JP2001090704A

JP2001090704A - 駆動装置

Info

Publication number: JP2001090704A
Application number: JP26652699A
Authority: JP
Inventors: Kunikazu Hyodo; 訓一兵藤
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokimec Inc
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動力や抗力を伝達する液体への加熱を無
くす。【解決手段】第１のサーボモータ１０ａと、これに連結
された第１の液圧ポンプ２０ａと、これと連通可能に接
続されたアクチュエータ４とを備えた駆動装置におい
て、第２のサーボモータ１０ｂと、これに連結されると
ともにアクチュエータ４とも連通可能に接続されたモー
タ動作可能な第２の液圧ポンプ２０ｂとを具えて、サー
ボモータ１０ａ及び油圧ポンプ２０ａで油圧シリンダ４
を駆動するとき、サーボモータ１０ｂ及び油圧ポンプ２
０ｂで抗力の発生・制御を行う。環流側の圧力エネルギ
ーは、油圧ポンプ２０ｂのモータ動作によって機械エネ
ルギーに転化され、さらにサーボモータ１０ｂによって
電気エネルギーや熱エネルギーに転化されて、液体から
持ち去られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、サーボモータと
液圧ポンプとの組を２組以上用いて同じアクチュエータ
を駆動する駆動装置に関し、詳しくは、駆動力に加えて
ブレーキ作用等の抗力も液圧ポンプを介してサーボモー
タが出力する駆動装置に関する。慣性負荷を急停止させ
る場合や、負荷に対し本来の駆動力以外にも重力等の外
力が可成り大きく作用し而もその外力が駆動途中で駆動
力に対抗する抗力から駆動力に加勢する推力に反転する
ような状況下で負荷の暴走を抑えつつ負荷を駆動する場
合など、負荷と一体の又は負荷に連結されて負荷を駆動
するアクチュエータには、駆動力だけでなく抗力も作用
させる必要が有るが、この発明は、そのような駆動技術
に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧システムの駆動源にサーボモータを
採り入れたハイブリッドシステムが増えて来ており、駆
動力の発生や駆動状態の制御にサーボモータが活用され
ているが、駆動力に加えて抗力も要する場合、抗力の発
生等は、依然として油圧システムに委ねられており、油
圧式のブレーキ回路やメータアウト回路などが併用され
ている。図５に回路図を示した駆動装置は、そのような
メータアウト方式を併用したハイブリッドシステムの典
型例であり、その駆動源にはサーボモータ１が設けられ
ている。サーボモータ１は、電動モータに加えてフィー
ドバック制御を行うために、電流や速度を検出して帰還
させる手段や、その検出結果に基づいて電動モータの回
転状態等を制御する制御手段も具えている。そして、駆
動に際しては、制御目標となる回転速度等の速度指令や
トルク等の力指令を受けて又は適宜生成して、力指令に
電流検出値を追従させる力制御や、速度指令に速度検出
値を追従させる速度制御などが行えるようになってい
る。

【０００３】油圧システム側には、サーボモータ１の電
動モータの出力軸に対し適宜の調芯部材等を介して入力
軸が連結された油圧ポンプ２が設けられていて、サーボ
モータ１の回転出力を受けるとその回転状態に対応した
流量の油を油タンク６から吸い出して吐出するようにな
っている。そして、その油圧をアクチュエータとしての
油圧シリンダ４に送り込むために、油圧ポンプ２の吐出
口と油圧シリンダ４の一方のポートとが適宜の油圧配管
等にて接続されるとともに、その配管の途中等に切換弁
３が介挿接続されていて、切換弁３の切換状態等に応じ
て選択的に油圧ポンプ２と油圧シリンダ４とが連通し得
るようになっている。また、送り込んだ油圧を環流させ
るために、油圧シリンダ４の他方のポートも切換弁３を
介して油タンク６と連通可能に接続されている。さら
に、メータアウト方式では、その環流ラインの途中に適
宜の絞り弁５も介挿接続されている。

【０００４】このような駆動装置では、切換弁３を適宜
切り換えさせると、油圧シリンダ４の両ポートと油圧ポ
ンプ２等との連通状態が入れ替わったり断たれたりし
て、油圧シリンダ４が進退駆動されたり停止したりす
る。その進退駆動の際には、サーボモータ１が適宜の指
令に追従して回転し、これに従って油圧ポンプ２も回転
し、それに応じて通常高圧の油圧が油圧シリンダ４に送
り込まれる。そうすると、その流量に対応した速度で油
圧シリンダ４のピストンやロッドが移動し、それと同時
に、油圧シリンダ４内で押されて溢れ出た油圧がシリン
ダ４から排出されて油タンク６へ環流する。その際、絞
り弁５によって絞られるので、その環流側の油圧にも、
その絞り具合等に応じて或る程度の圧力が発生し、これ
によって油圧シリンダ４のピストンには背圧も掛かる。
こうして、油圧シリンダ４には、サーボモータ１によっ
て適宜制御される駆動力に加えて、それに対抗する抗力
も働く。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の駆動装置では、抗力の発生を絞り弁で行って
いるため、その圧力エネルギーの解放は総てが油の加熱
によって果たされる。このため、油温が上昇しがちで、
油の劣化を防ぐための付帯設備を強化したり、面倒な油
の管理や保守作業をきめ細かく実施したりすることも必
要であった。これは、リリーフ弁等を組み込んだ油圧式
ブレーキ回路を用いたとしても、逃れることが出来な
い。

【０００６】そこで、駆動力に加えて抗力も要する駆動
を行う際に駆動力や抗力の伝達媒体である液体の温度が
上昇しないように又は上昇しにくくなるように工夫する
ことが技術的な課題となる。その際、制御性の良さとエ
ネルギー効率の良さとの両立など、サーボモータと液圧
ポンプとのハイブリッドシステムの利点を損なわないよ
う、そのようなハイブリッドシステムに適合したシステ
ムとすることが望ましい。

【０００７】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたものであり、駆動力および抗力を伝達する
液体に対する加熱がほとんど無い又は少ない駆動装置を
実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明された第１乃至第５の解決手段について、
その構成および作用効果を以下に説明する。

【０００９】［第１の解決手段］第１の解決手段の駆動
装置は（、出願当初の請求項１に記載の如く）、第１の
サーボモータと、これ（即ち前記第１のサーボモータの
出力軸等）に（入力軸等が直接に又は間接的に）連結さ
れた第１の液圧ポンプと、これ（即ち前記第１の液圧ポ
ンプの吐出口等）と（自己の複数ポートの何れかが）連
通可能に（即ち常時連通するか或いは適宜の切換状態で
一時的・選択的に連通するように）接続されたアクチュ
エータとを備えた駆動装置において、第２のサーボモー
タと、これ（即ち前記第２のサーボモータの出力軸等）
に（入力軸等が直接に又は間接的に）連結されるととも
に前記アクチュエータ（の複数ポートのうち前記第１の
液圧ポンプの吐出口等の接続先とは別の何れかなど、前
記第１の液圧ポンプによる前記アクチュエータの駆動に
応じて前記アクチュエータから液体が排出され環流して
来るところ）とも（自己の吐出口等が）連通可能に（即
ち常時連通するか或いは適宜の切換状態で一時的・選択
的に連通するように）接続されたモータ動作可能な第２
の液圧ポンプとを具えたものである。

【００１０】このような第１の解決手段の駆動装置にあ
っては、第１のサーボモータ及び第１の液圧ポンプにて
アクチュエータを駆動することで、液体を伝達媒体とし
た駆動が省エネで制御性も良く行われるが、その際、ア
クチュエータから排出された液体は、第２の液圧ポンプ
経由で環流する。そこで、それと連結されている第２の
サーボモータも作動させると、第２の液圧ポンプは、抵
抗するモータとして働き、液体を環流させながら環流側
にも圧力を発生させる。こうして、アクチュエータの駆
動に必要な駆動力に加えて抗力も発生・供給されるが、
何れもそれぞれのサーボモータによって発生等されるの
で、それらの制御は柔軟で容易に行える。

【００１１】しかも、環流側の圧力液体が第２の液圧ポ
ンプを回転させるという機械的仕事を行って圧力を失う
ことから、環流側の圧力エネルギーは、その大部分が、
第２の液圧ポンプのモータ動作によって機械エネルギー
に転化され、さらに第２のサーボモータによって電気エ
ネルギーや熱エネルギーに転化されて、サーボモータへ
伝達されるので、液体からは持ち去られる。これによ
り、液体を用いて駆動力や抗力の伝達を行っても駆動に
無駄が無く而も抗力のエネルギーも液体には残されない
ので、伝達エネルギーや伝達に伴うエネルギーが熱エネ
ルギーになって液体に蓄えられるという事態は、ほぼ回
避されることとなる。したがって、この発明によれば、
駆動力および抗力を伝達する液体に対する加熱がほとん
ど無い又は少ない駆動装置を実現することができる。

【００１２】［第２の解決手段］第２の解決手段の駆動
装置は（、出願当初の請求項２に記載の如く）、上記の
第１の解決手段の駆動装置であって、前記第２のサーボ
モータについての制御を（圧力またはトルク等の）力の
検出結果の帰還に基づいて行うとともに前記第１のサー
ボモータについての制御を（位置または速度等の）力以
外の検出結果の帰還に基づいて行う制御手段を具えたも
のである。

【００１３】このような第２の解決手段の駆動装置にあ
っては、第１のサーボモータについての制御が力以外の
検出結果の帰還に基づいて行われるとともに、第２のサ
ーボモータについての制御が力の検出結果の帰還に基づ
いて行われる。これにより、第１のサーボモータ及び第
１の液圧ポンプによるアクチュエータの駆動がサーボモ
ータ本来のフィードバック制御を利用して容易かつ的確
に行われるとともに、第２のサーボモータ及び第２の液
圧ポンプによるアクチュエータへの抗力の供給もやはり
サーボモータ本来のフィードバック制御を利用して容易
かつ的確に行われる。したがって、この発明によれば、
駆動力および抗力を伝達する液体に対する加熱がほとん
ど無い又は少ない駆動装置を実現するとともにその適切
な制御も容易に実現することができる。

【００１４】［第３の解決手段］第３の解決手段の駆動
装置は（、出願当初の請求項３に記載の如く）、上記の
第１の解決手段の駆動装置であって、前記アクチュエー
タに差動動作を選択的に行わせる差動手段を具えたもの
である。

【００１５】このような第３の解決手段の駆動装置にあ
っては、差動手段によって差動動作が選択されていると
きに、第１，第２の液圧ポンプが共に吐出することで、
双方の液圧ポンプの合計吐出量ばかりかそれを差動の比
率で幾倍か増加された大流量でアクチュエータが高速駆
動される。また、その状態で差動手段によって差動動作
が解除されるとともに、それとほぼ同時に、第１の液圧
ポンプが吐出を続ける又は停止する一方で、第２の液圧
ポンプはアクチュエータからの環流液体を受け入れて抵
抗するモータとして動作することで、アクチュエータに
抗力が働く。しかも、上述したように液体を加熱するこ
と無く抗力の発生等が行われる。

【００１６】これにより、液圧ポンプが同じ容量であれ
ば２台分の容量を超えて更に高速の駆動が行えるばかり
か、高速駆動中の慣性負荷等についての減速等も、液体
の加熱を回避しつつ、確実に行われる。また、駆動速度
を上げる必要が無ければ、液圧ポンプが小容量のもので
足り、そうすることで、装置の小形化や原価低減に加え
て制御性の向上も達成されることとなる。したがって、
この発明によれば、駆動力および抗力を伝達する液体に
対する加熱がほとんど無い又は少ない駆動装置を安価に
或いは性能アップさせつつ実現することができる。

【００１７】［第４の解決手段］第４の解決手段の駆動
装置は（、出願当初の請求項４に記載の如く）、上記の
第３の解決手段の駆動装置であって、前記差動手段に差
動動作を解除させて前記第２のサーボモータについての
制御を（圧力またはトルク等の）力の検出結果の帰還に
基づいて行うとともに前記第１のサーボモータについて
の制御を（位置または速度等の）力以外の検出結果の帰
還に基づいて行い且つ前記差動手段に差動動作を選択さ
せて前記第１のサーボモータ及び前記第２のサーボモー
タについての制御を共に力以外の検出結果の帰還に基づ
いて行う制御手段を具えたものである。

【００１８】このような第４の解決手段の駆動装置にあ
っては、差動動作を選択して行う第１，第２の液圧ポン
プによるアクチュエータの共同駆動が第１，第２のサー
ボモータ本来のフィードバック制御を利用して容易かつ
的確に行われるとともに、差動動作を解除して行う第１
の液圧ポンプによるアクチュエータの駆動および第２の
液圧ポンプによるアクチュエータへの抗力の供給も、や
はり第１，第２のサーボモータ本来のフィードバック制
御を利用して容易かつ的確に行われる。

【００１９】これにより、高速化や小形化に寄与する差
動手段を組み込んでも、サーボモータの制御性の良さ
は、損なわれずに維持され、むしろ多様性が加味され
て、向上していると言える。したがって、この発明によ
れば、駆動力および抗力を伝達する液体に対する加熱が
ほとんど無い又は少ない駆動装置を安価に或いは性能ア
ップさせつつ実現するとともにその適切な制御も容易に
実現することができる。

【００２０】［第５の解決手段］第５の解決手段の駆動
装置は（、出願当初の請求項５に記載の如く）、上記の
第４の解決手段の駆動装置であって、前記制御手段が、
前記差動手段に差動動作を選択させて前記第１のサーボ
モータ及び前記第２のサーボモータについての制御を共
に力以外の検出結果の帰還に基づいて行うに際して、一
方に完全な追従制御を行うとともに他方には不完全な追
従制御を行うようになっている、というものである。

【００２１】このような第５の解決手段の駆動装置にあ
っては、差動動作を伴い両液圧ポンプにてアクチュエー
タを共同駆動するために両サーボモータが同じ目標に向
かって追従制御を行う際、両サーボモータが同列で而も
個々に制御すると、互いに逆向きに制御しようとして制
御状態が収斂し切れないという困った状況も起こりうる
が、一方だけが完全な追従制御を行い、他方は微妙な段
階に至るとそれ以上の追従制御を止めるので、各サーボ
モータが個々に制御を行っても、アクチュエータの駆動
制御は的確になされる。

【００２２】これにより、駆動力と抗力との個別制御等
のために複数サーボモータが個々に制御を行うのを前提
として簡便に、差動手段の導入に伴う共同駆動を行って
も、アクチュエータの駆動制御は的確に行われる。した
がって、この発明によれば、駆動力および抗力を伝達す
る液体に対する加熱がほとんど無い又は少ない駆動装置
を安価に或いは性能アップさせつつ実現すとともにその
適切な制御も極めて容易に実現することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】このような解決手段で達成された
本発明の駆動装置について、これを実施するための具体
的な形態を、以下の第１〜第３実施例により説明する。
図１に示した第１実施例は、上述した第１，第２の解決
手段を具現化したものであり、図２及び図３に示した第
２実施例は、上述した第３，第４の解決手段を具現化し
たものであり、図４に示した第３実施例は、第５の解決
手段も具現化したものである。なお、それらの図示等に
際し、油圧配管は細線で図示し、それとの区別のため
に、電気信号線は矢印付きの細い長破線で図示した。ま
た、ルーチン間のやり取りは矢印付きの細い短破線で図
示した。

【００２４】

【第１実施例】本発明の駆動装置の第１実施例につい
て、その具体的な構成を、図１の回路図を引用して説明
する。

【００２５】この駆動装置は、図５の従来例のと同様
に、サーボモータと、これに連結された液圧ポンプとし
ての油圧ポンプと、これと連通可能に接続されたアクチ
ュエータとしての油圧シリンダ４と、油圧シリンダ４へ
供給され環流する油を貯留しておく油タンク６とを具え
ているが、従来例と異なり、方向切換弁３や絞り弁５は
取り除かれている。また、絞り弁５に代えて新たなサー
ボモータ１０ｂ及び油圧ポンプ２０ｂの組が追加導入さ
れた点も相違する。さらに、サーボモータ１及び油圧ポ
ンプ２がそれぞれサーボモータ１０ａ及び油圧ポンプ２
０ａになった点でも多少相違し、両サーボモータ１０
ａ，１０ｂを統括する上位の制御手段としてのマイクロ
プロセッサ１６が追加された点でも相違している。

【００２６】油圧ポンプ２０ａ，２０ｂは、何れも、ポ
ンプとして油タンク６から油を吸い上げて油圧シリンダ
４へ吐出供給するが、油圧シリンダ４から油が環流して
来たときには油を逆向きに流しながらモータとしても動
作する。そのような油圧ポンプにはベーンポンプやロー
タリポンプが好適であるが、他のタイプのものであって
もモータ動作可能であれば良い。一方の油圧ポンプ２０
ａは、一方のサーボモータ１０ａに連結されていて、そ
の吐出口が例えば油圧シリンダ４のピストン側ポートに
適宜の油圧ホースや配管等にて接続され、他方の油圧ポ
ンプ２０ｂは、他方のサーボモータ１０ｂに連結されて
いて、その吐出口が例えば油圧シリンダ４のロッド側ポ
ートに接続されている。そして、油圧ポンプ２０ａが第
１の液圧ポンプとして吐出を行っているときには油圧ポ
ンプ２０ｂが第２の液圧ポンプとして環流によるモータ
動作を行い、逆に、油圧ポンプ２０ｂが第１の液圧ポン
プとして吐出を行っているときには油圧ポンプ２０ａが
第２の液圧ポンプとして環流によるモータ動作を行うよ
うになっている。

【００２７】サーボモータ１０ａは、基本的にはサーボ
モータ１と同様のものでも足りるが、力制御をより的確
にすべく、油圧ポンプ２０ａと油圧シリンダ４との連通
ラインに対して設けられた圧力計７ａにて圧力を検出す
るとともに、その検出結果を帰還させてそれに基づく力
制御も行えるようになっている。サーボモータ１０ｂも
同様のものであるが、油圧ポンプ２０ｂと油圧シリンダ
４との連通ラインに対して設けられた圧力計７ｂにて圧
力を検出し帰還させるようになっている。

【００２８】これらのサーボモータ１０ａ，１０ｂは、
何れも、ドライバ１２によって電流駆動される電動モー
タ１３と、ドライバ１２を介して電動モータ１３の回転
速度や出力トルクを制御するコントローラ１１とを具え
ている。コントローラ１１による電動モータ１３の制御
は、電流制御をマイナーループとし速度制御をその外の
フィードバックループとした一般的な速度制御を基本と
したものであり、ドライバ１２の出力電流を電流検出部
１４にて検出してコントローラ１１へ帰還させるととも
に、電動モータ１３のモータ出力軸１６の回転速度を速
度検出部１５にて検出してこれもコントローラ１１へ帰
還させるようになっている。

【００２９】コントローラ１１は、改造等の容易なソフ
トウェアサーボを実現すべく、適宜な入出力回路等の付
加されたマイクロプロセッサシステムとなっており、そ
のプログラム処理によって、適切な電流制御や速度制御
（すなわち力以外の検出結果の帰還に基づいて行う制
御）さらには圧力検出に基づく力制御（すなわち力の検
出結果の帰還に基づいて行う制御）を実現するのに必要
な演算等を行って、ドライバ１２に与える電流指令を生
成するようになっている。そして、アプリケーションに
対応した適宜の順序制御等を行うマイクロプロセッサ１
６から速度指令Ｖｃを受けると、速度指令Ｖｃに電動モ
ータ１３の回転速度を追従させる速度制御を行い、マイ
クロプロセッサ１６から力指令Ｆｃを受けると、力指令
Ｆｃに該当圧力計（７ａ又は７ｂ）からの圧力を追従さ
せる力制御とを選択的に切り換えて行うようになってい
る。

【００３０】その制御手法には、周知のＰＩＤ制御を適
用したものや、ｄ−ｑ変換を利用したもの（特開平１０
−２９１２４１号公報など参照）等が、何れか単独で或
いは適宜組み合わせて採用されている。また、サーボモ
ータ１０ａ，１０ｂにおける他の構成要素についても詳
述すると、電動モータ１３には、ブラシレスＤＣサーボ
モータや誘導モータの何れも使用可能であり、ブラシレ
スＤＣサーボモータでは永久磁石同期モータ等が用いら
れ、誘導モータではかご形誘導モータが多用される。ド
ライバ１２には、大パワーを効率良く出せて制御性も良
い３相電圧形ＰＷＭインバータ等が好まれ、電流検出部
１４には、応答性に優れ精度も良いホール素子等が多用
され、速度検出部１５には、光の断続に基づくエンコー
ダなど、各種の速度センサが、用いられる。圧力計７ａ
や７ｂには、ストレインゲージやアンプ等を一体的に纏
めた一般的な油圧用プレッシャーセンサが使用可能であ
る。

【００３１】このようなサーボモータ１０ａ，１０ｂ
は、何れも、マイクロプロセッサ１６から速度指令Ｖｃ
を受けると、第１のサーボモータとして速度制御を行
い、これによって油圧ポンプ２０ａ，２０ｂが第１の液
圧ポンプとして吐出を行うように動作する。また、マイ
クロプロセッサ１６から力指令Ｆｃを受けると、第２の
サーボモータとして力制御を行って、油圧ポンプ２０
ａ，２０ｂが第２の液圧ポンプとして環流に抵抗しなが
らモータ動作を行うようにする。

【００３２】この第１実施例の駆動装置について、その
使用態様及び動作を説明する。

【００３３】先ず、油圧シリンダ４のロッドを突き出さ
せるような駆動を行うときには、マイクロプロセッサ１
６からサーボモータ１０ａへ速度指令Ｖｃが送出される
とともに、同じマイクロプロセッサ１６からサーボモー
タ１０ｂへは力指令Ｆｃが送出される。すると、速度指
令Ｖｃに追従してサーボモータ１０ａ及び油圧ポンプ２
０ａが回転し、その吐出流が油圧シリンダ４のピストン
側ポートから油圧シリンダ４内に高圧で流入する。そし
て、その油圧によって油圧シリンダ４のピストンがロッ
ド側へ押されて、ピストンと共にロッドが突き出て来
る。こうして、速度指令Ｖｃに対応した速度で油圧シリ
ンダ４の駆動が行われる。

【００３４】それと同時に、油圧シリンダ４のロッド側
ポートからは、ピストンの移動量に対応した量の油が流
れ出し、これが油圧ポンプ２０ｂを経由して油タンク６
へ戻る。その際、その環流によって油圧ポンプ２０ｂは
モータ動作させられるが、同時に油圧ポンプ２０ｂは力
制御中のサーボモータ１０ｂによる駆動も受けている。
そのため、油圧ポンプ２０ｂは、単にモータ動作するだ
けでなく、サーボモータ１０ｂの力制御に応じて抵抗し
ながらモータ動作する。その抵抗の強さは圧力計７ｂの
検出圧力が力指令Ｆｃに一致する又は所定倍率で対応す
る。こうして、油圧シリンダ４内のピストンには、ロッ
ド側から、即ち上記駆動方向と反対向きに、力指令Ｆｃ
に対応した強さの抗力が掛けられる。

【００３５】次に、突き出したロッドを油圧シリンダ４
内に戻すような駆動を行うときには、マイクロプロセッ
サ１６からサーボモータ１０ａへは力指令Ｆｃが送出さ
れサーボモータ１０ｂへは速度指令Ｖｃが送出される。
すると、油圧ポンプ２０ａ，２０ｂの役割が入れ替わ
り、サーボモータ１０ｂ及び油圧ポンプ２０ｂの駆動に
よって速度指令Ｖｃに対応した速度でロッドが引っ込む
一方、サーボモータ１０ａ及び油圧ポンプ２０ａの駆動
によって力指令Ｆｃに対応した抗力が先ほどとは逆向き
に掛けられる。

【００３６】こうして、この駆動装置では、サーボモー
タ１０ａ及び油圧ポンプ２０ａの組とサーボモータ１０
ｂ及び油圧ポンプ２０ｂの組とが、第１のサーボモータ
及び液圧ポンプとしての役割と第２のサーボモータ及び
液圧ポンプとしての役割とを、マイクロプロセッサ１６
の指令に応じて適宜入れ替わりながら果たすので、油圧
シリンダ４の進退駆動何れについても、駆動力だけでな
く抗力も作用させることができる。

【００３７】しかも、その抗力は、適宜な力指令Ｆｃを
与えるだけで容易に設定でき、一時的に抗力が不要なと
きには力指令Ｆｃをゼロにするだけで抗力を無くすこと
もできる。また、抗力の元となった圧力エネルギーは、
油圧ポンプ２０ａ，２０ｂによって機械的な回転のエネ
ルギーに変換されて電動モータ１３に伝達され、それか
ら、電動モータ１３の発電作用によって電気エネルギー
に変換されてドライバ１２に伝達され、ドライバ１２に
おけるスナバ回路や適宜の回生回路等を経て消費された
り再利用されたりする。こうして、ブレーキ力等を自由
自在に掛けながら任意のスピードで進退駆動を行うこと
ができる。

【００３８】

【第２実施例】本発明の駆動装置の第２実施例につい
て、その具体的な構成を、図２の回路図を引用して説明
する。

【００３９】この駆動装置が上述した第１実施例のと相
違するのは、差動手段として油圧差動回路３０が導入さ
れた点と、サーボモータ１０ａ，１０ｂのコントローラ
１１がマイクロプロセッサ１６に吸収されてそれぞれサ
ーボ制御ルーチン１６ａ，１６ｂになった点と、それら
に伴ってマイクロプロセッサ１６の順序制御ルーチン１
６ｃが機能拡張された点である。

【００４０】油圧差動回路３０は、適宜な分岐配管の追
加接続等にて油圧シリンダ４の両ポートを連通させて油
圧シリンダ４に差動動作を行わせるものであるが、その
差動動作を選択的に行わせるために、両ポートの連通ラ
インには切換弁３１が介挿されている。この切換弁３１
は、差動指令Ｓを受けて切換を行う電磁弁であり、その
弁体部には例えば２位置２ポートの方向制御弁が用いら
れていて、差動指令Ｓが差動動作の選択を指示している
ときには連通状態を確保し、差動指令Ｓが差動動作の解
除を指示しているときには連通ラインを遮断するように
なっている。

【００４１】サーボ制御ルーチン１６ａ，１６ｂ，順序
制御ルーチン１６ｃは、マイクロプロセッサ１６のマル
チタスク処理等によって各々の処理を並行して進めるよ
うになっている。サーボ制御ルーチン１６ａの処理内容
は、サーボモータ１０ａのコントローラ１１のと同等で
あり、順序制御ルーチン１６ｃから速度指令Ｖｃを受け
て速度制御を行い力指令Ｆｃを受けると力制御を行うよ
うになっている。サーボモータ１０ｂ側のサーボ制御ル
ーチン１６ｂも、同様である。

【００４２】順序制御ルーチン１６ｃは、サーボ制御ル
ーチン１６ａ，１６ｂに対して速度指令Ｖｃ，力指令Ｆ
ｃを送出するのに加えて、切換弁３１に対して差動指令
Ｓを送出することも行うようになっており、その差動指
令Ｓにて油圧差動回路３０に対して差動動作を選択させ
ている時と解除させている時とで、サーボ制御ルーチン
１６ａ，１６ｂに対して指示する制御態様を変える。具
体的には、差動動作を解除させているときは、上述した
第１実施例のマイクロプロセッサ１６による順序制御と
同様に、駆動方向が進退いずれの方向かに応じてサーボ
モータ１０ａ，１０ｂによる第１，第２のサーボモータ
としての役割を入れ替えさせながら、第１のサーボモー
タについての制御を速度制御で行わせる即ち力以外の検
出結果の帰還に基づいて行う制御を行わせるとともに、
第２のサーボモータについての制御を力制御で行わせる
即ち力の検出結果の帰還に基づいて行わせる。これに対
し、差動動作を選択させているときは、両サーボモータ
１０ａ，１０ｂについての制御を共に速度制御で行わせ
る。そのように、差動指令Ｓや，速度指令Ｖｃ，力指令
Ｆｃを送出したりしなかったり指令値を変えたりするの
である。

【００４３】この第２実施例の駆動装置について、その
使用態様及び動作を、図３の動作概要図を引用して説明
する。高速前進した後、制動しつつ低速前進になり、そ
れから制動しつつ後退する、という場合を例に説明す
る。

【００４４】先ず、高速で油圧シリンダ４のロッドを突
き出させるような駆動を行うときには、順序制御ルーチ
ン１６ｃから、切換弁３１へ連通状態を指示する差動指
令Ｓが送出され、サーボ制御ルーチン１６ａ，１６ｂ双
方へ速度指令Ｖｃが送出される。すると（図３（ａ）参
照）、速度指令Ｖｃに従って油圧ポンプ２０ａ，２０ｂ
双方が吐出状態となり、その両吐出流に加えて油圧シリ
ンダ４のロッド側ポートからの排出流も、総てが油圧シ
リンダ４のピストン側に流入する。こうして、速度指令
Ｖｃの所定倍に対応した速度で油圧シリンダ４の駆動が
行われる。その倍率は、ポンプ２台分に対応した２倍
に、油圧シリンダ４のピストン両側の受圧面積比に基づ
く差動比率を、乗じたものとなる。

【００４５】次に、制動を掛けて低速前進に移行すると
きには、順序制御ルーチン１６ｃから、切換弁３１へ遮
断状態を指示する差動指令Ｓが送出され、サーボ制御ル
ーチン１６ａへは速度指令Ｖｃが送出され、サーボ制御
ルーチン１６ｂへは力指令Ｆｃが送出される。すると
（図３（ｂ）参照）、第１実施例についての動作説明の
前半部において述べたのと同様になる。そのため、繰り
返しとなる再度の説明は割愛するが、油圧シリンダ４内
のピストンには、ロッド側から、力指令Ｆｃに対応した
強さの抗力が働く。そして、速度指令Ｖｃに対応した低
速まで速やかに速度が下がると、それからは、抗力が掛
かった状態のままで、速度指令Ｖｃに追従してピストン
及びロッドは前進しつづける。

【００４６】最後に、突き出したロッドを油圧シリンダ
４内に戻すような駆動を行うときには、順序制御ルーチ
ン１６ｃから、切換弁３１へ遮断状態を指示する差動指
令Ｓが送出され、サーボ制御ルーチン１６ａへは力指令
Ｆｃが送出され、サーボ制御ルーチン１６ｂへは速度指
令Ｖｃが送出される。すると（図３（ｃ）参照）、第１
実施例についての動作説明の後半部において述べたのと
同様になり、ピストン及びロッドは、力指令Ｆｃに対応
した抗力が掛かった状態のままで、速度指令Ｖｃに追従
して後退する。

【００４７】こうして、この駆動装置では、ブレーキ力
等を自由自在に掛けながら任意のスピードで進退駆動を
行うことができるばかりか、望めば超高速のスピードで
も駆動することができる。しかも、油の加熱がほとんど
無いので、油の品質が長期に亘って維持され、油タンク
６に付設するクーラー等も小形で安価なもので済ますこ
とができる。

【００４８】

【第３実施例】本発明の駆動装置の第３実施例につい
て、その具体的な構成を、図４の回路図を引用して説明
する。

【００４９】この駆動装置が上述した第２実施例のと相
違するのは、油圧シリンダ４にロッド位置を検出するポ
ジションセンサ８が付設されるとともにその検出結果す
なわち力以外の検出結果が適宜のシールドケーブル等に
てマイクロプロセッサ１６へ帰還されるようになった点
と、その検出結果の帰還に基づいてサーボ制御ルーチン
１６ａ，１６ｂがそれぞれ位置制御も行うようになった
点と、順序制御ルーチン１６ｃが高速前進を指示する際
に切換弁３１へ連通状態を指示する差動指令Ｓを送出す
るとともにサーボ制御ルーチン１６ａ，１６ｂ双方へ位
置指令Ｐｃを送出するようになった点である。

【００５０】サーボ制御ルーチン１６ａ，１６ｂは、い
ずれも基本的には位置指令Ｐｃを受けるとこれにポジシ
ョンセンサ８の検出値を一致させるような電流指令等を
生成してドライバ１２へ送出するが、その生成に際し、
何れか一方たとえばサーボ制御ルーチン１６ａには遊び
が無く、他方たとえばサーボ制御ルーチン１６ｂには或
る程度の遊びが有る。すなわち、サーボ制御ルーチン１
６ａは、位置指令Ｐｃにポジションセンサ８の検出値を
完全に一致させるような追従制御を行う。これに対し、
サーボ制御ルーチン１６ｂは、追従範囲に不感帯的な部
分があり、位置指令Ｐｃとポジションセンサ８の検出値
との差が所定値より小さいときには電流指令等を有意で
なくするか出さないようになっている。これは、サーボ
制御ルーチン１６ａの追従制御に比べて不完全な追従制
御といえる。

【００５１】この場合、高速前進以外は上述の第２実施
例と同様なので、以下、高速前進時の動作を説明する。

【００５２】そのときには、順序制御ルーチン１６ｃか
ら、切換弁３１へ連通状態を指示する差動指令Ｓが送出
されるとともに、サーボ制御ルーチン１６ａ，１６ｂ双
方へ位置指令Ｐｃが送出される。位置指令Ｐｃは随時更
新され適宜変化する。例えば漸増したり急増したりす
る。そうすると、位置指令Ｐｃに追従すべく油圧ポンプ
２０ａ，２０ｂ双方が吐出状態となり、油圧差動回路３
０の差動動作も加わって、ピストン及びロッドが高速駆
動される。

【００５３】その際、一方のサーボモータ及び油圧ポン
プがオーバシュートし他方のサーボモータ及びポンプが
アンダーシュートして、しかも、相互作用で運悪く交互
にオーバシュート状態とアンダーシュート状態とが入れ
替わりながら両者が発振状態に入りかけると、サーボモ
ータ１０ｂの方には遊びがあるため相互作用に強弱やず
れ等が生じる。そのため、発振状態に長く留まることは
無い。しかも、サーボモータ１０ａの追従制御によって
最終的には完全な一致も得られる。

【００５４】こうして、両サーボモータについての制御
が共に位置制御で行われ、しかも、その際、一方では完
全な追従制御が行われ、他方では不完全な追従制御が行
われる。そして、これにより、サーボ制御ルーチン１６
ａ，１６ｂを一体化して高次の制御手法を採り入れると
いった面倒なことを行うまでも無く簡便に、すなわち両
ルーチンは各々の処理を個々に行うままであって而も共
通の検出値に基づいて追従制御を行うものであっても、
複数サーボモータを使用することの利点を損なうこと無
く、追従制御を的確に行うことができる。

【００５５】

【その他】なお、上記各実施例では、アクチュエータと
して油圧シリンダ４を挙げたが、本発明の適用はこれに
限られるものでは無い。アクチュエータは、単動・複動
形いずれのシリンダでも良く、シリンダのように直線駆
動するものに限られるものでも無く、油圧モータのよう
に回転駆動するものや、揺動形アクチュエータであって
も良い。

【００５６】また、液体は、油圧が普及しており使い易
いが、油圧に限られるもので無く、例えばアプリケーシ
ョンの特質や制約事項等にもよるが、水や、化学合成さ
れた液体、異種液体の混合液、粉粒材の混入液などを用
いても良い。

【００５７】さらに、制御手段としてのコントローラ１
１やマイクロプロセッサ１６の処理は、マイクロプロセ
ッサによるプログラム処理に限られるもので無く、適宜
のハードウェアロジック等にて具体化しても良く、幾つ
かのソフトウェアと幾つかの個別ハードウェアとで具体
化しても良い。

【００５８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１の解決手段の駆動装置にあっては、吐出側ばかり
か環流側にもサーボモータと液圧ポンプとの組み合わせ
を導入したことにより、液体を用いて駆動力や抗力の伝
達を行っても、駆動に無駄が無く而も抗力のエネルギー
も液体には残らないような駆動等が可能となり、その結
果、駆動力および抗力を伝達する液体に対する加熱がほ
とんど無い又は少ない駆動装置を実現することができた
という有利な効果が有る。

【００５９】また、本発明の第２の解決手段の駆動装置
にあっては、駆動ばかりか抗力の供給もサーボモータ本
来のフィードバック制御を利用して行うようにしたこと
により、駆動に無駄が無く而も抗力のエネルギーも液体
には残らない的確な制御が容易かつ確実になされるの
で、駆動力および抗力を伝達する液体に対する加熱がほ
とんど無い又は少ない駆動装置を実現するとともにその
適切な制御も容易に実現することができたという有利な
効果を奏する。

【００６０】さらに、本発明の第３の解決手段の駆動装
置にあっては、差動手段も組み合わせて超高速の駆動に
加えてその減速等も的確に行えるようにしたことによ
り、駆動力および抗力を伝達する液体に対する加熱がほ
とんど無い又は少ない駆動装置を安価に或いは性能アッ
プさせつつ実現することができたという有利な効果が有
る。

【００６１】また、本発明の第４の解決手段の駆動装置
にあっては、サーボモータの制御性を損うこと無く差動
手段をも組み込んだことにより、駆動力および抗力を伝
達する液体に対する加熱がほとんど無い又は少ない駆動
装置を安価に或いは性能アップさせつつ実現するととも
にその適切な制御も容易に実現することができたという
有利な効果を奏する。

【００６２】また、本発明の第５の解決手段の駆動装置
にあっては、各サーボモータが個々に制御するのを前提
として簡便に差動動作時の共同駆動が行われるようにし
たことにより、駆動力および抗力を伝達する液体に対す
る加熱がほとんど無い又は少ない駆動装置を安価に或い
は性能アップさせつつ実現するとともにその適切な制御
も極めて容易に実現することができたという有利な効果
が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の駆動装置の第１実施例について、そ
の回路図である。

【図２】本発明の駆動装置の第２実施例について、そ
の回路図である。

【図３】その動作説明図である。

【図４】本発明の駆動装置の第３実施例について、そ
の回路図である。

【図５】従来の駆動装置の回路図である。

【符号の説明】

１サーボモータ２油圧ポンプ３切換弁（４ポート３位置の方向制御弁）４油圧シリンダ（進退駆動形のアクチュエータ）５絞り弁（メータアウト、ブレーキ作用部）６油タンク（ドレインタンク、液体容器）７ａ圧力計（圧力検出部材、力検出手段）７ｂ圧力計（圧力検出部材、力検出手段）８ポジションセンサ（位置検出部材、共用される力
以外の検出手段）１０ａサーボモータ（第１のサーボモータ）１０ｂサーボモータ（第２のサーボモータ）１１コントローラ（サーボ制御回路、帰還・追
従制御部、制御手段）１２ドライバ（ＰＷＭインバータ、電流出力回
路、電力変換回路）１３電動モータ（永久磁石同期モータ、かご形
誘導モータ、電動機）１４電流検出部（ホールＣＴ、ホール素子、絶
縁アンプ）１５速度検出部（タコジェネレータ、レゾル
バ、エンコーダ）１６マイクロプロセッサ（制御回路、制御手
段）１６ａサーボ制御ルーチン（第１サーボモー
タの制御手段）１６ｂサーボ制御ルーチン（第２サーボモー
タの制御手段）１６ｃ順序制御ルーチン（統括的な制御手
段）２０ａ油圧ポンプ（ポンプモータ、第１の液圧ポン
プ）２０ｂ油圧ポンプ（ポンプモータ、第２の液圧ポン
プ）３０油圧差動回路（差動手段）３１切換弁（差動動作の選択・解除を切り換える手
段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のサーボモータと、これに連結された
第１の液圧ポンプと、これと連通可能に接続されたアク
チュエータとを備えた駆動装置において、第２のサーボ
モータと、これに連結されるとともに前記アクチュエー
タとも連通可能に接続されたモータ動作可能な第２の液
圧ポンプとを具えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】前記第２のサーボモータについての制御を
力の検出結果の帰還に基づいて行うとともに前記第１の
サーボモータについての制御を力以外の検出結果の帰還
に基づいて行う制御手段を具えたことを特徴とする請求
項１記載の駆動装置。
【請求項３】前記アクチュエータに差動動作を選択的に
行わせる差動手段を具えたことを特徴とする請求項１記
載の駆動装置。
【請求項４】前記差動手段に差動動作を解除させて前記
第２のサーボモータについての制御を力の検出結果の帰
還に基づいて行うとともに前記第１のサーボモータにつ
いての制御を力以外の検出結果の帰還に基づいて行い且
つ前記差動手段に差動動作を選択させて前記第１のサー
ボモータ及び前記第２のサーボモータについての制御を
共に力以外の検出結果の帰還に基づいて行う制御手段を
具えたことを特徴とする請求項３記載の駆動装置。
【請求項５】前記制御手段が、前記差動手段に差動動作
を選択させて前記第１のサーボモータ及び前記第２のサ
ーボモータについての制御を共に力以外の検出結果の帰
還に基づいて行うに際し一方に完全な追従制御を行うと
ともに他方には不完全な追従制御を行うものであること
を特徴とする請求項４記載の駆動装置。