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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