JP2011085044A - 油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置及び方法 - Google Patents

油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】油圧ポンプより吐出される吐出圧力を用いて可変速モータの速度を制御する場合において、その可変速モータの速度の制御を安定化させる。
【解決手段】可変速モータの回転数を通常回転数設定値Ｎ１に設定し、圧力検出器により検出される可変容量形ポンプの圧力検出値Ｐに基づいて圧力変動幅ΔＰを検出し、検出した圧力変動幅ΔＰが圧力保持状態検出レベルＬ１以下である判定がタイマ設定値Ｔ１の時間継続するか否かを判定し、検出した圧力変動幅ΔＰが圧力保持状態検出レベルＬ１以下である判定が所定時間継続した場合には圧力保持状態であることを検出し、可変速モータの回転数を通常回転数設定値Ｎ１から圧力保持回転数設定値Ｎ２（＜Ｎ１）に切り替える。
【選択図】図３

Description

本発明は、油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置及び方法に関する。
油圧システムは、油圧アクチュエータ（油圧シリンダ、油圧モータ等）に作動油を供給して作動させるシステムであり、建設機械、産業車両、産業機械又は船舶等の分野において幅広く利用されている。なお、油圧が高圧のときに無駄な吐出量を発生しないように、油圧ポンプの吐出圧力を圧力検出器により検出し、この検出した吐出圧力を用いて油圧ポンプを駆動する可変速モータの速度を制御する油圧システムが提案されている。
上記のような油圧システムとしては、例えば特許文献１に開示されるインバータ駆動油圧ユニットが挙げられる。図８は、かかるインバータ駆動油圧ユニットの構成を示した図である。インバータ駆動油圧ユニット１は、可変容量形ピストンポンプ２と、可変速モータ３と、インバータ装置４と、圧力センサ５と、コントローラ６とにより構成されている。インバータ装置４及びコントローラ６は、制御パネル７に格納されている。可変容量形ピストンポンプ２には圧力調整機構９が内蔵されており、可変容量形ピストンポンプ２の吐出圧力がバネ１０で付勢された圧力調節ネジ１５で設定された圧力より若干低い圧力、即ちカットオフ開始圧力に達すると、吐出圧力及び吐出量は圧力調整機構９によって機械的に制御される。なお、圧力センサ５は、吐出圧力の値を検出すると、その検出値である圧力信号１３をコントローラ６に送るように構成されている。
さらに、コントローラ６には運転条件に合わせて図９に示す回転数条件１２が予め設定されている。図９に示す回転数条件１２は、油圧アクチュエータ側が要求する作動油流量の条件に合わせて５点をコントローラ６に予め定め、その５点を結んだ折れ線で定義される関数となっている。即ち、可変容量形ピストンポンプ２の吐出圧力がＰａからＰｂの間は可変速モータ３の回転数はＮｃで一定であり、吐出圧力がＰｂからＰｃまでの間は圧力増加に伴って回転数は下がり、吐出圧力Ｐｃで回転数がＮｂとなり、吐出圧力がＰｃからＰｄ（カットオフ開始圧力）までの間は圧力増加に伴って回転数はさらに下がり、吐出圧力Ｐｄで回転数がＮａとなり、吐出圧力がＰｄ（カットオフ開始圧力）からＰｅ（フルカットオフ圧力）までの間は回転数がＮａで一定となる回転数条件がコントローラ６に予め設定されている。
上記のとおり、吐出圧力がカットオフ開始圧力に至るまでの間においては、圧力センサ５により検出される吐出圧力と回転数条件１２とに基づいて生成された可変速モータ３のインバータ回転数指令によって吐出量が制御されており、カットオフ開始圧力からフルカットオフ圧力までの間においては、吐出量及び吐出圧力が圧力調整機構９によって機械的に制御されている。
特開２００３−１７２３０２号公報
ところで、特許文献１に開示されたコントローラ６は、圧力センサ５により検出される吐出圧力の検出値そのものに基づいて、あらかじめ定めておいた吐出圧力対回転数特性が含まれる回転数条件１２によりインバータ回転数指令を生成しているために、以下のような問題が起こり得る。
第１に、経年変化や温度変化に伴って圧力センサ５の圧力検出値のオフセットにずれが生じる場合や圧力センサ５のヒステリシス幅が大きくなる場合には、適切なインバータ回転数指令が生成されないという問題が起こり得る。また、圧力センサ５の圧力検出値にインバータ駆動に伴う高調波ノイズが印加された結果、適切なインバータ回転数指令が生成されないという問題も想定される。
第２に、インバータ回転数指令を生成する際に参照される回転数条件１２には、折れ線形状や曲線形状となる吐出圧力対回転数特性が含まれている。このため、圧力センサ５の圧力検出値の変動に応じてインバータ回転数指令、ひいては可変速モータ３の回転数が変動してしまい、回転数条件１２に基づく可変速モータ３の可変速度制御が不安定になるという問題が起こり得る。なお、この場合、吐出圧力のハンチング（脈動）や可変速モータ３の不安定動作を引き起こす要因となる。
そこで、本発明は、油圧ポンプより吐出される吐出圧力を用いて可変速モータの速度を制御する場合、特に圧力保持状態時における省エネルギー化を目的として可変容量型ポンプを駆動する可変速モータの速度を制御する場合において、その制御の安定化を目的としている。
上記の課題を解決するための主たる本発明は、可変速モータと、前記可変速モータにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出器と、を備える油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置であって、前記圧力検出器により検出される吐出圧力の変動幅を検出する圧力変動幅検出器と、前記検出した前記吐出圧力の変動幅に基づいて前記可変速モータの速度を制御する速度制御器とを備える。
上記の運転装置により、油圧ポンプの吐出圧力を用いて可変速モータの速度を制御する場合において、圧力検出器により検出される吐出圧力（絶対値）そのものではなく吐出圧力の変動幅に基づいて可変速モータの速度を制御するので、圧力検出器により検出される吐出圧力の変動やそのヒステリシス幅の大きさの影響を受けずに済む。
上記の油圧ポンプの運転装置において、前記油圧ポンプの運転装置は圧力保持状態検出器をさらに備え、前記圧力保持状態検出器が前記圧力変動幅検出器により検出される前記吐出圧力の変動幅に基づいて前記吐出圧力の保持状態を検出し、当該保持状態が検出された場合には、前記速度制御器が前記可変速モータを減速する、としてもよい。
上記の運転装置によれば、圧力保持状態の際に可変速モータのモータ回転数を減少させることによって、油圧ポンプの攪拌抵抗に起因する機械損失が主として低減し、ひいては、可変速モータの消費電力が減少することとなる。
上記の油圧ポンプの運転装置において、前記圧力保持状態検出器が前記圧力変動幅検出器により検出される前記吐出圧力の変動幅が第１閾値以下となる状態が所定時間継続するか否かを判定し、前記吐出圧力の変動幅が当該第１閾値以下となる状態が当該所定時間継続することを判定した場合には、前記保持状態を検出する、としてもよい。
上記の運転装置によれば、検出した吐出圧力の変動幅が所定時間第１閾値以下を継続するか否かの判定を行うので、検出した吐出圧力の変動幅にノイズが含まれる場合であっても、吐出圧力の保持状態を確実に検出することができる。
上記の油圧ポンプの運転装置において、前記圧力保持状態検出器が前記吐出圧力の保持状態を検出した場合には、前記速度制御器が前記可変速モータの回転数を第１回転数から当該第１回転数よりも低い第２回転数に切り替える、としてもよい。
上記の運転装置によれば、可変速モータの回転数を圧力検出器により検出される吐出圧力に応じて絶え間なく制御する方式ではなく、吐出圧力の変動幅に基づいて第１回転数又は第２回転数に切り替える二段階切替方式を採用したことにより、圧力検出器により検出される吐出圧力の変動が激しくてもそれに逐次追従することがない分、可変速モータの制御を安定化することができる。
上記の油圧ポンプの運転装置において、前記油圧ポンプの運転装置は圧力低下検出器をさらに備え、前記圧力低下検出器が前記圧力検出器により検出される吐出圧力が第２閾値以下であるか否かを判定し、当該吐出圧力が当該第２閾値以下であることを判定した場合には、前記速度制御器が前記可変速モータの回転数を前記第１回転数に維持又は前記第２回転数から前記第１回転数に切り替える、としてもよい。
上記の運転装置によれば、可変速モータが第２回転数で駆動している状態において吐出圧力が徐々に低下する場合にあっては、可変速モータの回転数を即座に第２回転数から第１回転数に切り替える方式としたことにより、圧力保持状態における圧力低下を防止することができる。
上記の油圧ポンプの運転装置において、前記圧力変動幅検出器が前記圧力検出器により検出される吐出圧力をハイパスフィルタ処理することにより前記吐出圧力の変動幅を検出する、としてもよい。
上記の運転装置によれば、ハイパスフィルタ処理により取得した吐出圧力の瞬時変動幅を検出できる。この結果として、可変速モータの速度の制御を安定化することができる。
上記の油圧ポンプの運転装置において、前記油圧ポンプの運転装置は第１閾値演算器をさらに備え、前記速度制御器が前記可変速モータの回転数を前記第１回転数から前記第２回転数に切り替え、所定時間の間、前記圧力変動幅検出器が前記吐出圧力の変動幅を検出するとともに、前記第１閾値演算器が前記圧力変動幅検出器により検出される前記変動幅の下限値を検出し、当該検出した当該下限値に基づいて前記第１閾値を演算する、としてもよい。
上記の運転装置によれば、可変速モータの回転数が第１回転数で安定した状態から第２回転数に切り替えることで、圧力検出器により検出される吐出圧力の変動が生じる状態を模擬的に作り出し、所定時間の間に吐出圧力の変動幅を逐次検出するとともに、その検出された変動幅の中から下限値（負の変化量の絶対値が最大となる値）を求める。吐出圧力の変動幅は求めた下限値を下回ることはないので、求めた下限値は第１閾値の基準となり得る。このため、求めた下限値に基づいて、第１閾値を自動的に設定できる。
上記の課題を解決するための主たるその他の本発明は、可変速モータと、前記可変速モータにより駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出器と、を備える油圧システムにおける油圧ポンプの運転方法であって、圧力変動幅検出器が前記圧力検出器により検出される吐出圧力の変動幅を検出し、当該検出した当該吐出圧力の変動幅に基づいて速度制御器が前記可変速モータの速度を制御する。
本発明によれば、油圧ポンプより吐出される吐出圧力を用いて可変速モータの速度を制御する場合、特に圧力保持状態時における省エネルギー化を目的として可変速モータの速度を制御する場合において、その可変速モータの速度の制御を安定化することができる。
本発明の実施の形態１に係る油圧システムの構成を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る可変速度制御装置の構成を示した図である。 図２の制御装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る油圧ポンプの運転方法の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る油圧ポンプの運転方法の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るオートチューニング処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るオートチューニング処理を説明するための波形図である。 従来の油圧システム（インバータ駆動油圧ユニット）の構成を示した図である。 従来の油圧システム（インバータ駆動油圧ユニット）に適用される回転数条件を説明するための図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
[油圧システムの構成]
図１は、本発明の実施の形態１に係る油圧システムの構成を示す図である。
図１に示す油圧システムは、可変容量形ポンプ２０と、可変速モータ３０と、圧力検出器４０と、制御盤１００と、油圧アクチュエータ５０とを備えている。
可変容量形ポンプ２０は、油圧タンク２３に貯蔵される油を吸い上げて、油圧アクチュエータ５０へと吐出する油圧ポンプであるとともに、吐出圧力に基づい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２１を備えた油圧ポンプである。なお、圧力調整機構２１とは、本実施形態では、吐出圧力がバネ２２で付勢された圧力調節ネジ２４で設定された設定圧力に略達するとき、吐出圧力及び吐出量を機械的に制御する機構のことを指している。また、吐出量可変要素とは、例えば、可変容量形ポンプ２０が可変容量形ピストンポンプの場合には斜板を指し、可変容量形ポンプ２０が可変容量形ベーンポンプの場合にはカムリングを指している。
可変速モータ３０は、可変容量形ポンプ２０に接続されており、可変容量形ポンプ２０の駆動軸（シャフト）を駆動するモータであって、かつ商用電源６０による直接駆動又は可変速度制御装置１１０によるインバータ駆動が行われる誘導電動機である。なお、誘導電動機に限定されず、同期電動機であってもよい。
圧力検出器４０は、可変容量形ポンプ２０の吐出側に配設されており、可変容量形ポンプ２０の吐出圧力を連続的に検出する。圧力検出器４０は、圧力センサや圧力スイッチ等を採用できる。
制御盤１００は、商用電源６０と、圧力検出器４０と、可変速モータ３０と接続されている。つまり、制御盤１００には、可変速度制御装置１１０に対して商用電源６０より受電される交流の商用電圧（商用周波数ｆ１（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ））と、圧力検出器４０により検出される圧力検出値Ｐと、が入力される。また、制御盤１００は、可変速度制御装置１１０より出力される後述の通常回転数設定値Ｎ１又は圧力保持状態回転数設定値Ｎ２を設定した交流のモータ駆動電圧を可変速モータ３０に供給する。
制御盤１００は、可変速度制御装置（油圧ポンプの運転装置の一態様）１１０と、接触器１３０、１４０、１５０とを内部に収納している。接触器１３０は、商用電源６０と可変速度制御装置１１０との間の配線間に設けられている。接触器１４０は、可変速度制御装置１１０と可変速モータ３０との間の配線間に設けられている。接触器１５０は、接触器１３０、可変速度制御装置１１０及び接触器１４０と並列に設けられている。制御盤１００は、可変速度制御装置１１０により可変速モータ３０を駆動する場合には接触器１３０及び接触器１４０をオンするとともに接触器１５０をオフし、可変速度制御装置１１０の障害時などにおいて商用電源６０により可変速モータ３０を駆動する場合には接触器１３０及び接触器１４０をオフするとともに接触器１５０をオンするように構成されている。
なお、接触器１３０、１４０、１５０は、本実施の形態では、切替スイッチ（図示せず）の手動操作により上記のオン・オフ状態となるように構成されるが、可変速度制御装置１１０の故障信号により、商用電源６０により可変速モータ３０を駆動するオン・オフ状態へ自動的に切り替わるように構成されてもよい。
また、本実施の形態では、油圧ポンプが可変容量形ポンプ２０である場合を説明しているが、該油圧ポンプがインバータ駆動方式によるモータ回転数制御により吐出圧力及び吐出流量が制御される固定容量型ポンプである場合であってもよい。
[油圧ポンプの運転装置の構成]
図２は、本発明の油圧ポンプの運転装置の実施の形態に係る可変速度制御装置１１０の構成を示した図である。
可変速度制御装置１１０は、商用電源６０の電圧を全波整流するダイオード整流器１１１と、ダイオード整流器１１１の整流電圧を平滑する平滑用コンデンサ１１２と、平滑用コンデンサ１１２の両端部の直流電圧を所望の電圧、周波数の交流電圧に変換し、可変速モータ３０に電力を供給するインバータ回路１１３と、インバータ回路１１３を制御する制御装置２００と、により構成されている。
制御装置２００は、インバータ回路１１３より出力する周波数を設定する周波数設定器２０１と、周波数設定器２０１で設定される周波数をω0からω1に変化させた時に、滑らかに周波数が変化するように所定の傾斜（一定の加速度で周波数設定値を増減）で周波数設定値をω0からω1まで変化させる加減速演算器２０２と、加減速演算器２０２が出力する周波数設定値に基づいて、インバータ回路１１３が出力する電圧の設定値を演算する電圧指令演算器２０３と、周波数設定値と電圧設定値に基づいてＰＷＭ（パルス幅変調）演算を行い、インバータ回路１１３のトランジスタをオン・オフする信号を出力するＰＷＭ演算器２０４と、全体の制御を司るＣＰＵ２０５と、ＣＰＵ２０５よりアクセス可能なメモリ２０６とにより構成されている。なお、ＣＰＵ２０５は、圧力検出器４０により検出された圧力検出値Ｐを取得し、この取得した圧力検出値Ｐに基づいて周波数設定器２０１に対して周波数を設定する。
[制御装置の機能ブロック図]
図３は、本発明の実施の形態１に係る制御装置２００の機能ブロック図である。なお、本実施の形態では、図３に示す機能ブロック図に含まれる圧力変動幅検出部（圧力変動幅検出器の一態様）１２１、圧力保持状態検出部（圧力保持状態検出器の一態様）１２９、速度制御部（速度制御器の一態様）１２０、及び圧力低下検出部（圧力低下検出器の一態様）１２８は、図２に示す運転プログラム２０７に含まれる機能として実施される。また、図３に示す機能ブロック図に含まれるハイパスフィルタ部１２２の時定数τ１、ローパスフィルタ部１２３の時定数τ２、基準レベルＬ０、補正係数ｋ、オンディレイタイマ部１２５のタイマ設定値Ｔ１、圧力保持状態検出レベルＬ１、圧力低下検出レベルＬ２、通常回転数設定値Ｎ１、及び圧力保持回転数設定値Ｎ２は、運転プログラム２０７のパラメータである。さらに、図３に示す機能ブロック図に含まれる圧力保持状態検出フラグＦ１、強制復帰検出フラグＦ２は、運転プログラム２０７の各判定結果を示すステータスである。
圧力変動幅検出部１２１は、圧力検出器４０により検出される圧力検出値Ｐの圧力変動幅ΔＰを検出するための演算処理を行う。なお、本実施形態では、圧力変動幅検出部１２１により求める圧力変動幅ΔＰは、単位時間あたりの圧力検出値Ｐ（瞬時値の絶対値）の変動量を表す瞬時変動幅とする。
圧力変動幅検出部１２１は、圧力検出値Ｐの瞬時変動幅を求めるための構成として、ハイパスフィルタ部１２２とローパスフィルタ部１２３とを有する。ハイパスフィルタ部１２２は、圧力検出値Ｐの高周波成分を通過させるフィルタである。ハイパスフィルタ部１２２は、圧力検出値Ｐから時定数τ１（パラメータ）により遅延させた圧力検出値Ｐを減算することで実現している。ローパスフィルタ部１２３は、ハイパスフィルタ部１２２を通過した圧力検出値Ｐを平滑化するとともに、当該圧力検出値Ｐに含まれる高調波ノイズを除去するフィルタである。ローパスフィルタ部１２３は、ハイパスフィルタ部１２２を通過した圧力検出値Ｐを時定数τ２（パラメータ）により遅延させることで実現している。なお、圧力変動幅検出部１２１は、上記の構成に限らず、例えば、単位時間あたりの圧力検出値Ｐのピークホールド値とボトムホールド値と差を検出するように構成してもよい。また、圧力検出値Ｐを微分演算してもよい。なお、簡略化する場合にはローパスフィルタ部１２３を省略してもよい。
圧力保持状態検出部１２９は、圧力変動幅検出部１２１により検出される圧力変動幅ΔＰに基づいて圧力保持状態を検出する。なお、圧力保持状態とは、油圧アクチュエータ５０の動作が停止したことに伴い油圧がフルカットオフ圧に略達して吐出油量を殆ど必要とせず、かつ吐出圧力を保持する待機状態のことを指している。圧力保持状態検出部１２９は、具体的には、圧力変動幅判定部１２４とオンディレイタイマ部１２５とを有する。
圧力変動幅判定部１２４は、圧力変動幅検出部１２１により検出される圧力変動幅ΔＰを圧力保持状態検出レベルＬ１と比較し、圧力変動幅ΔＰが圧力保持状態検出レベルＬ１以下（ΔＰ≦Ｌ１）となるか否かを判定する。また、圧力変動幅判定部１２４は、「ΔＰ≦Ｌ１」と判定された場合には「１」を出力し、「ΔＰ＞Ｌ１」となる場合には「０」を出力する。なお、圧力保持状態検出レベルＬ１は、圧力保持状態を検出するための閾値を表しており、後述のオートチューニング機能で自動設定される基準レベルＬ０（測定期間中における圧力変動幅ΔＰの下限値）に補正係数ｋを乗算することにより求められる。
オンディレイタイマ部１２５は、圧力変動幅判定部１２４より出力される「１（ΔＰ≦Ｌ１）」がタイマ設定値Ｔ１の時間継続されるまでの間は「０（圧力保持状態未検出）」を出力し、タイマ設定値Ｔ１の時間継続されたときには「１（圧力保持状態検出）」を出力する。なお、オンディレイタイマ部１２５より「１」が出力されるイベントは、圧力保持状態が検出されたことを指しており、当該イベントにより圧力保持状態検出フラグＦ１がオンとなる。
また、オンディレイタイマ部１２５は、「１」を出力している状態において圧力変動幅判定部１２４より「０（ΔＰ＞Ｌ１）」が出力されるとき、それと同時に「０」を出力する。かかるイベントは、可変容量形ポンプ２０の吐出油量が再び必要となったことを指している。
速度制御部１２０は、スイッチ部１２６、１２７により構成されている。速度制御部１２０は、圧力保持状態検出フラグＦ１がオフするときには、スイッチ部１２６、１２７がともにオフされることにより、（Ｆ１＝０）通常回転数設定値Ｎ１（例えば１８００ｒｐｍ）を選択して出力する。一方、圧力保持状態検出フラグＦ１がオンするときには（Ｆ１＝１）、スイッチ部１２６がオンかつスイッチ部１２７がオフの場合、通常回転数設定値Ｎ１よりも低い圧力保持回転数設定値Ｎ２（例えば６００〜８００ｒｐｍ）を選択して出力するように構成されている。なお、可変容量形ポンプ２０の特性により、圧力保持回転数設定値Ｎ２については可変容量形ポンプ２０の仕様に応じた下限値が設定されている。
さらに、速度制御部１２０は、後述の強制復帰検出フラグＦ２がオンするときには、圧力保持状態検出フラグＦ１がオンするか否かを問わずに、スイッチ部１２７をオンにすることにより、通常回転数設定値Ｎ１を選択して出力するように構成されている。なお、速度制御部１２０より出力される通常回転数設定値Ｎ１又は圧力保持回転数設定値Ｎ２に基づいて、インバータ回転数指令Ｓが生成されるように構成されている。
圧力低下検出部１２８は、圧力検出器４０により検出される圧力検出値Ｐを圧力低下検出レベルＬ２と比較し、圧力検出値Ｐが圧力低下検出レベルＬ２以下となるか否かを判定する。本実施形態では、圧力低下検出部１２８は、「Ｐ＞Ｌ２」となる場合には「０（圧力低下未検出）」を出力し、「Ｐ≦Ｌ２」となる場合には「１（圧力低下検出）」を出力する。圧力低下検出部１２８が「１（Ｐ≦Ｌ２）」を出力するイベントは、圧力低下が検出されたことを指しており、当該イベントにより強制復帰検出フラグＦ２がオンする。
[油圧ポンプの運転方法]
図４、図５は、本発明の実施の形態１に係る油圧ポンプの運転装置の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、可変速モータ３０を駆動するに際し、ＣＰＵ２０５は、メモリ２０６から運転プログラム２０７を読み出してその実行を開始する。なお、運転プログラム２０７の初期設定として通常回転数設定値Ｎ１が選択されており、インバータ回転数指令Ｓは通常回転数設定値Ｎ１に基づいて生成されている。
つぎに、ＣＰＵ２０５は、ＡＤ変換器２０８より出力されるデジタル量の圧力検出値Ｐを取得する毎に、この取得したデジタル量の圧力検出値Ｐに基づいて、インバータ回路１１３の周波数変換を制御するためのインバータ回転数指令Ｓを生成してインバータ回路１１３に送出する。また、ＣＰＵ２０５は、ＡＤ変換器２０８よりデジタル量の圧力検出値Ｐを取得する毎に、この取得した圧力検出値Ｐに基づいて圧力変動幅ΔＰを検出する（ステップＳ４０１）。
つぎに、ＣＰＵ２０５は、圧力変動幅ΔＰが圧力保持状態検出レベルＬ１以下であるか否かの判定を行う（ステップＳ４０２）。圧力変動幅ΔＰが圧力保持状態検出レベルＬ１を上回ることが判定された場合には（ステップＳ４０２：ＮＯ）、圧力保持状態検出フラグＦ１が予めオンしている場合にはオフにし（ステップＳ４０４）、ステップＳ４０１に戻る。圧力変動幅ΔＰが圧力保持状態検出レベルＬ１以下であることが判定された場合には（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、その圧力保持状態がタイマ設定値Ｔ１の示す時間継続するか否かを判定する（ステップＳ４０３）。タイマ設定値Ｔ１の示す時間継続していなければ（ステップＳ４０３：ＮＯ）、圧力保持状態検出フラグＦ１が予めオンしている場合にはオフにし（ステップＳ４０４）、ステップＳ４０１に戻る。タイマ設定値Ｔ１の示す時間継続していれば（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、圧力保持状態検出フラグＦ１をオンにして出力する（ステップＳ４０５）。
つぎに、ＣＰＵ２０５は、圧力保持状態検出フラグＦ１がオンすること（ステップＳ４０５）を契機として、可変速モータ３０の回転数を通常回転数設定値Ｎ１から圧力保持回転数設定値Ｎ２に切り替えるべく、インバータ回転数指令Ｓの内容を変更する（ステップＳ４０６）。この結果、圧力保持状態を安定に維持し得るだけの低速の回転数（圧力保持回転数設定値Ｎ２）で可変速モータ３０が駆動するとともに、可変容量形ポンプ２０の圧力調整機構２１によりポンプ押しのけ容積を機械的に制御して運転することができ、省エネルギー化や低発熱化などが図られる。
ところで、圧力変動幅ΔＰを監視することで圧力保持状態であるか否かの検出を行っているが、圧力検出値Ｐが徐々に低下することに伴って、圧力保持状態を継続できないおそれがある。そこで、ＣＰＵ２０５は、圧力検出値Ｐに基づいて圧力変動幅ΔＰを検出するのと併行して、圧力検出値Ｐを監視している。具体的には、ＣＰＵ２０５は、圧力検出値Ｐが圧力低下検出レベルＬ２以下であるか否かの判定を行う（ステップＳ５０１）。圧力検出値Ｐが圧力低下検出レベルＬ２を上回ることが判定された場合には（ステップＳ５０１：ＮＯ）、強制復帰検出フラグＦ２をオフする。圧力検出値Ｐが圧力低下検出レベルＬ２以下であることが判定された場合には（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）、強制復帰検出フラグＦ２をオンにして出力する（ステップＳ５０３）。
つぎに、ＣＰＵ２０５は、強制復帰検出フラグＦ２がオンすること（ステップＳ５０３）を契機として、可変速モータ３０の回転数を圧力保持回転数設定値Ｎ２から通常回転数設定値Ｎ１に切り替えるべく、インバータ回転数指令Ｓの内容を変更する（ステップＳ５０４）。この結果、圧力低下による異常検出を防止することができる。
[効果]
本実施形態によれば、圧力調整機構２１によって圧力保持状態（いわゆるカットオフ状態）となる際に、可変速度制御装置１１０によってモータ回転数（Ｎ）を減少させることにより、油圧ポンプの攪拌抵抗などに起因する機械損失が主として低減される。なお、油圧ポンプの負荷動力（吐出圧力Ｐ×吐出量Ｑ）は略変化しないため、機械損失が低減された分、可変速モータ３０の消費電力が低減され、省エネルギー化が図られる。
また、本実施の形態によれば、上記の圧力保持状態の際に可変速モータ３０の回転数を減少させて省エネルギー化を図る制御において、圧力変動幅ΔＰに基づいて可変速モータ３０の速度を制御するので、圧力検出器４０の圧力検出値Ｐの変動やそのヒステリシス幅の大きさの影響を受けずに済む。
また、本実施の形態によれば、図９に示した回転数条件のように可変速モータ３０の回転数を圧力検出器４０の圧力検出値Ｐに応じて絶えず制御するのではなく、圧力変動幅ΔＰの大きさに基づいて通常回転数設定値Ｎ１又は圧力保持回転数設定値Ｎ２に切り替える二段階切替制御方式を採用したことにより、圧力検出器４０の圧力検出値Ｐの変動が激しくても、可変容量形ポンプ２０の吐出量を機械的に制御する圧力調整機構２１との間の相互干渉によるハンチング現象を抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、圧力変動幅ΔＰに基づく可変速モータ３０の油圧ポンプの運転方法を可変速度制御装置１１０が具備するソフトウェアとして実現したことにより、可変速度制御装置１１０の他にインバータ専用コントローラを個別に設ける必要がなくなる。さらに、当該インバータ専用コントローラとの間の配線が不要となる分、当該インバータが発生する高調波ノイズの影響を抑えることができる。
また、本実施の形態によれば、圧力保持状態であっても圧力検出値Ｐが低下する場合には、可変速モータ３０の回転数を瞬時に通常回転数設定値Ｎ１に切り替えることにしたため、安定した圧力保持状態を継続することができる。
また、本実施の形態によれば、接触器１３０、１４０、１５０によるバックアップ機能を適用することにより、可変速度制御装置１１０に障害が発生しても、商用電源６０によって可変容量形ポンプ２０の運転を継続することができ、素早い復旧が可能である。この結果、油圧システムが適用される生産ラインに与える影響を最小限に抑えることができる。
（実施の形態２）
[オートチューニング機能]
本発明の実施の形態２は、本発明の実施の形態１に対して、圧力保持状態検出レベルＬ１を自動設定するオートチューニング機能を追加したものである。なお、油圧システムの全体構成（図１）、可変速度制御装置１１０の構成（図２）、制御装置２００の機能ブロック図（図３）、油圧ポンプの運転方法（図４、図５）については、本発明の実施の形態１と同様である。
図６は、本発明の実施の形態２に係るオートチューニング処理の流れを示すフローチャートである。なお、図６に示すステップＳ６０１からＳ６０９までの処理は本願の請求項に記載の第１閾値演算器に対応づけられる。図７は、図６に示したオートチューニング処理を説明するための波形図である。
まず、ＣＰＵ２０５は、オートチューニング処理の開始条件が確立した場合（ステップＳ６０１：ＹＥＳ）、圧力保持状態検出レベルＬ１の基準レベルＬ０ならびに測定時間のカウント時間ｔのクリア処理を行う（ステップＳ６０２）。オートチューニング処理の開始条件とは、例えば、制御盤１００の電源投入時やオートチューニング処理開始用のボタン押下時などであり、可変速モータ３０が通常回転数設定値Ｎ１を指令するインバータ回転数指令Ｓに基づいて回転していることも含まれる。
つぎに、ＣＰＵ２０５は、基準レベルＬ０の測定開始を契機としてカウント時間ｔのカウントアップにより測定時間Ｔ２のカウントを開始する（ステップＳ６０３）。さらに、カウント開始と併行して、図７に示す測定開始時以降のモータ回転数の波形のように、可変速モータ３０の回転数を通常回転数設定値Ｎ１から圧力保持回転数設定値Ｎ２に所定の加速度に従って切り替える（ステップＳ６０４）。
つぎに、ＣＰＵ２０５は、ＡＤ変換器２０８より取得される圧力検出値Ｐに基づいて圧力変動幅ΔＰを検出するとともに、圧力変動幅ΔＰが現時点において設定されている基準レベルＬ０以下であるか否かを判定する（ステップＳ６０５）。そして、圧力変動幅ΔＰが基準レベルＬ０以下である場合には（ステップＳ６０５：ＹＥＳ）、基準レベルＬ０を圧力変動幅ΔＰに更新する（ステップＳ６０６）。圧力変動幅ΔＰが基準レベルＬ０を上回る場合には（ステップＳ６０５：ＮＯ）、基準レベルＬ０を更新しない。ステップＳ６０５、Ｓ６０６は、カウント時間ｔが測定時間Ｔ２に到達するまで（Ｓ６０７：ＹＥＳ）繰り返し行われる。
つまり、図７に示す測定開始から測定終了までの測定時間Ｔ２の間、通常回転数設定値Ｎ１により可変速モータ３０の回転数が安定した状態から所定の加速度で圧力保持回転数設定値Ｎ２に切り替えることで、圧力検出器４０の検出値の変動が生じる状態を模擬的に作り出す。そして、測定時間Ｔ２の間に圧力変動幅ΔＰを逐次検出するとともに、その検出された圧力変動幅ΔＰの中から下限値（負の変化量の絶対値が最大となる値）を求めて、その下限値を基準レベルＬ０としている。なお、圧力保持状態検出レベルＬ１は、上記のとおり、基準レベルＬ０に補正係数ｋを乗算することで求められる。
つぎに、ＣＰＵ２０５は、図７に示す測定終了以降のモータ回転数の波形のように、可変速モータ３０の回転数を圧力保持回転数設定値Ｎ２から通常回転数設定値Ｎ１に向けて所定の加速度に従って切り替える（ステップＳ６０８）。そして、ＣＰＵ２０５は、加減速時間により可変速モータ３０の回転数が通常回転数設定値Ｎ１に到達したことを識別した場合には（Ｓ６０９：ＹＥＳ）、オートチューニング処理を終了する。
[効果]
従来の油圧システムの場合、油圧アクチュエータ５０が必要とする流量特性や油圧ポンプの特性曲線が不明であれば、図９に示したような回転数条件の設定が困難であった。これに対し、本発明の実施の形態２によれば、油圧ポンプの特性曲線などが不明であっても、圧力保持状態検出レベルＬ１を自動的に設定することができる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明は、特に可変容量形ポンプの圧力保持状態の際に可変速モータの回転数を減少させることで省エネルギー化を図る油圧システムにとって有益である。
２０ 可変容量形ポンプ
３０ 可変速モータ
４０ 圧力検出器
５０ 油圧アクチュエータ
６０ 商用電源
１００ 制御盤
１１０ 可変速度制御装置（油圧ポンプの運転装置）
１１１ ダイオード整流器
１１２ 平滑用コンデンサ
１１３ インバータ回路
２００ 制御装置
２０１ 周波数設定器
２０２ 加減速演算器
２０３ 電圧指令演算器
２０４ ＰＷＭ制御器
２０５ ＣＰＵ
２０６ メモリ
２０７ 運転プログラム
２０８ ＡＤ変換器
１２０ 速度制御部
１２１ 圧力変動幅検出部
１２２ ハイパスフィルタ部
１２３ ローパスフィルタ部
１２４ 圧力変動幅判定部
１２５ オンディレイタイマ部
１２８ 圧力低下検出部
１２９ 圧力保持状態検出部
１２６、１２７ スイッチ部
１３０、１４０、１５０ 接触器

Claims (8)

  1. 可変速モータと、
    前記可変速モータにより駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出器と、を備える油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置であって、
    前記圧力検出器により検出される吐出圧力の変動幅を検出する圧力変動幅検出器と、
    前記検出した前記吐出圧力の変動幅に基づいて前記可変速モータの速度を制御する速度制御器とを備える、油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置。
  2. 前記油圧ポンプの運転装置は圧力保持状態検出器をさらに備え、
    前記圧力保持状態検出器が前記圧力変動幅検出器により検出される前記吐出圧力の変動幅に基づいて前記吐出圧力の保持状態を検出し、当該保持状態が検出された場合には、前記速度制御器が前記可変速モータを減速する、請求項１に記載の油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置。
  3. 前記圧力保持状態検出器が前記圧力変動幅検出器により検出される前記吐出圧力の変動幅が第１閾値以下となる状態が所定時間継続するか否かを判定し、前記吐出圧力の変動幅が当該第１閾値以下となる状態が当該所定時間継続することを判定した場合には、前記保持状態を検出する、請求項２に記載の油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置。
  4. 前記圧力保持状態検出器が前記吐出圧力の保持状態を検出した場合には、前記速度制御器が前記可変速モータの回転数を第１回転数から当該第１回転数よりも低い第２回転数に切り替える、請求項２に記載の油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置。
  5. 前記油圧ポンプの運転装置は圧力低下検出器をさらに備え、
    前記圧力低下検出器が前記圧力検出器により検出される吐出圧力が第２閾値以下であるか否かを判定し、当該吐出圧力が当該第２閾値以下であることを判定した場合には、前記速度制御器が前記可変速モータの回転数を前記第１回転数に維持又は前記第２回転数から前記第１回転数に切り替える、請求項４に記載の油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置。
  6. 前記圧力変動幅検出器が前記圧力検出器により検出される吐出圧力をハイパスフィルタ処理することにより前記吐出圧力の変動幅を検出する、請求項１に記載の油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置。
  7. 前記油圧ポンプの運転装置は第１閾値演算器をさらに備え、
    前記速度制御器が前記可変速モータの回転数を前記第１回転数から前記第２回転数に切り替え、所定時間の間、前記圧力変動幅検出器が前記吐出圧力の変動幅を検出するとともに、前記第１閾値演算器が前記圧力変動幅検出器により検出される前記変動幅の下限値を検出し、当該検出した当該下限値に基づいて前記第１閾値を演算する、請求項１に記載の油圧システムにおける油圧ポンプの運転装置。
  8. 可変速モータと、
    前記可変速モータにより駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出器と、を備える油圧システムにおける油圧ポンプの運転方法であって、
    圧力変動幅検出器が前記圧力検出器により検出される吐出圧力の変動幅を検出し、
    前記検出した前記吐出圧力の変動幅に基づいて速度制御器が前記可変速モータの速度を制御する、油圧システムにおける油圧ポンプの運転方法。
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