JP2007228646A - インバータ駆動油圧ユニット用制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】最低回転数から最大回転数までの応答が早くインバータ制御をしない油圧ユニットとの互換性が保て、かつ安定した回転数制御のできるインバータ駆動油圧ユニット用制御回路を提供する。
【解決手段】圧力センサ３１からの電気信号は、電圧変換回路３２により０〜１０ＭＰａで出力電圧０〜１０Ｖなどの圧力センサの出力値に変換される。変換された信号は、信号の最大値を記憶する最大値検出手段３３と信号の最小値を記憶する最小値検出手段３４にそれぞれ入力される。最大値検出手段には、最大値をなだらかに低電圧にする放電手段３５が付加されている。最小値検出手段３４には、最小値をなだらかに高電圧にする充電手段３６が付加されている。それらの出力側にはスイッチ回路３７が設けられており、いずれかの信号を選択して制御回路の出力としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ駆動油圧ユニット用制御回路に関し、さらに詳細には最低回転数（最小吐出量）から最大回転数（最大吐出量）までの応答が早く、かつ安定した回転数制御が可能なインバータ駆動油圧ユニット用制御回路に関する。

従来、この種のインバータ駆動油圧ユニットとしては、特許文献１に開示されているように、油圧ポンプと、該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と、該インバータに回転数指令を与える制御装置と、圧力検出器と、をから構成され、圧力があらかじめ設定された圧力に以上になった場合に、可変速モータの回転数を低下させることにより消費電力を低減させている。
可変容量形ポンプの代表としては、ベーンポンプとピストンポンプがあるが、ベーンポンプの場合には、カットオフ開始圧力で急に回転数を低下させるとベーンの飛び出し不良が発生するため、圧力の上昇にともないポンプの可変機構によりベーンの飛び出し量が低下するにしたがって回転数を低下させることが好ましい。

このことからも、特許文献１では、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するだけの最低回転数になるように段階的または／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最適であるとしている。
このように、あらかじめ定めた吐出圧力ー回転数カーブに従って制御を行う特許文献１では、カットオフ開始圧力までの最高回転数領域とフルカットオフ圧力以上の最低回転数領域では、インバータへの回転数指令は一定であるため安定しているが、カットオフ開始圧力からフルカットオフ圧力までの回転数は、吐出圧力に反比例して回転数を減少させる比例制御を行っているため、回転数により圧力が変化すると、この部分は線形のフィードバック制御系であり不安定になりうる領域となっている。

ここで、図３に可変容量形のベーンポンプの原理を示して詳細に説明する。
ロータ１３の回転方向が、反時計回りになると、回転にともないベーン１５間の容積が小さくなる上側１７が吐出側、ベーン１５間の容積が大きくなる下側１８が吸入側になる。リング１２は、スプリング１６により流量調整ねじ１４側に押し付けられ一定の偏心量を保っている。吐出側１７に圧力が発生すると、リング１２は上方に移動しようとするが、スラストスクリュウ１１があるため上方には移動できない。吐出側１７と吸入側１８の境界は、ベー ン１５が最も飛び出す所と最も縮む所より少し傾いた位置としている。このため吐出側１７の圧力でリング１２に発生する力はスラストスクリュウ１１側だけでなく、スプリング１６側にも働くことになる。この分力がスプリング１６のセット荷重よりも大きくなるとリング１２は左側に動き始め、スプリング１６の荷重に相当する圧力で必要な流量を発生できるだけの位置まで偏心量は小さくなり、吐出量が低下する。

インバータ（図示しない）の回転数制御によりロータ１３が回転しているときに回転数が上昇した場合、例えば１．０秒程度の長い時間でみると、回転数が上昇して吐出量が増加し、吐出圧力が上昇するためにリング１２が移動して、ポンプの１回転当たりの吐出量が低下することで、回転数が変化しても一定圧力に保たれることになる。実際のポンプで回転数を変化させても毎分５００回転から１８００回転程度までは吐出圧力は一定の傾向にある。しかしながら、０．１秒程度の短時間で加速した場合には、回転数に比例して圧力が上昇した後にリング１２が移動する。

そこで、特許文献１のように、予め定めた圧力―回転数カーブで、圧力に比例して回転数を下げる方法では、この部分は、比例制御である。このため回転数を上昇させると圧力が上昇する。圧力が上昇したために圧力センサからの信号で回転数を下げる。回転数が下がると圧力が下がるので回転数を上げるというようにポンプを回転させる誘導電動機の慣性モーメントによる遅れも加わりハンチング状態になるという問題がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１７２３０２号公報

本発明は係る点に鑑みなされたもので、最低回転数（最小吐出量）から最大回転数（最大吐出量）までの応答が早くインバータ制御をしない油圧ユニットとの互換性が保て、かつ安定した回転数制御のできるインバータ駆動油圧ユニット用制御回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、電圧変換回路を含む圧力センサの出力値の最大値を記憶する最大値検出手段と、
前記圧力センサの出力値の最大値をなだらかに低電圧にする放電手段と、
前記圧力センサの出力値の最小値を記憶する最小値検出手段と、
前記圧力センサの出力値の最小値をなだらかに高電圧にする充電手段と、
前記圧力の立ち下がりの変化を検出する微分手段と、
前記微分手段の出力値の大きさを判定する微分量判定手段と、
判定量が一定の大きさより大きいと一定時間以上のパルスを発生するタイマ手段と、
タイマにより切換えられるスイッチ手段と、
を備え、
前記タイマが作動していないときは前記最大値検出手段の値を出力し、前記タイマが作動したときは前記最小値検出手段の値を出力し、前記最大値検出手段及び最小値検出手段の出力値に基づいてインバータへの回転数指令値を生成することを特徴とする。

本発明は、圧力センサの出力値の最大値を記憶する最大値検出手段と最大値をなだらかに低電圧にする放電手段、圧力センサの出力値の最小値を記憶する最小値検出手段と最小値をなだらかに高電圧にする充電手段、圧力の立ち下がりの変化を検出する微分手段と、この大きさを判定する微分量判定手段と判定量が一定の大きさより大きいと一定時間のパルスを発生するタイマ手段とタイマにより切換えられるスイッチ手段を持ち、タイマが作動していないときは、圧力センサの出力値の最大値を記憶する最大値検出手段の値を出力し、タイマが作動したときは、圧力センサの出力値の最小値を記憶する最小値検出手段の値を出力するとともに、この値に基づいてインバータ回転数指令値を生成する手段を有することで、最低回転数（最小吐出量）から最大回転数（最大吐出量）までの応答が早くインバータ制御をしない油圧ユニットとの互換性が保て、かつ安定した回転数制御のできるニット用制御回路にすることができる。

本発明に係るインバータ駆動油圧ユニット用制御回路２０について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１はインバータ駆動油圧ユニット用制御回路２０のブロック図を示す。ポンプ吐出口（図示しない）に設けられた圧力センサ３１からの電気信号は、電圧変換回路２１により例えば０〜１０ＭＰａで出力電圧０〜１０Ｖというように変換される。圧力センサ３１の出力の形態は多様であり、また、電圧変換回路２１も圧力センサ３１の内部に含まれる場合もあることから、ここでは、圧力センサ３１と電圧変換回路２１をまとめて圧力センサ回路４２とし、圧力センサ回路４２の出力電圧を圧力センサ３１の出力値と呼ぶこととする。圧力センサ３１の出力値は、信号の最大値を記憶する最大値検出手段３３と信号の最小値を記憶する最小値検出手段３４にそれぞれ入力される。前記最大値検出手段３３には、最大値をなだらかに低電圧にする放電手段３５が付加されている。また、前記最小値検出手段３４には、最小値をなだらかに高電圧にする充電手段３６が付加されている。それらの出力側にはスイッチ回路３７が設けられており、いずれかの信号を選択して制御回路の出力としている。

一方、圧力センサ３１の出力値は微分回路３８に入力され、微分量判定手段３９で圧力の急激な低下を検出し最大流量が要求されたと判定する。この判定に基づいて一定時間以上のパルスを発生するタイマ回路４０を作動させる。タイマ回路４０の出力はスイッチ回路３７に接続され、スイッチ回路３７のスイッチを切換えることで、タイマが作動していないときは最大値検出手段３３の出力値をインバータ駆動油圧ユニット用制御回路２０の出力とし、タイマ作動中は最小値検出手段３４の出力値をみかけ上の圧力センサ３１の出力値とし、圧力―回転数変換回路４１へ入力している。圧力―回転数変換回路４１の出力は、インバータ装置(図示しない)に接続され、圧力―回転数変換回路４１の出力電圧０〜１０Ｖに対して毎分０〜１８００回転というように電動機とポンプの回転数を変化させる。

このようにすることにより、最大流量の要求がなくタイマ（図示しない）が作動していない状態では、何かの外乱などで急激に圧力が上昇し、その後すぐに圧力が低下した場合においても、圧力が上昇したときの値を記憶しており、回転数を短時間で下げるが、その後の上昇は、放電手段３５の時定数で定まる時間で徐々に回転数が上昇する。この上昇時間をリング１２（図３参照）が応答するに十分な時間、例えば１秒間などとすれば、回転数が変化しても圧力の変化は少なく安定したインバータ制御が可能となる。
一方、圧力センサ３１の出力電圧が低下し流量が要求された場合は、タイマが作動し、タイマの時間だけ最小値に切換えることで瞬時に、圧力センサ３１の出力電圧の最低値に見合った出力電圧となるので、短時間で最高回転数にすることが可能となっている。また、図１では図示しないが、付加的な回路として図２では、タイマが作動した場合は、瞬時に最大値検出手段３３の値と最小値検出手段３４の値を同じにするスイッチ回路７３が設けている。これにより、タイマ作動時に最大値を記憶するピークホールド値を瞬時に放電させている。

図２は、インバータ駆動油圧ユニット用制御回路２０の実施の形態に係る回路図を示し、該インバータ駆動油圧ユニット用制御回路２０は電圧変換回路２１と、制御回路２２と、回転数指令回路２３と、を備える。
圧力センサ３１（図１参照）の電気信号は、電圧変換回路２１の入力の端子５１に入力されることで、圧力センサ３１の出力値８３となる。参照符号５２は、インバータ（図示しない）などのノイズを取るためフィルタ回路であり、例えば０．００２秒程度の時定数である。電圧変換回路２１の可変抵抗５５は零点調整用、可変抵抗５６はゲイン調整用である。電圧変換回路２１の出力は最大値検出手段３３および最小値検出手段３４に入力される。ピークホールドの原理は、コンデンサ６０の充電電圧より非反転入力（＋）の電圧が高い場合は、反転入力（−）の電圧、つまりコンデンサ６０の充電電圧と非反転入力（＋）の電圧が等しくなるまでダイオード６１を通して充電される。

一方、コンデンサ６０の充電電圧より非反転入力（＋）の電圧が低い場合は、反転入力（−）の電圧、つまりコンデンサ６０の充電電圧を低くするために演算増幅器の出力は低くなるがダイオード６１で電流の流れを阻止されるため演算増幅器でコンデンサ６０の充電電圧を放電することはできず電圧は保持される。これにより、最小値検出手段３４も同様に最低電圧値に保持される。圧力に脈動やハンチングが無ければ、二つのピークホールド値は同じである。これらのピークホールド値は、最大値が去った後では、抵抗器６２でおだやかに放電され、最小値が去った後では、おだやかに抵抗器６３で充電される。もし、圧力脈動が全くない状態では、圧力センサ３１の出力値８３とコンデンサ６０の充電電圧は同じである。また、圧力センサの出力値８３と最小値検出手段３４のコンデンサ８４の充電電圧とも同じである。つまり、両方のコンデンサ６０、８４の電圧は同じである。

圧力センサ３１の出力値８３は、制御回路２２のフィルタ回路６４を通して微分回路６５に入力される。フィルタ回路６４は、ポンプの通常の圧力脈動の影響を受けなくするためのもので０．０１秒程度の時定数にしている。微分値が、微分値判定用比較器６６の非反転入力端子に加えられている可変抵抗６７の電圧より低くなるとダイオード６８を通してコンデンサ６９が瞬時に電源電圧近くまで充電される。この電圧は、抵抗７０だけで放電されるために微分値判定用比較器６６の出力電圧が０Ｖ近くになってから、コンデンサ６８と抵抗７０で決まる時定数で電圧が降下する。比較器７１は、電源電圧の約半分を基準電圧とする比較器として使用しているもので、コンデンサ６８の電圧が電源電圧の半分より大きい時の出力は「１」電源電圧の半分より小さい時の出力は「０」となる。この原理によりタイマ回路７２を構成している。

アナログスイッチ７３及び７４は、比較器７１の出力が「０」のときは、接点１−３の接続であり、「１」の時は接点２−３が接続するものである。これにより圧力低下後、タイマ回路７２で決まる時間だけ最小値を記憶している最小値検出手段３４の値をアナログスイッチ７４の出力としている。この出力は、回転数指令回路２３に入力される。
参照符号７５は出力電圧の上限を決めるリミッタ回路であり、可変抵抗器７６で設定した値よりバッファ７７への入力電圧が大きくならないようにした最大回転数設定回路である。参照符号７８は出力電圧の下限を決めるリミッタ回路であり、可変抵抗器７９で設定した値よりバッファ７７への入力電圧が小さくならないようにした最小回転数設定回路である。この最大回転数と最小回転数の間で本発明の制御回路２２の出力で回転数を変化できるようにしたものである。可変抵抗器８０は、回転数の下げ始めを調整するもので、可変抵抗器８１は、制御回路２２の出力に対して回転数を変化させる割合（ゲイン）を調整するものである。前記バッファ７７は、上記リミッタ回路７５、７８を機能させるために設けたものである。
本発明の実施の形態に係るインバータ駆動油圧ユニット用制御回路２０はアナログ回路の要素を使用して作動原理を説明したが、マイクロコンピュータなどのプログラムを使用することも勿論可能である。

本発明の実施の形態に係るインバータ駆動油圧ユニット用制御回路のブロック図である。 本発明の実施の形態に係るインバータ駆動油圧ユニット用制御回路の回路図である。 可変容量形ベーンポンプの作動原理図である。

符号の説明

２０ インバータ駆動油圧ユニット用制御回路
２１ 電圧変換回路 ２２ 制御回路
２３ 回転数指令回路 ３３ 最大値検出手段
３４ 最小値検出手段 ３５ 放電手段
３６ 充電手段 ３７ スイッチ回路
３８ 微分回路 ３９ 微分量判定手段
４０ タイマ回路

Claims (1)

1. 電圧変換回路を含む圧力センサの出力値の最大値を記憶する最大値検出手段と、
   前記圧力センサの出力値の最大値をなだらかに低電圧にする放電手段と、
   前記圧力センサの出力値の最小値を記憶する最小値検出手段と、
   前記圧力センサの出力値の最小値をなだらかに高電圧にする充電手段と、
   前記圧力の立ち下がりの変化を検出する微分手段と、
   前記微分手段の出力値の大きさを判定する微分量判定手段と、
   判定量が一定の大きさより大きいと一定時間以上のパルスを発生するタイマ手段と、
   タイマにより切換えられるスイッチ手段と、
   を備え、
   前記タイマが作動していないときは前記最大値検出手段の値を出力し、前記タイマが作動したときは前記最小値検出手段の値を出力し、前記最大値検出手段及び最小値検出手段の出力値に基づいてインバータへの回転数指令値を生成することを特徴とするインバータ駆動油圧ユニット用制御回路。
   

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