JP2009019596A - インバータ駆動液圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 煩雑な設定をする必要がなくより簡単に使える省エネルギーのインバータ駆動油圧装置を提供する。
【解決手段】 インバータ駆動油圧装置２０は、斜板式可変容量型ピストンポンプ２２と、可変速モータ２３と、インバータ制御装置２４と、圧力センサー２５と、コントローラ３０とで構成されている。コントローラ３０は、切換スイッチ３１と、スイッチ信号入出力部３２と、ＲＯＭ３３と、ＲＡＭ３４と、ＣＰＵ３５と、アナログ信号入力部３６と、アナログ信号出力部３７とを、備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液圧装置に関し、さらに詳細には圧力液体を供給する可変容量形液圧ポンプを電動モータにより駆動するインバータ駆動液圧装置に関する。

従来、この種のインバータ駆動液圧装置においては、切換スイッチを一定回転数指令出力側に切り換えて、可変容量型油圧ポンプの圧力調整ネジにより圧力制御調整を行い、その後、切換スイッチを回転数条件に基づく回転数指令出力に切り換えることで、自動的に圧力調整に連動した回転数条件が設定され、以降は、自動的に設定された回転数条件に基づき運転されるため、面倒な設定作業を必要とせずに、簡単に省エネルギーのインバータ駆動油圧ユニットを使うことができる技術が本出願人によって提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−４６４９１号公報

しかしながら、特許文献１は自動的に圧力調整に連動した回転数条件が設定される際に、ポンプ吐出流量がゼロの保圧状態の圧力を基準として回転数条件を決定しているが、インバータ駆動液圧装置が圧力液体を供給する先の油圧回路における圧油のリーク量が多い場合には、理想とする回転数条件とのずれが生じる。理想とする回転数条件では、リーク量分のポンプ吐出流量が必要な場合には、モータ回転数を高くして流量を稼ぐようにモータ回転数が決定されるが、設定された回転数条件と、理想とする回転数条件とにずれが有る場合、モータの回転数が低いまま運転され、モータ（電動機）の負荷率が高くなって電流が増加し発熱が生じ、過負荷となってモータが止まることがある。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、油圧回路における圧油のリーク量が多い場合でも、設定する回転数条件がずれないようにし、電動機の負荷率の上昇を抑止するインバータ駆動液圧装置を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するために、請求項１記載の発明は、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形油圧ポンプと、
前記可変容量形油圧ポンプを駆動する可変速モータと、
前記可変速モータを駆動するインバータ装置と、
前記可変容量形油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
前記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切換スイッチにより予め設定された一定回転数指令、前記圧力検出手段が検出した圧力及び内部で自動設定した回転数条件に基づき作成した回転数指令に切り換えて出力するコントローラと、
を有するインバータ駆動油圧装置であって、
前記回転数条件は、前記切換スイッチが予め設定された一定回転数指令選択時に得られる検出圧力に、検出トルクと予め設定された検出トルク−検出圧力補正量特性より求められた検出圧力補正量を加算した補正検出圧力と、
前記補正検出圧力とポンプ回転数特性データとにより予め設定されている相関テーブルと、
に基づき、
前記コントローラが回転数条件を算出し設定することを特徴とする。
本発明によれば、予め設定した検出トルク信号と検出圧力補正量の関係により保圧時の検出トルクに応じた検出圧力補正量を算出し、次いで検出圧力に算出した検出圧力補正量を加えた値と相関テーブルから回転数条件を算出するので、油圧回路における圧油のリーク量が多い場合でも、設定する回転数条件がずれないようにし、電動機の負荷率の上昇を抑止することができる。

本発明は、油圧回路における圧油のリーク量が多い場合でも、設定する回転数条件がずれないようにし、電動機の負荷率の上昇を抑止することができる。

本発明に係るインバータ駆動液圧装置について、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、本発明の実施の形態に係るインバータ駆動液圧装置２０のブロック図を示す。図１に示すようにインバータ駆動液圧装置２０は、基本的には可変容量形油圧ポンプ（以下、可変ポンプという）２２と、可変速モータ２３と、インバータ制御装置２４と、圧力検出手段である圧力センサー２５と、コントローラ３０とで主に構成されている。
可変ポンプ２２には圧力調整機構２８が内蔵されており、該可変ポンプ１１の吐出圧力がばね部材２９の弾発力により付勢されて圧力調整ねじ２７で設定された圧力より若干低い圧力、すなわちカットオフ開始圧力に達すると吐出圧力で制御され、吐出流量は圧力調整機構２８によって機械的に制御されるようになっている。

図２に示すように、コントローラ３０は、切換スイッチ３１と、スイッチ信号入出力部３２と、ＲＯＭ３３と、ＲＡＭ３４と、ＣＰＵ３５と、アナログ信号入力部３６ａ、３６ｂと、アナログ信号出力部３７とを、備える。
コントローラ３０においては、ＲＯＭ３３に記憶されて図３に示すプログラムに従ってＣＰＵ３５が圧力センサー２５により検出された検出圧力信号３９を読み取るアナログ信号入力部３６ａ及びインバータ制御装置２４により検出された可変速モータ２３の検出トルク（モータトルク）信号４０を読み取るアナログ信号入力部３６ｂと、検出圧力信号３９、検出トルク信号４０とを読み取り回転数指令を算出してアナログ信号出力部３７をして回転数指令信号３８を出力する。
コントローラ３０は、インバータ制御装置２４に対する回転数指令信号３８を、切換スイッチ３１の状態により予め設定された一定回転数指令を出力する圧力調整モードまたは圧力センサー２５が検出した圧力とコントローラ３０が内部で自動設定した回転数条件とに基づき作成した回転数指令を出力する通常運転モードに切り換えて回転数指令を出力する機能を有する。

図３によりコントローラ３０のプログラムについて説明する。インバータ駆動液圧装置２０を作動後、ステップ１でフラグを初期化する。
ステップ２で検出圧力信号３９と検出トルク信号４０を読み込み、ステップ３で切換スイッチ３１の状態を読み込み、該切換スイッチ３１の状態が圧力調整モードの場合はステップ５へ分岐してフラグを１にセットし、ステップ６で回転数指令をＲＯＭ３３に予め設定された一定回転数とする。
切換スイッチ３１の状態が通常運転モードの場合はステップ８へ分岐し、ステップ８でフラグが１にセットされていればステップ９へ、フラグが１にセットされていない、すなわち、０にクリアされていればステップ９乃至１２を飛ばしてステップ１３を実行する。ステップ９ではフラグを０にクリアするので、切換スイッチ３１の状態が圧力調整モードに切り換えられるまでは再びステップ９からステップ１２までの処理は実行されない。
つまり、ステップ９からステップ１２までの処理は、切換スイッチ３１が通常運転モードに切り換えられた後、１回のみ実行されることとなる。

ステップ１０では、ＲＯＭ３３に設定された検出トルク−検出圧力補正量特性から検出トルクに対応する検出圧力補正量を算出し、検出圧力に検出圧力補正量を加えた値を補正検出圧力とする。
ステップ１１では、ＲＯＭ３３に設定された図４に例示する相関テーブルから、切換スイッチ３１を圧力調整モードから通常運転モードに切り換えたときの補正検出圧力Ｐ_ＦＣ
に対応する回転数条件、つまりＰ１，Ｎ１，Ｐ２，Ｎ２の値が算出される。
ステップ１２では、算出された回転数条件がＲＡＭ３４に設定され、ステップ１３で使用される。
ステップ１３では、検出圧力とＲＡＭ３４に設定された回転数条件とに基づき、回転数指令を作成する。ステップ６あるいはステップ１３で作成された回転数指令は、ステップ７で外部へ出力される。

次いで、ステップ１０での処理の導き方、すなわち検出トルク−検出圧力補正量特性から検出トルクに対応する検出補正量を算出する導き方について説明する。
図６において、可変ポンプ２２の吐出圧力Ｐがポンプカットオフ開始圧力Ｐ_Ｃより低い領域Ａの範囲では、該可変ポンプ２２の可変機構は作動せずポンプ容量は一定である。
よって、吐出圧力Ｐとポンプ軸トルクＴは比例することが容易に諒解されよう。
また、図６において可変ポンプ２２の吐出圧力Ｐがポンプカットオフ開始圧力Ｐｃより高い領域Ｂの範囲、すなわち，ポンプカットオフ開始圧力Ｐｃからフルカットオフ圧力Ｐ_ＦＣでは、該可変ポンプ２２の可変機構は作動して吐出圧力Ｐによってポンプ容量を減少させ、吐出圧力Ｐを略一定に保つように制御される。ここで、油圧回路における圧油のリーク量がＱ_Ｌである場合は、保圧時の圧力は図６のＰ_Ｌとなる。

一方、ポンプ入力トルク（電動機出力トルク）は吐出圧力に応じて図７のように変化することが一般的に知られている。図７において、Ｔａはポンプカットオフ開始圧力Ｐｃ時の検出トルクを示し、Ｔｂはフルカットオフ圧力Ｐ_ＦＣ時の検出トルクを示す。また、Ｔ_Ｌは、油圧回路における圧油のリークがある場合で保圧時の圧力がＰ_Ｌ時の検出トルクを示す。
図７で、吐出圧力Ｐがポンプカットオフ開始圧力Ｐｃよりも高い領域、つまり、圧力調整機構２８（図１参照）が作動するＢの領域について、図７の縦軸と横軸を入れ換えて書き直すと図８のように示される。

図６で油圧回路における圧油のリークがある場合に検出できる保圧時圧力はＰ_Ｌであり、回路リークが零であった場合のフルカットオフ圧力Ｐ_ＦＣは検出できないが、検出トルクＴ_Ｌを知ることにより、図８からＴ_Ｌ時の検出圧力のずれ分、すなわち、Ｐ_ＦＣ−Ｐ_Ｌを算出することができる。このことから、図８の縦軸をフルカットオフ圧力Ｐ_ＦＣからのずれ分として書き直すと図９のように示される。
よって、回路リークがある場合には、検出できる保持時圧力は検出圧力Ｐ_Ｌであるが、保圧時検出トルクＴ_Ｌと図９とから、検出圧力のずれ分（Ｐ_ＦＣ−Ｐ_Ｌ）を算出し検出圧力補正量として、検出圧力Ｐ_Ｌに加算することで、回路リークが零の場合のフルカットオフ圧力Ｐ_ＦＣが、Ｐ_Ｌ＋（Ｐ_ＦＣ−Ｐ_Ｌ）＝Ｐ_ＦＣと求められる。こうして求められたフルカットオフ圧力Ｐ_ＦＣを、補正検出圧力と呼ぶこととする。

次に、図４に示す相関テーブルから、回転数条件を算出する方法、つまり、ステップ１１での処理を詳しく説明する。補正検出圧力の値そのものが、相関テーブルの圧力Ｐ_ＦＣの値に対応するときは、相関テーブルの対応する回転数条件Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２、Ｎ２の値そのものが算出した値となる。補正検出圧力の値そのものが、相関テーブルの補正検出圧力（フルカットオフ圧力）Ｐ_ＦＣの値に対応しないときは、補正検出圧力の値を含む最小区間の２つの相関テーブルの補正検出圧力（フルカットオフ圧力）Ｐ_ＦＣを用いて、回転数条件Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２、Ｎ２の値を直線補間した値を使用する。
例えば、補正検出圧力値が３．５ＭＰａであるときは、この圧力値は図４の相関テーブルのＮｏ.３とＮｏ．４の圧力値の間に存在するため、回転数条件Ｐ１としては、Ｎｏ．３のＰ１の値２．７ＭＰａと、Ｎｏ．４のＰ１の値４．２ＭＰａを補間して、３．２ＭＰａが算出される。以下同様にＮ１、Ｐ２、Ｎ２の値も同様に算出される。このようにして算出された回転数条件が、ステップ１２でＲＡＭ３４に設定される。
次に、ステップ１３で、検出圧力とＲＡＭ３４に設定された回転数条件とに基づき、回転数指令を作成する方法について説明する。ステップ１１で算出された回転数条件は、Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２、Ｎ２の値を有し，図５に示すような特性となる。図５の特性に基づいて、検出圧力から回転数が算出される。
このように、コントローラ３０では、図３に示すプログラムに従って、回転数指令信号３８が出力される。

次いて、このインバータ駆動油圧装置２０の動作について説明する。始動時は、コントローラ３０の切換スイッチ３１を圧力調整モードに切り換えて運転を行う。コントローラ３０からＲＯＭ３３（図２参照）に予め設定された一定回転数指令がインバータ装置２４に出力され、インバータ制御装置２４が可変速モータ２３を一定回転数で回転させると、可変容量形油圧ポンプ２２も一定回転数で回転する。作動油が吐出されて吐出圧力が上昇し、ポンプカットオフ開始圧力Ｐｃ以上になると、可変容量形油圧ポンプ２２の圧力調整機構２８が作動しカットオフ圧力まで上昇する。この状態で、可変容量型油圧ポンプ２２の圧力調整ネジ２７を回して、アクチュエータ（図示しない）に必要な圧力に調整を行う。この間コントローラ３０は、インバータ制御装置２４に対して一定回転数指令を出力し続ける。

圧力調整が終わった後、コントローラ３０の切換スイッチ３１を通常運転モードに切り換える。この時コントローラ３０では、切換スイッチ３１が切り換えられたタイミングで、ＲＯＭ３３に予め設定されている補正検出圧力とポンプ回転数特性データとの相関テーブルから、現在の補正検出圧力に応じて、回転数条件、つまり、Ｎ１，Ｐ１，Ｎ２，Ｐ２の値を決定しＲＡＭ３４に設定する。この回転数条件は、図５に示すように、吐出圧力がカットオフ開始圧力より高い場合には、その吐出圧力を安定して維持できるだけの回転数となる。
つまり、この処理で、圧力調整に連動した回転数条件が、コントローラ３０内部に設定されることとなる。

以降、切換スイッチ３１が圧力調整モードに切り換えられるまでは、検出圧力とコントローラ内部に設定された回転数条件とに基づく回転数指令がコントローラ３０で作成され、インバータ制御装置２４に出力されて、該インバータ装置２４が指令した回転数となるように検出トルク信号４１（図１参照）により可変速モータ２３を駆動する。可変速モータ２３の回転により、可変容量型油圧ポンプ２２が回転し、作動油を吐出する。可変容量型油圧ポンプ２２の吐出圧力が圧力センサー２５で検出され、その検出圧力値とコントローラ内部に設定された回転数条件とから回転数指令が新たに作成され、インバータ制御装置２４に出力される。これが繰り返し行われる。

また、圧力調整を変更する場合は、始動時と同じ手順で、切換スイッチ３１を圧力調整モードに切り換えて、圧力調整を終えた後、切換スイッチ３１を通常運転モードに切り換えると、変更された圧力調整に連動した回転数条件がコントローラ３０内部に新たに設定し直される。以降、検出圧力とコントローラ３０内部に新しく設定された回転数条件とに基づく回転数指令がコントローラ３０で作成され、インバータ制御装置２４に出力されて、
インバータ制御装置２４が指令された回転数となるように可変速モータ２３を駆動する。
圧力調整を変更したことにより、カットオフ開始圧力は変わっているが、回転数条件も連動して変わっているので、吐出圧力がカットオフ開始圧力よりも高い場合には、その吐出圧力を安定して維持できるだけの回転数条件に基づいて制御されるため、圧力調整変更前と同様に省エネルギー運転が可能となっている。

本発明の実施の形態に係るインバータ駆動油圧装置２０では、切換スイッチ３１を手動切換スイッチとしたが、該切換スイッチ３１をコントローラ自身が切り換え、運転開始後タイマーにより一定時間は圧力調整モードに切り換えて、一定時間経過後に通常運転モードに切り換えることも可能である。このようにすれば、経年変化等により、可変容量型油圧ポンプの圧力調整がずれてきた場合にも、運転開始時に、その時の圧力調整に連動した回転数条件がコントローラ内部に設定され、常に可変容量型油圧ポンプの圧力制御特性に応じた運転を行えることとなる。
なお、コントローラ３０による切り換えよりも優先して圧力調整モードを選択できる手動切換スイッチを併用すれば、さらに使い勝手の良いものとなる。コントローラ３０による切り換えでは、運転開始後一定時間のみ圧力調整モードとなるため、可変容量型油圧ポンプの圧力調整ネジで圧力調整を行える時間が限られてしまう。この場合、手動切換スイッチにより必要な時間だけ、圧力調整モードに切り換えることが可能であるので、圧力調整を行う時間を自由に決めることができる。使用するポンプの特性に応じて、相関テーブルを設定すれば、異なる特性を持つポンプにも容易に適用が可能である。

本発明の実施の形態に係るインバータ駆動液圧装置を示すブロック図である。 図１のコントローラの構成図である。 図２のコントローラのプログラムである。 圧力と回転数条件との相関テーブルである。 検出圧力と回転数と関係を示す線図である。 図１の可変速ポンプの吐出圧力Ｐと流量Ｑとの関係及び回路リークがある場合の吐出圧力と回路リーク量との関係を示す線図である。 図１の可変速ポンプの吐出圧力Ｐと検出トルクＴとの関係を示す線図である。 図７の縦軸と横軸を入れ換えて書き直した吐出圧力Ｐと検出トルクＴとの関係を示す線図である。 図８の縦軸をフルカットオフ圧力Ｐ_ＦＣからのずれ分として書き直した線図である。

符号の説明

２０ インバータ駆動液圧装置 ２２ 可変容量形油圧ポンプ
２３ 可変速モータ ２４ インバータ制御装置
２５ 圧力センサー ３０ コントローラ
３１ 切換スイッチ

Claims (1)

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形油圧ポンプと、
   前記可変容量形油圧ポンプを駆動する可変速モータと、
   前記可変速モータを駆動するインバータ装置と、
   前記可変容量形油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記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切換スイッチにより予め設定された一定回転数指令、前記圧力検出手段が検出した圧力及び内部で自動設定した回転数条件に基づき作成した回転数指令に切り換えて出力するコントローラと、
   を有するインバータ駆動油圧装置であって、
   前記回転数条件は、前記切換スイッチが予め設定された一定回転数指令選択時に得られる検出圧力に、検出トルクと予め設定された検出トルク−検出圧力補正量特性より求められた検出圧力補正量を加算した補正検出圧力と、
   前記補正検出圧力とポンプ回転数特性データとにより予め設定されている相関テーブルと、
   に基づき、
   前記コントローラが回転数条件を算出し設定することを特徴とするインバータ駆動油圧装置。
   
   
   

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