JP2005299450A - ポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コスト化を図りつつ、作動油の温度に応じたポンプモータの回転制御を簡単に行うことができるポンプ制御装置を提供する。
【解決手段】 ポンプ制御装置１４は、油圧ポンプ４を駆動するポンプモータ１５と、このポンプモータ１５の回転制御を行うポンプモータ用コントローラ１６とを有している。ポンプモータ１５は、モータ温度特性を補正するための温度センサ１７が組み込まれた温度センサ付きモータであり、温度センサ１７は、ポンプモータ１５自体の温度を検出するものである。ポンプモータ用コントローラ１６は、温度センサ１７の検出信号を入力し、予めメモリに記憶されたポンプモータ１５の温度と油圧ポンプ４から吐出される作動油の温度との関係を示した推定用データを用いて、作動油の温度を推定し、この推定温度に従ってポンプモータ１５の回転数を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油圧ポンプを制御するポンプ制御装置に関するものである。

油圧ポンプを制御するポンプ制御装置においては、油圧ポンプから吐出される作動油の温度（粘度）に応じてポンプモータの回転数を制御することがある。このようなポンプ制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。この文献に記載のポンプ制御装置では、ポンプモータを駆動するためのドライバ素子の温度を検出すると共に、ポンプモータに流れる電流を検出し、作動油温度（油温）に対する温度上昇値を求め、この温度上昇値とドライバ素子の温度とから油温を推定するようにしている。
特開２０００−１４２４３４号公報

しかしながら、上記従来技術においては、油温を推定するために多くの計算を行うので、ポンプモータの制御処理が全体として複雑になってしまう。また、ドライバ素子の温度を検出するセンサとポンプモータに流れる電流を検出するセンサという２つのセンサが必要になるので、部品点数が多くなり、コストアップにつながる。

本発明の目的は、低コスト化を図りつつ、作動油の温度に応じたポンプモータの回転制御を簡単に行うことができるポンプ制御装置を提供することである。

本発明者らは、実験等を行って鋭意検討を重ねた結果、油圧ポンプを駆動するポンプモータの温度と油圧ポンプから吐出される作動油の温度との間には、ある一定の関係が存在することを見出した。本発明は、そのような知見に基づいて為されたものである。

即ち、本発明は、作動油を吐出する油圧ポンプを制御するポンプ制御装置において、油圧ポンプを駆動するポンプモータと、ポンプモータの温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出されたポンプモータの温度から作動油の温度を推定し、作動油の推定温度に応じてポンプモータの回転数を制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。

このようなポンプ制御装置においては、温度検出手段によりポンプモータの温度を検出し、そのポンプモータの温度と作動油の温度との間に存在する上記の関係を用いて、ポンプモータの温度検出値に対応する作動油の温度を推定する。これにより、特に複雑な計算を行わなくても作動油の温度を推定できるので、制御手段の処理を簡素化し、作動油の温度に応じたポンプモータの回転制御を簡単に行うことが可能となる。また、作動油温度の推定に必要な検出手段としては、ポンプモータの温度を検出する温度検出手段だけで良いので、部品点数を削減し、低コスト化を図ることができる。

好ましくは、ポンプモータは、温度センサが組み込まれた温度センサ付きモータであり、温度検出手段は、ポンプモータに組み込まれた温度センサである。この場合には、ポンプモータの他に、ポンプモータの温度を検出する温度センサを別途設ける必要がないので、部品点数を更に削減することができる。

また、好ましくは、制御手段は、ポンプモータの温度と作動油の温度との関係を示す推定用データを予め記憶しておき、推定用データを用いて作動油の温度を推定する。ポンプモータの温度と作動油の温度との関係は、油圧ポンプ及びポンプモータ等を含む油圧駆動装置ごとに異なるものとなる。そこで、ポンプモータの温度と作動油の温度との関係を示す推定用データを前もって実験等により求め、制御手段のメモリに記憶させておくことにより、実際のポンプ制御装置の動作時には、その推定用データを用いて作動油の温度を容易に且つ確実に推定することができる。

さらに、好ましくは、制御手段は、作動油の推定温度とポンプモータの目標回転数との関係を示すモータ指令用データを予め記憶しておき、モータ指令用データを用いてポンプモータの回転数を制御する。これにより、複雑な計算等を施すことなく、ポンプモータの回転制御をより簡単に行うことができる。

本発明によれば、ポンプ制御装置の低コスト化を図りつつ、作動油の温度（粘度）に応じたポンプモータの回転制御を簡単に行うことができる。

以下、本発明に係わるポンプ制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わるポンプ制御装置の一実施形態を含む油圧駆動装置を示す構成図である。同図において、油圧駆動装置１は、産業車両であるフォークリフトのフォーク２を昇降させる油圧式リフトシリンダ３を駆動するものである。

油圧駆動装置１は、リフトシリンダ３に作動油を供給する油圧ポンプ４を備え、この油圧ポンプ４は、オイルタンク５内に溜まっている作動油を吸引して吐出する。リフトシリンダ３と油圧ポンプ４とは、作動油の流れを制御するコントロールバルブ６を介して接続されている。なお、油圧ポンプ４の吐出側とオイルタンク５とは、安全弁としてのリリーフ弁７を介して接続されている。

コントロールバルブ６は３ポジション型のスプール弁であり、スプール８の両側には、パイロット弁としての比例電磁弁９Ａ，９Ｂがそれぞれ設けられている。スプール８が中立位置Ｐ_０にあるときは、油圧ポンプ４とリフトシリンダ３との間を作動油が流れず、リフトシリンダ３のピストン３ａの位置が保持される。スプール８が作動位置Ｐ_１にあるときは、油圧ポンプ４から吐出された作動油がリフトシリンダ３に供給され、リフトシリンダ３のピストン３ａがＡ方向に移動し、これに伴ってフォーク２が上昇する。また、スプール８が作動位置Ｐ_２にある状態で、フォーク２が自重または負荷により下降し、リフトシリンダ３のピストン３ａがＢ方向に移動すると、リフトシリンダ３内の作動油がオイルタンク５に戻される。

油圧ポンプ４と比例電磁弁９Ａ，９Ｂとは、減圧弁１０を含むパイロット回路１１を介して接続されている。このパイロット回路１１は、スプール８を動かすためのパイロット圧を発生させる油圧回路である。比例電磁弁９Ａ，９Ｂは、バルブ用コントローラ１２によって制御される開閉弁である。

バルブ用コントローラ１２には、フォーク２の昇降動作を手動操作するためのリフトレバー１３が接続されている。バルブ用コントローラ１２は、リフトレバー１３の操作信号に応じて比例電磁弁９Ａ，９Ｂを制御する。フォーク２を上昇させるべくリフトレバー１３を操作すると、その操作量に応じた電気信号がバルブ用コントローラ１２から比例電磁弁９Ａに供給され、比例電磁弁９Ａが開き、パイロット圧によってスプール８が中立位置Ｐ_０から作動位置Ｐ_１に切り換えられる。一方、フォーク２を下降させるべくリフトレバー１３を操作すると、その操作量に応じた電気信号がバルブ用コントローラ１２から比例電磁弁９Ｂに供給され、比例電磁弁９Ｂが開き、パイロット圧によってスプール８が中立位置Ｐ_０から作動位置Ｐ_２に切り換えられる。

また、油圧駆動装置１は、油圧ポンプ４を制御するポンプ制御装置１４を備えている。ポンプ制御装置１４は、油圧ポンプ４を駆動するポンプモータ１５と、このポンプモータ１５の回転制御を行うポンプモータ用コントローラ１６とを有している。ポンプモータ用コントローラ１６には、上記のリフトレバー１３の操作信号が入力される。

ポンプモータ１５は、モータ温度特性を補正するための温度センサ１７が組み込まれた温度センサ付き誘導モータである。温度センサ１７は、ポンプモータ１５自体の温度を検出するものである。温度センサ１７は、例えばサーミスタであり、ポンプモータ１５の固定子巻線に埋め込まれている。温度センサ１７の検出信号は、ポンプモータ用コントローラ１６に送られる。

ポンプモータ用コントローラ１６は、リフトレバー１３の操作信号及び温度センサ１７の検出信号に基づいて、油圧ポンプ４から吐出される作動油の温度を推定し、この推定温度に従ってポンプモータ１５の回転数を制御する。このポンプモータ用コントローラ１６の制御処理手順の詳細を図２に示す。

同図において、まずリフトレバー１３の操作が開始されると、ポンプモータ１５に組み込まれた温度センサ１７の検出値を入力する（手順１０１）。そして、この温度センサ１７の検出値から、油圧ポンプ４から吐出される作動油の温度を推定する（手順１０２）。この作動油温度の推定は、以下のようにして行う。

即ち、ポンプモータ用コントローラ１６のメモリには、図３に示すような推定用データが記憶されている。この推定用データは、ポンプモータ１５の温度と油圧ポンプ４から吐出される作動油の温度との関係をマップ化したものである。ポンプモータ１５の温度と作動油の温度との間には、図３に示すように、ポンプモータ１５の温度が高くなるに従って作動油の温度が高くなるという関係がある。但し、その関係は、油圧ポンプ４、オイルタンク５及びポンプモータ１５等の機器全体によって決まるものである。このため、推定用データとしては、それらの機器を含む油圧駆動装置１を組み上げた状態で実験して得たものを用いる。

そして、このような推定用データを使用して、温度センサ１７の検出値から作動油の温度を推定する。例えば、温度センサ１７で検出されたポンプモータ１５の温度が８０℃のときは、作動油の温度を約７０℃と推定する。

続いて、その作動油の推定温度に応じたポンプモータ１５の目標回転数を決定する（手順１０３）。この手法の１つとしては、図示はしないが作動油の推定温度とポンプモータ１５の目標回転数との関係をマップ化したモータ指令用データをメモリに記憶しておき、そのモータ指令用データを用いてポンプモータ１５の目標回転数を決定する。このとき、モータ指令用データは、作動油の推定温度が高くなるに従ってポンプモータ１５の目標回転数が高くなるように設定されている。そして、ポンプモータ１５の目標回転数に応じた制御信号をポンプモータ１５に送出し、ポンプモータ１５を回転駆動させる（手順１０４）。

以上のように構成した油圧駆動装置１において、フォーク２を下降させるようにリフトレバー１３を操作すると、その操作量に応じた電気信号がバルブ用コントローラ１２からコントロールバルブ６の比例電磁弁９Ｂに供給され、比例電磁弁９Ｂが開くようになる。また、ポンプモータ用コントローラ１６によりポンプモータ１５が回転駆動され、ある程度の流量の作動油が油圧ポンプ４から流れ出る。この作動油は、パイロット回路１１を介してコントロールバルブ６の比例電磁弁９Ｂに送り込まれるため、比例電磁弁９Ｂの出力側にパイロット圧が立ち、コントロールバルブ６のスプール８が中立位置Ｐ_０から作動位置Ｐ_２に切り換えられる。これにより、フォーク２の自重等によりフォーク２が下降すると共に、リフトシリンダ３のピストン３ａがＢ方向に移動する。

ところで、減圧弁１０等の油圧機器において作動油のリークが多いと、比例電磁弁９Ｂに送り込まれる作動油の流量が少なくなり、パイロット圧がスプール８を駆動できる圧力に達しなくなり、フォーク２による荷役動作が困難になる。作動油のリークが多くなる要因の一つとしては、作動油の粘度が低い（作動油の温度が高い）ことが挙げられる。従って、所望のパイロット圧を確保するための作動油の流量は、作動油の粘度が低い状態における作動油のリークを考慮して設定する必要がある。しかし、この場合には、作動油の粘度が高い（作動油の温度が低い）状態でも、必要以上に油圧ポンプ４を回転させることになるので、ポンプモータ１５の消費電力が増大してしまう。これを回避するためには、作動油の温度を検出する油温センサを設け、作動油の温度に応じてポンプモータ１５の回転数を制御することが考えられるが、油温センサは非常に高価である。

これに対し本実施形態では、ポンプモータ１５に組み込まれた温度センサ１７によりポンプモータ１５の温度を検出し、予めメモリに記憶した推定用データを用いて作動油の温度を推定する。これにより、高価な油温センサを設けなくても、作動油の温度を得ることができる。そして、その推定した作動油の温度が高い（粘度が低い）ときは、ポンプモータ１５を高回転とし、油圧ポンプ４の吐出流量を多くする。一方、推定した作動油の温度が低い（粘度が高い）ときは、ポンプモータ１５を低回転とし、油圧ポンプ４の吐出流量を少なくする。

ここで、作動油の粘度が高いときは、油圧機器で作動油のリークが生じにくいため、必要以上に油圧ポンプ４を回転させなくても、比例電磁弁９Ｂには、ある程度の流量の作動油が送り込まれる。従って、作動油の温度（粘度）に係わらず、比例電磁弁９Ｂの出力側には十分なパイロット圧が立つようになるので、フォーク２による荷役動作を損なうことが防止される。また、作動油の粘度が高いときは、ポンプモータ１５の回転数を下げるので、ポンプモータ１５の消費電力が低減される。

以上のように本実施形態によれば、ポンプモータ１５に組み込まれた温度センサ１７を用いて作動油の温度を推定するので、作動油温度の推定のための温度センサ等を別途設けなくて済む。従って、部品点数が削減されるため、コストダウン化を図ることができる。

また、ポンプモータ１５の温度と作動油の温度との関係を利用して、作動油の温度を推定するので、ポンプモータ用コントローラ１６において複雑な演算を行うことは無く、必要とする制御パラメータも少なくて済む。これにより、ポンプモータ用コントローラ１６の制御処理を簡素化でき、作動油の温度に応じたポンプモータ１５の回転数の制御を簡単に行うことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態のポンプ制御装置は、リフトシリンダを駆動する油圧駆動装置に適用されたものであるが、本発明は、図４に示すような油圧駆動装置にも適用できる。

図４に示す油圧駆動装置２０は、フォークリフトのマスト２１を前後傾させるティルトシリンダ２２を駆動するものであり、上記のコントロールバルブ６の代わりにコントロールバルブ２３を有し、上記のリフトレバー１３の代わりにティルトレバー２４を有している。ポンプモータ用コントローラ１６の制御処理は、上記実施形態と同様である。このような油圧駆動装置２０によれば、作動油の温度によらず、一定のティルト速度を確保することができる。

また、本発明のポンプ制御装置は、特にフォークリフトの油圧駆動装置に限られず、他の産業車両等の油圧駆動装置についても適用可能である。

さらに、上記実施形態では、ポンプモータ１５として温度センサ付き誘導モータを用いたが、温度センサが組み込まれていないポンプモータも使用可能であり、この場合には、ポンプモータの温度を検出する温度センサを別に設けるようにする。そのような構成としても、作動油の温度を推定するために必要なセンサは一つで良いので、部品点数を減らし、コストダウン化を図ることができる。

本発明に係わるポンプ制御装置の一実施形態を含む油圧駆動装置を示す構成図である。 図１に示すポンプモータ用コントローラの制御処理手順の詳細を示すフローチャートである。 図２に示す作動油温度の推定処理において使用する推定用データを示す図である。 本発明に係わるポンプ制御装置の一実施形態を含む油圧駆動装置の変形例を示す構成図である。

符号の説明

４…油圧ポンプ、１４…ポンプ制御装置、１５…ポンプモータ、１６…ポンプモータ用コントローラ（制御手段）、１７…温度センサ（温度検出手段）。

Claims (4)

1. 作動油を吐出する油圧ポンプを制御するポンプ制御装置において、
   前記油圧ポンプを駆動するポンプモータと、
   前記ポンプモータの温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出された前記ポンプモータの温度から前記作動油の温度を推定し、前記作動油の推定温度に応じて前記ポンプモータの回転数を制御する制御手段とを備えることを特徴とするポンプ制御装置。
2. 前記ポンプモータは、温度センサが組み込まれた温度センサ付きモータであり、
   前記温度検出手段は、前記ポンプモータに組み込まれた前記温度センサであることを特徴とする請求項１記載のポンプ制御装置。
3. 前記制御手段は、前記ポンプモータの温度と前記作動油の温度との関係を示す推定用データを予め記憶しておき、前記推定用データを用いて前記作動油の温度を推定することを特徴とする請求項１または２記載のポンプ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記作動油の推定温度と前記ポンプモータの目標回転数との関係を示すモータ指令用データを予め記憶しておき、前記モータ指令用データを用いて前記ポンプモータの回転数を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のポンプ制御装置。

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