JP2013545941A

JP2013545941A - 産業工程用ハイブリッド油圧システム

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Publication number: JP2013545941A
Application number: JP2013534044A
Authority: JP
Inventors: ユエン，チンフゥイ; ガングリ，アンカー
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-12-26
Also published as: US9874233B2; CA2814728A1; EP2627906B1; KR20130125757A; CN103249950B; US20150361996A1; BR112013009154A2; US20120090308A1; CN103249950A; US8991167B2; EP2627906A1; WO2012051560A1

Abstract

負荷を駆動するための油圧駆動システムは、駆動軸と、駆動軸により駆動される第１及び第２油圧ポンプと、ａ）第２油圧ポンプが供給管路からアキュムレータへ作動油を送出する第１のモード、ｂ）第２油圧ポンプがアキュムレータから供給管路へ作動油を送出する第２のモード、ｃ）第２油圧ポンプが供給管路からリザーブタンクへ作動油を送出する第３のモード、及び、ｄ）第２油圧ポンプがリザーブタンクから供給管路へ作動油を送出する第４のモードを含む複数のモードで油圧駆動システムを制御する制御装置とを含んでいる。少なくとも第２油圧ポンプは可変容量形双方向ポンプである。

Description

従来の油圧システムでは、定容量形ポンプが１つ以上の負荷源に流体を供給している。負荷源の負荷要求は、負荷サイクルを通して変化する。定容量形ポンプには、負荷サイクル中に要求される最大の負荷に応じた容量のものが選ばれる。従って、負荷サイクルの大部分において、ポンプの容量は大き過ぎると考えられる。

（発明の態様）
本発明の形態は、繰り返しの負荷サイクル（つまり、作業サイクル）を有する油圧システムに関するものである。本油圧システムは、本システムの負荷部に流体を供給するための、少なくとも可変容量形ポンプと、少なくとも１つのアキュムレータを含んでいる。制御装置は、どの時点でアキュムレータが蓄圧或いは放圧されるのかを決定する。ある実施形態において、本システムは、可変容量形ポンプと直列につなげられた定容量形ポンプを更に含んでいる。

様々な追加の発明の形態が、後述の説明で示されている。発明の形態は、各個の特徴や特徴の組み合わせに関連することができる。上述した概略的な説明と後述する詳細な説明との双方が、単に模式的及び説明的であり、ここで開示される実施形態が基づく広い発明の概念を限定するものでないことは、理解されるであろう。

本発明の本質部分に係る、油圧システム例の負荷部に流体の流れを提供するように構成された定容量形ポンプを示す油圧回路図である。本発明の本質部分に係る、別の油圧システム例の負荷部に流体の流れを提供するように構成された可変容量形ポンプを示す油圧回路図である。本発明の本質部分に係る、別の油圧システム例の負荷部に、供給管路に沿って流体の流れを提供するように構成された可変容量形ポンプ装置を示す油圧回路図である。駆動モードと負荷要求との対応を示す図表である。図３の駆動回路において実施され得る、制御工程の一例４００の作業フローを示すフロー図である。駆動回路が蓄圧モードに設定された場合の、駆動回路を通る流体の流れを示す回路図である。駆動回路が排圧モードに設定された場合の、駆動回路を通る流体の流れを示す回路図である。駆動回路が通常モードに設定された場合の、駆動回路を通る流体の流れを示す回路図である。駆動回路が放圧モードに設定された場合の、駆動回路を通る流体の流れを示す回路図である。ある負荷サイクルを通しての負荷曲線例を有する油圧システム例の、各ポンプから供給管路Ｐｓへの流体の流れを経時的に示すグラフである。アキュムレータを有さない油圧駆動システム（三角印線）と、アキュムレータを有する油圧駆動システム（丸印線）とにおける、ポンプを操作するためにモータにより供給されるピーク動力の差を描いたグラフである。油圧システムの図３のポンプ装置の設計及びプログラムに係る、設計及び選択工程の作業フローの一例を示すフロー図である。

図１は、繰り返しの作業サイクルを有する負荷部１３０（例えば、射出成形機）に動力を供給するための、油圧駆動回路１００を示す油圧回路図である。この駆動回路１００は、油圧システムの一例としての負荷部１３０に、流体の流れを提供するように構成された定容量形ポンプ１１０を含んでいる。電子制御装置（ＥＣＵ）１１６は、ＶＦＤ１１４を管理するものである。

ポンプ１１０は、吸込口１１１と吐出口１１３とを有している。吸込口１１１はリザーブタンク（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ）１０５（すなわち、タンク）に接続し、吐出口１１３は流量制御弁１２０とリリーフ弁１２５に接続している。可変周波数制御部１１４（ＶＦＤ）を有するモータ１１２（例えば、電動モータ）は、リザーブタンク１０５から流体を吸い上げ、かつ、本システムに流量可変に流体を供給するように、ポンプ１１０を駆動するものである。リリーフ弁１２５は、余分な流量をリザーブタンク１０５へ回すことで、ポンプの出力圧（すなわち、油圧システム圧力）を調整する。流量制御弁１２０は、アクチュエータに提供される作動油の流量を調節する。ある実施形態では、流量制御弁１２０及びリリーフ弁１２５は比例弁である。

図示の例において、負荷部１３０は、第１の負荷源１３２、第２の負荷源１３４及び第３の負荷源１３６を有している。他の実施形態において、本油圧システムは、より多くの、或いは、より少ない負荷源を有していてもよい。ある実施形態では、負荷源１３２、１３４、１３６の各々が、装置のアクチュエータ（例えば、射出成形機、クランプ装置、スクリュー装置等）を含んでいる。各アクチュエータ１３２、１３４、１３６は、夫々、弁１３１、１３３、１３５を介して、流量制御弁１２０に接続されている。図示の例において、第１の弁１３１と第２の弁１３３とが３位置切替弁、第３の弁１３５が２位置切替比例弁である。しかしながら、他の実施形態では、弁１３１、１３３、１３５が所望の切替位置数を有していてもよい。

アクチュエータ１３２、１３４、１３６の各々は、アクチュエータ１３２、１３４、１３６がポンプ１１０からの流体の流れを必要とするアクティブ状態と、アクチュエータ１３２、１３４、１３６がポンプ１１０から分離される非アクティブ状態間を切り替わるものである。弁１３１、１３３、１３５は、アクチュエータ１３２、１３４、１３６との流体連通状態を開閉するために使用される。いくつかの実施形態では、常に負荷源１３２、１３４、１３６の１つのみがアクティブである。他の実施形態では、アクチュエータ１３２、１３４、１３６の複数が同時にアクティブであってもよい。ある実施形態では、アクチュエータ１３２、１３４、１３６が反復動作を実行することから、アクチュエータ１３２、１３４、１３６の各々により要求される負荷が、負荷サイクルに応じて変化する。

例えば、いくつかの実施形態において、本油圧システムは射出成形機を含んでいる。このようなシステムでは、第１の負荷源１３２が、クランプに動力を供給する油圧シリンダを有し、第２の負荷源１３４が、射出部のオーガを軸方向に移動させる油圧シリンダを有し、そして、第３の負荷源１３６が、その射出部のオーガを回転させる油圧モータを有している。しかしながら、他の実施形態では、各負荷源１３２、１３４、１３６が所望の種類の油圧アクチュエータを含んでいてもよい。負荷部１３０の装置は射出成形機として描かれているが、本発明の形態があらゆる種類の油圧駆動装置に適用できることは理解されるであろう。特に、本発明の形態は、作業サイクル上で装置により要求される流体の圧力負荷と流体の流量負荷とが、予め定められた変化量曲線に応じて変化するような繰り返しの作業サイクルを有する油圧装置に適している。

油圧駆動回路１００は、動力の供給と動力の消費とを効果的に一致させることができる構成を有しており、これによって、減速時の動力損失を低減させるものである。いくつかの実施形態では、１つ以上のアキュムレータ１５０が、流量制御弁１２０の上流側で油圧駆動回路１００に接続されていてもよい。他の実施形態では、１つ以上のアキュムレータ１５０が、流量制御弁１２０と並列に油圧駆動回路１００に接続されていてもよい。例えば、このような並列構成の駆動回路の１つの開示は、本発明の米国出願と同時出願で、タイトルが「ＨｙｄｒａｕｌｉｃＤｒｉｖｅＣｉｒｃｕｉｔｗｉｔｈＰａｒａｌｌｅｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ」である、同時係属中の米国特許出願第１３／２７３，５９６号（代理人の整理番号で１５７２０．０１２２ＵＳＵ１）で見出すことができる。前記の発明は、２０１０年１０月１８日に出願され、タイトルが「ＰａｒａｌｌｅｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ（ＰＡＩＡ) ｆｏｒＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇ」である、米国仮特許出願第６１／３９３，９６８号の利益を主張するものであり、双方の開示は参照によって本明細書に組み込まれることとなる。

概して、ＶＦＤ１１４は、負荷部１３０に特定の圧力及び流量で流体を供給するように、ポンプ１１０を駆動するものである。負荷サイクル中、負荷が第１の所定の閾値より低い場合、バルブ装置１５５は、吸い上げられた流体の一部をアキュムレータ１５０に充填させる。負荷サイクル中、要求された負荷が第２の所定の閾値より高い場合、バルブ装置１５５は、補助的な流体の流れが負荷部１３０に向かうように、アキュムレータ１５０を解放する。

負荷要求が第１と第２の閾値の間にある場合、アキュムレータ１５０は、本油圧システムの他の部位から分離されている（例えば、バルブ１５５によって）。アキュムレータ１５０が分離されている時、モータ１１２、ＶＦＤ１１４及びポンプ１１０は、定常動作を行う。ある実施形態では、負荷サイクルの大部分において、アキュムレータ１５０が本油圧システムの他の部位から分離されるように、第１及び第２の閾値が設定される。いくつかの実施形態では、特定の装置の、負荷サイクルと負荷要求とに基づく経験則に従い、第１及び第２の所定の閾値が設定される。

図２は、繰り返しの作業サイクルを有する負荷部２３０（例えば、射出成形機）に動力を供給するための、油圧駆動回路２００を示す油圧回路図である。この駆動回路２００は、別例の油圧システムの負荷部２３０に、流体の流れを提供するように構成された可変容量形ポンプ２１０を含んでいる。ポンプ２１０は、吸込口２１１と吐出口２１３とを有している。可変容量形ポンプ２１０は、吸込口２１１を介して供給タンク２０５から流体を吸い上げるものである。ＥＣＵ２１６は、吐出口２１３から本システムに選択的に流体の流れを供給するように、比例弁２１４を制御するものである。ポンプ２１０は、モータ２１２（例えば、電動モータ）により駆動され、負荷の検知信号ＬＳに基づいて流体の流れを変化させる。比例弁２１４より下流側の比例弁２２０は、可変容量形ポンプ２１０を負荷部２３０へ接続している。比例リリーフ弁２２５は、可変容量形ポンプ２１０からの過剰な流体が、タンク２０５に返送されることを可能にしている。

図示の例において、負荷部２３０は、第１の負荷源２３２、第２の負荷源２３４及び第３の負荷源２３６を有している。他の実施形態において、本油圧システムは、より多くの、或いは、より少ない負荷源を有していてもよい。ある実施形態では、負荷源２３２、２３４、２３６の各々が、装置のアクチュエータ（例えば、射出成形機、クランプ装置、スクリュー装置等）を含んでいる。各アクチュエータ２３２、２３４、２３６は、夫々、弁２３１、２３３、２３５を介して、流量制御弁２２０に接続されている。図示の例において、第１の弁２３１と第２の弁２３３とが３位置切替弁、第３の弁２３５が２位置切替比例弁である。しかしながら、他の実施形態では、弁２３１、２３３、２３５が所望の切替位置数を有していてもよい。

アクチュエータ２３２、２３４、２３６の各々は、アクチュエータ２３２、２３４、２３６がポンプ２１０からの流体の流れを必要とするアクティブ状態と、アクチュエータ２３２、２３４、２３６がポンプ２１０から分離される非アクティブ状態との間を切り替わるものである。弁２３１、２３３、２３５は、アクチュエータ２３２、２３４、２３６との流体連通状態を開閉するために使用される。いくつかの実施形態では、常に負荷源２３２、２３４、２３６の１つのみがアクティブである。他の実施形態では、アクチュエータ２３２、２３４、２３６の複数が同時にアクティブであってもよい。ある実施形態では、アクチュエータ２３２、２３４、２３６が繰り返しの反復動作を実行することから、アクチュエータ２３２、２３４、２３６の各々により要求される負荷が、負荷サイクルに応じて変化する。

例えば、いくつかの実施形態において、本油圧システムは射出成形機を含んでいる。このようなシステムでは、第１の負荷源２３２が、クランプに動力を供給する油圧シリンダを有し、第２の負荷源２３４が、射出部のオーガを軸方向に移動させる油圧シリンダを有し、そして、第３の負荷源２３６が、その射出部のオーガを回転させる油圧モータを有している。しかしながら、他の実施形態では、各負荷源２３２、２３４、２３６が所望の種類の油圧アクチュエータを含んでいてもよい。負荷部２３０の装置は射出成形機として描かれているが、本発明の形態があらゆる種類の油圧駆動装置に適用できることは理解されるであろう。特に、本発明の形態は、作業サイクル上で装置により要求される流体の圧力負荷と流体の流量負荷とが、予め定められた変化量曲線に応じて変化するような繰り返しの作業サイクルを有する油圧装置に適している。

油圧駆動回路２００は、動力の供給と動力の消費とを効果的に一致させることができる構成を有しており、これによって、減速時の動力損失を低減させるものである。アキュムレータ２５０は、比例弁２２０の上流側、かつ、比例リリーフ弁２２５の下流側で、油圧駆動回路２００に接続されている。いくつかの実施形態では、１つ以上のアキュムレータ２５０が、流量制御弁２２０の上流側で油圧駆動回路２００に接続されていてもよい。他の実施形態では、１つ以上のアキュムレータ２５０が、流量制御弁２２０と並列に油圧駆動回路２００に接続されていてもよい。例えば、このような並列構成の駆動回路の１つの開示は、本発明の米国出願と同時出願で、タイトルが「ＨｙｄｒａｕｌｉｃＤｒｉｖｅＣｉｒｃｕｉｔｗｉｔｈＰａｒａｌｌｅｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ」である、同時係属中の米国特許出願第１３／２７３，５９６号で見出すことができる。前記の発明は、２０１０年１０月１８日に出願され、タイトルが「ＰａｒａｌｌｅｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ（ＰＡＩＡ) ｆｏｒＥｎｅｒｇｙＳａｖｉｎｇ」である、米国仮特許出願第６１／３９３，９６８号の利益を主張するものであり、双方の開示は参照によって組み込まれるものである。

概して、可変容量形ポンプ２１０は、負荷の検知信号ＬＳに基づいて、本油圧システム２００の負荷部２３０に適切な流体の流れを提供するものである。負荷サイクル中、要求された負荷が第１の所定の閾値より低い場合、バルブ装置２５５は、吸い上げられた流体の一部をアキュムレータ２５０に充填させる。負荷サイクル中、要求された負荷が第２の所定の閾値より高い場合、バルブ装置２５５は、補助的な流体の流れが負荷部２３０に向かうように、アキュムレータ２５０を解放する。

負荷要求が第１と第２の閾値の間にある場合、アキュムレータ２５０は、バルブ装置２５５によって、本油圧システムの他の部位から分離される。アキュムレータ２５０が分離されている時、可変容量形ポンプ２１０は定常動作を行う。ある実施形態では、負荷サイクルの大部分において、アキュムレータ２５０が本油圧システム２００の他の部位から分離されるように、第１及び第２の閾値が設定される。いくつかの実施形態では、特定の装置の、負荷サイクルと負荷要求とに基づく経験則に従い、第１及び第２の所定の閾値が設定される。

図３は、繰り返しの作業サイクルを有する負荷部３３０（例えば、射出成形機）に動力を供給するための、油圧駆動回路３００を示す油圧回路図である。この駆動回路３００は、供給管路Ｐｓを通じて別例の油圧システムの負荷部３３０に、流体の流れを提供するように構成された可変容量形ポンプ装置３０１を含んでいる。いくつかの実施形態において、負荷部３３０は、図１の負荷部１３０或いは図２の負荷部２３０と同様である。しかしながら、他の実施形態において、負荷部３３０は、所望の数及び／又は種類の負荷源を含んでいてもよい。可変容量形ポンプ装置３００は、リザーブタンク３０５から流体を吸い上げ、過剰な流体をリザーブタンク３０５に送り出すものである。

可変ポンプ装置３００は、少なくとも第１ポンプ３１２と第２ポンプ３１４とを、駆動軸３１９によって駆動するモータ３１０（例えば、電動モータ）を有している。少なくとも第２ポンプ３１４は双方向ポンプである。ある実施形態において、第２ポンプ３１４は可変容量形ポンプである。図示の例では、第１ポンプ３１２は、定容量形の１方向ポンプである。他の実施形態では、第１ポンプ３１２が可変容量形ポンプであってもよい。更に別の実施形態では、ポンプ装置３００が補助ポンプ（例えば、定容量形ポンプ及び／又は可変容量形ポンプ）を含んでいてもよい。ポンプ装置３００のポンプ３１２、３１４は、供給管路Ｐｓと直列に接続されている。

モータ３１０は、ポンプ吸込口３１１よりタンク３０５から流体を吸い上げ、かつ、ポンプ吐出口３１３から負荷部３３０に流体を供給するように、第１ポンプ３１２を常に駆動している。双方向の可変容量形ポンプ３１４は、第１ポート３１５と第２ポート３１７とを有している。モータ３１０は、第１ポンプ３１２と共に、更に可変容量形ポンプ３１４を常に駆動している。もっとも、可変容量形ポンプ３１４は双方向であるため、ポート３１５、３１７の各々が、吸込口或いは吐出口として交互に機能してよいものである。

ＥＣＵ３１６は、可変容量形ポンプ３１４が流体を第１の方向に向けて流す場合、及び、第２ポンプ３１４が流体を第２の方向に向けて流す場合の制御を行う、制御信号Ｕ１を提供する。制御信号Ｕ１が第２ポンプ３１４に流体を第１の方向に向けて流させる場合、第２ポンプ３１４は、第２ポート３１７を通るポンプ供給管路Ｐｓからの流体（すなわち、タンク３０５から第１ポンプ３１２により採取された流体）を、第１ポート３１５を通して送油管路Ｆに向けて流すものである。一方、制御信号Ｕ１が第２ポンプ３１４に流体を第２の方向に向けて流させる場合、第２ポンプ３１４は、第１ポート３１５を通る送油管路Ｆからの流体を、第２ポート３１７を通してポンプ供給管路Ｐｓに向けて流すこととなる。

３位置方向弁３２０は、送油管路Ｆを、タンク３０５と、少なくとも１つのアキュムレータ３４０を含むアキュムレータ装置とに、選択的につなげるものである。更に、ある種の方向弁３２０は、送油管路Ｆを、タンク３０５とアキュムレータ装置との双方から選択的に分離するものとなる。方向弁３２０は、送油ポート３２１、アキュムレータポート３２３及びリザーブタンクポート３２５を有している。図示の例では、方向弁３２０が３つの位置間を移動するように構成されている。中立（例えば、中間）位置では、方向弁３２０は、ポート３２１、３２３、３２５の何れも接続しない。従って、弁３２０は、アキュムレータ装置又はタンク３０５の何れにも、送油管路Ｆを流体的につなげないこととなる。左側に移動した場合、方向弁３２０は、送油ポート３２１をアキュムレータポート３２３に接続し、これによって、送油管路Ｆがアキュムレータ装置に流体的につなげられる。右側に移動した場合、方向弁３２０は、送油ポート３２１をリザーブタンクポート３２５に接続し、これによって、送油管路Ｆがリザーブタンク３０５に流体的につなげられる。

図３の例では、アキュムレータ装置が１つのアキュムレータ３４０を有している。しかしながら、他の実施形態では、アキュムレータ装置が、本発明の米国出願と同時出願で、タイトルが「ＨｙｄｒａｕｌｉｃＤｒｉｖｅＣｉｒｃｕｉｔｗｉｔｈＰａｒａｌｌｅｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄＡｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ」であり、双方の開示が上記参照によって組み込まれる、同時係属中の米国特許出願第１３／２７３，５９６号に示されているように、１群のアキュムレータを含んでいてもよい。更に、上記の出願は、駆動回路３００に利用できる、アキュムレータ装置のための並列構成を開示するものである。

ある実施形態では、ＥＣＵ３１８で生成された制御信号Ｕ２により制御されるソレノイド３２２によって、方向弁３２０が駆動される。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ３１８とＥＣＵ３１６とが同一である。他の実施形態では、２つの別個のＥＣＵ３１６、３１８が提供されていてもよい。更にある実施形態では、方向弁３２０が１方向或いは両方向にばね付勢されていてもよい（ばね３２４参照）。

概して、第１ポンプ３１２と第２ポンプ３１４とは、負荷部３３０により使用するために、協働して供給管路Ｐｓに流体を供給する。第１ポンプ３１２は、タンク３０５から負荷部３３０へ一定の流体の流れを供給するものである。第２ポンプ３１４は、駆動回路３００の駆動モードに依存して、リザーブタンク３０５からの流体を動力供給管路Ｐｓに向けて流し、アキュムレータ３４０からの流体を動力供給管路Ｐｓに向けて流し、第１ポンプ３１２から吐出された一部の流体をアキュムレータ３４０に向けて流し、或いは、ポンプ３１４からの流体をリザーブタンク３０５に向けて流すものである。駆動モードは、負荷サイクル中のどの時間においても、要求される負荷に基づいて変化する。

図４は、駆動モードと負荷要求との対応を示す図表である。図示のように、負荷部１３０が低負荷要求をする場合（例えば、負荷部１３０の負荷要求が第１の閾値Ｔ１より低い場合）、ＥＣＵ３１６は、送油管路Ｆから供給管路Ｐｓへの第１の方向に流体を流すように、第２ポンプ３１４に命じる内容の、制御信号Ｕ１を提供する。低動力要求の間、駆動回路３００は、蓄圧モードか排圧モードの何れかに設定できる。蓄圧モードに設定された場合、ＥＣＵ３１８は、送油管路Ｆをアキュムレータ３４０に接続するように、方向弁３２０に命じる内容の、制御信号Ｕ２を提供する。排圧モードに設定された場合、ＥＣＵ３１８は、送油管路Ｆをリザーブタンク３０５に接続するように、方向弁３２０に命じる内容の、制御信号Ｕ２を提供する。

負荷部１３０が標準負荷要求をする場合（例えば、負荷部１３０の負荷要求が第１の閾値Ｔ１より高く、かつ、第２の閾値Ｔ２より低い場合）、ＥＣＵ３１６は、供給管路Ｐｓから送油管路Ｆへの第２の方向に流体を流すように、第２ポンプ３１４に命じる内容の、制御信号Ｕ１を提供する。ＥＣＵ３１８は、送油管路Ｆをリザーブタンク３０５に接続するように、方向弁３２０に命じる内容の、制御信号Ｕ２を提供する。従って、第２ポンプ３１４は、タンク３０５から効率的に流体を吸い上げ、第１ポンプ３１２により供給されている流体に加えて、供給管路Ｐｓに向けて流体を流すこととなる。

負荷部１３０が高負荷要求をする場合（例えば、負荷部１３０の負荷要求が第２の閾値Ｔ２より高い場合）、ＥＣＵ３１６は、供給管路Ｐｓから送油管路Ｆへの第２の方向に流体を流すように、第２ポンプ３１４に命じる内容の、制御信号Ｕ１を提供する。ＥＣＵ３１８は、送油管路Ｆをアキュムレータ３４０に接続するように、方向弁３２０に命じる内容の、制御信号Ｕ２を提供する。従って、第２ポンプ３１４は、アキュムレータ３４０から効率的に流体を吸い上げ、第１ポンプ３１２により供給されている流体に加えて、供給管路Ｐｓに向けて流体を流すこととなる。

図５は、図３の駆動回路３００が実施され得る、制御工程の一例４００の作業フローを示すフロー図である。いくつかの実施形態において、制御工程の一例４００は、１つ以上の電子制御装置（例えば、図３のＥＣＵ３１６とＥＣＵ３１８）により実行される。他の実施形態において、制御工程の一例４００は、他の電子プロセッサにより実行されてもよい。制御工程の一例４００は、開始ステップ（a start module）４０２で始まり、任意の適切な初期化手続を行って、取得作業ステップ４０４に移行する。

取得作業ステップ４０４では、本油圧システムのための現在の負荷要求を確定する。いくつかの実施形態において、取得作業ステップ４０４では、クロックタイムを本油圧システムの所定の負荷サイクルと比較する。他の実施形態において、取得作業ステップ４０４では、所定の負荷サイクルに関する本システムの現在の状態を示す制御信号を受信する。他の実施形態において、取得作業ステップ４０４では、本油圧システム内の１つ以上の測定器を用いて、流体の圧力と流体の流量とを測定する。

１つ目の判定ステップ（A first determination module）４０６では、現在の負荷要求が第１の所定の閾値Ｔ１よりも低いか否かを判定する。現在の負荷要求が第１の所定の閾値Ｔ１よりも低い場合（Ｙ）は、１つ目のポンプ位置操作ステップ４０８により、第２ポンプ３１４が流体を第１の方向に流すようにさせる。例えば、ＥＣＵ３１６は、第２ポンプ３１４が流体を供給管路Ｐｓから送油管路Ｆに向けて流すように、制御信号Ｕ１を第２ポンプ３１４に送信してもよい。

２つ目の判定ステップ（A second determination module）４１０では、アキュムレータ（例えば、図３のアキュムレータ３４０）が満充填されているかを判定する。アキュムレータ３４０が満充填されていない場合（Ｎ）は、送油管路Ｆがアキュムレータ３４０に蓄圧のために接続されるように、１つ目の弁位置操作ステップ４１２により方向弁３２０を移動する。例えば、ＥＣＵ３１８は、図３の方向弁３２０が左側へ移動するように、符号３２２のソレノイドを制御してもよい。従って、第２ポンプ３１４は、供給管路Ｐｓから流体を吸い上げ、送油管路Ｆを介してアキュムレータ３４０へ流体を送り込むこととなる。本制御工程４００は、任意の適切な完了手続を行い、停止ステップ４２０（a stop module 422）で終了となる。

例えば、図６は、駆動回路３００が蓄圧モードに設定された場合の、駆動回路３００を通る流体の流れを示す回路図である。図６において、ＥＣＵ３１６は、流体を供給管路Ｐｓから送油管路Ｆに向けて流すように、第２ポンプ３１４に命じている。ＥＣＵ３１８は、送油管路ポート３２１をアキュムレータポート３２３に接続する如く方向弁３２０が移動するように、符号３２２のソレノイドに命じている。従って、流体は、第１ポンプ３１２から供給管路Ｐｓへ流れている。第１ポンプ３１２からの流体の一部は、第２ポンプ３１４により供給管路Ｐｓから吸い上げられ、アキュムレータ３４０に向けて流されている。流体が第１の方向に流れ、弁の接続は、図６に示されるように、送油ポート３２１からアキュムレータポート３２３に達する。もっとも、この接続が第２ポンプ３１４の方向に基づいて双方向に流通可能なことは理解されるであろう。

図５に戻って参照すると、２つ目の判定ステップ４１０において、アキュムレータ３４０が満充填されていると判定された場合（Ｙ）は、送油管路Ｆがリザーブタンク３０５に接続されるように、２つ目の弁位置操作ステップ４１４により方向弁３２０を移動する。例えば、ＥＣＵ３１８は、図３の方向弁３２０が右側へ移動するように、符号３２２のソレノイドを制御してもよい。従って、第２ポンプ３１４は、供給管路Ｐｓから流体を吸い上げ、送油管路Ｆを介してタンク３０５へ流体を送り出すこととなる。本制御工程４００は、任意の適切な完了手続を行い、停止ステップ４２０（a stop module 424）で終了となる。

例えば、図７は、駆動回路３００が排圧モードに設定された場合の、駆動回路３００を通る流体の流れを示す回路図である。図７において、ＥＣＵ３１６は、流体を供給管路Ｐｓから送油管路Ｆに向けて流すように、第２ポンプ３１４に命じている。ＥＣＵ３１８は、送油ポート３２１をリザーブタンクポート３２５に接続する如く方向弁３２０が移動するように、符号３２２のソレノイドに命じている。流体が第１の方向に流れ、弁の接続は、図７に示されるように、送油ポート３２１からリザーブタンクポート３２５に達する。もっとも、この接続が第２ポンプ３１４の方向に基づいて双方向に流通可能なことは理解されるであろう。

図７に示されている駆動システム３００の一例において、流体は第１ポンプ３１２から供給管路Ｐｓへ流れている。第１ポンプ３１２からの流体の一部は、第２ポンプ３１４により供給管路Ｐｓから吸い上げられ、リザーブタンク３０５に向けて流されている。或いは、他の実施形態において、ＥＣＵ３１６は、リザーブタンク３０５から流体を吸い上げるために第２の方向に流体を送出するように、第２ポンプ３１４に命じてもよい。更に別の実施形態において、ＥＣＵ３１８は、アキュムレータ３４０とリザーブタンク３０５との両者を送油管路Ｆから分離するように、弁３２０を移動させてもよい。

図５に戻って参照すると、１つ目の判定ステップ４０６において、現在の負荷要求が第１の閾値を越えていると判定された場合（Ｎ）は、２つ目のポンプ位置操作ステップ４１６により、第２ポンプ３１４が流体を第２の方向に流すようにさせる。例えば、ＥＣＵ３１６は、第２ポンプ３１４が流体を送油管路Ｆから供給管路Ｐｓに向けて流すように、制御信号Ｕ１を第２ポンプ３１４に送信してもよい。

３つ目の判定ステップ（A third determination module）４１８では、現在の負荷要求が第２の所定の閾値Ｔ２を超えているか否かを判定する。現在の負荷要求が第２の閾値を超えていない場合（Ｎ）は、送油管路Ｆがリザーブタンク３０５に接続されるように、２つ目の弁位置操作ステップ４１４により方向弁３２０を移動する。第２ポンプ３１４は、送油管路Ｆを介してタンク３０５から流体を吸い上げ、供給管路Ｐｓ内へ流体を送出する。従って、第１及び第２ポンプ３１２、３１４は、リザーブタンク３０５から負荷部３３０へ、協働して流体を供給することとなる。本制御工程４００は、任意の適切な完了手続を行い、停止ステップ４２０（a stop module 424）で終了となる。

例えば、図８は、駆動回路３００が通常モードに設定された場合の、駆動回路３００を通る流体の流れを示す回路図である。図８において、ＥＣＵ３１６は、流体を送油管路Ｆから供給管路Ｐｓに向けて流すように、第２ポンプ３１４に命じている。ＥＣＵ３１８は、送油ポート３２１をリザーブタンクポート３２５に接続する如く方向弁３２０が移動するように、符号３２２のソレノイドに命じている。従って流体は、第１ポンプ３１２から、及び、第２ポンプ３１４から、供給管路Ｐｓへ流れている。第２ポンプ３１４は、リザーブタンク３０５から流体を吸い上げている。

しかしながら、現在の負荷要求が第２の閾値を超えている場合（Ｙ）は、送油管路Ｆがアキュムレータ３４０に放圧のために接続されるように、１つ目の弁位置操作ステップ４１２により方向弁３２０を移動する。従って、第２ポンプ３１４は、送油管路Ｆを介してアキュムレータ３４０から流体を吸い上げ、供給管路Ｐｓ内へ流体を送り込むこととなる。本制御工程４００は、任意の適切な完了手続を行い、停止ステップ４２０（a stop module 422）で終了となる。

例えば、図９は、駆動回路３００が放圧モードに設定された場合の、駆動回路３００を通る流体の流れを示す回路図である。図９において、ＥＣＵ３１６は、流体を送油管路Ｆから供給管路Ｐｓに向けて流すように、第２ポンプ３１４に命じている。ＥＣＵ３１８は、送油ポート３２１をアキュムレータポート３２３に接続する如く方向弁３２０が移動するように、符号３２２のソレノイドに命じている。従って流体は、第１ポンプ３１２から、及び、第２ポンプ３１４から、供給管路Ｐｓへ流れている。第２ポンプ３１４は、アキュムレータ３４０から流体を吸い上げている。

図１０は、ある負荷サイクルにおける負荷曲線例を有する油圧システム例の、経過時間（ｓ）に対する、各ポンプ３１２、３１４から供給管路Ｐｓへの流体の流れ（Ｌ／ｍ）を示しているグラフ８００である。このグラフの値は、数値シミュレーションで規定されたものである。グラフ８００が、様々な駆動モード中の流体の流れの、概略的な傾向を描写するように示されているため、シミュレーションから得られた生データは、本発明にとって重要ではない。

グラフ８００は、負荷サイクルの全体にわたって一定である、第１ポンプ３１２の流量（丸印線）と共に、負荷サイクルを通して変化する第２ポンプ３１４の送流量（三角印線）を示している。とりわけ、第２ポンプ３１４の流量は、負荷サイクルの一部区間で、ゼロ（例えば、０ｍＬ／ｓｅｃ）以下に下がっている。図８で示したように、第２ポンプ３１４が流体を送油管路Ｆから供給管路Ｐｓへ流す場合（例えば、第２ポンプ３１４がリザーブタンク３０５或いはアキュムレータ３４０から流体を吸い上げているとき）には、第２ポンプ３１４の流量は正である。第２ポンプ３１４が流体を供給管路Ｐｓから送油管路Ｆへ流す場合（例えば、アキュムレータ３４０を蓄圧するために）には、第２ポンプ３１４の流量は負である。

システムの負荷サイクルの時間中、負荷部３３０の負荷要求が第１の所定の閾値よりも低い場合、ＥＣＵ３１６は、第２ポンプ３１４に流体を供給管路Ｐｓから送油管路Ｆへ流させる内容の、制御信号Ｕ１を提供する。更に、ＥＣＵ３１８は、方向弁３２０に送油管路Ｆをアキュムレータ３４０へ接続させる内容の、第２の制御信号Ｕ２を提供する。従って、第２ポンプ３１４は、アキュムレータ３４０を蓄圧するために、供給管路Ｐｓからの流体の少なくとも一部を、送油管路Ｆを通してアキュムレータ３４０へ向けて効果的に流すこととなる。

図１１は、アキュムレータを有さない油圧駆動システム（三角印線）と、アキュムレータを有する油圧駆動システム（丸印線）とにおける、ポンプ３１２、３１４を操作するためにモータ３１０により供給されるピーク動力の差を描いているグラフ７００である。このグラフの値は、ある負荷サイクルにおける負荷曲線例を有する油圧システム例のための、数値シミュレーションで規定されたものである。グラフ７００は、アキュムレータ３４０の付加が、モータ３１０に必要な動力に、どのように概略的に影響するのかを描写するように示されているため、シミュレーションから得られた生データは、本発明にとって重要ではない。

確認できるように、電動モータは、アキュムレータ３４０が利用されない場合に、駆動回路３００のポンプ３１２、３１４を操作するための、第１レベルの動力Ｐ１を出力する。電動モータは、アキュムレータ３４０が利用される場合に、駆動回路３００のポンプ３１２、３１４を操作するための、第２レベルの動力Ｐ２を出力する。第２の動力レベルＰ２は、第１の動力レベルＰ１よりも低くなっている（矢印参照）。従って、アキュムレータ３４０が駆動回路３００に追加される場合、モータ３００のサイズは、駆動回路３００がアキュムレータ３４０を含まない場合に必要とするモータ３００と比較して、小さくしてもよい。モータのサイズを小さくすることには、多数の利点がある。第１に、より小さなモータは、購入と維持のコストが低い傾向にある。第２に、モータによって出力する必要がある動力範囲の縮小は、モータに、その理想的な動作範囲内でのより頻繁な動作を可能にさせて、モータの効率を上げることとなる。

図１２は、油圧システムの図３のポンプ装置３００の設計及びプログラムに係る、設計及び選択工程の一例５００の作業フローを示すフロー図である。例えば、いくつかの実施形態において、この選択工程５００は、ＥＣＵ３１６、３１８のプログラムを作るために用いられてもよい。ある実施形態では、選択工程５００は、ポンプ３１２、３１４の容量決めに用いられてもよい。選択工程の一例５００は、開始ステップ（a start module）５０２で始まり、任意の適切な初期化手続を行って、取得作業ステップ５０４に移行する。取得作業ステップ５０４では、本油圧システムのための負荷曲線（load profile）を取得する。この負荷曲線は、本油圧システムの負荷サイクルにわたる、本油圧システムの負荷部の負荷要求に係る変化を示すものである。例えば、いくつかの実施形態において、取得作業ステップ５０４では、必要な動力をマッピングするために本油圧システムの数値シミュレーションを実行する。

算出作業ステップ５０６では、本油圧システムの負荷サイクル中に要求される負荷の、平均値又は中央値を求める。容量決め作業ステップ５０８では、負荷要求の平均値又は中央値に応じて、ポンプ装置３００に必要な容量を決定する。例えば、容量決め作業ステップ５０８では、第１ポンプ３１２に適切な容量と、第２ポンプ３１４に適切な容量とを決定する。いくつかの実施形態では、容量決め作業ステップ５０８において、平均負荷以上ではあるが、最大要求負荷よりはかなり低い供給を行うように作られたポンプ３１２、３１４を選択する。他の実施形態では、容量決め作業ステップ５０８において、平均的な負荷を供給するように作られたポンプ３１２、３１４を選択する。

２番目の取得作業ステップ５１０では、選択したポンプ３１２、３１４を含んだ本油圧システムのための、負荷サイクルにわたっての流量曲線（floe profile）を取得する。この流量曲線は、アキュムレータ無しで、作業ステップ５０８において容量決めされたポンプ３１２、３１４を使用した状態に基づくものである。例えば、いくつかの実施形態において、２番目の取得作業ステップ５１０では、ポンプ３１２、３１４から本油圧システムの負荷部３３０への流体の流れをマッピングするために、本油圧システムの数値シミュレーションを実行する。

２番目の算出作業ステップ５１２では、動力曲線と流量曲線とに基づいて、適切な第１の動力閾値Ｔ１と、適切な第２の動力閾値Ｔ２とを求める。本油圧システムの制御装置は、負荷要求が第１の閾値以下に下がった場合にアキュムレータ３４０を蓄圧するように、かつ、負荷要求が第２の閾値以上まで上昇した場合にアキュムレータ３４０を放圧するように設定される。制御装置は、負荷要求が第１と第２の閾値の間である場合、アキュムレータ３４０を分離する。第１の閾値Ｔ１は、ＶＤＰポンプシステムに必要とされる最低の動力ピークよりも低い値に設定される。第２の閾値Ｔ２は、ＶＤＰポンプシステムに必要とされる最大の動力ピークよりも低いが、より低いピークよりは十分に高い値に設定される。ある実施形態では、本油圧システムが必要とする動力が、負荷サイクルの大部分において通常負荷の範囲内になるように、閾値Ｔ１、Ｔ２が設定される。

本システムの流れの制約（例えば、第１及び第２の閾値Ｔ１、Ｔ２）は、テスト作業ステップ５１４において評価される。例えば、テスト作業ステップ５１４では、本油圧システムのための、負荷サイクルにわたる別の数値シミュレーションを実行してもよい。テスト作業ステップ５１４で実行される数値シミュレーションにおいて、本システムは、ポンプ３１２、３１４の双方と、アキュムレータ３４０を含んでいる。数値シミュレーション内のアキュムレータ３４０は、第１及び第２の閾値に基づいて、蓄圧され、分離され、そして放圧される。

判定ステップ（A determination module）５１６では、テスト作業ステップ５１４において、流れの１つ以上の制約に対して実行した数値シミュレーションの結果をチェックする。例えば、いくつかの実施形態では、判定ステップ５１６において、負荷サイクルを通してのアキュムレータ３４０内での圧力変化が下記の等式を満たすように、蓄圧中にアキュムレータ３４０に向けられた流体の総量が、放圧中にアキュムレータ３４０に向けられた流体の総量と略等しいかをチェックする。

判定ステップ５１６において、蓄圧中にアキュムレータ３４０へ送られた流体の量が、負荷サイクル中にアキュムレータ３４０からの放圧を要求された流体の量と、少なくとも同じぐらいになるように、第１の閾値が十分に高く設定されたと判定した場合（Ｙ）、本選択工程５００は、任意の適切な完了手続を行い、停止ステップ（a stop module）５１８で終了となる。しかしながら、判定モジュール５１６において、不十分な量の流体が蓄圧中にアキュムレータ３４０へ送られたと判定した場合（Ｎ）は、調整作業ステップ５２０で第１の閾値が上げられた後、本選択工程５００は、テスト作業ステップ５１４へ復帰して再実行される。

上述した明細事項、例及びデータは、本発明の構成の製造及び使用に係る全ての説明を提供している。本発明の趣旨及び範囲から外れずに、本発明の多くの実施例を作ることができるため、本発明は別記のクレームに属するものとする。

１０５、２０５、３０５：リザーブタンク、１１０：定容量形ポンプ、１１４：可変周波数制御部（ＶＦＤ）、１２０、２２０：流量制御弁（比例弁）、１２５：リリーフ弁、１３０、２３０、３３０：負荷部、１５０、２５０：アキュムレータ、２１０：可変容量形ポンプ、２１２：モータ、２１４：比例弁、２２５：比例リリーフ弁、３１０：モータ、３１１：吸込口、３１２：第１ポンプ、３１３：吐出口、３１４：第２ポンプ、３１５：第１ポート、３１６：電子制御装置（ＥＣＵ）、３１７：第２ポート、３１８：電子制御装置（ＥＣＵ）、３１９：駆動軸、３２０：３位置方向弁、３２１：送油ポート、３２３：アキュムレータポート、３２５：リザーブタンクポート、３４０：アキュムレータ、Ｐｓ：供給管路、Ｔ１：第１の閾値、Ｔ２：第２の閾値

Claims

負荷部を駆動するための油圧駆動システムであって、
駆動軸と、
該駆動軸により駆動される第１及び第２油圧ポンプとを含み、少なくとも前記第２油圧ポンプは可変容量形双方向ポンプであり、前記第１油圧ポンプは、前記負荷部に接続する供給管路と流体連通状態にある吐出口と、リザーブタンクと流体連通状態にある吸込口とを有し、前記第２油圧ポンプは、前記供給管路と流体連通状態にある第１ポンプポートと、前記リザーブタンク及び作動油アキュムレータと選択的に流体連通状態になる第２ポンプポートとを有し、
ａ）前記第２油圧ポンプにより前記供給管路から前記アキュムレータへ油圧油を送出する第１のモードと、ｂ）前記第２油圧ポンプにより前記アキュムレータから前記供給管路へ油圧油を送出する第２のモードと、ｃ）前記第２油圧ポンプにより前記供給管路から前記リザーブタンクへ油圧油を送出する第３のモードと、ｄ）前記第２油圧ポンプにより前記リザーブタンクから前記供給管路へ油圧油を送出する第４のモードと、を含む複数のモードで当該油圧駆動システムを制御する制御装置を含むことを特徴とする油圧駆動システム。
前記制御装置は、前記負荷が所定の下限閾値よりも低くかつ前記アキュムレータが満充填でない場合に、前記第１のモードで当該油圧駆動システムを制御することを特徴とする請求項１記載の油圧駆動システム。
前記制御装置は、前記負荷が所定の上限閾値よりも高い場合に、前記第２のモードで当該油圧駆動システムを制御することを特徴とする請求項２記載の油圧駆動システム。
前記制御装置は、前記負荷が所定の下限閾値よりも低くかつ前記アキュムレータが満充填である場合に、前記第３のモードで当該油圧駆動システムを制御することを特徴とする請求項１記載の油圧駆動システム。
前記制御装置は、前記負荷が前記所定の上限閾値と前記所定の下限閾値との間である場合に、前記第４のモードで当該油圧駆動システムを制御することを特徴とする請求項３記載の油圧駆動システム。
前記駆動軸が電動モータにより回転されることを特徴とする請求項１記載の油圧駆動システム。
前記第１油圧ポンプが定容量形油圧ポンプであることを特徴とする請求項１記載の油圧駆動システム。
前記制御装置は、前記第２ポンプポートと流体連通状態の第１弁ポートと、前記アキュムレータと流体連通状態の第２弁ポートと、前記リザーブタンクと流体連通状態の第３弁ポートとを有する方向弁を含むことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動システム。
前記弁は、前記第１弁ポートが前記第３弁ポートに接続され、前記アキュムレータが前記第１弁ポートから分離される第１位置と、前記第２弁ポートと前記第３弁ポートとが前記第１弁ポートから分離される第２位置と、前記第１弁ポートが前記第２弁ポートに接続され、前記第３弁ポートが前記第１弁ポートから分離される第３位置とを有する３位置弁であることを特徴とする請求項８記載の油圧駆動システム。
負荷部を駆動する油圧駆動システムを制御するための方法であって、
前記油圧駆動システムは、共通の軸により駆動される第１及び第２油圧ポンプを含み、少なくとも前記第２ポンプは双方向ポンプであり、
前記負荷が上限閾値と下限閾値との間である場合に、前記２つの油圧ポンプにより作動油をリザーブタンクから供給管路へ送出し、
前記負荷が前記下限閾値より低い場合に、前記第２油圧ポンプにより作動油を前記供給管路からアキュムレータへ送出し、
前記負荷が前記上限閾値より高い場合に、前記第２油圧ポンプにより作動油を前記アキュムレータから前記供給管路へ送出することを含むことを特徴とする方法。
更に、前記負荷が前記下限閾値より低くかつ前記アキュムレータが満充填である場合に、前記第２油圧ポンプにより作動油を前記供給管路から前記リザーブタンクへ送出することを特徴とする請求項１０記載の方法。
前記第１油圧ポンプが定容量形ポンプであり、前記第２油圧ポンプが可変容量形ポンプであることを特徴とする請求項１０記載の方法。
負荷部に動力を供給するための油圧駆動システムであって、
ａ）電動モータにより駆動される可変容量形ポンプと、ｂ）可変周波数制御部により駆動される定容量形ポンプとから成るグループから選択され、供給管路に作動油を送出するためのポンプ装置と、
作動油アキュムレータと、
選択的に、該作動油アキュムレータを前記ポンプ装置と流体連通状態に接続するための、かつ、前記作動油アキュムレータを前記ポンプ装置から分離するための弁とを含むことを特徴とする油圧駆動システム。
前記ポンプ装置は、前記電動モータにより駆動される前記可変容量形ポンプを含み、該可変容量形ポンプの下流側で前記供給管路に沿って、第１及び第２の比例流量弁が直列に配置されていることを特徴とする請求項１３記載の油圧駆動システム。
前記アキュムレータは、前記第１及び第２の比例流量弁の間の位置で前記供給管路に接続していることを特徴とする請求項１４記載の油圧駆動システム。
前記アキュムレータと前記第１の比例流量弁との間の位置で前記供給管路に接続しているリリーフ弁を更に含むことを特徴とする請求項１５記載の油圧駆動システム。
前記ポンプ装置は、前記可変周波数駆動部により駆動される前記定容量形ポンプを含み、該定容量形ポンプの下流側で前記供給管路上に、比例流量弁が配置され、前記アキュムレータが、前記比例流量弁と前記定容量形ポンプとの間で前記供給管路に接続していることを特徴とする請求項１３記載の油圧駆動システム。
前記アキュムレータと前記定容量形ポンプとの間の位置で前記供給管路に接続しているリリーフ弁を更に含むことを特徴とする請求項１７記載の油圧駆動システム。
前記ポンプ装置は、第１ポンプと第２ポンプとを含み、該第２ポンプが前記電動モータにより駆動される前記可変容量形ポンプであり、該可変容量形ポンプが双方向ポンプであり、前記第１及び第２ポンプの双方は、共通の駆動軸により駆動され、かつ、前記供給管路と流体連通状態の第１ポートを有し、前記第２ポンプは、前記油圧油アキュムレータと選択的に流体連通可能となる第２ポートを有していることを特徴とする請求項１３記載の油圧駆動システム。
前記第１ポンプは、リザーブタンクと常に流体連通状態にある第２ポートを有し、前記第２ポンプの前記第２ポートは、前記リザーブタンクと選択的に流体連通可能であることを特徴とする請求項１９記載の油圧駆動システム。