

作为第一形态，本公开提供一种油压系统，具备：在油压执行器工作时向油压执行器供给工作油的容量可变型的油压泵；驱动所述油压泵的电动机；变更所述油压泵的容量的调节器；和控制所述电动机以及所述调节器的控制装置，所述控制装置在所述电动机的转矩超过额定转矩的状态持续了规定时间时，在维持所述油压泵的吐出流量的条件下，以所述电动机的转矩为所述额定转矩以下的形式，使所述油压泵的容量减少，并且使所述电动机的转速增加。

根据上述结构，电动机的输出超过额定输出是暂时性的，然后通过油压泵的容量的减少以及电动机的转速的增加，从而电动机的转矩减少至额定转矩以下。因此，能够使用具有比针对电动机的要求最大输出小的额定输出的电动机。而且，在电动机的转矩减少中维持油压泵的吐出流量，所以对油压执行器的速度没有影响。

作为第二形态，也可以是，在第一形态中，所述控制装置在所述电动机的转矩为所述额定转矩以下时，在所述电动机的转速低于额定转速的情况下，在维持所述油压泵的吐出流量的条件下，以电能转换为油压能时的综合效率变大的形式，重复所述油压泵的容量的减少以及所述电动机的转速的增加的处理。根据该结构，能够在额定区域内以能量消耗量较少的状态运行电动机。

作为第三形态，也可以是，在第二形态中，所述控制装置在所述处理后，在所述综合效率变小的情况下，将所述油压泵的容量以及所述电动机的转速返回到前一个所述处理的值。根据该结构，能够容易地确定电动机的能量消耗量为最小的状态。

作为第四形态，也可以是，在第一至第三形态的任一个中，所述控制装置在所述电动机的转矩为所述额定转矩以下时，在所述电动机的转速高于额定转速的情况下，使所述电动机的转速减少至所述额定转速。根据该结构，在电动机的转矩为额定转矩以下时，在电动机的转速高于额定转速的情况下，电动机的输出超过额定输出，但该情况下通过牺牲油压执行器的速度使电动机的输出为额定输出以下。

作为第五形态，也可以是，在第一至第四形态的任一个中，例如，所述控制装置包括：介设于所述电动机与电源之间的逆变器；和向所述逆变器输出指令的主控制单元。

Claims (5)

1.一种油压系统，具备：

在油压执行器工作时向油压执行器供给工作油的容量可变型的油压泵；

驱动所述油压泵的电动机；

变更所述油压泵的容量的调节器；和

控制所述电动机以及所述调节器的控制装置，

所述控制装置在所述电动机的转矩超过额定转矩的状态持续了规定时间时，在维持所述油压泵的吐出流量的条件下，以所述电动机的转矩为所述额定转矩以下的形式，使所述油压泵的容量减少，并且使所述电动机的转速增加。

2.根据权利要求1所述的油压系统，其特征在于，

所述控制装置在所述电动机的转矩为所述额定转矩以下时，在所述电动机的转速低于额定转速的情况下，在维持所述油压泵的吐出流量的条件下，以电能转换为油压能时的综合效率变大的形式，重复所述油压泵的容量的减少以及所述电动机的转速的增加的处理。

3.根据权利要求2所述的油压系统，其特征在于，

所述控制装置在所述处理后，在所述综合效率变小的情况下，将所述油压泵的容量以及所述电动机的转速返回到前一个所述处理的值。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的油压系统，其特征在于，

所述控制装置在所述电动机的转矩为所述额定转矩以下时，在所述电动机的转速高于额定转速的情况下，使所述电动机的转速减少至所述额定转速。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的油压系统，其特征在于，

所述控制装置包括：介设于所述电动机与电源之间的逆变器；和向所述逆变器输出指令的主控制单元。