JP2009197709A - Swash plate type variable displacement hydraulic pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧油の吐出量を変更可能な斜板式可変容量型油圧ポンプに関する。 The present invention relates to a swash plate type variable displacement hydraulic pump capable of changing the discharge amount of pressure oil.
斜板式可変容量型油圧ポンプ、すなわち可変容量型の斜板式アキシャルピストンポンプは、各ピストンに軸方向変位を与える斜板の傾斜角(傾転角という)を制御することにより圧油の吐出量を連続的に変更可能である。斜板の制御は、斜板を傾動させるアクチュエータ(油圧シリンダ)と、斜板の傾転角またはアクチュエータの変位量を検出する検出手段を含む制御器によってなされ、このような制御器がポンプに一体に具備されている。 A swash plate type variable displacement hydraulic pump, that is, a variable displacement swash plate type axial piston pump, controls the discharge amount of pressure oil by controlling the tilt angle (referred to as the tilt angle) of the swash plate that gives axial displacement to each piston. It can be changed continuously. The swash plate is controlled by a controller including an actuator (hydraulic cylinder) for tilting the swash plate and a detecting means for detecting a tilt angle of the swash plate or a displacement amount of the actuator. Such a controller is integrated with the pump. It is equipped with.
斜板の傾転角を検出する手段としては、斜板とともに揺動するレバーの回動軸をポンプケーシングに貫通させ、ポンプケーシングの側部に設けたポテンショメータで回動角を検出するものが公知である(例えば特許文献1参照)。しかし、この方式では、ポンプケーシング内部に揺動レバーの設置スペースを確保する必要があるとともに、ケーシングの外側にポテンショメータを含む検出機構部が突出し、ポンプを設置する上でのスペース効率が悪化する問題がある。 As a means for detecting the tilt angle of the swash plate, there is known a device in which a rotation shaft of a lever that swings with the swash plate is passed through the pump casing and the rotation angle is detected by a potentiometer provided on the side of the pump casing. (For example, see Patent Document 1). However, with this method, it is necessary to secure an installation space for the swing lever inside the pump casing, and the detection mechanism including the potentiometer protrudes outside the casing, which deteriorates the space efficiency when installing the pump. There is.
一方、アクチュエータの変位量を検出する手段としては、アクチュエータのピストンに長孔を介して揺動レバーを連結し、ピストンの直線的変位を揺動レバーの回転角に変換してポテンショメータで検出するもの等が公知である(例えば特許文献2参照)。しかし、この方式では、ピストンの直線的変位を揺動レバーの回転角に変換する機械式変換機構が必要となり、構造が複雑化するうえ、このような機械式変換機構は部材間の摺接を伴い、各部材の仕上がり精度に起因した検出精度のばらつきを生じる虞がある。 On the other hand, as a means for detecting the displacement amount of the actuator, a swing lever is connected to the piston of the actuator through a long hole, and the linear displacement of the piston is converted into the rotation angle of the swing lever and detected by a potentiometer. Etc. are known (see, for example, Patent Document 2). However, this method requires a mechanical conversion mechanism that converts the linear displacement of the piston into the rotation angle of the swing lever, which complicates the structure, and such a mechanical conversion mechanism provides sliding contact between members. As a result, there is a risk of variations in detection accuracy due to the finished accuracy of each member.
さらに、何れの検出手段においても、斜板式アキシャルピストンポンプ自体の組立・調整と並行して、検出機構の組付けおよび調整を行う必要があるうえ、検出機構の摺接部における摩耗等による検出精度の経年劣化は否めず、必要な制御精度を維持できなくなることも懸念される。 Further, in any detection means, it is necessary to assemble and adjust the detection mechanism in parallel with the assembly and adjustment of the swash plate type axial piston pump itself, and the detection accuracy due to wear or the like at the sliding contact portion of the detection mechanism. There is a concern that the necessary control accuracy cannot be maintained due to the fact that the deterioration of the aging is not denied.
本発明は従来技術のこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、コンパクトで設置スペース効率が良く、部品点数が少なく構造が簡素で組立性が良好であるとともに、摺接部の摩耗等による検出精度の経年劣化も生じない斜板式可変容量型油圧ポンプを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a state of the prior art, and the object thereof is compact, has a good installation space efficiency, has a small number of parts, is simple in structure, has good assemblability, and has good sliding contact. It is an object of the present invention to provide a swash plate type variable displacement hydraulic pump that does not cause deterioration in detection accuracy due to wear of a part.
上記課題を解決するために、本発明に係る斜板式可変容量型油圧ポンプ(1)は、
回転軸を中心に駆動回転されるシリンダバレル(6)と、前記シリンダバレルの周方向に等間隔で穿設された複数の軸方向シリンダ(60)と、前記各軸方向シリンダに往復動可能に嵌挿されたピストン(61)と、前記各ピストンの端部に摺接して前記各ピストンに軸方向変位を与える斜板(7)と、前記斜板の傾転角を制御する制御器(3)と、を備え、
前記制御器が、前記斜板に連結された制御ピストン(41)を有する制御シリンダ(4)と、前記制御ピストンの変位量を直接検出する非接触リニア変位センサ(5)とを含み、前記リニア変位センサに検出される変位量をフィードバックして前記制御シリンダへの圧油供給を制御するように構成されている。
In order to solve the above problems, a swash plate type variable displacement hydraulic pump (1) according to the present invention includes:
A cylinder barrel (6) that is driven to rotate about a rotation shaft, a plurality of axial cylinders (60) that are perforated at equal intervals in the circumferential direction of the cylinder barrel, and a reciprocating motion to each axial cylinder The inserted piston (61), the swash plate (7) that slides on the end of each piston and applies axial displacement to each piston, and the controller (3) that controls the tilt angle of the swash plate ) And
The controller includes a control cylinder (4) having a control piston (41) coupled to the swash plate, and a non-contact linear displacement sensor (5) for directly detecting a displacement amount of the control piston, The displacement amount detected by the displacement sensor is fed back to control the supply of pressure oil to the control cylinder.
本発明に係る斜板式可変容量型油圧ポンプは、上記のように構成されているので、以下に記載されるような効果を有する。
第1に、斜板の傾斜角や制御ピストンの変位量を検出するための機械式変換機構や検出機構が不要であり、部品点数の削減、構造の簡素化、組立性の向上が図れると共に、機械式変換機構やストローク検出機構の設置スペースが殆ど不要となり、コンパクトで設置のためのスペース効率に優れている。
第2に、制御ピストンの変位量を非接触で直接検出するため、機械的接触部の仕上げ精度に起因した検出精度のばらつきや摺接部の摩耗等による検出精度の経年劣化を排除でき、長期間に亘って検出精度を維持でき、耐久性および保守性が良好となる。
Since the swash plate type variable displacement hydraulic pump according to the present invention is configured as described above, it has the following effects.
First, there is no need for a mechanical conversion mechanism or detection mechanism for detecting the tilt angle of the swash plate or the displacement amount of the control piston, and the number of parts can be reduced, the structure can be simplified, and the assembly can be improved. Installation space for the mechanical conversion mechanism and stroke detection mechanism is almost unnecessary, and it is compact and has excellent space efficiency for installation.
Second, since the displacement amount of the control piston is directly detected without contact, it is possible to eliminate aged deterioration in detection accuracy due to variations in detection accuracy due to the finishing accuracy of the mechanical contact portion and wear of the sliding contact portion. Detection accuracy can be maintained over a period, and durability and maintainability are improved.
本発明において、前記リニア変位センサ(5)が、前記制御ピストンに配設された磁石(52)と、前記制御シリンダ内に配置された磁歪線プローブ(51)とで構成された磁歪式リニア変位センサであることが好ましい。この態様では、可動部分である制御ピストン側にセンシングのための配線が不要であり、磁歪線プローブの信号線は制御シリンダの外部に位置した検出部(53)から引き出されるため、制御器の駆動部分と検出部分が完全に独立しており、装置の組付けおよび調整を容易に行える利点がある。 In the present invention, the linear displacement sensor (5) comprises a magnetostrictive linear displacement composed of a magnet (52) disposed in the control piston and a magnetostrictive wire probe (51) disposed in the control cylinder. A sensor is preferred. In this aspect, no wiring for sensing is required on the control piston side, which is a movable part, and the signal line of the magnetostrictive probe is drawn from the detection unit (53) located outside the control cylinder. Since the part and the detection part are completely independent, there is an advantage that the apparatus can be easily assembled and adjusted.
また、前記制御ピストン(41)が、一方の受圧面から中心軸に沿って延びる軸方向穴(50)を有し、前記磁石(52)が、前記軸方向穴内に配設された環状の磁石であり、前記磁歪線プローブ(51)が、前記受圧面に対向する前記制御シリンダの端面から前記磁石の内側を通って前記軸方向穴の内部に延びている態様では、磁歪線プローブの周囲の軸方向穴との間隙が作動油で満たされ、常に一定の油膜が介在するため、プローブが磁石の中心に保持され、安定的な検出を行うことができる。 The control piston (41) has an axial hole (50) extending along the central axis from one pressure receiving surface, and the magnet (52) is an annular magnet disposed in the axial hole. In the aspect in which the magnetostrictive wire probe (51) extends from the end surface of the control cylinder facing the pressure receiving surface to the inside of the axial hole through the inside of the magnet, Since the gap with the axial hole is filled with hydraulic oil and a fixed oil film is always interposed, the probe is held at the center of the magnet, and stable detection can be performed.
以下、本発明の実施形態について図面と共に詳細に説明する。
図1は、本発明実施形態に係る斜板式可変容量型油圧ポンプ1を示す正面図、図2はそのA−A断面図である。図において、斜板式可変容量型油圧ポンプ1は、ポンプ本体部2と制御部3で構成されている。ポンプ本体部2は、ケーシング10の内部に配置されたシリンダバレル6、斜板7、バルブプレート8、ケーシング10の外部に固定された補助ポンプ9などで構成され、制御部3は、制御シリンダ4(アクチュエータ)、リニア変位センサ5、コントローラ31、サーボ弁32などで構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view showing a swash plate type variable displacement
シリンダバレル6は、ケーシング10を貫通する軸受孔にベアリング22、23を介して回動自在に支持された回転軸21にスプラインを介して支持され、回転軸21の端部に連結される駆動源(電動機や内燃機関など、図示せず)により回転軸21と共に駆動回転される。シリンダバレル6には、周方向に等間隔で複数の軸方向シリンダ60が穿設され、各軸方向シリンダ60には、それぞれピストン61が往復動可能に嵌挿されている。
The cylinder barrel 6 is supported through a spline on a rotating
各ピストン61の基端部はボールジョイント62をなしてシュー63に連結されている。各シュー63は、シリンダバレル6に外嵌されかつスプリング66で付勢されているボールリテーナ64とリテーナ65により、斜板7(ベアリングプレート)に対して摺接状態に保持され、これにより、斜板7の傾斜角とシリンダバレル6の回転角位相に応じた軸方向変位が各ピストン61に与えられる。
The base end portion of each piston 61 is connected to a
斜板7は、中央に回転軸21を貫通した状態で、該回転軸21の両側に形成された円弧状の被案内面74が、ケーシング10に形成された内円弧状の案内面24に係合し摺動可能に支持されており、傾動軸67を中心に傾動可能となっている。斜板7の制御部3側の端部には連結部71が延設されており、この連結部71には、リンク72の一端がピン73で回動自在に連結され、さらに、リンク72の他端は、後述する制御ピストン41の連結部42にピン43で回動自在に連結されている。
In the swash plate 7, the arcuate guided surfaces 74 formed on both sides of the rotating
一方、シリンダバレル6の斜板7と反対側の端面は、前記スプリング66の付勢によりバルブプレート8に圧接されている。バルブプレート8には、図1に破線で示されるように、2つの円弧状のポート81、82が設けられており、一方のポート81は吸入ポート11に連通し、他のポート82は吐出ポート12に連通している。
On the other hand, the end surface of the cylinder barrel 6 opposite to the swash plate 7 is pressed against the valve plate 8 by the bias of the
また、シリンダバレル6の各軸方向シリンダ60は、バルブプレート8に圧接された前記端面に個別の通路を介して連通されており、シリンダバレル6の回転に伴い、それぞれの角位置に応じて前記各ポート81、82に順次連通され、前記各ポート81、82の中間では一度完全に閉鎖されてからポートが切り換わるようになっている。
In addition, each axial cylinder 60 of the cylinder barrel 6 communicates with the end face pressed against the valve plate 8 via an individual passage, and the cylinder barrel 6 rotates according to the angular position according to the angular position. The
補助ポンプ9は、ギヤポンプなどの固定容量型ポンプで構成され、その回転軸91がカップリング25を介してポンプ本体部2の回転軸21に連結されることで、シリンダバレル6(すなわちメインポンプ)と共通の駆動源で駆動回転され、図示しないオイルタンクなどから吸入ポート13を通じて吸入した作動油を一定の圧力で吐出ポート14から吐出し、制御部3にパイロット圧を供給する。
The
すなわち、補助ポンプ9の吐出ポート14は、ケーシング10および制御シリンダ4の壁部に穿設された図示しない通路(14)を通じてサーボ弁32に接続され、送油管16または17を通じて制御シリンダ4に作動油を送給し、パイロット圧を供給する一方、サーボ弁32が閉止位置となり、吐出ポート14が所定の高圧に達するとリリーフ弁18が開いて作動油をケーシング10内(低圧ドレン)に逃がす。
That is, the
制御シリンダ4は、制御ピストン41の両側に油圧を供給可能な複動形シリンダであるが、中央部40は開口部30を通じてポンプ本体部2のケーシング10内(低圧ドレン)に連通しており、この中央部40内に位置した制御ピストン41の中央部に連結部42が設けられている。
The
連結部42は、制御ピストン41の左右のピストン41a、41bのうち一方(図2では右側の41a)と一体の軸部41cに嵌合されるリング状の嵌合部から径方向(図2では下方)に延設されており、前記軸部41cに他方(図2では左側)のピストン41bを嵌合し、左右のピストン41a、41bの間に前記嵌合部を挟んだ状態で、軸部41cの端部(ネジ部)にナットを螺合締結することにより、制御ピストン41に固定される。
The connecting portion 42 is formed in a radial direction (in FIG. 2) from a ring-shaped fitting portion that is fitted to one of the left and right pistons 41 a, 41 b of the control piston 41 (the right side 41 a in FIG. 2) and the
この連結部42は、制御シリンダ4をポンプ本体部2のケーシング10に組み付けた状態では、制御シリンダ4およびケーシング10の開口部30を貫通してケーシング10の内部に達しており、ケーシング10内において、先述したリンク72の他端にピン43で回動自在に連結されている。なお、実際の組付け手順では、リンク72を上方に回動させて開口部30から引き出し、連結部42に連結してから、制御シリンダ4をポンプ本体部2(ケーシング10)に組み付けることになる。
In the state where the
制御ピストン41を構成する左右のピストン41a、41bのうちの前記一方のピストン41aの受圧面には、リニア変位センサ5のプローブ51の非接触での挿入を許容する軸方向穴50が穿設されている。軸方向穴50は、ピストン41aの受圧面からその中心軸に沿って延び、最奥部は軸部41cの中心部に達する一方、軸方向穴50の入口付近は拡径され大径部50aとなっており、この大径部50aには、環状の磁石52(永久磁石)が装着されている。
An
リニア変位センサ5は、ウィーデマン効果を利用した磁歪式リニア変位センサであり、制御シリンダ4の一方の端面4aから前記磁石52の内側を通って軸方向穴50の内部に延びるプローブ51(磁歪線)とその一端の検出部53で構成され、検出部53において前記端面4aに固定されている。このリニア変位センサ5は、プローブ51に電流パルスを与えて周方向磁場を生じさせ、磁石52の軸方向磁場により発生するねじり歪み(振動)を、検出部53で電気信号に変換して検出し、その伝播速度と到達時間から磁石52までの距離を算出し、それにより制御ピストン41の位置を非接触で検出可能である。
The
次に、上記実施形態に基づく作用について説明する。 Next, the operation based on the above embodiment will be described.
上記リニア変位センサ5によって検出された制御ピストン41の変位は、コントローラ31において設定値と比較演算され、その演算結果に基づいてサーボ弁32のポートを切り換えて制御シリンダ4のポート46またはポート47に油圧を供給し、制御ピストン41の変位を設定値に近づけるフィードバック制御が行われる。
The displacement of the
コントローラ31は、斜板式可変容量型油圧ポンプ1を含む油圧システムの制御装置(図示せず)に接続され、該制御装置によって上記設定値が与えられ、それに基づいて制御ピストン41の変位、すなわち斜板7の傾転角が制御され、斜板式可変容量型油圧ポンプ1の吐出量を制御可能である。実施形態の斜板式可変容量型油圧ポンプ1では、斜板7の傾転角は、図2に実線で示される中立位置から、正負両方向に2点鎖線7′、7″で示される範囲で変更可能であるため、吐出量のみならず吐出方向も制御可能である。
The controller 31 is connected to a control device (not shown) of a hydraulic system including the swash plate type variable displacement
例えば、図2において、コントローラ31によりサーボ弁32が制御され、送油管16を通じて制御シリンダ4の図中右側のポート46にパイロット圧が供給されて、制御ピストン41が図中左側に移動し、斜板7が傾転角ゼロの中立位置から7′側(傾転角が正の範囲)に傾動されると、シリンダバレル6の回転に伴い、各ピストン61のシュー63が斜板7′で案内され、各ピストン61が傾転角に応じて軸方向シリンダ60内で往復動し、バルブプレート8のポート81の角度範囲では吸入ポート11およびポート81を通じて各軸方向シリンダ60に作動油が順次吸入され、ポート82の角度範囲では吸入された作動油がポート82および吐出ポート12を通じて順次吐出される。
For example, in FIG. 2, the
反対に、送油管17を通じて制御シリンダ4の図中左側のポート47にパイロット圧が供給され、制御ピストン41が図中右側に移動し、斜板7が中立位置から7″側(傾転角が負の範囲)に傾動されると、バルブプレート8のポート82の角度範囲では吐出ポート12およびポート82を通じて各軸方向シリンダ60に作動油が吸入され、ポート81の角度範囲でポート81および吸入ポート11から吐出されることになる。
On the contrary, the pilot pressure is supplied to the
上記のような吐出量および吐出方向の制御においては、斜板7の傾転角がゼロになる中立位置の検出が重要であるが、可動部分である斜板7および制御ピストン41は、ケーシング10および制御シリンダ4の内に収容され、かつ、リニア変位センサ5は制御ピストン41の位置を非接触で検出するため、中立位置を機械的に決定できない。
In the control of the discharge amount and the discharge direction as described above, it is important to detect the neutral position where the tilt angle of the swash plate 7 becomes zero. However, the swash plate 7 and the
そこで、斜板式可変容量型油圧ポンプ1の運転に先立ち、作業穴や治具などを通じて斜板7を傾転角ゼロの中立位置にセットしておき、その状態におけるリニア変位センサ5の検出値を中立位置とするキャリブレーションを行う必要がある。
Therefore, prior to the operation of the swash plate type variable displacement
この点に関して、従来の位置検出機構においても動作を変換する機構的な特性と組付け精度に限界があることから、組付け後の調整は不可欠であったが、リニア変位センサ5では、従来のような制御ピストンの直線的変位を角変位に変換するような機構を介さず、制御ピストン41の位置を非接触で直接検出可能であるため、上記のようなキャリブレーションを行うことで、組付け精度に依らず制御ピストン41の位置を安定的に検出可能となり、機械的接触部の仕上げ精度に起因した検出精度のばらつきや摺接部の摩耗等による検出精度の経年劣化を排除でき、長期間に亘って検出精度を良好に維持でき、耐久性および保守性が向上する。
In this regard, adjustments after assembly are indispensable because there is a limit to the mechanical characteristics for converting the operation and the assembly accuracy in the conventional position detection mechanism. Since the position of the
また、機械式変換機構や検出機構が不要であるため、部品点数の削減、構造の簡素化、組立性の向上が図れると共に、リニア変位センサ5のプローブ51および磁石52は制御シリンダ4の内部に配設されるので、設置スペースが殆ど不要である。しかも、プローブ51と軸方向穴50および磁石52の間隙は常に作動油で満たされ、一定の油膜が介在するため、プローブ51が磁石52の中心に保持され、安定的な検出が行える。
Further, since a mechanical conversion mechanism and a detection mechanism are not required, the number of parts can be reduced, the structure can be simplified, and the assemblability can be improved, and the
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, Based on the technical idea of this invention, a various deformation | transformation and change are possible.
例えば、上記実施形態では、非接触リニア変位センサとして磁歪式リニア変位センサを用いる場合を示したが、差動トランス方式の非接触リニア変位センサを用いることもできる。その場合、プローブ51の位置に差動トランスのコアを配設し、軸方向穴50内に1次コイルおよび2次コイルを配設し、中央部40などから信号線を外部に引き出してコントローラに接続すれば良い。
For example, although the case where a magnetostrictive linear displacement sensor is used as the non-contact linear displacement sensor has been described in the above embodiment, a differential transformer type non-contact linear displacement sensor can also be used. In that case, the core of the differential transformer is disposed at the position of the
また、サーボ弁の形式や制御方式は特に限定されるものではなく、比例電磁弁、油圧サーボ弁等、公知のサーボ弁を利用できる。 The type and control method of the servo valve are not particularly limited, and a known servo valve such as a proportional solenoid valve or a hydraulic servo valve can be used.
1 斜板式可変容量型油圧ポンプ
2 ポンプ本体部
3 制御部
4 制御シリンダ
5 リニア変位センサ
6 シリンダバレル
7 斜板
8 バルブプレート
9 補助ポンプ
10 ケーシング
11、13 吸入ポート
12、14 吐出ポート
21 回転軸
30 開口部
31 コントローラ
32 サーボ弁
40 中央部
41 制御ピストン
42 連結部
50 軸方向穴
51 プローブ
52 磁石
53 検出部
60 軸方向シリンダ
61 ピストン
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記制御器が、前記斜板に連結された制御ピストンを有する制御シリンダと、前記制御ピストンの変位量を直接検出する非接触リニア変位センサとを含み、前記リニア変位センサに検出される変位量をフィードバックして前記制御シリンダへの圧油供給を制御するように構成されている、斜板式可変容量型油圧ポンプ。 A cylinder barrel driven and rotated about a rotation axis; a plurality of axial cylinders drilled at equal intervals in the circumferential direction of the cylinder barrel; and a piston fitted and removably inserted into each axial cylinder. A swash plate that slidably contacts the end of each piston to impart axial displacement to each piston, and a controller that controls the tilt angle of the swash plate,
The controller includes a control cylinder having a control piston coupled to the swash plate, and a non-contact linear displacement sensor that directly detects a displacement amount of the control piston, and a displacement amount detected by the linear displacement sensor. A swash plate variable displacement hydraulic pump configured to feed back and control the supply of pressure oil to the control cylinder.
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