JP2004324742A

JP2004324742A - 液圧装置

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Publication number: JP2004324742A
Application number: JP2003119009A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Suzuki; 鈴木　　茂; Satoru Shimada; 悟島田; Takahiro Yamano; 孝寛山野; Junko Seki; 純子関; Takahiko Ito; 孝彦伊東
Original assignee: Saxa Inc; Yukigaya Institute Co Ltd
Current assignee: Saxa Inc; Yukigaya Institute Co Ltd
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】油圧シリンダ等の液圧アクチュエータで発生したエネルギを回生利用することが可能である液圧装置を提供すること。
【解決手段】本発明の液圧装置は、液圧アクチュエータ１０と、液圧アクチュエータの吐出側に接続された流路３８と、この流路に接続されたエネルギ蓄積装置４６と、液圧アクチュエータとエネルギ蓄積装置との間における前記流路に介設された逆止弁４４と、この逆止弁と液圧アクチュエータとの間における前記流路から分岐するアンロード流路６６と、アンロード流路に介設された開閉弁６８と、液圧アクチュエータによるエネルギとエネルギ蓄積装置の蓄積エネルギとを制御すべく開閉弁の開閉を制御する制御手段４２とを備えることを特徴とする。この構成によれば、液圧アクチュエータによるエネルギをエネルギ蓄積装置により蓄積でき、同時に、液圧アクチュエータで発生されるエネルギをも制御できる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エネルギ回生が可能な液圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、立体駐車装置には、自動車が載置される昇降テーブルを昇降させて所望の箇所に自動車を駐車させるエレベータ方式のもの、いわゆるリフトパークがある。この方式の立体駐車装置においては、昇降テーブルを昇降させるために油圧シリンダが用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−２６７７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の立体駐車装置における油圧シリンダは、油圧ポンプからの作動油によって駆動されるが、作動油は油圧シリンダに供給された後、リターンラインを経てそのまま作動油タンクに戻されるのが一般的である。すなわち、従来構成においては、油圧シリンダで発生したエネルギを回収するというメカニズムは有しておらず、エネルギの有効利用という観点に欠けていた。
【０００５】
特に、立体駐車装置においては、昇降テーブルを持ち上げた状態では大きな位置エネルギを有することとなっているが、そのエネルギを昇降テーブルの下降時の制動やその他の負荷の駆動等に利用していなかった。
【０００６】
かかる問題点は他の装置における油圧装置ないしは液圧装置においても同様に存するものである。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、油圧シリンダ等の液圧アクチュエータで発生したエネルギを回生利用することが可能である液圧装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による液圧装置は、動作液体によりエネルギを発生する液圧アクチュエータと、液圧アクチュエータの吐出側に接続された流路と、前記流路に接続され、前記流路を流れる動作液体の持つエネルギを蓄積するエネルギ蓄積装置と、液圧アクチュエータとエネルギ蓄積装置との間における前記流路に介設された、エネルギ蓄積装置から液圧アクチュエータへの流れを阻止する弁と、弁と液圧アクチュエータとの間における前記流路から分岐するアンロード流路と、アンロード流路に介設された第１の開閉弁と、液圧アクチュエータにより発生されるエネルギとエネルギ蓄積装置に蓄積されるエネルギとを制御すべく第１の開閉弁の開閉を制御する制御手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
この構成によれば、液圧アクチュエータで発生されたエネルギをエネルギ蓄積装置により蓄積できるので、エネルギの有効利用が可能であり、また、そのエネルギ蓄積装置へのエネルギ蓄積を制御する過程で、液圧アクチュエータで発生されるエネルギの量、その他の状態をも同時に制御することが可能となる。
【００１０】
また、本発明による液圧装置は、液圧アクチュエータにより発生されたエネルギにより動作される、所要量の慣性を有する慣性体を備えることが好ましい。この慣性体ないしは質量体（ｍａｓｓ）は、液圧アクチュエータにより動作されることで、位置エネルギ又は運動エネルギを持つこととなり、このエネルギを回生させることが可能となる。
【００１１】
更に、本発明による液圧装置は、慣性体の動作や位置等の状態を検知する第１の検知手段を備え、制御手段が第１の検知手段により検知された結果に応じて第１の開閉弁の開閉制御を行うようになっていることが好適である。慣性体の持つエネルギを無駄なくエネルギ蓄積装置に取り込むためである。
【００１２】
また、慣性体の動きが予め分かっているような場合には、制御手段はクロックタイミングに応じて第１の開閉弁の開閉制御を行うようにしてもよい。
【００１３】
第１の開閉弁の開閉は、条件によっては反復的に開閉することも可能である。
【００１４】
本発明による液圧装置は、更に、エネルギ蓄積装置の下流側の前記流路に介設された第２の開閉弁と、第２の開閉弁の下流側に設けられた負荷とを備える構成とすることが有効である。これにより、第２の開閉弁を開ポジションとして、液圧アクチュエータとエネルギ蓄積装置から動作液体を負荷に流入させ、動作流体のエネルギを負荷で実際に利用することが可能となる。
【００１５】
なお、エネルギ蓄積装置に蓄積されたエネルギの量、その他の状態は、動作液体の圧力により左右されるため、エネルギ蓄積装置に蓄積されたエネルギの状態を検知する第２の検知手段を設けておき、制御手段は、第２の検知手段により検知された結果に応じて第２の開閉弁の開閉制御を行い、エネルギ蓄積装置のエネルギを負荷に対応した適正な状態に保持するようにすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明をエレベータ方式の立体駐車装置における油圧装置に適用した実施形態を示している。図中、符号１０は、立体駐車装置の昇降テーブル（慣性体）１１を昇降させるための油圧シリンダ（液圧アクチュエータ）を示している。油圧シリンダ１０は複動型であり、シリンダチューブ１２の上端部と下端部とにそれぞれ作動油の流入出ポート１４，１６が設けられている。
【００１８】
油圧シリンダ１０に対しては、電動モータ１８により駆動される油圧ポンプ２０から圧送される作動油が給排される。より詳細には、油圧ポンプ２０の吸入ポート２２は流路２４を介して作動油タンク２６に接続され、また、油圧ポンプ２０の吐出ポート２８からは流路３０が延びており、この流路３０は流れ方向切換え制御弁３２に接続されている。制御弁３２は、好ましくは、４ポート３ポジション型のスプール式ソレノイド制御弁であり、流路３０は制御弁３２のＰポートに接続される。この制御弁３２のＡポートと油圧シリンダ１０のポート１６との間は流路３４により接続され、Ｂポートと油圧シリンダ１０のポート１４との間は流路３６により接続されている。また、制御弁３２のＲポートからは流路３８が延び、最終的には作動油タンク２６へと通じている。
【００１９】
制御弁３２は、ソレノイド４０ａ，４０ｂへの通電を制御することで、そのポジションを切り換えることができる。中立ポジション３２ｂでは、全てのポートが閉じられ、第１ポジション３２ａでは、ＰポートとＡポートとが連通し且つＲポートとＢポートとが連通する。また、第２ポジション３２ｃでは、ＰポートとＢポートとが連通し且つＲポートとＡポートとが連通する。従って、制御弁３２のポジションを切り換えることで、油圧ポンプ２０からの作動油を油圧シリンダ１０のポート１４，１６のいずれか一方に選択的に供給することができ、他方のポートからは作動油が作動油タンク２６に戻される。なお、制御弁３２のソレノイド４０ａ，４０ｂへの通電制御はコントローラ（制御手段）４２によって行われ、非通電状態では制御弁３２は中立ポジション３２ｂに維持される。
【００２０】
制御弁３２のＲポートからの流路３８には、作動油の制御弁３２側への逆流を阻止する逆止弁４４が介設されている。また、逆止弁４４の下流側で、アキュムレータ（エネルギ蓄積装置）４６が流路３８に接続されている。更に、その下流側にて、流路３８には開閉弁（第２の開閉弁）４８が介設されている。開閉弁４８はソレノイド式であり、ソレノイド５０への通電をコントローラ４２により制御することで、開ポジションと閉ポジションとを切り換えることが可能となっている。開閉弁４８の下流側の流路３８は負荷５２に接続されているが、本実施形態では、負荷５２は、発電機５４を駆動するための油圧モータ５６となっている。油圧モータ５６の流出ポート５８は作動油タンク２６に接続されている。
【００２１】
なお、符号６０は逆止弁であり、油圧モータ５６が動作中に開閉弁４８が閉じられた際、油圧ポンプ５６の流入ポート６２への作動油の供給が停止され、油圧モータ５６が急激に停止することを防止するためのものである。また、発電機５４からの出力電力はインバータ回路６４を介して電動モータ１８に補助的に供給されるようになっている。電動モータ１８の主電源については図示していない。
【００２２】
また、流路３８には、制御弁３２と逆止弁４４との間で、アンロード流路６６が接続されており、このアンロード流路６６は作動油タンク２６に接続されている。アンロード流路６６には開閉弁（第１の開閉弁）６８が介設されている。この開閉弁６８も開閉弁４８と同様にソレノイド式であり、そのソレノイド７０への通電制御はコントローラ４２によって行われる。
【００２３】
更に、本実施形態においては、油圧ポンプ２０からの流路３０と、逆止弁４４からアキュムレータ４６までの間の流路３８との間に、流路７２が接続されている。この流路７２には、油圧ポンプ２０の側から順に逆止弁７４及びソレノイド式の開閉弁７６が介設されている。また、流路７２には、逆止弁７４の上流側で、ソレノイド式開閉弁７８を有するアンロード流路８０が接続されている。これらの開閉弁７６，７８の開閉制御もコントローラ４２による。
【００２４】
なお、図１において、符号８２は、昇降テーブル１１の上昇・下降の速度と位置を検知するためのセンサであり、符号８４は、流路３８を通る作動油の流量（流速）を検知する流量センサであり、符号８６は、アキュムレータ４６内の圧力を検知する圧力センサである。これらのセンサ８２，８４，８６からの信号はコントローラ４２に入力され、コントローラ４２はその信号から昇降テーブル１１の状態を認識する。これらのセンサ８２，８４，８６はそれぞれ昇降テーブル１１の状態を検知する手段（第１の検知手段）であり、これらのセンサ８２，８４，８６の全てをコントローラ４２に接続してもよいが、そのうちの一つのみを接続してもよい。また、昇降テーブル１１の状態を検知することができれば、他の型式のセンサと置換してもよい。
【００２５】
次に、以上のような構成の油圧装置について説明する。
【００２６】
まず、初期状態においては、制御弁３２は中立ポジション３２ｂにあり、開閉弁４８，７６は閉ポジション、開閉弁６８，７８は開ポジションとなっている。この状態で電動モータ１８に電力を供給して油圧ポンプ２０を駆動させると、油圧ポンプ２０からの作動油は流路３０，７２及びアンロード流路８０を通って作動油タンク２６に戻される。
【００２７】
そして、昇降テーブル１１を上昇させる場合には、コントローラ４２からの信号により制御弁３２を第１ポジション３２ａに切り換えると共に、開閉弁７８を閉ポジションとする。その結果、油圧ポンプ２０からの作動油は流路３０，３４を通って油圧シリンダ１０の下側のポート１６に流入し、作動油の持つエネルギはピストンロッド８８を上昇させるエネルギとして利用され、ピストンロッド８８の上端に結合された昇降テーブル１１はピストンロッド８８と共に上昇する。これと同時に、油圧シリンダ１０の上側のポート１４からは作動油が押し出され、流路３６，３８及びアンロード流路６６を通って作動油タンク２６に戻される。
【００２８】
この際、センサ８２又は流量センサ８４或いは両センサ８２，８４からの信号によりコントローラ４２が昇降テーブル１１の上昇速度が所定速度よりも速いと判断したならば、コントローラ４２は開閉弁６８のソレノイド７０への通電を制御して、開閉弁６８を開閉を反復させ、油圧シリンダ１０に対して給排される作動油の流量を制御し上昇速度を抑制する。
【００２９】
昇降テーブル１１が所望の位置にまで上昇したならば、コントローラ４２はその状態をセンサ８２からの信号により知り、制御弁３２を中立ポジション３２ｂに戻し、また、開閉弁７８も開ポジションに戻す。この状態では、昇降テーブル１１は位置が初期状態よりも高くなっているので、位置エネルギが増した状態となる。
【００３０】
次に、昇降テーブル１１を下降させる場合には、開閉弁７８を閉じ、制御弁３２を第２ポジション３２ｃとする。これによって、油圧ポンプ２０からの作動油は油圧シリンダ１０の上側のポート１４に供給され、ピストンロッド８８及び昇降テーブル１１は下降する。また、油圧シリンダ１０の下側のポート１６から作動油が排出され、流路３６，３８及びアンロード流路６６を流れる。この流路３６，３８，６６を流れる作動油の流れを制御しない場合には、昇降テーブル１１は高速で下降することとなる。そこで、コントローラ４２はセンサ８２又は流量センサ８４或いはその両方からの信号に応じて、昇降テーブル１１を所定の下降速度とすべく、開閉弁６８を閉じる。これにより、作動油はアンロード流路６６へは流れずに、アキュムレータ４６に送られ、アキュムレータ４６内の圧力が上昇すると共に、作動油の流れが制限されて昇降テーブル１１の下降が制動される。
【００３１】
アキュムレータ４６に蓄積される圧力、別言するならばアキュムレータ４６に蓄積されるエネルギは、流路３６，３８を流れる作動油の持つエネルギに他ならない。このエネルギは、昇降テーブル１１が下降することにより、その位置エネルギに相当するエネルギと、昇降テーブル１１の慣性によるエネルギとが加えられた大きなものとなっており、従来であれば熱として消費されていたが、本実施形態ではアキュムレータ４６に蓄えられ、有効利用が可能となっている。
【００３２】
更に、アキュムレータ４６に蓄積されたエネルギないし圧力は圧力センサ（第２の検知手段）８６によって検知されるが、コントローラ４２はこのセンサ８６からの信号に基づき、開閉弁４８及び開閉弁６８の開閉を反復的に行うと共に、その開閉の周期（Ｄｕｔｙ）を変化させることで、作動油の流速を制御し昇降テーブル１１の下降を所望速度に制動することが可能となる。
【００３３】
なお、昇降テーブル１１の下降の状態は予め分かっているため、コントローラ４２に内蔵されているクロックを利用し、昇降テーブル１１が特定の位置から下降を開始したことをセンサ８２により検知したならば、その状態に適したクロックタイミングに応じて開閉弁４８及び開閉弁６８の開閉を制御してもよい。
【００３４】
このように、本実施形態では、油圧シリンダ１０が発生したエネルギで昇降テーブル１１に位置エネルギを与え、そして昇降テーブル１１の下降時には慣性による運動エネルギが発生するが、これらの位置エネルギや運動エネルギをアキュムレータ４６に蓄積させると共に、その蓄積量を制御しつつ昇降テーブル１１の下降速度も制御することが可能となる。
【００３５】
アキュムレータ４６に蓄積されたエネルギは、開閉弁４８を閉ポジションから開ポジションに切り換えることで、作動油の流れに随伴して下流側の負荷５２へと移行する。このようにして、負荷でアキュムレータ４６に蓄積されたエネルギが有効に利用されることとなる。本実施形態では、負荷５２は油圧モータ５６及び発電機５４であり、アキュムレータ４６からの作動油が油圧モータ５６に流入すると、発電機５４により発電が行われる。すなわち、従来では無駄に消費されていたエネルギが電力エネルギとして回生される。この電力はインバータ回路６４で調整された後、電動モータ１８の補助電力として使用することができる。
【００３６】
なお、開閉弁４８の開閉の切換えのタイミングについては種々考えられるが、圧力センサ８６による検知値に応じて行うことが好ましい。すなわち、アキュムレータ４６の負荷圧力（負荷５２が必要とする圧力）は上流から送られてくる作動油の圧力に左右されるため、その負荷圧力を適正な範囲に制御するために、コントローラ４２は、圧力センサ８６からの信号によりアキュムレータ４６内の圧力が所望の負荷圧力範囲の上限を越えたと判断したならば、開閉弁４８を開とし、その結果、圧力が下がり負荷圧力範囲の下限を下回ったと判断したならば、開閉弁４８を閉じるよう制御するのである。
【００３７】
開閉弁７６については、例えば油圧装置の始動時にアキュムレータ４６に蓄圧されていない場合等に用いられる。すなわち、そのような状態では、油圧ポンプ２０を始動させて作動油をアキュムレータ４６に送っても、アキュムレータ４６の圧力が足りないため前述したような制動操作を行うことはできないので、制御弁３２を切り換える前に油圧ポンプ２０の始動と同時に開閉弁７６を開け且つ開閉弁７８を閉じることで、アキュムレータ４６の圧力を上げておくのである。これにより、例えば始動時に昇降テーブル１１が最上位置にあっても、アキュムレータ４６に蓄圧されるまでは制御弁３２は第２ポジション３２ｃにならず、急激な下降を防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００３９】
例えば、上記実施形態に係る装置では作動油を用いているが、水等の動作液体を用いた液圧装置にも本発明は適用可能である。また、上記実施形態は、エレベータ式立体駐車装置における昇降テーブルを昇降させるための油圧シリンダに係る油圧装置に関するものであるが、油圧シリンダや油圧モータ、揺動形アクチュエータ等の油圧アクチュエータ（液圧アクチュエータ）が用いられる油圧装置（液圧装置）全般に本発明は適用可能である。
【００４０】
また、エネルギ蓄積装置としてはアキュムレータの他、フライホイールが取り付けられた油圧モータの如きものもある。
【００４１】
負荷についても、発電以外、電気エネルギに変換せずにエネルギを再利用できるような負荷が考えられる。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、液圧装置において従来無駄に消費していたエネルギを回生利用することが可能となり、省エネルギ効果に優れたものとなる。また、そのエネルギ回生に伴ってエネルギを発生される液圧アクチュエータの制御をも可能となる。従来であれば、液圧アクチュエータの制御のために別個の液圧回路を用意する必要があったが、本発明ではそのような回路も不要とし、液圧装置全体の簡略化を図り、コスト削減にも寄与することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施形態に係る油圧装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１０…油圧シリンダ（液圧アクチュエータ）、２０…油圧ポンプ、２６…作動油タンク、３０，３４，３６，３８…流路、３２…制御弁、４２…コントローラ（制御手段）、４４…逆止弁、４６…アキュムレータ（エネルギ蓄積装置）、４８…開閉弁（第２の開閉弁）、５２…負荷、６６…アンロード流路、６８…開閉弁（第１の開閉弁）。

Claims

動作液体によりエネルギを発生する液圧アクチュエータと、
前記液圧アクチュエータの吐出側に接続された流路と、
前記流路に接続され、前記流路を流れる動作液体の持つエネルギを蓄積するエネルギ蓄積装置と、
前記液圧アクチュエータと前記エネルギ蓄積装置との間における前記流路に介設された、前記エネルギ蓄積装置から前記液圧アクチュエータへの流れを阻止する弁と、
前記弁と前記液圧アクチュエータとの間における前記流路から分岐するアンロード流路と、
前記アンロード流路に介設された第１の開閉弁と、
前記液圧アクチュエータにより発生されるエネルギと前記エネルギ蓄積装置に蓄積されるエネルギとを制御すべく前記第１の開閉弁の開閉を制御する制御手段と
を備える液圧装置。
前記液圧アクチュエータにより発生されたエネルギにより動作される、所要量の慣性を有する慣性体を備える請求項１に記載の液圧装置。
前記慣性体の状態を検知する第１の検知手段を備え、前記制御手段は前記第１の検知手段により検知された結果に応じて前記第１の開閉弁の開閉制御を行うようになっている請求項２に記載の液圧装置。
前記制御手段はクロックタイミングに応じて前記第１の開閉弁の開閉制御を行うようになっている請求項１〜３のいずれか１項に記載の液圧装置。
前記制御手段は、第１の開閉弁を反復的に開閉すべく前記第１の開閉弁の開閉制御を行うようになっている請求項１〜４のいずれか１項に記載の液圧装置。
前記エネルギ蓄積装置の下流側の前記流路に介設された第２の開閉弁と、
前記第２の開閉弁の下流側に設けられた負荷と
を備え、前記負荷は、前記第２の開閉弁が開ポジションにある時、前記液圧アクチュエータと前記エネルギ蓄積装置から動作液体が流入されるようになっている請求項１〜５のいずれか１項に記載の液圧装置。
前記エネルギ蓄積装置に蓄積されたエネルギの状態を検知する第２の検知手段を備え、前記制御手段は前記第２の検知手段により検知された結果に応じて前記第２の開閉弁の開閉制御を行うようになっている請求項６に記載の液圧装置。