JP2003130003A - 油圧アクチュエータ回路の制御装置 - Google Patents
油圧アクチュエータ回路の制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電動機を目標速度まで短時間で素早く立ち上
げて加速性能を向上させる。 【解決手段】 操作体６のレバー操作に応じて電動機１
を回転させ、この電動機１によって駆動される可変容量
形油圧ポンプ２からの圧油をコントロールバルブ３を介
して油圧シリンダ４に供給する回路構成とし、コントロ
ーラ７により、油圧ポンプ２の容量を、電動機速度が設
定速度に達するまでは小さく設定し、設定速度に達した
後に増加させるようにした。
げて加速性能を向上させる。 【解決手段】 操作体６のレバー操作に応じて電動機１
を回転させ、この電動機１によって駆動される可変容量
形油圧ポンプ２からの圧油をコントロールバルブ３を介
して油圧シリンダ４に供給する回路構成とし、コントロ
ーラ７により、油圧ポンプ２の容量を、電動機速度が設
定速度に達するまでは小さく設定し、設定速度に達した
後に増加させるようにした。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は油圧シリンダ等の油
圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプを電動機
で駆動する電動式の油圧アクチュエータの制御装置に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の制御装置においては、特
開２０００−１８６７０３号に示されているように、手
動切換式のコントロールバルブの操作量を検出してコン
トローラに入力し、コントローラからの指令信号により
電動機を上記操作量に応じた速度で回転させ、固定容量
形の油圧ポンプからこの電動機の回転速度に応じた流量
を吐出させる構成をとっている。 【０００３】従って、ポンプ吐出量（アクチュエータ速
度）はコントロールバルブの操作量に応じて制御され
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
技術によると次のような欠点があった。 【０００５】電動機の加速性能は、電動機と負荷（上記
回路では油圧ポンプ）の慣性モーメントと有効トルク
（電動機トルク−負荷トルク）によって決まる。 【０００６】これを計算式で表すと、次の式（１）とな
る。 【０００７】ｔ：電動機に電源を投入してからある回転
速度に達するまでの時間（ｓ） ｎ：電動機回転速度（ｒｐｍ） Ｔｍ：電動機トルク（Ｎ・ｍ） Ｔｗ：負荷トルク（Ｎ・ｍ） Ｊ：電動機とその回転軸換算の負荷の全慣性モーメント
（Ｋｇ・ｍ2） ｔ＝４×ｎ／｛３８．２×（Ｔｍ−Ｔｗ）｝……式（１） 【０００８】従って、電動機自体により、加速時間を短
くする（電動機を素早く目標速度まで立ち上げる）ため
には、（ａ）電動機トルクを大きくするか、（ｂ）電動
機の慣性モーメントを小さくするかの二つの選択肢しか
ない。 【０００９】しかし、上記（ａ）の方法では電動機が大
形化してコスト、スペースの点で不利となる。一方、
（ｂ）の方法では電動機径を小さくしなければならず、
技術的に困難となる。 【００１０】こうした事情から、従来は（ａ）（ｂ）い
ずれの対策もとられておらず、その結果、電動機の加速
性能が悪く、ポンプ吐出量が目標流量に達するまで時間
がかかるため、操作に対するアクチュエータ作動の応答
性が悪いものとなっていた。 【００１１】そこで本発明は、電動機のトルクも慣性モ
ーメントも殊更変えずに、電動機速度を素早く立ち上げ
て加速性能を向上させ、アクチュエータ作動の応答性を
改善することができる油圧アクチュエータ回路の制御装
置を提供するものである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、電動機と、こ
の電動機により駆動される可変容量形の油圧ポンプと、
この油圧ポンプを油圧源とする油圧アクチュエータと、
操作手段と、上記電動機の回転速度を上記操作手段の操
作に応じて制御するとともに上記油圧ポンプの容量を大
小制御するコントローラとを備え、このコントローラ
は、上記操作手段の操作時に、上記油圧ポンプの容量
を、上記電動機の回転速度が予め設定された速度に達す
るまでは小容量に設定し、設定速度に達した後に大容量
に切換えるように構成されたものである。 【００１３】ポンプを駆動するのに必要なトルクＴは、
ポンプ吐出圧力をＰ、ポンプ容量をＱとすると、 Ｔ＝Ｐ・Ｑ／２π……式（２） となり、ポンプ駆動トルクは圧力が同じであればポンプ
容量に比例するため、ポンプ容量を下げると、その分、
ポンプ駆動トルクが小さくなり、電動機を加速するため
に使用されるトルクが増加する。 【００１４】上記構成によると、電動機速度が予め設定
された速度（通常は定格速度）に達するまではポンプ容
量を小さくするため、このポンプ容量の減少分だけ電動
機の負荷トルクが減少し、前記式（１）から、この負荷
トルクの減少によって有効トルクが増加する。たとえば
ポンプ容量を半分にすると、ポンプ駆動トルクは半分に
なるため、余った半分のトルクを加速トルクとして使用
することができる。 【００１５】従って、電動機の回転速度を設定速度まで
短時間で立ち上げることができる。 【００１６】一方、ポンプ容量の変化速度は、電動機回
転速度と比較すると遙かに速いため、上記のように電動
機が設定速度に達した後にポンプ容量を増加させても、
トータルでは従来と比べると、ポンプ吐出量は、操作量
に応じた目標流量まで格段に速く立ち上がる。 【００１７】このため、操作手段の操作に対するアクチ
ュエータ作動の応答性を大幅に改善することができる。 【００１８】 【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図によって説
明する。 【００１９】図１に示す油圧シリンダ回路において、１
は電動機、２はこの電動機１によって回転駆動される油
圧ポンプで、この油圧ポンプ２はポンプ容量が大小制御
可能な可変容量形のものが用いられ、同ポンプ２の吐出
油が油圧−電気式のコントロールバルブ３を介して油圧
シリンダ４に供給される。 【００２０】図中、５は回路圧を設定するリリーフ弁、
Ｔはタンクである。 【００２１】６はレバー６ａにより操作されて操作量に
応じた電気信号を出力する操作体（操作手段。たとえば
ポテンショメータが用いられる）で、この操作体６から
の操作信号がコントローラ７に入力され、このコントロ
ーラ７からコントロールバルブ３と、電動機１の回転速
度を制御するインバータ８、それにポンプ２の傾転を変
えてポンプ容量を制御するポンプ容量制御部９に送られ
る。 【００２２】これにより、（イ）操作体６の操作方向に
応じてコントロールバルブ３がシリンダ伸長または縮小
方向に切換わり、（ロ）操作体６の操作量に応じて、電
動機速度が、予め設定された速度（以下、設定速度とい
う）に制御され、（ハ）電動機速度が変化する操作範囲
でポンプ容量が大小制御される。 【００２３】この（イ）（ロ）（ハ）の制御により、油
圧シリンダ４が操作体６の操作量（以下、レバー操作量
という）に応じた速度で伸長または縮小作動する。 【００２４】ここで、上記（ハ）のポンプ容量の制御の
内容を詳述する。 【００２５】コントローラ７は、ポンプ容量制御部９に
対し、電動機１の回転速度が設定速度に達するまではポ
ンプ容量を相対的に小容量に設定し、設定速度に達した
後にポンプ容量を大きくする信号を出力する。 【００２６】この制御の一例を図２、その制御の結果を
図３にそれぞれ示す。 【００２７】図２はレバー操作比率と、ポンプ容量比及
び電動機回転速度比の関係、図３はレバー操作比率とポ
ンプ流量比の関係をそれぞれ示すもので、レバー操作比
率６０％（フル操作の６割）の操作範囲で電動機速度を
定格速度（速度比１００％）まで上昇させ、その間、ポ
ンプ容量を最小容量（５０％）に設定してポンプ流量を
増加させる。 【００２８】そして、電動機速度が定格速度に達した
後、レバー操作量の増加に応じてポンプ容量を最大容量
まで増加（図２ではレバー操作比率９０％で最大容量に
到達）させ、最終的に目標流量を得る。 【００２９】なお、電動機速度はインバータ８によって
検出され、このインバータ８によるフィードバック制御
によって設定速度まで上昇する。 【００３０】一方、図４は、従来のポンプ容量固定方式
によるレバー操作比率と電動機回転速度比及びポンプ容
量比の関係を示すもので、ポンプ容量は常に最大（１０
０％）の状態のままレバー操作比率の増加に応じて電動
機速度が定格速度まで緩やかに変化する。 【００３１】図２とこの図４の対比から明らかなよう
に、この制御装置によると、ポンプ容量の減少によって
式（２）のポンプ駆動トルク（負荷トルク）が減少し、
その分、電動機１の有効トルクが増加するため、前記式
（１）に基づき、電動機速度を設定速度まで短時間で到
達させることができる。 【００３２】一方、電動機速度が設定速度に達した後
は、電動機トルクはすべてポンプ駆動トルクとして使用
でき、またポンプ容量の変化は電動機回転速度の変化と
比べて遙かに速いため、トータルでポンプ吐出量を目標
流量まで素早く増加させることができる。 【００３３】なお、図２はあくまでも制御の一例を示す
もので、具体的な制御内容は電動機１の速度特性や、得
ようとする加速性能その他に応じて種々変更することが
できる。 【００３４】たとえば、 （ｉ）図２の制御例ではレバー操作比率６０％で電動機
速度が定格速度に達するように設定したが、レバー操作
比率６０％未満又は６０％超で定格速度に達するように
設定してもよい。 【００３５】（ｉｉ）電動機１の設定速度は、定格速度
以下（たとえば定格速度の９０％）としてもよい。 【００３６】（ｉｉｉ）図２の制御例ではポンプ容量の
最小値を５０％としたが、これを５０％未満または５０
％超に変更してもよい。 【００３７】また、本発明は油圧シリンダ回路に限られ
ず、油圧モータ回路にも適用可能である。 【００３８】 【発明の効果】上記のように本発明によると、電動機速
度が設定速度に達するまではポンプ容量を小さくし、目
標速度に達した後にポンプ容量を大きくするため、電動
機のトルクも慣性モーメントも殊更変えずに、電動機速
度を目標速度まで短時間で立ち上げ、素早く目標流量を
得ることができる。このため、操作手段の操作に対する
アクチュエータ作動の応答性を大幅に改善することがで
きる。
圧アクチュエータの油圧源としての油圧ポンプを電動機
で駆動する電動式の油圧アクチュエータの制御装置に関
するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、この種の制御装置においては、特
開２０００−１８６７０３号に示されているように、手
動切換式のコントロールバルブの操作量を検出してコン
トローラに入力し、コントローラからの指令信号により
電動機を上記操作量に応じた速度で回転させ、固定容量
形の油圧ポンプからこの電動機の回転速度に応じた流量
を吐出させる構成をとっている。 【０００３】従って、ポンプ吐出量（アクチュエータ速
度）はコントロールバルブの操作量に応じて制御され
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
技術によると次のような欠点があった。 【０００５】電動機の加速性能は、電動機と負荷（上記
回路では油圧ポンプ）の慣性モーメントと有効トルク
（電動機トルク−負荷トルク）によって決まる。 【０００６】これを計算式で表すと、次の式（１）とな
る。 【０００７】ｔ：電動機に電源を投入してからある回転
速度に達するまでの時間（ｓ） ｎ：電動機回転速度（ｒｐｍ） Ｔｍ：電動機トルク（Ｎ・ｍ） Ｔｗ：負荷トルク（Ｎ・ｍ） Ｊ：電動機とその回転軸換算の負荷の全慣性モーメント
（Ｋｇ・ｍ2） ｔ＝４×ｎ／｛３８．２×（Ｔｍ−Ｔｗ）｝……式（１） 【０００８】従って、電動機自体により、加速時間を短
くする（電動機を素早く目標速度まで立ち上げる）ため
には、（ａ）電動機トルクを大きくするか、（ｂ）電動
機の慣性モーメントを小さくするかの二つの選択肢しか
ない。 【０００９】しかし、上記（ａ）の方法では電動機が大
形化してコスト、スペースの点で不利となる。一方、
（ｂ）の方法では電動機径を小さくしなければならず、
技術的に困難となる。 【００１０】こうした事情から、従来は（ａ）（ｂ）い
ずれの対策もとられておらず、その結果、電動機の加速
性能が悪く、ポンプ吐出量が目標流量に達するまで時間
がかかるため、操作に対するアクチュエータ作動の応答
性が悪いものとなっていた。 【００１１】そこで本発明は、電動機のトルクも慣性モ
ーメントも殊更変えずに、電動機速度を素早く立ち上げ
て加速性能を向上させ、アクチュエータ作動の応答性を
改善することができる油圧アクチュエータ回路の制御装
置を提供するものである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は、電動機と、こ
の電動機により駆動される可変容量形の油圧ポンプと、
この油圧ポンプを油圧源とする油圧アクチュエータと、
操作手段と、上記電動機の回転速度を上記操作手段の操
作に応じて制御するとともに上記油圧ポンプの容量を大
小制御するコントローラとを備え、このコントローラ
は、上記操作手段の操作時に、上記油圧ポンプの容量
を、上記電動機の回転速度が予め設定された速度に達す
るまでは小容量に設定し、設定速度に達した後に大容量
に切換えるように構成されたものである。 【００１３】ポンプを駆動するのに必要なトルクＴは、
ポンプ吐出圧力をＰ、ポンプ容量をＱとすると、 Ｔ＝Ｐ・Ｑ／２π……式（２） となり、ポンプ駆動トルクは圧力が同じであればポンプ
容量に比例するため、ポンプ容量を下げると、その分、
ポンプ駆動トルクが小さくなり、電動機を加速するため
に使用されるトルクが増加する。 【００１４】上記構成によると、電動機速度が予め設定
された速度（通常は定格速度）に達するまではポンプ容
量を小さくするため、このポンプ容量の減少分だけ電動
機の負荷トルクが減少し、前記式（１）から、この負荷
トルクの減少によって有効トルクが増加する。たとえば
ポンプ容量を半分にすると、ポンプ駆動トルクは半分に
なるため、余った半分のトルクを加速トルクとして使用
することができる。 【００１５】従って、電動機の回転速度を設定速度まで
短時間で立ち上げることができる。 【００１６】一方、ポンプ容量の変化速度は、電動機回
転速度と比較すると遙かに速いため、上記のように電動
機が設定速度に達した後にポンプ容量を増加させても、
トータルでは従来と比べると、ポンプ吐出量は、操作量
に応じた目標流量まで格段に速く立ち上がる。 【００１７】このため、操作手段の操作に対するアクチ
ュエータ作動の応答性を大幅に改善することができる。 【００１８】 【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図によって説
明する。 【００１９】図１に示す油圧シリンダ回路において、１
は電動機、２はこの電動機１によって回転駆動される油
圧ポンプで、この油圧ポンプ２はポンプ容量が大小制御
可能な可変容量形のものが用いられ、同ポンプ２の吐出
油が油圧−電気式のコントロールバルブ３を介して油圧
シリンダ４に供給される。 【００２０】図中、５は回路圧を設定するリリーフ弁、
Ｔはタンクである。 【００２１】６はレバー６ａにより操作されて操作量に
応じた電気信号を出力する操作体（操作手段。たとえば
ポテンショメータが用いられる）で、この操作体６から
の操作信号がコントローラ７に入力され、このコントロ
ーラ７からコントロールバルブ３と、電動機１の回転速
度を制御するインバータ８、それにポンプ２の傾転を変
えてポンプ容量を制御するポンプ容量制御部９に送られ
る。 【００２２】これにより、（イ）操作体６の操作方向に
応じてコントロールバルブ３がシリンダ伸長または縮小
方向に切換わり、（ロ）操作体６の操作量に応じて、電
動機速度が、予め設定された速度（以下、設定速度とい
う）に制御され、（ハ）電動機速度が変化する操作範囲
でポンプ容量が大小制御される。 【００２３】この（イ）（ロ）（ハ）の制御により、油
圧シリンダ４が操作体６の操作量（以下、レバー操作量
という）に応じた速度で伸長または縮小作動する。 【００２４】ここで、上記（ハ）のポンプ容量の制御の
内容を詳述する。 【００２５】コントローラ７は、ポンプ容量制御部９に
対し、電動機１の回転速度が設定速度に達するまではポ
ンプ容量を相対的に小容量に設定し、設定速度に達した
後にポンプ容量を大きくする信号を出力する。 【００２６】この制御の一例を図２、その制御の結果を
図３にそれぞれ示す。 【００２７】図２はレバー操作比率と、ポンプ容量比及
び電動機回転速度比の関係、図３はレバー操作比率とポ
ンプ流量比の関係をそれぞれ示すもので、レバー操作比
率６０％（フル操作の６割）の操作範囲で電動機速度を
定格速度（速度比１００％）まで上昇させ、その間、ポ
ンプ容量を最小容量（５０％）に設定してポンプ流量を
増加させる。 【００２８】そして、電動機速度が定格速度に達した
後、レバー操作量の増加に応じてポンプ容量を最大容量
まで増加（図２ではレバー操作比率９０％で最大容量に
到達）させ、最終的に目標流量を得る。 【００２９】なお、電動機速度はインバータ８によって
検出され、このインバータ８によるフィードバック制御
によって設定速度まで上昇する。 【００３０】一方、図４は、従来のポンプ容量固定方式
によるレバー操作比率と電動機回転速度比及びポンプ容
量比の関係を示すもので、ポンプ容量は常に最大（１０
０％）の状態のままレバー操作比率の増加に応じて電動
機速度が定格速度まで緩やかに変化する。 【００３１】図２とこの図４の対比から明らかなよう
に、この制御装置によると、ポンプ容量の減少によって
式（２）のポンプ駆動トルク（負荷トルク）が減少し、
その分、電動機１の有効トルクが増加するため、前記式
（１）に基づき、電動機速度を設定速度まで短時間で到
達させることができる。 【００３２】一方、電動機速度が設定速度に達した後
は、電動機トルクはすべてポンプ駆動トルクとして使用
でき、またポンプ容量の変化は電動機回転速度の変化と
比べて遙かに速いため、トータルでポンプ吐出量を目標
流量まで素早く増加させることができる。 【００３３】なお、図２はあくまでも制御の一例を示す
もので、具体的な制御内容は電動機１の速度特性や、得
ようとする加速性能その他に応じて種々変更することが
できる。 【００３４】たとえば、 （ｉ）図２の制御例ではレバー操作比率６０％で電動機
速度が定格速度に達するように設定したが、レバー操作
比率６０％未満又は６０％超で定格速度に達するように
設定してもよい。 【００３５】（ｉｉ）電動機１の設定速度は、定格速度
以下（たとえば定格速度の９０％）としてもよい。 【００３６】（ｉｉｉ）図２の制御例ではポンプ容量の
最小値を５０％としたが、これを５０％未満または５０
％超に変更してもよい。 【００３７】また、本発明は油圧シリンダ回路に限られ
ず、油圧モータ回路にも適用可能である。 【００３８】 【発明の効果】上記のように本発明によると、電動機速
度が設定速度に達するまではポンプ容量を小さくし、目
標速度に達した後にポンプ容量を大きくするため、電動
機のトルクも慣性モーメントも殊更変えずに、電動機速
度を目標速度まで短時間で立ち上げ、素早く目標流量を
得ることができる。このため、操作手段の操作に対する
アクチュエータ作動の応答性を大幅に改善することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す回路図である。
【図２】同実施形態の制御例を示すグラフである。
【図３】同制御結果を示すグラフである。
【図４】従来装置の制御内容を図２と対比して示すグラ
フである。 【符号の説明】 １ 電動機 ２ 可変容量形の油圧ポンプ ３ コントロールバルブ ４ 油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ ６ 操作体（操作手段） ６ａ 操作体のレバー ７ コントローラ ８ 電動機の回転速度を制御するインバータ ９ ポンプ容量を切換えるポンプ容量制御部
フである。 【符号の説明】 １ 電動機 ２ 可変容量形の油圧ポンプ ３ コントロールバルブ ４ 油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ ６ 操作体（操作手段） ６ａ 操作体のレバー ７ コントローラ ８ 電動機の回転速度を制御するインバータ ９ ポンプ容量を切換えるポンプ容量制御部
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 電動機と、この電動機により駆動される
可変容量形の油圧ポンプと、この油圧ポンプを油圧源と
する油圧アクチュエータと、操作手段と、上記電動機の
回転速度を上記操作手段の操作に応じて制御するととも
に上記油圧ポンプの容量を大小制御するコントローラと
を備え、このコントローラは、上記操作手段の操作時
に、上記油圧ポンプの容量を、上記電動機の回転速度が
予め設定された速度に達するまでは小容量に設定し、設
定速度に達した後に大容量に切換えるように構成された
ことを特徴とする油圧アクチュエータ回路の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001328175A JP2003130003A (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 油圧アクチュエータ回路の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001328175A JP2003130003A (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 油圧アクチュエータ回路の制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003130003A true JP2003130003A (ja) | 2003-05-08 |
Family
ID=19144281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001328175A Pending JP2003130003A (ja) | 2001-10-25 | 2001-10-25 | 油圧アクチュエータ回路の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003130003A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020148205A (ja) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 豊興工業株式会社 | 油圧装置 |
| JP7495872B2 (ja) | 2020-12-08 | 2024-06-05 | 日立建機株式会社 | 建設機械 |
-
2001
- 2001-10-25 JP JP2001328175A patent/JP2003130003A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020148205A (ja) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 豊興工業株式会社 | 油圧装置 |
| JP7296749B2 (ja) | 2019-03-11 | 2023-06-23 | 株式会社ジェイテクトフルードパワーシステム | 油圧装置 |
| JP7495872B2 (ja) | 2020-12-08 | 2024-06-05 | 日立建機株式会社 | 建設機械 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
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|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051201 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051206 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060425 |