JP2003172302A - インバータ駆動油圧ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 省エネルギーで、吐出流量、吐出圧力の制御
が簡単で、しかも、低発熱、小型で安価なインバータ駆
動油圧ユニットを提供する。 【解決手段】 吐出力に基づく油圧制御によって吐出量
可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構（９）
を有する可変容量型油圧ポンプ（２）と、可変容量型油
圧ポンプを駆動する可変速モータ（３）と、可変速モー
タを駆動するインバータ装置（４）と、可変容量型油圧
ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段（５）と、圧
力検出手段が検出した圧力と予め設定された回転数条件
（１２）とに基づきインバータ装置に対する可変速モー
タの回転数指令を作成するコントローラ（６）とを備え
たインバータ駆動油圧ユニット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動油の流量及び
圧力を制御するインバータ駆動方式の油圧ユニットに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】アクチュエータ等を作動させるための油
圧ユニットとして現在までさまざまな形式のものが提案
されている。その中の一つに、固定容量型油圧ポンプを
使用し、インバータ駆動方式によってモータの回転数制
御を行うことでポンプの吐出圧力、及び、吐出流量を制
御する形式のものがあり、従来からこの形式の技術は広
く用いられている。

【０００３】より具体的には、上記従来の技術は、固定
容量型油圧ポンプと、該固定容量型油圧ポンプを駆動す
る回転数制御が可能な可変速モータと、該可変速モータ
の回転数を制御するインバータ装置と、ポンプの吐出圧
力を検出する圧力センサーと、ポンプの吐出ラインに設
けられたリリーフ弁（安全弁）とで主に構成され、圧力
センサーの検出信号に応じてインバータ装置がモータに
回転数制御指令を送り、ポンプの吐出圧力及び吐出流量
を制御するものである。

【０００４】このような従来の技術では、ポンプの吐出
圧力及び吐出流量の制御をインバータ駆動方式によるモ
ータ回転数制御のみで行うため、次のような種々の問題
がある。

【０００５】第一に、固定容量型油圧ポンプの駆動用モ
ータの必要トルクは、固定されたポンプ押しのけ容積と
吐出圧力で決まってしまうため、必要以上に大きな定格
トルクのモータを選定するか、若しくは使用時間を短く
して過負荷状態で使用せざるを得ない。そのため、モー
タのコストが高くなり、或いはモータの寿命が短くなっ
てしまう。

【０００６】第二に、駆動用モータとして安価な誘導電
動機、ブラシレスモータ等が通常用いられるが、これら
のモータはその特性上、安定した低速回転を得ることが
困難である。そのため、モータの低速域での使用範囲が
制限されてしまい、吐出流量をそれ程必要としない間で
あってもモータを必要以上の回転数で回さなければなら
なくなる。つまり、固定容量型油圧ポンプはその間無駄
な流量を吐き出し続けるということである。よって、省
エネルギー化が図れない。また、無駄な流量をリリーフ
するための安全弁等を設ける必要があるため、油圧ユニ
ット全体のコストが高くなってしまう。

【０００７】第三に、低速域でのモータ回転の安定性を
向上させるために、回転数センサーを装備し、フィード
バック制御を行うことは有利であるが、油圧ユニット全
体が高価なものとなってしまう。

【０００８】第四に、低速域での油圧の安定性を確保す
るために、ポンプの吐出ラインにブリード機構を設けて
油圧を制御することも有効であるが、油圧ユニットが複
雑となってしまうと共に、発熱の課題が残る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、斯かる実情
に鑑み、省エネルギーのインバータ駆動油圧ユニットを
提供しようとするものである。さらに、吐出流量、吐出
圧力の制御が簡単なインバータ駆動油圧ユニットを提供
することも本発明の別の目的である。加えて、本発明
は、低発熱、小型で安価なインバータ駆動油圧ユニット
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明によれば、吐出力に基づく油
圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御す
る圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、該可
変容量型油圧ポンプを駆動する可変速モータと、該可変
速モータを駆動するインバータ装置と、前記可変容量型
油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、該圧
力検出手段が検出した圧力と予め設定された回転数条件
とに基づき前記インバータ装置に対する前記可変速モー
タの回転数指令を作成するコントローラとを備えたイン
バータ駆動油圧ユニットである。

【００１１】本発明において、可変容量型油圧ポンプと
は、容量が可変な機構を有する全ての概念を含むもので
あり、可変容量型ベーンポンプや、可変容量型ピストン
ポンプ等あらゆるものがこれに該当する。

【００１２】さて、本発明は、可変容量型油圧ポンプを
用いた油圧ユニットにおいて、ポンプの吐出圧力及び吐
出流量を、吐出力に基づく油圧制御によって吐出量可変
要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構によって機
械的に制御する、いわゆる圧力制御系と、圧力検出手段
が検出した吐出圧力と予め設定された回転数条件とに基
づいて作成された可変速モータの回転数指令によって可
変容量型ポンプの吐出流量を制御する、いわゆる流量制
御系とを有し、それぞれが互いに独立した制御系となっ
ていることに大きな特徴がある。そして、本発明におけ
るポンプの吐出流量制御は、流量制御系による吐出流量
制御の後に、圧力制御系による吐出流量制御を行うとい
う二段階に分担された制御過程で構成されていることが
特徴である。

【００１３】そこで、まず圧力調整機構による吐出圧力
及び吐出流量の制御について図３と共に説明する。図３
は、本発明の圧力制御系によるポンプの吐出流量と吐出
圧力の制御を説明するための図であり、縦軸はポンプの
吐出流量を、横軸はポンプの吐出圧力を表わしている。

【００１４】本発明において、圧力制御系による制御過
程では、吐出圧力及び吐出流量の制御は、可変容量型油
圧ポンプに内蔵の吐出力に基づく油圧制御によって吐出
量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構によ
って機械的に行われる。ここで、吐出量可変要素とは、
例えば斜板式可変容量型ピストンポンプにおける斜板で
あり、また、可変容量型ベーンポンプにおけるカムリン
グのことである。よって、吐出力に基づく油圧制御によ
って吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整
機構とは、油がポンプにより昇圧されて圧力調整機構の
カットオフ開始圧力に達すると、吐出量可変要素（斜
板、カムリング等）が吐出力によって位置が機械的に制
御され、ポンプ押しのけ容積を減少させ（吐出流量が減
少し）、ポンプの吐出圧力を調整する機構のことを言
う。

【００１５】例えば、斜板式可変容量型ピストンポンプ
では、内蔵された圧力調節ネジ等で適宜フルカットオフ
圧力を設定しておき、ポンプの吐出圧力がカットオフ開
始圧力に達すると、油圧の力（吐出力）で吐出量可変要
素である斜板の位置を徐々に起こしてポンプ押しのけ容
積を減少させ、ポンプの吐出圧力及び吐出流量が機械的
に制御される。このようなポンプの吐出圧力及び吐出流
量を機械的に制御するための機構が、本発明における圧
力調整機構に該当するものである。

【００１６】一定回転数で可変容量型油圧ポンプを駆動
している場合、図３のＡ点からＢ点までは吐出流量はポ
ンプの最大押しのけ容積で決まる。即ち、吐出圧力Ｐ_１
〜Ｐ _２の間は、ポンプが最大押しのけ容積にポンプの回
転数を乗じた最大吐出流量Ｑ _２で運転される。可変容量
型油圧ポンプの吐出圧力がＢ点（吐出圧力Ｐ_２）に達す
ると、内蔵されている圧力調整機構が吐出量可変要素の
位置を機械的に制御して、吐出圧力に応じて機械的に可
変容量型油圧ポンプの押しのけ容積を減少させ（吐出流
量を減少させ）、Ｃ点の圧力（吐出圧力Ｐ_３）に達した
ときに吐出流量は最小のＱ_１（ほぼ零）となる。

【００１７】例えば、斜板式可変容量型ピストンポンプ
における斜板が起き上がってポンプ押しのけ容積を減少
させていく過程が、図３におけるＢ点からＣ点の間の動
作に該当する。このＢ点での圧力Ｐ_２はカットオフ開始
圧力であり、Ｃ点の圧力Ｐ_３は、圧力調整機構に設定さ
れたフルカットオフ圧力である。

【００１８】つまり、図３に示すように、本発明におけ
る圧力調整機構による吐出圧力及び吐出流量の機械的制
御（圧力制御系）とは、いわゆる可変容量型油圧ポンプ
の圧力補償制御方式による圧力制御に相当するものであ
り、詳細にはＢ点（圧力Ｐ_２：カットオフ開始圧力）か
らＣ点（圧力Ｐ_３：フルカットオフ圧力）の範囲で行わ
れる吐出圧力及び吐出流量の制御のことである。このＢ
点からＣ点の範囲で行われる吐出圧力及び吐出流量の制
御は、可変容量型油圧ポンプに内蔵された圧力調整機構
によって機械的に単独で行われるため、その他の制御指
令の影響を受けない独立した制御系といえる。

【００１９】このように、可変容量型油圧ポンプを用い
ることで、Ｂ点からＣ点の間での吐出流量を吐出圧力に
応じて機械的に可変調整してポンプ押しのけ量が減少す
るから、固定容量型油圧ポンプに比べてモータの必要ト
ルクを低減でき、モータのコストを低く抑えることがで
きる。

【００２０】さらに、本発明では可変容量型油圧ポンプ
を可変速モータで駆動し、モータの回転数制御によって
ポンプの吐出流量を制御することにより、従来技術のよ
うな固定容量型油圧ポンプを用いるのに比べて大幅に省
エネルギー化を図ることができる。具体的には、可変容
量型油圧ポンプを駆動する可変速モータと、可変速モー
タを駆動するインバータ装置と、可変容量型油圧ポンプ
の吐出圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段が
検出した圧力と予め設定された回転数条件とに基づき前
記インバータ装置に対する可変速モータの回転数指令を
作成するコントローラとによってポンプの吐出流量及び
吐出圧力の制御を行っている。

【００２１】次に、本発明における可変速モータの回転
数制御によるポンプの吐出流量制御（流量制御系）につ
いて図４と共に説明する。図４は、本発明の流量制御系
によるポンプの吐出流量制御を説明するための図であ
り、横軸はポンプの吐出圧力を、縦軸はアクチュエータ
側が要求する作動油の流量を表わしている。尚、図４中
の値（Ｑ_１、Ｐ_１等）で図３と同一表示のものは同一値
であることを意味している。

【００２２】通常、油圧によって作動するアクチュエー
タ側（負荷側）が必要とする作動油の流量は圧力と共に
変化する。具体的に言うと、アクチュエータ側は油圧が
低圧の時には大容量の作動油を必要とし、油圧が高圧の
時には低容量しか作動油を必要としないのが一般的であ
る。このようなアクチュエータ側の要求する作動油流量
の変化の代表例を挙げてみると図４の折れ線Ａ−Ａ_１−
Ｂ_１−Ｃの如くなる。

【００２３】即ち、アクチュエータ側は、Ａ点からＡ_１
点までの間（ポンプの吐出圧力がＰ _１〜Ｐ_１２の低圧
域）では作動油の流量をＱ_２（大容量）ほど必要とし、
Ａ_１点からＢ_１点までの間（ポンプの吐出圧力がＰ_１２
〜Ｐ_２の中圧域）では圧力の増加に伴ってアクチュエー
タ側が必要な作動油流量はＱ_２からＱ_１２へと減少し、
Ｂ_１点からＣ点（ポンプの吐出圧力がＰ_２〜Ｐ_３の高圧
域）では、圧力の増加に伴ってアクチュエータ側が必要
な作動油流量はＱ_１２からＱ_１（小容量）へと減少す
る。

【００２４】従って、このようなアクチュエータ側の要
求する作動油流量に合致するように可変容量型油圧ポン
プを運転すれば、無駄な流量を吐き出すことはないこと
になる。言い換えると、図４の折れ線Ａ−Ａ_１−Ｂ_１−
Ｃと一致するようにポンプの吐出流量を制御すれば良い
ということである。

【００２５】そこで、本発明では可変速モータの回転数
条件をコントローラに予め設定しておき、吐出圧力を検
出する圧力検出手段が検出した圧力から回転数条件に基
づいてコントローラが可変速モータの回転数指令を作成
し、インバータ装置が該回転数指令に応じた回転数で可
変速モータを駆動して吐出流量の制御を行えるようにし
たのである。しかも、本発明の流量指令系は、圧力検出
手段が検出した圧力をコントローラ及びインバータ装置
を経由してモータ回転数を制御するようになっているの
で、前述の圧力制御系とは互いに独立した制御系として
存在していることとなる。

【００２６】従来の技術では、固定容量型ポンプの回転
数制御のみで吐出流量の制御を行っていたため、モータ
の低速域回転が不安定であるという問題によりモータを
必要以上の回転数で回さなければならない。そのため、
アクチュエータ側の要求する図４の折れ線Ａ−Ａ_１−Ｂ
_１−Ｃに合致するようにポンプの吐出流量を制御するこ
とは困難である。つまり、従来技術では、図４の折れ線
Ａ−Ａ_１−Ｂ_１−Ｄ_１−Ｄ_２のようなポンプの吐出圧力
と吐出流量の関係しか得ることができず、Ｄ_１−Ｄ_２−
Ｃで囲まれた斜線部だけ吐出流量がアクチュエータの要
求する作動油量に対して余剰となる。

【００２７】一方、本発明は互いに独立した圧力制御系
と流量制御系とを有しており、制御過程が分担されてい
るため、Ａ点からＢ_１点に至る過程では、流量制御系に
よって可変速モータの回転数を制御してアクチュエータ
側が要求するだけの吐出流量とすることで無駄な消費電
力及び発熱を低減できる。さらに、Ｂ_１点での圧力Ｐ _２
（カットオフ開始圧力）からＣ点での圧力Ｐ_３（フルカ
ットオフ圧力）に至るまでの過程を圧力制御機構を用い
た圧力制御系によって機械的に吐出圧力と吐出流量を制
御することができるから、図４の斜線部の無駄を削減
し、大幅に消費電力を低減して省エネルギー化及び低発
熱化を図ることができる。即ち、流量制御系による制御
過程と圧力制御系による制御過程の二段階分担制御によ
って、効果的に省エネルギー化及び低発熱化が達成でき
るのである。

【００２８】また、圧力制御系と流量制御系が互いに独
立しており、しかも至って簡単な制御系であるため、極
めて安定した制御性が保持できる。さらに、圧力制御系
は機械的な制御であり、流量制御系との干渉もなく、電
気ノイズ等による誤動作が生じることがない。

【００２９】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載のインバータ駆動油圧ユニットにおいて、前記回
転数条件が吐出圧力対回転数特性を含み、該特性は、前
記可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が零から前記圧力調
整機構のカットオフ開始圧力までの範囲では、負荷側の
要求に応じて任意に前記可変速モータが回転し、前記可
変容量型油圧ポンプの吐出圧力が前記カットオフ開始圧
力を超えてフルカットオフ圧力までの範囲では、該吐出
圧力を維持するだけの低速回転数で前記可変速モータが
回転するものであることを特徴としている。

【００３０】本発明では、可変容量型油圧ポンプの吐出
圧力が零からカットオフ開始圧力までの範囲では、可変
速モータのもつ許容出力の範囲内で負荷側（油圧によっ
て作動するアクチュエータ等のこと）の要求に応じて任
意に可変速モータが回転する吐出圧力対回転数特性を含
む回転数条件を、一方、可変容量型油圧ポンプの吐出圧
力がカットオフ開始圧力を超えてフルカットオフ圧力ま
での範囲では、その吐出圧力を安定して維持し得るだけ
の低速回転数で可変速モータが回転する吐出圧力対回転
数特性を含む回転数条件を、予めコントローラに設定す
るだけで効果的に省エネルギー化が図れるのである。
尚、ここで言う「該吐出圧力を維持するだけの低速回転
数」とは、カットオフ開始圧力からフルカットオフ圧力
までの範囲で、可変容量型油圧ポンプが漏れを補う程度
に必要な流量を吐き出して、吐出圧力が低下しない程度
の回転数のことである。以下、この回転数条件について
図５と共に説明する。

【００３１】図５は、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力
に対する可変速モータの回転数条件の代表例を示してお
り、横軸は可変容量型油圧ポンプの吐出圧力を、縦軸は
可変速モータの回転数を表わしている。尚、図中の値
（Ｑ_１、Ｐ_１等）で図４と同一表示のものは同一値であ
ることを意味している。

【００３２】今、図４においてポンプの吐出圧力がＰ_１
〜Ｐ_１２までの範囲でアクチュエータ側が要求する作動
油の流量はＱ_２であり、吐出圧力がＰ_１２からＰ_２（カ
ットオフ開始圧力）と高くなるに従ってアクチュエータ
側が要求する作動油の流量は減少し、カットオフ開始圧
力Ｐ_２でアクチュエータ側が要求する作動油の流量はＱ
_１２となり、吐出圧力がカットオフ開始圧力Ｐ_２からフ
ルカットオフ圧力Ｐ_３と高くなるに従って要求する作動
油の流量はさらに減少し、フルカットオフ圧力Ｐ_３では
要求する作動油の流量はＱ_１となる。

【００３３】ポンプがある流量を吐き出すのに必要な回
転数は、ポンプの特性曲線から予め求めることができ
る。そこで、吐出圧力がＰ_１〜Ｐ_１２までの間に要求さ
れる流量Ｑ_２、及び、吐出圧力がＰ_２で要求される流量
Ｑ_１２を吐き出すのに必要なポンプの回転数を性能曲線
から求め、それぞれ求めた回転数をＮ_２、及びＮ_１とす
る。吐出圧力Ｐ_２〜Ｐ_３の範囲では、可変容量型油圧ポ
ンプに内蔵された圧力調整機構によって吐出圧力、及
び、吐出流量が機械的に制御されるから、可変速モータ
の回転数を敢えて増減して制御しなくても良い。よっ
て、吐出圧力Ｐ_２を超える吐出圧力では回転数は簡略的
に一定としておけば足りる。

【００３４】これらに基づき、ポンプの吐出圧力Ｐ_１、
Ｐ_１２、Ｐ_２、Ｐ_３におけるアクチュエータ側の要求す
る作動油流量を吐き出せる回転数の関係をプロットして
線で結ぶと図５の折れ線Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈの如くなる。

【００３５】つまり、コントローラに予め設定された回
転数条件とは、図５に示す一例において、吐出圧力対回
転数特性を含み、該特性は、可変容量型油圧ポンプの吐
出圧力が零であるＰ_１からある吐出圧力Ｐ_１２の範囲
（Ｅ点〜Ｆ点）までは可変速モータがほぼ一定回転数Ｎ
_２を維持し、吐出圧力Ｐ_１２を超えカットオフ開始圧力
Ｐ_２の範囲（Ｆ点〜Ｇ点）までは可変速モータの回転数
が吐出圧力の上昇に伴って減少し、カットオフ開始圧力
Ｐ_２からフルカットオフ圧力Ｐ_３の範囲（Ｇ点〜Ｈ点）
までは可変速モータがほぼ一定の低速回転数Ｎ_１を維持
する条件のことである。

【００３６】可変容量型油圧ポンプの吐出圧力を検出す
る圧力検出手段によって検出されたある吐出圧力から、
図５に示すような回転数条件（折れ線Ｅ−Ｆ−Ｇ−Ｈの
関数）に基づいて可変速モータが必要な回転数指令をコ
ントローラが作成して、その作成された回転数指令をイ
ンバータ装置を介して可変速モータに出力すれば、可変
容量型ポンプは図４に示すようなアクチュエータ側の要
求する作動油流量とおよそ同等の流量を供給できること
となる。

【００３７】この回転数条件は図５を見れば明らかなよ
うに、至って簡単な条件となっている。即ち、Ｅ点，Ｆ
点，Ｇ点，Ｈ点の４点をアクチュエータ側の要求に合わ
せて定め、これらの点における可変容量型ポンプの吐出
圧力、及び可変速モータの回転数をコントローラに与え
て点を結ぶ関数を設定しさえすれば、本発明の回転数条
件を得ることができる。勿論、これらの点は使用条件に
合わせて増やすこともできる。また、この回転数条件
は、図５に示すような入力した点を結んだ折れ線状の関
数として設定することができるばかりでなく、入力した
点付近を通る近似曲線となる関数を設定しても良い。さ
らに、使用条件に合わせて適宜任意の関数を設定するこ
とも可能である。

【００３８】より好ましくは、カットオフ開始圧力から
フルカットオフ圧力までの間の可変速モータの回転数条
件を、圧力制御系によって吐出圧力が上昇するのに伴っ
て、その吐出圧力を安定して維持し得るだけの最低回転
数となるように段階的又は／無段階に回転数を減少させ
るような特性に設定するのが良い。カットオフ開始圧力
を超えるときから可変速モータの回転数を一定に維持す
る上述の回転数条件に比べて、アクチュエータ側の要求
する流量にさらに近い制御が可能となり、省エネ効果が
さらに高くなるからである。

【００３９】また、本発明を定馬力制御方式の油圧ユニ
ットとして使用したい場合には、回転数条件を、吐出圧
力の上昇に反比例して可変速モータの回転数が下がる特
性のものにすれば良い。

【００４０】本発明によれば、図５の吐出圧力がＰ_１か
らカットオフ開始圧力Ｐ_２までは流量制御系が検出した
吐出圧力と回転数条件とに基づいてコントローラがイン
バータ装置に対する可変速モータの回転数指令を作成
し、インバータ装置が可変速モータを回転数指令に応じ
た回転数で駆動して、可変容量型油圧ポンプの流量が制
御される。吐出圧力Ｐ_２を超える吐出圧力が検出される
と可変速モータの回転数はその吐出圧力を安定して維持
し得るだけの低速回転数に制御され、吐出圧力がカット
オフ開始圧力Ｐ_２からフルカットオフ圧力Ｐ_３までは流
量制御系とは関係無く、圧力制御系に制御を委ねて、機
械的に可変容量型ポンプの吐出流量、及び吐出圧力の制
御が行われるのである。

【００４１】このようにして、アクチュエータ側の要求
に応じた油圧の流量におよそ相当するだけの量を可変容
量型油圧ポンプが吐き出すことができるので、消費電力
が大幅に低減でき、低発熱が実現できる。しかも、回転
数条件は、上述のようにＥ点，Ｆ点，Ｇ点，Ｈ点の４点
程度の条件から設定される吐出圧力対回転数特性であれ
ば十分に省エネルギー効果を得ることができる。よっ
て、回転数センサーを装備し、フィードバック制御を行
うといったような複雑な制御は不要となり、油圧ユニッ
ト全体のコストも小型で安価なものにすることができ
る。

【００４２】また、アクチュエータ側の要求を大きく超
えるような流量をポンプが吐き出すことがないから、安
全弁やリリーフ弁といったものも設ける必要がない。

【００４３】一般に、油圧ユニットは図４のＣ点、即
ち、フルカットオフ状態が長い。つまり、油圧ユニット
の運転時間の大半はポンプが僅かの流量しか吐き出す必
要はないのである。従来技術では、モータの低速回転の
安定性が不十分なため、フルカットオフ状態であっても
ポンプは無駄な流量を吐き出し続けるしかなかった。

【００４４】ところが、本発明における油圧ユニット
は、フルカットオフ状態において、圧力制御系の制御に
より機械的にポンプの吐出流量を制御している。即ち、
フルカットオフ圧力を安定に維持し得るだけの低速の回
転数（図５の場合は回転数Ｎ_１）で可変速モータが回転
したまま、機械的圧力調整機構によってポンプ押しのけ
容積を最小として運転しているのである。

【００４５】よって、本発明によれば、ポンプの吐出流
量を圧力調整機構によって機械的に僅少に抑え、かつ、
可変速モータを低速で回転できるため、フルカットオフ
状態が長くなればなる程、従来技術に比べて遥かに優れ
た省エネルギー効果を奏し得るのである。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。図１は本発明の一つの実施形態にか
かるインバータ駆動油圧ユニットを示している。図１に
示すようにインバータ駆動油圧ユニット１は、可変容量
型油圧ポンプである斜板式可変容量型ピストンポンプ２
と、可変速モータ３と、インバータ装置４と、圧力検出
手段である圧力センサー５と、コントローラ６とで主に
構成されており、インバータ装置４及びコントローラ６
は制御パネル７に格納されている。斜板式可変容量型ピ
ストンポンプ２には圧力調整機構９が内蔵されており、
斜板式可変容量型ピストンポンプ２の吐出圧力がバネ１
０で付勢された圧力調節ネジ１５で設定された圧力より
若干低い圧力、即ちカットオフ開始圧力に達すると吐出
圧力、及び、吐出流量は圧力調整機構９によって機械的
に制御されるようになっている。さらに、制御パネル７
内のコントローラ６には運転条件に合わせて回転数条件
１２が予め設定されている。

【００４７】この回転数条件１２は、アクチュエータ側
が要求する作動油流量の条件に合わせて図２に示すよう
な５点（Ｖ点、Ｗ点、Ｘ点、Ｙ点、Ｚ点）をコントロー
ラ６に予め定め、その５点を結んだ折れ線で定義される
関数となっている。即ち、斜板式可変容量型ピストンポ
ンプ２の吐出圧力がＰ_ａからＰ_ｂの間は可変速モータ３
の回転数はＮ_ｃで一定であり、吐出圧力がＰ_ｂからＰ_ｃ
までの間は圧力の増加に伴って回転数は下がり、吐出圧
力Ｐ_ｃで回転数がＮ_ｂとなり、吐出圧力がＰ_ｃからＰ_ｄ
（カットオフ開始圧力と同一）までの間は圧力の増加に
伴って回転数はさらに下がり、吐出圧力Ｐ_ｄで回転数が
Ｎ_ａとなり、吐出圧力がＰ_ｄ（カットオフ開始圧力）か
らＰ_ｅ（フルカットオフ圧力）までの間は回転数がＮ_ａ
で一定となる回転数条件がコントローラ６に予め設定さ
れている。

【００４８】このように構成されたインバータ駆動油圧
ユニット１を駆動させると、まず斜板式可変容量型ピス
トンポンプ２は回転数Ｎ_ｃで回転してオイルタンク１１
から吸い込んだ作動油を昇圧して、アクチュエータ側へ
油圧を供給する。油圧は常時圧力センサー５によって検
出され、制御パネル７内にあるコントローラ６へ圧力信
号１３として出力する。この圧力信号１３の値とコント
ローラ６に予め設定された回転数条件１２とに基づいて
可変速モータ３の回転数指令８が作成される。コントロ
ーラ６で作成された回転数指令８はインバータ装置４に
対して出力される。この回転数指令８に基づいて、イン
バータ装置４が回転数信号１４を可変速モータ３へ出力
し、可変速モータ３はコントローラ６で作成された回転
数になるよう制御されて駆動する。

【００４９】例えば、吐出圧力Ｐ_ｃの値を圧力センサー
５が検出すると、この圧力値Ｐ_ｃという圧力信号１３を
コントローラ６に送る。コントローラ６が、この圧力値
Ｐ_ｃと回転数条件１２とに基づいて回転数指令８を作成
すると、その回転数指令値は回転数Ｎ_ｂとなる。そし
て、回転数Ｎ_ｂという回転数指令８がインバータ装置４
に対して出力され、回転数信号１４として可変速モータ
３に送られて、可変速モータが回転数Ｎ_ｂで駆動する。

【００５０】こうして、斜板式可変容量型ピストンポン
プ２の吐出圧力に応じて可変速モータ３が設定された回
転数条件１２に従った回転数で駆動して、吐出流量がア
クチュエータ側の要求に応じるように制御されるのであ
る。この制御過程は、流量制御系による斜板式可変容量
型ピストンポンプ２の制御ということになる。

【００５１】斜板式可変容量型ピストンポンプ２の吐出
圧力が高圧になり、図２におけるカットオフ開始圧力Ｐ
_ｄに達すると、圧力調整機構９による圧力制御系が作動
し始める。同時に、回転数条件１２によって、この時点
の圧力で可変速モータ３は一定の低速回転数Ｎ_ａを維持
するよう制御される。つまり、可変速モータ３の回転数
制御による流量制御系から圧力制御系に制御系が実質上
切り換わることとなる。このカットオフ開始圧力Ｐ_ｄか
らフルカットオフ圧力Ｐ_ｅまでの間の制御過程は、斜板
式可変容量型ピストンポンプ２に内蔵されている圧力調
整機構９によって機械的に行われる、即ち圧力制御系に
よる吐出圧力、及び吐出流量の制御ということになる。

【００５２】このようにして、圧力制御系と流量制御系
の二段階制御過程による可変容量型油圧ポンプの吐出圧
力及び吐出流量を制御するのである。しかも、極めて簡
単な回転数条件１２を用いて精度の高い制御を行うこと
ができる。

【００５３】本実施形態に示す如く制御されたインバー
タ駆動油圧ユニットによれば、アクチュエータ側の要求
する作動油流量に応じた吐出量のみをポンプが吐き出す
ことができる電力消費の無駄がなく、低発熱で省エネル
ギー化が達成できる。しかも、圧力制御系と流量制御系
が独立した制御系であり、制御過程も分担されているた
め、電気ノイズの影響もなく信頼性の高い制御が行え
る。

【００５４】また、ポンプの吐出流量はアクチュエータ
側の要求に応じて制御されているので、安全弁やリリー
フ弁がなくても使用上十分であり、油圧ユニットを安価
に提供することもできる。

【００５５】尚、本発明のインバータ駆動油圧ユニット
は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得
ることは勿論である。特に、回転数条件の設定の際に
は、アクチュエータ側の使用条件と油圧ユニットの制御
精度を考慮して、適宜好ましい回転数条件にするのが良
い。

【００５６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明に係るイン
バータ駆動油圧ユニットは、可変容量型ポンプを可変速
モータで駆動させて吐出圧力及び吐出流量を制御する際
に、至って簡単な制御系のみで無駄な電力消費を大幅に
低減できて、しかも低発熱であるという優れた省エネ効
果を得ることができる。しかも、制御系が簡単なため、
制御信頼性が高い。加えて、小型で安価なインバータ駆
動油圧ユニットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す図である。

【図２】本発明の回転数条件の一実施例を示す図であ
る。

【図３】本発明の圧力制御系によるポンプの吐出流量と
吐出圧力の制御を説明するための図である。

【図４】本発明の流量制御系によるポンプの吐出流量制
御を説明するための図である。

【図５】本発明における可変容量型油圧ポンプの吐出圧
力に対する可変速モータの回転数条件の代表例を示す図
である。

【符号の説明】

１：インバータ駆動油圧ユニット ２：斜板式可変容量型ピストンポンプ ３：可変速モータ ４：インバータ装置 ５：圧力センサー ６：コントローラ ７：制御パネル ９：圧力調整機構 １０：バネ １２：回転数条件 １５：圧力調節ネジ Ｐ_２、Ｐ_ｄ：カットオフ開始圧力 Ｐ_３、Ｐ_ｅ：フルカットオフ圧力 Ｎ_１、Ｎ_２、Ｎ_ａ、Ｎ_ｂ、Ｎ_ｃ：可変速モータの回転数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H044 AA02 BB05 CC22 DD18 DD21 DD24 DD45 3H045 AA02 AA09 AA24 AA33 AA35 BA02 BA14 BA22 CA03 CA09 CA30 DA04 DA43 DA47 EA02 EA13 EA17 EA20 EA26 EA34 EA42 3H089 AA21 BB01 DA03 DA14 EE18 EE36 FF08 GG02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吐出力に基づく油圧制御によって吐出量
   可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有す
   る可変容量型油圧ポンプと、 該可変容量型油圧ポンプを駆動する可変速モータと、 該可変速モータを駆動するインバータ装置と、 前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検
   出手段と、 該圧力検出手段が検出した圧力と予め設定された回転数
   条件とに基づき前記インバータ装置に対する前記可変速
   モータの回転数指令を作成するコントローラと、 を備えたインバータ駆動油圧ユニット。
2. 【請求項２】 前記回転数条件が吐出圧力対回転数特性
   を含み、該特性は、 前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が零から前記圧力
   調整機構のカットオフ開始圧力までの範囲では、負荷側
   の要求に応じて任意に前記可変速モータが回転し、 前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が前記カットオフ
   開始圧力を超えてフルカットオフ圧力までの範囲では、
   該吐出圧力を維持するだけの低速回転数で前記可変速モ
   ータが回転する、 ものであることを特徴とする請求項１に記載のインバー
   タ駆動油圧ユニット。