JP2001263254A

JP2001263254A - 液圧装置

Info

Publication number: JP2001263254A
Application number: JP2000077215A
Authority: JP
Inventors: Kunikazu Hyodo; 訓一兵藤; Hiroyuki Ishikawa; 裕之石川; Kazuyuki Kihara; 和幸木原
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokimec Inc
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】省エネの液圧装置を安価に実現する。【解決手段】作動部５へ圧力Ｐの液体Ｑを供給するため
の可変容量形の液体ポンプ４と、これを駆動する電動モ
ータ３と、速度を検出する第１検出手段５ｂと、第１制
御指令Ｖｃに第１検出手段の検出値Ｖｆを追従させる第
１制御量Ｖｐを生成する第１制御量演算手段２１＋２２
と、吐出圧力Ｐ等を検出する第２検出手段５ｃと、第２
制御指令Ｐｃに第２検出手段の検出値Ｐｆを追従させる
第２制御量Ｐｐを生成する第２制御量演算手段２３＋２
４と、第１制御量Ｖｐと第２制御量Ｐｐの一方Ｍｐを選
択して液体ポンプ４の容量制御に供する選択手段２５＋
２６と、その選択Ｓの変更に対応して電動モータ３の回
転速度を切り換えるオープン制御のモータ回転制御手段
２７〜２９とを備える。液体ポンプ容量のフィードバッ
ク制御等に基づいて速度制御と力制御とが選択的に行わ
れるとともに、その選択に対応して電動モータの回転速
度を高低切り換えることで無駄が無くなる。また、電動
モータに誘導電動機を採用する。

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、作動部へ圧力液
体を供給する液体ポンプを電動モータで駆動する油圧装
置等の液圧装置に関し、詳しくは、作動状態の制御に際
して速度制御と力制御とを選択的に行う液圧装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】油圧装置によっては油圧アクチュエータ
等の作動部を駆動する際にロッド等の可動部材がシリン
ダエンド等の作動限に達して作動力が急増したのを受け
て作動状態の制御を速度制御から力制御へ自動切換する
と好都合な場合があり、そのために、速度検出手段と力
検出手段とを設けるとともに、その検出結果を帰還させ
て速度指令に検出速度を追従させる速度制御と圧力指令
に検出圧力を追従させる力制御との何れか一方を選択し
て有効にするようになっているものがある。

【０００３】そして、そのような制御を行う油圧装置と
して、最近では、消費エネルギーが少ない等の利点か
ら、定容量形油圧ポンプをサーボモータで駆動するハイ
ブリッドシステムが増えてきており、さらに、制御指令
に追従する速度制御・圧力制御等の制御が行い易いこと
等の利点もかわれて、可変容量形油圧ポンプをサーボモ
ータで駆動するものや、可変容量形油圧ポンプを可変速
のブラシレスＤＣ−ＤＣモータで駆動するものも、提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな液圧装置では、電動モータの制御可能範囲と液体ポ
ンプの制御可能範囲とを組み合わせた広い制御可能範囲
を利用してエネルギー効率の向上が図られているため、
コストアップが避けられない。そこで、消費エネルギー
を節約するだけでなく省エネを図りながら装置のコスト
も低減することが基本的な課題となる。

【０００５】また、エネルギー効率を常に最大にしよう
とすると、過渡状態は別としてほとんどの状態で、液体
ポンプの制御状態が制御可能範囲の上限か下限に張り付
く。例えば、吐出量の多い速度制御から吐出量の少ない
力制御に遷移するような場合、速度制御時はポンプ容量
がほぼ上限になっている状態でサーボモータの回転速度
制御によって速度制御が果たされ、力制御に遷移した直
後は応答性に優れた液体ポンプの容量が下限側へ振れ、
やがてサーボモータの回転速度が下がるに連れて液体ポ
ンプの容量が上限側へ戻り、やはり力制御時もポンプ容
量がほぼ上限になっている状態でサーボモータの回転速
度制御によって力制御が果たされる。あるいは、液体ポ
ンプの容量が下限側へ振れたまま戻らず、そのままポン
プ容量がほぼ下限になっている状態でサーボモータの回
転速度制御によって力制御が果たされる。

【０００６】このため、コストの嵩むサーボモータや可
変容量形の液体ポンプを採用しているにも拘わらず、液
体ポンプの制御能力の半分近くが押さえつけられて十分
には機能しえないため、作動状態の変動等に対する応答
がしばしばサーボモータだけに支配されて応答性が抑え
られてしまうことがある。しかしながら、応答性が十分
に高くないと目標追従性能が不足し制御状態の安定が得
にくいため、不都合である。特に、速度制御から力制御
へ自動切換するような液圧装置では、力制御時に例えば
加工や加圧成形といった主目的の動作がなされるので、
そのようなときには高い応答性を発揮させることが必要
である。また、液圧装置やそれを組み込んだ生産システ
ム等ではスループットの向上も重要であり、液圧装置の
作動速度の高速化も進む一方なので、かかる観点から
も、応答性の改善も重要である。

【０００７】そこで、装置コスト低減のために電動モー
タへのサーボモータ等の使用を避けるとともに、消費エ
ネルギー節約と応答性向上とが両立しうるように、液圧
装置の構成や制御手法等に工夫を凝らすことが更なる技
術的な課題となる。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、省エネの液圧装置を安
価に実現することを目的とする。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、省エネで
も高応答の液圧装置を安価に実現することも目的とす
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６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の解決手段の液圧
装置は、出願当初の請求項１に記載の如く、作動部へ圧
力液体を供給するための可変容量形の液体ポンプと、こ
れを駆動する電動モータと、前記液体ポンプの吐出流量
またはそれに応じた前記作動部の可動部材の速度に対応
した物理量を検出する第１検出手段と、第１制御量を前
記液体ポンプの容量制御に供すれば、受けた又は生成し
た第１制御指令に前記第１検出手段の検出値を追従させ
るような前記第１制御量を生成する第１制御量演算手段
と、前記液体ポンプの吐出圧力またはそれに応じて前記
作動部に生じた力を検出する第２検出手段と、第２制御
量を前記液体ポンプの容量制御に供すれば、受けた又は
生成した第２制御指令に前記第２検出手段の検出値を追
従させるような前記第２制御量を生成する第２制御量演
算手段と、前記第１制御量と前記第２制御量との何れか
一方を選択して前記液体ポンプの容量制御に供する選択
手段と、その選択の変更に対応して前記電動モータの回
転速度を切り換えるとともにその切換に際して前記第１
制御量の選択時は高速回転で前記第２制御量の選択時は
低速回転で前記電動モータを回転させるオープン制御の
モータ回転制御手段とを備えたものである。

【００１０】ここで、上記の「オープン制御のモータ回
転制御」は、電動モータ自体およびその直前直後からの
検出を伴ったフィードバック制御が行われていないとい
うことを意味する。例えば、モータ駆動電流を検出して
行うモータトルク制御や、モータ回転軸の回転速度を検
出して行うモータ速度制御などは、行われない。ただ
し、モータ回転制御手段以外のところのフィードバック
制御まで排除する訳ではなく、例えば、電動モータの先
に設けられた液体ポンプや作動部からの検出を伴ったフ
ィードバック制御は、併存しうる。

【００１１】このような第１の解決手段の液圧装置にあ
っては、電動モータによって液体ポンプが駆動されると
液体ポンプから作動部へ圧力液体が供給されて作動部で
は可動部材の駆動等がなされる。また、その速度等が第
１検出手段によって検出され、その検出値に基づき第１
制御量演算手段によって生成された第１制御量が選択手
段によって前記液体ポンプの容量制御に供されると、速
度指令等の第１制御指令に可動部材の速度等が追従し、
速度制御が行われる。さらに、液体ポンプの吐出圧力や
可動部材の推力等の力が第２検出手段によって検出さ
れ、その検出値に基づき第２制御量演算手段によって生
成された第２制御量が選択手段によって前記液体ポンプ
の容量制御に供されると、圧力指令等の第２制御指令に
吐出圧力等が追従し、力制御が行われる。こうして、液
体ポンプの容量制御等に基づき速度制御と力制御とが選
択的に行われる。

【００１２】また、その選択の変更に対応して即ち第１
制御量の選択されている速度制御時か第２制御量の選択
されている力制御時かに対応して、モータ回転制御手段
によって、電動モータの回転速度も切り換えられる。す
なわち、電動モータは速度制御時に高速回転し力制御時
に低速回転する。こうして、大流量の必要な速度制御時
には液体ポンプの基本的な吐出能力を増強させる一方、
少量で足りる力制御時には液体ポンプの基本的な吐出能
力を抑えることで、過剰な圧力液体の供給が回避される
ので、エネルギー消費の無駄が少なくなる。

【００１３】しかも、電動モータの回転速度制御は単体
で見る限りオープン制御であり、その切換は簡便な手段
にて行われるので、電動モータばかりかそれを駆動する
電気回路・電子回路も安価なもので済ますことが可能と
なる。また、そのようにしても、上述したように、速度
制御や力制御は、可変容量形の液体ポンプに対するフィ
ードバック制御に基づいて遂行される。したがって、こ
の発明によれば、省エネの液圧装置を安価に実現するこ
とができる。

【００１４】［第２の解決手段］第２の解決手段の液圧
装置は、出願当初の請求項２に記載の如く、上記の第１
の解決手段の液圧装置であって、前記モータ回転制御手
段が前記電動モータの回転速度制御に際して指示する低
速回転時と高速回転時との速度比が、前記作動部に供給
される液体の流量についての低速回転時の値と高速回転
時の値との比よりも大きい、というものである。

【００１５】このような第２の解決手段の液圧装置にあ
っては、速度制御時にポンプ容量がその制御可能範囲の
ほぼ上限になっている状態から、力制御に移行したと
き、電動モータの回転速度の下がり具合の方が、液体の
必要流量の下がり具合より少ないので、すなわち電動モ
ータの回転速度が最高エネルギー効率のところより少し
高めのところになるので、過渡状態は別としてその後
は、その分を補償するために液体ポンプの容量がその制
御可能範囲の上限まで戻らず制御可能範囲の中間に来る
ようなフィードバック制御がなされる。そして、この状
態では、液体ポンプの制御能力が押さえつけられること
が無く、上下何れの向きの変動にも速やかに応答する。

【００１６】これにより、高い応答性の要求される力制
御時には、作動状態の変動等に対して高い応答性が確保
される。その際、最高エネルギー効率の状態からは外れ
るが、液体供給量が液体ポンプの容量可変範囲内に維持
されていて、過剰な供給は無く、エネルギー効率の低下
は機械効率の差など僅かなものに止まるので、消費エネ
ルギーの節約も概ね満足できる程度に達成される。ま
た、速度制御時には、エネルギー効率が最大の状態に維
持される。したがって、この発明によれば、省エネでも
高応答の液圧装置を安価に実現することができる。

【００１７】［第３の解決手段］第３の解決手段の液圧
装置は、出願当初の請求項３に記載の如く、上記の第
１，第２の解決手段の液圧装置であって、前記電動モー
タが誘導電動機になっている、というものである。この
ような第３の解決手段の液圧装置にあっては、一般に安
価で丈夫な誘導電動機が採用されているので、初期費用
ばかりか保守費用等の維持費も削減されることとなる。

【００１８】［第４の解決手段］第４の解決手段の液圧
装置は、出願当初の請求項４に記載の如く、上記の第
１，第２の解決手段の液圧装置であって、前記モータ回
転制御手段が、低速回転での制御時には前記第２検出手
段の検出値に基づいて前記電動モータの回転速度を可変
制御する、というものである。

【００１９】このような第４の解決手段の液圧装置にあ
っては、電動モータがオープン制御で液体ポンプがフィ
ードバック制御されるので、力制御時に、ポンプ吐出量
が液体ポンプ内部の漏れ等によって吐出圧力の増加に対
して減少して、液体ポンプの容量がその制御可能範囲の
中で変動すると、これによっても液体ポンプの容量が上
限側へ片寄るため、やはり液体ポンプの制御能力が半減
しかかってしまうという不都合もあるところ、吐出圧力
の変化に対応して電動モータの回転速度が可変制御され
るので、常に、液体ポンプの制御状態が制御可能範囲の
中央・中間に維持されて、高い応答性が確保される。し
かも、それが液体ポンプの容量制御のための検出結果を
流用して簡便に具現化される。したがって、この発明に
よれば、省エネでも高応答の液圧装置を安価に実現する
ことができる。

【００２０】［第５の解決手段］第５の解決手段の液圧
装置は、出願当初の請求項５に記載の如く、上記の第１
の解決手段の液圧装置であって、前記電動モータが誘導
電動機であり、且つ、前記モータ回転制御手段が、低速
回転での制御時には前記第２検出手段の検出値に基づい
て前記電動モータの回転速度を可変制御するようになっ
ている、というものである。

【００２１】このような第５の解決手段の液圧装置にあ
っては、上記第４解決手段について述べたように漏れ等
に起因するポンプ吐出量不足等によるポンプ容量制御状
態の不所望な片寄りが防止される。しかも、それだけで
なく、電動モータが誘導電動機になっているので、力制
御時に、ポンプ吐出圧力が変化すると、それに応じて誘
導電動機の滑り量も変化して、ポンプ吐出量も変動し、
これによっても液体ポンプの容量が片寄ってしまうとい
う不都合もあるところ、吐出圧力の変化に対応して電動
モータの回転速度を可変制御することで、漏れ等に起因
するものと一緒に纏めて防止されるので、簡便に、高い
応答性を確保することが可能となる。したがって、この
発明によれば、省エネでも高応答の液圧装置を一層安価
に実現することができる。

【００２２】［第６の解決手段］第６の解決手段の液圧
装置は、出願当初の請求項６に記載の如く、上記の第１
〜第５の解決手段の液圧装置であって、前記モータ回転
制御手段の切換に伴う速度変化を緩やかにする緩和手段
が設けられている、というものである。

【００２３】このような第６の解決手段の液圧装置にあ
っては、作動状態が高速から低速や停止状態に移行する
とき等に急激な速度変化によって衝撃が発生するのを防
止することができる。又はそのような衝撃を軽減するこ
とができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】このような解決手段で達成された
本発明の液圧装置について、これを実施するための具体
的な形態を、以下の第１〜第４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３の解決
手段を具現化したものであり、図２に示した第２実施例
は、上述した第１〜第５の解決手段を具現化したもので
あり、図３に示した第３実施例は、上述した第６の解決
手段も具現化したものであり、図４に示した第４実施例
は、第１実施例の変形例である。なお、それらの図示に
際しては、簡明化等のため、筐体パネルや，ベース，フ
レーム，ボルト等の締結具，ヒンジ等の連結具などは図
示を割愛し、発明の説明に必要なものや関連するものを
中心に記号やブロックで図示した。

【００２５】

【第１実施例】本発明の液圧装置の第１実施例につい
て、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図
１は、その構造を示し、（ａ）が全体ブロック図、
（ｂ）がモータコントローラのブロック図である。

【００２６】この液圧装置は、メインコントローラ１が
幾つかの駆動系に制御指令を出しながらアプリケーショ
ンに対応した順序制御を行うものであるが、その駆動系
の一つに、油圧ポンプ等の液体ポンプ４を誘導電動機３
（電動モータ）で駆動するものが採用されている。その
液体ポンプ４の吐出側には、適宜のゴムホースや金属管
等の配管を介して油圧アクチュエータ等の作動部５が液
圧駆動可能に接続され、圧力液体が液体ポンプ４から作
動部５へ供給されるようになっている。液体ポンプ４に
は、斜板の傾転角を可変制御しうるアキシャルピストン
ポンプが良く用いられるが、可変容量形であれば、ラジ
アルピストンポンプやベーンポンプ等の他のタイプのも
のでも良い。いずれであっても、液体ポンプ４の容量が
制御可能範囲の上限に来たとき単位回転数当たり最大量
を吐出し、液体ポンプ４の容量が制御可能範囲の下限に
来たとき吐出量がほぼ零になるようになっている。

【００２７】作動部５の典型例としては、油圧シリンダ
が挙げられるが、その場合、可動部材は、液体ポンプ４
の吐出量Ｑにほぼ対応した速度で移動するピストンロッ
ド等であり、作動限５ａは、そのロッドが当接するシリ
ンダエンドであったり、そのロッドの先で起こる金型へ
の充填材の充満であったりする。その可動部材の移動速
度を検出するために、作動部５には速度検出手段５ｂ
（第１検出手段）が付設されている。この速度検出手段
５ｂは、ロータリエンコーダやリニアエンコーダ等の適
宜な検出装置を用いて可動部材の速度Ｖｆ（第１検出手
段の検出値）を検出するものであり、その検出先の可動
部材には、磁石等の被検出子が付設されたり検出光通過
用の切欠が形成されたりする。また、作動部５と液体ポ
ンプ４との間の配管等には、液体ポンプ４の吐出圧力Ｐ
を検出するために、力検出手段５ｃ（第２検出手段）が
接続されている。それには検出圧力Ｐｆ（第２検出手段
の検出値）を電気信号で帰還させるために圧電変換回路
付きの圧力計等が採用されている。

【００２８】さらに、誘導電動機３には、安価で一般的
なかご形三相誘導電動機等が採用され、それに駆動電流
を供給しうるように、モータ制御用電子回路２が接続さ
れている。このモータ制御用電子回路２は、信号送受可
能にメインコントローラ１と接続されていて、メインコ
ントローラ１で生成された速度指令Ｖｃ（第１制御指
令）を受けてこれに基づき速度制御を行うとともに、や
はりメインコントローラ１で生成された圧力指令Ｐｃ
（第２制御指令）を受けて圧力制御を行うようになって
いる。

【００２９】そのため、モータ制御用電子回路２には、
パワートランジスタ等を有してサーボモータ３への駆動
電流を生成するインバータ３０（モータドライバ）と、
パワートランジスタのオンオフ等を誘導電動機３の各相
に対応づけて制御するため例えば三相の発振信号を生成
してインバータ３０へ送出するモータコントローラ２０
とが設けられている。このモータコントローラ２０によ
る誘導電動機３の回転速度制御は、インバータ３０への
制御信号の発振周波数を可変するだけであり、モータコ
ントローラ２０から誘導電動機３までの部分についてみ
る限り電流や回転速度のフィードバックが無く、オープ
ン制御の制御手法を具体化したものとなっている。

【００３０】モータコントローラ２０は（図１（ｂ）参
照）、専用のアナログ回路やデジタル回路あるいは汎用
のマイクロプロセッサシステム等の何れか又はそれらの
組み合わせで具体化されており、それには速度検出手段
５ｂ及び力検出手段５ｃからそれぞれ速度Ｖｆ及び圧力
Ｐｆが適宜の信号伝送用ケーブル等を介して帰還される
ようになっている。モータコントローラ２０には、速度
制御を担うために、速度指令Ｖｃと速度Ｖｆとから速度
制御量Ｖｐ（第１制御量）を生成する第１制御量演算手
段２１＋２２が設けられており、圧力制御を担うため
に、圧力指令Ｐｃと圧力Ｐｆとから圧力制御量Ｐｐ（第
２制御量）を生成する第２制御量演算手段２３＋２４が
設けられている。

【００３１】第１制御量演算手段２１＋２２には、速度
制御量Ｖｐがポンプ容量制御量Ｍｐとして液体ポンプ４
の容量制御部へ送出されると速度指令Ｖｃに速度Ｖｆを
追従させることとなるような速度制御量Ｖｐを生成する
ために、すなわち速度Ｖｆが速度指令Ｖｃに近づいて一
致するような速度制御量Ｖｐを生成するために、速度指
令Ｖｃから速度Ｖｆを減じて差ΔＶを算出する減算回路
等の速度誤差演算部２１と、例えばＰＩ制御を行うため
差ΔＶに対して適宜の増幅や積分等の処理も施して速度
制御量Ｖｐを生成する速度制御量演算部２２とが設けら
れている。

【００３２】第２制御量演算手段２３＋２４には、圧力
制御量Ｐｐがポンプ容量制御量Ｍｐとして液体ポンプ４
の容量制御部へ送出されると圧力指令Ｐｃに圧力Ｐｆを
追従させることとなるような圧力制御量Ｐｐを生成する
ために、すなわち圧力Ｐｆが圧力指令Ｐｃに近づいて一
致するような圧力制御量Ｐｐを生成するために、圧力指
令Ｐｃから圧力Ｐｆを減じて差ΔＰを算出する減算回路
等の圧力誤差演算部２３と、例えばＰＩ制御を行うため
差ΔＰに対して適宜の増幅や積分等の処理も施して圧力
制御量Ｐｐを生成する圧力制御量演算部２４とが設けら
れている。

【００３３】また、それらに加えて、モータコントロー
ラ２０には、速度制御から圧力制御への切換を自動で行
うために、しかも決定困難な閾値等が無くても切換判別
が適切に行えるように、次のような選択手段２５＋２６
が設けられている。すなわち、選択手段２５＋２６に
は、速度制御量Ｖｐと圧力制御量Ｐｐとの何れか一方を
選択して液体ポンプ４の容量制御に供するために、差Δ
Ｖと差ΔＰとを入力してその大小を比較する比較部２５
と、その比較結果として得られる選択Ｓに基づいて差Δ
Ｖが差ΔＰより小さいときにはポンプ容量制御量Ｍｐと
して速度制御量Ｖｐを選択し差ΔＶが差ΔＰより大きい
ときにはポンプ容量制御量Ｍｐとして圧力制御量Ｐｐを
選択してそのポンプ容量制御量Ｍｐを液体ポンプ４の容
量制御部に送出する選択切換部２６とが設けられてい
る。

【００３４】さらに、モータコントローラ２０には、オ
ープン制御のモータ回転制御手段２７〜２９が設けられ
ており、これには、誘導電動機３の回転速度を可変する
ために、制御電圧に応じて発振周波数を変える電圧制御
発振回路（ＶＣＯ）２８と、その発振信号から互いに位
相のずれた３っつの発振信号を生成してインバータ３０
に送出する三相変換部２９とが設けられている。そし
て、選択手段２５＋２６の選択の変更に対応して誘導電
動機３の回転速度を切り換えるために、異なる電圧Ｍ
ａ，Ｍｂを信号入力とし選択Ｓを制御入力とするスイッ
チやセレクタ等からなる連動切換部２７も設けられ、そ
の出力がＶＣＯ２８へ制御電圧として送出されるように
なっている。

【００３５】選択Ｓにて速度制御が選択されているとき
（第１制御量の選択時）連動切換部２７によって電圧Ｍ
ａが選択され、選択Ｓにて圧力制御が選択されていると
き（第２制御量の選択時）連動切換部２７によって電圧
Ｍｂが選択されるが、速度制御時に誘導電動機３が高速
で回転し、圧力制御時に誘導電動機３が低速で回転する
よう、電圧Ｍａは相対的に高く電圧Ｍｂはそれより低い
電圧に設定されている。両者の比（Ｍｂ：Ｍａ）は、モ
ータ回転制御手段２７〜２９が誘導電動機３の回転速度
制御に際して指示する低速回転時と高速回転時との速度
比となるが、この比（Ｍｂ：Ｍａ）は、作動部５に供給
される液体の流量Ｑについての低速回転時の値と高速回
転時の値との比よりも大きくなるように、電圧Ｍａ，Ｍ
ｂは設定されている。

【００３６】例えば、速度指令Ｖｃに対応した速度制御
時の吐出量Ｑの平均が約１００（L/min)で、圧力指令Ｐ
ｃに対応した圧力制御時の吐出量Ｑの平均が約１０（L/
min)であるとした場合、低速回転時と高速回転時との流
量比は０．１であるが、誘導電動機３の速度比（Ｍｂ：
Ｍａ）は約２倍の０．２になるように電圧Ｍａ，Ｍｂが
設定される。その２倍という値は、速度制御時には制御
可能範囲の上限近くになっていた液体ポンプ４の容量
を、圧力制御時には制御可能範囲のほぼ中央に位置させ
るような値である。中央から多少ずれていても上限およ
び下限から離れた中間に位置させれば多くの場合に十分
な応答性が確保されるので、速度比は流量比の２．５〜
１．５倍ぐらいになっていれば良い。

【００３７】この第１実施例の液圧装置について、その
使用態様及び動作を説明する。

【００３８】作動部５の可動部材が高速前進してから作
動限５ａに達して停止状態に近い微速で前進する場合を
具体例とし、これに対応して、速度指令Ｖｃ及び圧力指
令Ｐｃがスタート時から前進および略停止まで正の一定
値で与えられ、圧力指令Ｐｃは速度指令Ｖｃより大きい
ものとする。

【００３９】そうすると、作動限５ａに達するまでは作
動部５の可動部材がスムースに前進して圧力Ｐｆが大き
くならない一方で速度Ｖｆが速度指令Ｖｃに追従するこ
とから、差ΔＶが差ΔＰより小さい状態が維持されるの
で、比較部２５からの選択Ｓによって速度制御が選択さ
れるため、第１制御量演算手段２１＋２２からの速度制
御量Ｖｐがポンプ容量制御量Ｍｐに用いられ、その速度
制御によって速度Ｖｆが速度指令Ｖｃに追従させられる
状態が維持される。

【００４０】また、その状態では、選択Ｓに従う連動切
換部２７によってＶＣＯ２８の制御入力として電圧Ｍａ
が送出されるので、誘導電動機３が高速回転するととも
に、液体ポンプ４の容量が、ポンプ容量制御量Ｍｐに応
じて概ね制御可能範囲の上限近くになり、液体ポンプ４
の吐出量Ｑは約１００（L/min)となる。こうして、作動
部５の可動部材が作動限５ａに達するまではほぼ一定速
度で前進する。しかも、ポンプ吐出能力をほぼ最大限に
発揮しながらその全吐出量が無駄なく作動部の駆動に供
給される。

【００４１】そして、作動部５の可動部材が作動限５ａ
に達すると強い反力等を生じてその進行が止められると
ともに圧力Ｐｆが急激に上昇する一方で速度Ｖｆが速度
指令Ｖｃに追従できなくなる。これに伴い、差ΔＰは急
減し、差ΔＶは急増して、差ΔＰが差ΔＶを下回るよう
になる。すると、それに対応して、比較部２５からの選
択Ｓの内容が切り替わって、選択Ｓによって圧力制御が
選択されるため、第２制御量演算手段２３＋２４からの
圧力制御量Ｐｐがポンプ容量制御量Ｍｐに用いられ、そ
の圧力制御によって圧力Ｐｆが圧力指令Ｐｃに追従させ
られるようになる。

【００４２】しかも、そのとき、選択Ｓに従う連動切換
部２７によってＶＣＯ２８の制御入力として電圧Ｍｂが
送出されるので、誘導電動機３が減速して低速回転にな
るとともに、液体ポンプ４の容量が、ポンプ容量制御量
Ｍｐ等に応じて変化し、過渡的には制御可能範囲の下限
側へ振れたりした後、誘導電動機３が低速回転で安定し
たころには、液体ポンプ４の吐出量Ｑは約１０（L/min)
となる。

【００４３】また、その状態では、その吐出量Ｑは、作
動部５の可動部材が押圧対象の圧縮等に応じて微速前進
するのに費やされる。こうして、可動部材が作動限５ａ
に達した後、油圧弁等からの避けられない漏れ等を補充
する分は別として、液体ポンプ４の全吐出量Ｑが無駄な
く作動部５の駆動に供給され、圧力Ｐｆは速やかに圧力
指令Ｐｃに一致する。

【００４４】しかも、この状態では、液体ポンプ４の容
量が、ポンプ容量制御量Ｍｐに応じて制御可能範囲のほ
ぼ中央に来るので、作動部５への反力等が急に変動した
ようなときには、そのことが圧力Ｐｆにてモータコント
ローラ２０にフィードバックされ、それに応じてポンプ
容量制御量Ｍｐが増減させられるとともに、ポンプ容量
制御量Ｍｐの変化に対応して液体ポンプ４の容量に関し
て増減何れの向きでも十分な量の修正がなされるため、
圧力Ｐｆの圧力変動は迅速かつ的確に抑制される。

【００４５】こうして、サーボモータを廃して誘導電動
機３をインバータ３０でオープン制御する安価な液圧装
置であっても、液体ポンプ４の容量をフィードバック制
御する際に、幾つかの工夫を加味したことにより、消費
エネルギー節約と応答性向上との両立が達成される。し
かも、差ΔＶ，ΔＰの大小比較に基づいて切換判定を行
うようにもしたことにより、所定の閾値等が無くても確
実に速度制御から力制御への自動切換が安定して行われ
る。

【００４６】

【第２実施例】図２にブロック図を示した第２実施例の
液圧装置が上述した第１実施例のものと相違するのは、
定速送り後に可変圧制御を行うこと等も想定して、モー
タ回転制御手段２７〜２９に係数乗算部４１が追加され
た点である。

【００４７】係数乗算部４１は、圧力Ｐｆを入力してそ
れに所定の倍率Ｋｂを乗じ、それに対応した電圧を電圧
Ｍｂに代えて連動切換部２７へ送出するものであり、適
宜のアッテネータや乗算回路又は除算回路などで具体化
される。これにより、このモータ回転制御手段は、低速
回転での制御時には第２検出手段の検出値に基づいて電
動モータの回転速度を可変制御するようなものとなって
いる。

【００４８】この場合、定速送り後に即ち作動部５の可
動部材が作動限５ａに達して圧力制御状態になったとき
に、可変圧制御が行われると、例えば圧力指令Ｐｃが何
回かに分けてステップダウンしたとすると、その圧力変
化に応じて作動部５の可動部材の微速前進速度や液体ポ
ンプ４の内部漏れ更には誘導電動機３の滑り量などもス
テップダウンするが、その度に誘導電動機３の回転速度
も対応してステップダウンするので、液体ポンプ４の容
量は、圧力制御中いつも制御可能範囲のほぼ中央に来る
ので、やはり圧力Ｐｆの圧力変動は迅速かつ的確に抑制
される。

【００４９】

【第３実施例】図３にブロック図を示した第３実施例の
液圧装置が上述した第２実施例のものと相違するのは、
往復等での速度が異なる等のことも想定してモータ回転
制御手段２７〜２９に係数乗算部４３が追加された点
と、連動切換部２７とＶＣＯ２８との間に緩和手段とし
てローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２が挿入接続された点
である。

【００５０】ＬＰＦ４２は、例えば適宜の充放電回路等
からなり、その充放電時定数が誘導電動機３の適正な加
減速の限界を超えないように設定されている。また、係
数乗算部４３は、速度指令Ｖｃを入力してそれに所定の
倍率Ｋａを乗じ、それに対応した電圧を電圧Ｍａに代え
て連動切換部２７へ送出するものであり、適宜のアッテ
ネータや乗算回路又は除算回路などで具体化される。こ
れにより、このモータ回転制御手段は、高速回転での制
御時には第１制御量に基づいて電動モータの回転速度を
可変制御するようなものとなっている。

【００５１】この場合、連動切換部２７が瞬時に切り替
わっても、ＶＣＯ２８の発振周波数は、急激には変化せ
ず、誘導電動機３の追従可能な程度に穏やかに変化する
ので、誘導電動機３の回転速度も緩やかに変化する。そ
の結果、モータ回転速度を切り換えても、その切換に伴
い誘導電動機３や液体ポンプ４等に衝撃が生じるのは防
止される。

【００５２】また、速度制御中に或いは行き帰り等の別
の速度制御時に、速度指令Ｖｃの値が変えられたような
場合、その変化に対応して誘導電動機３の回転速度も変
えられることから、その場合でも、液体ポンプ４の容量
は、速度制御中いつも制御可能範囲の上限近くにとどま
り、エネルギー効率の良い状態が維持される。

【００５３】

【第４実施例】図４にフローチャートを示した本発明の
液圧装置は、上述した第１実施例と同じものを別の形態
で具体化したものである。すなわち、モータコントロー
ラ２０にコンピュータが用いられ、第１，第２制御量演
算手段や、選択手段、モータ回転制御手段の連動切換部
などが、プログラム処理にて具体化されたものである。
コンピュータには、汎用のマイクロプロセッサやデジタ
ルシグナルプロセッサ等が採用され、シリアルやパラレ
ルのデジタルデータ入出力回路が内蔵または外付けされ
る。また、Ａ／Ｄ変換回路やＤ／Ａ変換回路も必要なだ
け付設される。

【００５４】その処理について詳述すると、先ず速度指
令Ｖｃ，速度Ｖｆ，圧力指令Ｐｃ，圧力Ｐｆがデジタル
値に変換されて入力され（ステップＳ１）、それらから
差ΔＶ及び差ΔＰが算出される（ステップＳ２）。次に
差ΔＶと差ΔＰとが比較されて（ステップＳ３）、差Δ
Ｖが差ΔＰより小さいときには差ΔＶやそれ以前の積分
値等から速度制御量Ｖｐが算出されてポンプ容量制御量
Ｍｐにされる（ステップＳ４）とともに電圧Ｍａが選出
される（ステップＳ５）一方、差ΔＶが差ΔＰより大き
いときには差ΔＰやそれ以前の積分値等から圧力制御量
Ｐｐが算出されてポンプ容量制御量Ｍｐにされる（ステ
ップＳ６）とともに電圧Ｍｂが選出される（ステップＳ
７）。それから、ポンプ容量制御量Ｍｐが液体ポンプ４
の容量制御部へ送出され（ステップＳ８）、電圧Ｍａ，
Ｍｂのうち選出された方の電圧が制御電圧としてＶＣＯ
２８に送出される（ステップＳ９）。このモータコント
ローラ２０は、それら一連の処理が所定周期で繰り返さ
れるようになっている。

【００５５】この場合、ステップＳ２で速度誤差演算部
２１及び圧力誤差演算部２３の処理が行われ、ステップ
Ｓ３で圧力制御量演算部２４の処理が行われ、ステップ
Ｓ４で速度制御量演算部２２の処理が行われ、ステップ
Ｓ６で圧力制御量演算部２４の処理が行われ、ステップ
Ｓ５，Ｓ７，Ｓ９で連動切換部２７の処理が行われ、ス
テップＳ８で選択切換部２６の処理が行われるので、そ
の動作結果は、第１実施例について説明したのと同様に
なる。

【００５６】

【その他】なお、上記実施例では、作動部５がシリンダ
等の油圧アクチュエータの場合を述べたが、この発明の
適用は、それに限られず、油圧モータや他のアクチュエ
ータであっても良い。例えば、ボールネジ等の回転直進
運動変換機構とラムシリンダ等の加圧機構との組み合わ
せや、減速ギヤ等を介在させて連結された揺動機構など
もよく用いられる。また、その応用も、例えば、プレス
装置やダイキャストマシーンの他、ガラス用成形機や，
工作機，射出成形機，圧入部品装着装置，移載装置，ロ
ボットアーム等、種々の分野で可能である。さらに、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】また、その他の各構成要素についても付言
すると、第１検出手段には、上述した速度検出手段５ｂ
のように速度Ｖｆを直接求めるものの他、加速度や位置
など速度算出の基礎となる物理量を測定するものも利用
可能であり、あるいは液体ポンプ４の吐出流量Ｑを測定
する流量計等も使用することができる。そのポンプ吐出
流量Ｑの検出も、流体容積を計る直接的な手段の他、流
路における差圧や動圧を測定して流量に変換演算するも
のや、液体ポンプ４の容量と回転速度とを測定して吐出
流量Ｑを算出するもの等、間接的な手段であっても良
い。液体ポンプ４の容量は、例えばアキシャルピストン
ポンプなら斜板に対して傾転角センサを設ける等のこと
で求められ、その場合でも、速度制御時は高速回転のた
め、ポンプ吐出流量Ｑを推定する演算結果の誤差も少な
いので、適切な検出値が得られる。第２検出手段には、
圧力を検出するプレッシャーゲージ等の他、液体ポンプ
４の吐出圧力Ｐに応じて作動部５に生じた力を検出する
ものも使用可能であり、力Ｐｆとして作動部５の作動力
等を検出する場合には、ロードセル等が採用され、推力
を生じる作動部材やそれを受ける部材等に付設される。
トルクを検出する場合にはトルク計なども用いられる。

【００５８】さらに、速度制御量演算部２２や圧力制御
量演算部２４には、上述したＰＩ制御の他、ＰＩＤ制御
やベクトル制御なども適宜採用され、その手法は適宜の
ハードウェアやソフトウェアを用いた一般的な設計技術
にて具体化される。ＶＣＯ２８や三相変換部２９も、上
述したようなアナログ回路に限らず、デジタルのカウン
タ回路やコンピュータのプログラム処理に基づくもので
良く、パルス幅変調等を伴うものであっても良い。その
場合、インバータ３０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
る。

【００５９】また、上記の各実施例では、メインコント
ローラ１とモータ制御用電子回路２とが別のユニットに
分離されていたが、これに限られるものでなく、メイン
コントローラ１とモータ制御用電子回路２が同じユニッ
トに纏められていても良く、あるいはメインコントロー
ラ１とモータコントローラ２０とが同じユニットでも良
い。あるいは同じコンピュータシステムに纏められてい
ても良く、そのような場合は、速度指令Ｖｃや圧力指令
Ｐｃはモータ制御用電子回路２内で生成され、ボード間
や回路ブロック間あるいはルーチン間で引き渡されるこ
ともある。

【００６０】また、上記の各実施例では、液体ポンプ４
から作動部５への液体流路に方向制御弁やリリーフ弁等
の存在を明示しなかったが、この発明は、それらの存在
を否定するものでは無く、方向制御弁等が組み込まれて
いても良い。また、作動部の可動部材の往復動や安全確
保等のためや、その他の必要に応じて、適宜、種々の油
圧回路等が接続されていても良い。

【００６１】また、上記の第２，第３実施例で述べた係
数乗算部４１や係数乗算部４３は、倍率Ｋａや倍率Ｋｂ
を単に掛けるだけのものに限定される訳でなく、一次式
や、二次式、あるいは適宜の折れ線近似式なども使用さ
れる。また、それらの実施例におけるモータコントロー
ラ２０も第４実施例のプログラム処理の僅かな改造でコ
ンピュータ化される。

【００６２】

【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の解決手段の液圧装置にあっては、液体ポンプ容
量のフィードバック制御等に基づいて速度制御と力制御
とを選択的に行うとともに、その選択に対応してオープ
ン制御の電動モータの回転速度を高低切り換えるように
したことにより、省エネの液圧装置を安価に実現するこ
とができたという有利な効果が有る。

【００６３】また、本発明の第２の解決手段の液圧装置
にあっては、力制御時に液体ポンプの容量がその制御可
能範囲の中央・中間に来るようにもしたことにより、省
エネでも高応答の液圧装置を安価に実現することができ
たという有利な効果を奏する。

【００６４】さらに、本発明の第３の解決手段の液圧装
置にあっては、電動モータに誘導電動機を採用したこと
により、省エネの液圧装置を一層安価に実現することが
できたという有利な効果が有る。

【００６５】また、本発明の第４の解決手段の液圧装置
にあっては、力制御時の力変動に起因する液体ポンプの
容量の片寄りを電動モータの可変制御にて打ち消すよう
にしたことにより、省エネでも高応答の液圧装置を安価
に実現することができたという有利な効果を奏する。

【００６６】また、本発明の第５の解決手段の液圧装置
にあっては、誘導電動機の滑り量の変動に起因するもの
も含めて力制御時の力変動に起因する液体ポンプの容量
の片寄りを電動モータの可変制御にて打ち消すようにし
たことにより、省エネでも高応答の液圧装置を一層安価
に実現することができたという有利な効果が有る。

【００６７】また、本発明の第６の解決手段の液圧装置
にあっては、モータ回転速度の切換時に衝撃が発生し難
いようにもしたことにより、省エネの液圧装置を安価に
実現しても動作状態を良好にすることができたという有
利な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液圧装置の第１実施例について、そ
の構造を示し、（ａ）が全体ブロック図、（ｂ）がモー
タコントローラのブロック図である。

【図２】本発明の液圧装置の第２実施例について、そ
の構造を示し、（ａ）が全体ブロック図、（ｂ）がモー
タコントローラのブロック図である。

【図３】本発明の液圧装置の第３実施例について、そ
の構造を示し、（ａ）が全体ブロック図、（ｂ）がモー
タコントローラのブロック図である。

【図４】本発明の液圧装置の第４実施例について、モ
ータコントローラの処理手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１メインコントローラ（応用向け順序制御手段）２モータ制御用電子回路（電動モータの制御駆動装
置）３誘導電動機（オープン制御の電動モータ）４液体ポンプ（油圧ポンプ）５作動部（油圧モータやシリンダユニット等のアク
チュエータ）５ａ作動限５ｂ速度検出手段（速度センサ、流量センサ、第
１検出手段）５ｃ力検出手段（圧力センサ、推力センサ、第２
検出手段）２０モータコントローラ（電動モータの電子制御装
置）２１速度誤差演算部（流量・速度制御手段、第１
制御量演算手段）２２速度制御量演算部（流量・速度制御手段、第
１制御量演算手段）２３圧力誤差演算部（力制御手段、第２制御量演
算手段）２４圧力制御量演算部（力制御手段、第２制御量
演算手段）２５比較部（判定手段、選択手段）２６選択切換部（スイッチ、セレクタ、ポンプ容
量制御の選択手段）２７連動切換部（回転速度切換部、モータ回転制
御手段）２８ＶＣＯ（電圧制御発振、周波数確定部、モー
タ回転制御手段）２９三相変換部（制御信号変換部、モータ回転制
御手段）３０インバータ（モータドライバ、パワー回路、電動
モータの駆動装置）４１係数乗算部（アッテネータ、電動モータ回転速度
の可変制御手段）４２ＬＰＦ（ローパスフィルタ、電動モータ回転速度
の急変緩和手段）４３係数乗算部（アッテネータ、電動モータ回転速度
の可変制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０５Ｂ 7/02 Ｆ１５Ｂ 11/02 ＸＨ０２Ｐ 7/63 ３０２ 11/04 Ａ (72)発明者木原和幸東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社トキメック内Ｆターム(参考） 3H045 AA02 AA09 AA12 AA24 AA33 BA20 BA32 CA03 CA23 DA07 EA04 EA13 EA26 EA34 EA42 3H089 AA12 AA20 AA27 AA50 BB01 CC01 CC08 DA03 FF04 FF08 FF12 FF15 GG02 JJ03 JJ04 JJ05 JJ06 5H004 GA36 HA03 HA08 HB03 HB08 HB10 JA23 JB09 KA05 KA69 LA16 LB05 LB10 MA12 MA60 5H576 AA05 BB02 DD02 DD04 EE01 EE11 EE18 EE19 EE23 HB01 JJ03 JJ16 JJ22 JJ24 JJ26 LL48

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作動部へ圧力液体を供給するための可変容
量形の液体ポンプと、これを駆動する電動モータと、前
記液体ポンプの吐出流量またはそれに応じた前記作動部
の可動部材の速度に対応した物理量を検出する第１検出
手段と、受けた又は生成した第１制御指令に前記第１検
出手段の検出値を追従させる第１制御量を生成する第１
制御量演算手段と、前記液体ポンプの吐出圧力またはそ
れに応じて前記作動部に生じた力を検出する第２検出手
段と、受けた又は生成した第２制御指令に前記第２検出
手段の検出値を追従させる第２制御量を生成する第２制
御量演算手段と、前記第１制御量と前記第２制御量との
何れか一方を選択して前記液体ポンプの容量制御に供す
る選択手段と、その選択の変更に対応して前記電動モー
タの回転速度を切り換えるとともにその切換に際して前
記第１制御量の選択時は高速回転で前記第２制御量の選
択時は低速回転で前記電動モータを回転させるオープン
制御のモータ回転制御手段とを備えた液圧装置。
【請求項２】前記モータ回転制御手段が前記電動モータ
の回転速度制御に際して指示する低速回転時と高速回転
時との速度比が、前記作動部に供給される液体の流量に
ついての低速回転時の値と高速回転時の値との比よりも
大きいことを特徴とする請求項１記載の液圧装置。
【請求項３】前記電動モータが誘導電動機であることを
特徴とする請求項１又は請求項２に記載された液圧装
置。
【請求項４】前記モータ回転制御手段が、低速回転での
制御時には前記第２検出手段の検出値に基づいて前記電
動モータの回転速度を可変制御するものであることを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載された液圧装置。
【請求項５】前記電動モータが誘導電動機であり、且
つ、前記モータ回転制御手段が、低速回転での制御時に
は前記第２検出手段の検出値に基づいて前記電動モータ
の回転速度を可変制御するものであることを特徴とする
請求項１記載の液圧装置。
【請求項６】前記モータ回転制御手段の切換に伴う速度
変化を緩やかにする緩和手段を備えたことを特徴とする
請求項１乃至請求項５の何れかに記載された液圧装置。