JP2019060453A - 異常検知装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】流体圧アクチュエータの異常を検知可能な異常検知装置を提供する。【解決手段】本発明の流体圧アクチュエータAの異常検知装置1は、伸縮縮可能な流体圧アクチュエータAの変位を検知する変位検知部2と、流体圧アクチュエータAにおけるポンプPを駆動するモータMの動作量を検知する動作量検知部3と、変位と動作量とに基づいて流体圧アクチュエータAの異常を検知する異常検知部4とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、流体圧アクチュエータの異常を検知する異常検知装置に関する。
油圧アクチュエータは、一般的には、シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画した伸側室と圧側室と、ポンプが吐出する作動油を伸側室と圧側室へ選択的に供給する切換弁と、ポンプを駆動するモータとを備えている。
このような油圧アクチュエータを駆動制御する場合、たとえば、伸切や縮切を検知するリミットスイッチを設けて、リミットスイッチで油圧アクチュエータの伸切或いは縮切を検知するとモータの駆動を停止させる方法がとられる(たとえば、特許文献1参照)。
従来の油圧アクチュエータにあっては動作には何ら問題はないものの、シリンダとピストンとの間で作動油中のコンタミナントを噛み込むなどしてシリンダに対してピストンが移動不能となる固着が生じても、これを異常として検知する術はなかった。
そこで、本発明は、流体圧アクチュエータの異常を検知可能な流体圧アクチュエータの異常検知装置の提供を目的とする。
本発明の異常検知装置は、伸縮縮可能な流体圧アクチュエータの変位を検知する変位検知部と、流体圧アクチュエータにおけるポンプを駆動するモータの動作量を検知する動作量検知部と、変位と動作量とに基づいて流体圧アクチュエータの異常を検知する異常検知部とを備えて構成される。このように構成された異常検知装置にあっては、流体圧アクチュエータの異常を検知できる。
また、動作量は、モータの回転量であってもよいし、モータの駆動時間であってもよいし、モータに供給される電力量であってもよく、動作量が閾値以上となり、かつ、流体圧アクチュエータがモータの動作量に対応した位置に変位していない場合に異常検知部が流体圧アクチュエータを異常と判断すればよい。このようにすれば、異常検知装置で種々の動作量から流体圧アクチュエータの異常を検知できる。
さらに、異常検知部が変位と動作量に加えてモータを駆動する電源の電圧に基づいて流体圧アクチュエータの異常を検知してもよく、この場合には、電源の電圧に変動があっても正確に流体圧アクチュエータの異常を検知できる。
また、異常検知部が変位と動作量に加えて流体圧アクチュエータの作動流体の温度に基づいて異常を検知してもよく、この場合には、作動流体の温度に変動があっても正確に流体圧アクチュエータの異常を検知できる。
そして、異常検知部が変位と動作量に加えてポンプの積算使用時間或いはポンプの総回転量に基づいて異常を検知してもよく、この場合には、ポンプが経年劣化しても正確に流体圧アクチュエータの異常を検知できる。
本発明の流体圧アクチュエータの異常検知装置によれば、流体圧アクチュエータの異常を検知できる。
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。本実施の形態における異常検知装置1は、図1に示すように、伸縮可能な流体圧アクチュエータAの変位を検知する変位検知部2と、流体圧アクチュエータAにおけるポンプPを駆動するモータMの動作量を検知する動作量検知部3と、流体圧アクチュエータAの異常を検知する異常検知部4とを備えて構成されている。
この異常検知装置1が適用される流体圧アクチュエータAは、本例では、油圧アクチュエータとされており、テレスコピック型の伸縮体Eと、モータMによって駆動されるポンプPと、作動油を貯留するタンクTと、切換弁Vと、モータMと切換弁Vを制御するコントローラCとを備えている。なお、流体圧アクチュエータAにおける作動流体は、作動油以外の流体の利用も可能であり、気体であっても作動油以外の液体であってもよい。
伸縮体Eは、シリンダ10と、シリンダ10内に移動自在に挿入されてシリンダ10内を伸側室R1と圧側室R2とに区画するピストン11と、一端がシリンダ10内に挿入されてピストン11に連結されるロッド12とを備えており、伸縮作動する。
ポンプPは、モータMによって駆動されると吸込口に接続されるタンクTから作動油を吸込んで吐出口から圧油を吐出する。モータMは、本例では、同期モータとされており、電源BからモータMへ供給する電流を制御するコントローラCによって駆動される。
切換弁Vは、3位置4ポートの切換弁とされており、ポンプPの吐出口を伸側室R1に接続するとともにタンクTを圧側室R2に接続する伸側供給ポジションと、ポンプPの吐出口を圧側室R2に接続するとともにタンクTを伸側室R1に接続する圧側供給ポジションと、ポンプPの吐出口とタンクTと伸側室R1と圧側室R2の全ての連通を断つ遮断ポジションとを備えている。切換弁Vは、コントローラCによって切換制御される。
よって、モータMでポンプPを駆動しつつ、切換弁Vを伸側供給ポジションとすると、伸側室R1に圧油が供給されて圧側室R2がタンクTに連通されるので、伸縮体Eが収縮する、つまり、流体圧アクチュエータAが収縮作動する。これに対して、モータMでポンプPを駆動しつつ、切換弁Vを圧側供給ポジションとすると、圧側室R2に圧油が供給されて伸側室R1がタンクTに連通されるので、伸縮体Eが伸長する、つまり、流体圧アクチュエータAが伸長作動する。さらに、切換弁Vが遮断ポジションを採ると、伸縮体Eにおける伸側室R1と圧側室R2とがともに閉鎖されて伸縮体Eの伸縮が規制されるロック状態となる。なお、モータMでポンプPを駆動中に吐出圧が過剰となると、ポンプPの吐出口とタンクTとの間に設けたリリーフ弁RVが開弁して、流体圧アクチュエータAのシステムを保護できる。
変位検知部2は、本例では、伸縮体Eのシリンダ10の両端に設置されたリミットスイッチ21,22とされており、ピストン11の当接によりオン信号をコントローラCおよび異常検知部4へ出力し、ピストン11に当接しないとオン信号を出力しない。なお、リミットスイッチ21,22は、非接触型のスイッチであってもよい。一方のリミットスイッチ21は、ピストン11がシリンダ10の左端まで変位すると、ピストン11に当接して流体圧アクチュエータAの最伸長位置への変位を検知してオン信号を出力する。他方のリミットスイッチ22は、ピストン11がシリンダ10の右端まで変位すると、ピストン11に当接して流体圧アクチュエータAの最収縮位置への変位を検知してオン信号を出力する。つまり、本例の変位検知部2は、流体圧アクチュエータAにおける変位のうち最伸長位置と最収縮位置を検知するようになっている。
本例のコントローラCは、モータMと切換弁Vを制御し、流体圧アクチュエータAを最伸長と最収縮させるように駆動する。そして、コントローラCは、外部からの指令により流体圧アクチュエータAを伸長させる場合には、切換弁Vを圧側供給ポジションに切換えて、リミットスイッチ21がオン信号を出力するまでモータMを駆動して流体圧アクチュエータAを伸長作動させる。この状態でリミットスイッチ21のオン信号を受け取るとコントローラCは、モータMを停止させて切換弁Vを遮断ポジションとして流体圧アクチュエータAの伸長作動を停止させる。よって、コントローラCは、外部から流体圧アクチュエータAを伸長させる指令を受け取ると、流体圧アクチュエータAを伸長作動させ、流体圧アクチュエータAが最伸長位置まで変位すると動作を停止させてその状態に維持する。
反対に、コントローラCは、外部からの指令により流体圧アクチュエータAを収縮させる場合には、切換弁Vを伸側供給ポジションに切換えて、リミットスイッチ22がオン信号を出力するまでモータMを駆動して流体圧アクチュエータAを収縮作動させる。この状態でリミットスイッチ22のオン信号を受け取るとコントローラCは、モータMを停止させて切換弁Vを遮断ポジションとして流体圧アクチュエータAの収縮作動を停止させる。よって、コントローラCは、外部から流体圧アクチュエータAを収縮させる指令を受け取ると、流体圧アクチュエータAを収縮作動させ、流体圧アクチュエータAが最収縮位置まで変位すると動作を停止させてその状態に維持する。
動作量検知部3は、本例では、コントローラCが流体圧アクチュエータAを停止状態から伸長或いは収縮させるべくモータMを駆動する際のモータMの回転量を検知する。つまり、動作量検知部3は、流体圧アクチュエータAを伸長或いは収縮動作させるために駆動されると、モータMが何回回転したかをカウントし、モータMが現在までに何回回転したかを示す量である回転量を異常検知部4へ出力する。具体的には、本例における動作量検知部3は、図示はしないが、レゾルバ等といったモータMの回転を検出可能な検出部とモータMの回転回数を数えるカウンタとを備えており、回転量を異常検知部4へ出力する。
異常検知部4は、動作量検知部3から受け取ったモータMの回転量が閾値以上となり、かつ、リミットスイッチ21,22からオン信号の入力がない場合に、流体圧アクチュエータAが伸縮不能な異常状態であると判断して、流体圧アクチュエータAの異常を検知する。異常検知部4は、流体圧アクチュエータAの異常を検知すると異常信号をコントローラCへ出力し、コントローラCは、異常信号を受信するとモータMを停止させて切換弁Vを遮断ポジションとして流体圧アクチュエータAの駆動を停止する。
流体圧アクチュエータAを最収縮位置から最伸長位置まで、或いは、最伸長位置から最収縮位置まで変位させる場合、シリンダ10の内径と流体圧アクチュエータAに要求される変位量とから、ポンプPからシリンダ10内に供給されるべき作動油の総流量が予め分かる。流体圧アクチュエータAを最収縮位置から最伸長位置まで、或いは、最伸長位置から最収縮位置まで変位させる場合にモータMが回転しなければならない回転量を必要回転量とすると、必要回転量は、総流量とポンプPの効率から求められる。ポンプPの効率は既知であるから、総流量が分かればモータMの必要回転量を予め求め得る。
よって、流体圧アクチュエータAを伸長或いは収縮させる場合、検知されるモータMの回転量が前記必要回転量を超えているのに、リミットスイッチ21,22のいずれからもオン信号が出力されないと、流体圧アクチュエータAが固着して変位不能となっているのが分かる。つまり、異常検知部4は、モータMの回転量(動作量)が閾値以上となり、かつ、流体圧アクチュエータAがモータMの回転量(動作量)に対応した位置に変位していない場合に流体圧アクチュエータAが異常であると判断する。
したがって、前記閾値を必要回転量に設定すればよいが、圧力変動によってリリーフ弁RVが開弁してポンプPが吐出した全流量が流体圧アクチュエータAの伸縮に寄与しない場合もあるので、実際には、閾値は、必要回転量に誤検知防止のための加算値を加えた値に設定されるとよい。加算値は、実際の流体圧アクチュエータAに適するように決定さればよい。
なお、本例の流体圧アクチュエータAにおける伸縮体Eにあっては、所謂片ロッド型に設定されており、伸長作動時と収縮作動時とで前記した総流量が異なるので、伸長作動させる場合と収縮作動させる場合とで必要回転量が異なる。よって、閾値は、流体圧アクチュエータAを伸長作動させる場合と収縮作動させる場合の総流量が異なる場合、伸長作動時と収縮作動時で異常判断に用いる閾値を別個の値に設定すればよい。伸縮体Eが圧側室R2にもロッド12が挿通される両ロッド型に設定される場合、流体圧アクチュエータAを伸長作動させる場合と収縮作動させる場合の総流量は等しいから、流体圧アクチュエータAを伸長作動させる場合と収縮作動させる場合とで同じ値の閾値を用いればよい。
また、作動油の油温が変化すると作動油の粘度が変化して、ポンプPの効率が変化する。一般的に作動油の粘度がある程度高くなると、ポンプPの効率が低くなる傾向となる。よって、流体圧アクチュエータAに利用する作動流体の温度とポンプPの効率との関係を予め把握しておき、作動流体の温度を検知すれば、前記必要回転数の値を求め得る。閾値は、必要回転数に応じて決定される値であるから、作動流体の温度によって閾値を変化させれば、作動流体の温度が変化しても正確に流体圧アクチュエータAの異常を検知できる。
そこで、図2に示すように、作動油の温度を検知する温度センサ5を設けて、温度センサ5で検知した作動油の温度と閾値との関係を予めマップ化したり、関数化したりしておけば、異常検知部4にて作動油の温度からその温度に適する閾値を求め得る。よって、図2に示した異常検知装置1では、作動流体の温度に適する閾値を求めて、リミットスイッチ21,22からのオン信号の有無を監視しつつ、求めた閾値とモータMの回転量とを比較すれば、作動流体の温度が変化しても、流体圧アクチュエータAの異常を正確に検知できる。なお、温度センサ5は、シリンダ10内の温度を検知してもよいし、タンクT或いは油圧回路を構成する管路内の温度を検知してもよい。
また、ポンプPは、経年劣化により効率が悪くなっていくことが知られている。このことから、ポンプPの積算使用時間或いはポンプPの総回転量と効率の低下との関係を予め把握しておき、積算使用時間或いは総回転量を監視すれば前記必要回転数の値を求め得る。閾値は、必要回転数に応じて決定される値であるから、ポンプPの積算使用時間或いは総回転量に応じて閾値を大きくすれば、ポンプPが経年劣化によって効率が低下しても正確に流体圧アクチュエータAの異常を検知できる。
ポンプPの積算使用時間は、たとえば、図3に示すように、モータMの駆動時間をカウントするカウンタ6を設けて、カウントした駆動時間を異常検知部4へ入力し異常検知部4で積算すればよい。また、ポンプPの総回転量を用いる場合には、本例の動作量検知部3で検知する回転量を異常検知部4で積算すればよい。そして、ポンプPの積算使用時間或いはポンプPの総回転量と閾値との関係を予めマップ化したり、関数化したりしておけば、異常検知部4にてポンプPの積算使用時間或いはポンプPの総回転量からその時のポンプPの劣化状態に適する閾値を求め得る。よって、このように、ポンプPの積算使用時間或いはポンプPの総回転量に応じて閾値を求める場合、異常検知装置1では、ポンプPが経年劣化しても、流体圧アクチュエータAの異常を正確に検知できる。
なお、本例では、モータMの回転量に基づいて流体圧アクチュエータAの異常を検知しているが、モータMの回転量に代えてモータMの駆動時間に基づいて流体圧アクチュエータAの異常を検知してもよい。つまり、動作量をモータMの駆動時間として異常を検知してもよい。この場合、動作量検知部3は、モータMの駆動時間をカウントするカウンタとすればよい。
コントローラCは、本例では、モータMを所定の回転数(回転速度)で駆動して流体圧アクチュエータAを伸長作動或いは収縮作動させる。つまり、モータMの回転数は、図4に示すように、停止状態の0から上昇して所定の回転数αに達し、しばらく所定の回転数のまま維持され、減速して停止状態の0になる。よって、ポンプPから吐出された作動油が全て伸縮体Eの伸長或いは収縮に寄与する場合、図4に示した斜線部分の面積が必要回転量に等しくなる。したがって、モータMの駆動時間がモータMの回転量を必要回転量以上となるだけの時間(必要時間)であれば、流体圧アクチュエータAが最収縮位置から最伸長位置まで、或いは、最伸長位置から最収縮位置まで変位する筈である。よって、モータMの駆動時間を用いる場合、駆動時間に対して閾値を設定し、閾値を必要時間以上に設定しておき、駆動時間が閾値以上で且つ、リミットスイッチ21,22からのオン信号の入力がない場合に、異常検知部4が流体圧アクチュエータAの異常を検知するようにすればよい。
なお、モータMの駆動時間を用いて流体圧アクチュエータAの異常を検知する場合、電源Bの電圧が変化すると、流体圧アクチュエータAを最収縮位置から最伸長位置まで、或いは、最伸長位置から最収縮位置まで変位させるのに要するモータMの駆動時間が変化する。電源Bの電圧が低下すると、モータMに供給される電力も低下して、モータMの回転数を前述の所定の回転数に維持できなくなる場合がある。よって、電源Bの電圧と前述必要時間との関係を予め把握しておき、電圧を検知すれば、前記必要時間の値を求め得る。閾値は、必要時間に応じて決定される値であるから、電源Bの電圧によって閾値を変化させれば、電圧が変動しても正確に流体圧アクチュエータAの異常を検知できる。
よって、図5に示すように、電源Bの電圧を監視する電圧センサ7を設けて、電圧センサ7で検知した電源Bの電圧と閾値との関係を予めマップ化したり、関数化したりしておけば、異常検知部4にて電源Bの電圧からその電圧に適する閾値を求め得る。よって、図5に示した異常検知装置1では、電源Bの電圧に適する閾値を求めて、リミットスイッチ21,22からのオン信号の有無を監視しつつ、求めた閾値とモータMの回転量とを比較すれば、作動流体の温度が変化しても、流体圧アクチュエータAの異常を正確に検知できる。
さらに、モータMの回転量に代えて、モータMに電源Bから供給される電力量に基づいて流体圧アクチュエータAの異常を検知してもよい。つまり、動作量をモータMに供給される電力量として異常を検知してもよい。前述の必要回転量をNとし、モータMのトルクをτとし、電力量をWとすると、モータMの電力量Wと必要回転量Nとの間には、N=W/2πτの関係が成り立つ。モータMのトルクτは、モータMに流れる電流と回転数(回転速度)を監視していれば求め得る。電力量Wは、モータMに印加される電圧とモータMの巻線に流れる電流とモータMの駆動時間を監視すれば求め得る。よって、モータMに電源Bから供給される電力量Wに対し、W/2πτの値が必要回転量N以上となる値の閾値を設定して、異常を検知すればよい。つまり、異常検知部4は、電力量Wが閾値以上で且つ、リミットスイッチ21,22からのオン信号の入力がない場合に流体圧アクチュエータAを異常と判断すればよい。
このように異常検知部4が電力量Wに基づいて異常を検知する場合、動作量検知部3は、モータMに印加される電圧、巻線に流れる電流、駆動時間、回転数をそれぞれ検知するセンサを備えればよい。なお、電力量Wの算出にあたっては、コントローラCがモータMをPWM駆動するような場合、センサを用いずにコントローラC内で生成される指令値から求めてもよい。
本例では、変位検知部2は、シリンダ10の両端に設けられて流体圧アクチュエータAの変位を最伸長位置と最収縮位置で検知するリミットスイッチ21,22としているが、ストロークセンサとして流体圧アクチュエータAの全ストローク範囲での変位を監視してもよい。そして、たとえば、流体圧アクチュエータAを現在の位置から所望する位置へ変位させる際に、モータMの動作量を動作量検知部3で検知して、この動作量が当該変位に必要なモータMの動作量以上に設定される閾値となっており、かつ、ストロークセンサで検知する変位が所望する位置に達していない場合に流体圧アクチュエータAを異常と判断してもよい。このように、変位検知部2にストロークセンサを用いる場合、流体圧アクチュエータAの任意の位置から別の任意の位置まで変位させるような場合にも異常を検知できる。
また、流体圧アクチュエータAの回路構成は、本例の回路構成に限定されるものではなく、モータMの駆動によってポンプPが駆動されて伸縮体Eが伸縮するものであればよい。よって、たとえば、流体圧アクチュエータAは、ポンプPが双方向吐出型のポンプで正転時に伸縮体Eが伸長と収縮の一方の動作を行って、ポンプPが逆転時に伸縮体Eが伸長と収縮の他方の動作を行うように構成されてもよい。さらに、モータMは、本例では、同期モータとされているが、モータの構造や形式は同期モータに限定されるものではない。
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されない。
1・・・異常検知装置、2・・・変位検知部、3・・・動作量検知部、4・・・異常検知部、A・・・アクチュエータ、B・・・電源、M・・・モータ、P・・・ポンプ
Claims (7)
- 伸縮可能な流体圧アクチュエータの変位を検知する変位検知部と、
前記流体圧アクチュエータにおけるポンプを駆動するモータの動作量を検知する動作量検知部と、
前記変位と前記動作量とに基づいて前記流体圧アクチュエータの異常を検知する異常検知部とを備えた
ことを特徴とする異常検知装置。 - 前記動作量は、前記モータの回転量であって、
前記異常検知部は、前記動作量が閾値以上となり、かつ、前記流体圧アクチュエータが前記モータの動作量に対応した位置に変位していない場合に前記流体圧アクチュエータが異常であると判断する
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 - 前記動作量は、前記モータの駆動時間であって、
前記異常検知部は、前記動作量が閾値以上となり、かつ、前記流体圧アクチュエータが前記モータの動作量に対応した位置に変位していない場合に前記流体圧アクチュエータが異常であると判断する
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 - 前記動作量は、前記モータに供給される電力量であって、
前記異常検知部は、前記モータの動作量が閾値以上となり、かつ、前記流体圧アクチュエータの変位が前記モータの動作量に対応した位置に変位していない場合に前記流体圧アクチュエータが異常であると判断する
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 - 前記異常検知部は、前記変位、前記動作量および前記モータを駆動する電源の電圧とに基づいて前記流体圧アクチュエータの異常を検知する
ことを特徴とする請求項3に記載の異常検知装置。 - 前記異常検知部は、前記変位、前記動作量および前記流体圧アクチュエータの作動流体の温度とに基づいて異常を検知する
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の異常検知装置。 - 前記異常検知部は、前記変位、前記動作量および前記ポンプの積算使用時間或いは前記ポンプの総回転量とに基づいて異常を検知する
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の異常検知装置。
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-
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