JP2021001643A - Hydraulic motor, control device and control method for hydraulic motor, and hydraulic valve for hydraulic motor - Google Patents

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JP2021001643A JP2019115079A JP2019115079A JP2021001643A JP 2021001643 A JP2021001643 A JP 2021001643A JP 2019115079 A JP2019115079 A JP 2019115079A JP 2019115079 A JP2019115079 A JP 2019115079A JP 2021001643 A JP2021001643 A JP 2021001643A
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hydraulic motor
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林 利和
Toshikazu Hayashi
利和 林
湯下 篤
Atsushi Yushimo
篤 湯下
大幸 野間口
Hiroyuki Nomaguchi
大幸 野間口
Original Assignee
三菱重工業株式会社
Mitsubishi Heavy Ind Ltd
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Abstract

To provide a hydraulic motor that meets a demand for size reduction while suppressing cavitation erosion when a low-pressure valve is closed.SOLUTION: A hydraulic motor comprises a rotary shaft, and a high-pressure valve and a low-pressure valve which are composed of a cylinder and a piston, and provided in a work chamber. A valve body of the high-pressure valve is provided between a supply port connected to a high-pressure line where a high-pressure hydraulic oil flows, and a pilot chamber configured to selectively link one of the high-pressure line and another line lower in pressure than the high-pressure line through a flow passage switching mechanism.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、作動油を用いて駆動可能な油圧モータ、当該油圧モータの制御装置及び制御方法、並びに、油圧モータ用油圧弁に関する。 The present disclosure relates to a hydraulic motor that can be driven by using hydraulic oil, a control device and a control method for the hydraulic motor, and a hydraulic valve for the hydraulic motor.
従来から、作動油を用いて駆動可能な油圧機械の一つとして油圧モータが知られている。例えば特許文献1には、シリンダ及びピストンにより形成される作動室の周期的な容積変化を利用し、作動油の流体エネルギを回転軸の回転運動に変換するように構成された油圧モータが開示されている。また特許文献2には、油圧モータを油圧ポンプと組み合わせて構成した油圧トランスミッションを用いた風力発電装置が開示されている。 Conventionally, a hydraulic motor has been known as one of the hydraulic machines that can be driven by using hydraulic oil. For example, Patent Document 1 discloses a hydraulic motor configured to convert the fluid energy of hydraulic oil into the rotational motion of a rotating shaft by utilizing a periodic volume change of an operating chamber formed by a cylinder and a piston. ing. Further, Patent Document 2 discloses a wind power generator using a hydraulic transmission in which a hydraulic motor is combined with a hydraulic pump.
特開2015−124848号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-1244848 米国特許第7863767号明細書U.S. Pat. No. 7863767
油圧モータでは、シリンダ内におけるピストンの往復運動に伴って作動室の容積が周期的に変化する際に、所定のタイミングで高圧弁・低圧弁を開閉することで、高圧ラインからの作動油の供給、及び、低圧ラインへの作動油の排出が行われる。ピストンが下死点から上死点に向けて移動するシリンダ圧縮工程では、開状態にある低圧弁を所定のタイミングを閉じた後、閉状態にある高圧弁が開かれる。このように高圧弁を開く前に低圧弁を閉じることで、シリンダ内の作動油の圧力を高圧ラインと同等程度に増加させ、高圧の作動油が流れる高圧ラインと作動室との間に位置する高圧弁を、差圧に抗して開くことが可能になる。 In a hydraulic motor, when the volume of the operating chamber changes periodically due to the reciprocating motion of the piston in the cylinder, the high-pressure valve and low-pressure valve are opened and closed at a predetermined timing to supply hydraulic oil from the high-pressure line. , And the hydraulic oil is discharged to the low pressure line. In the cylinder compression step in which the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, the high pressure valve in the closed state is opened after the low pressure valve in the open state is closed at a predetermined timing. By closing the low-pressure valve before opening the high-pressure valve in this way, the pressure of the hydraulic oil in the cylinder is increased to the same level as the high-pressure line, and it is located between the high-pressure line through which the high-pressure hydraulic oil flows and the operating chamber. The high pressure valve can be opened against the differential pressure.
ところでシリンダ圧縮工程における低圧弁の閉操作は、低圧弁を通る作動油の流速が大きいタイミングで実施されると、低圧弁の弁座近傍において渦流や流体慣性力の影響で負圧が生じ、弁座にキャビテーションエロージョンによる磨耗が発生してしまうことがある。またこの種の油圧モータには、商品価値を向上させるために小型化が求められているが、油圧モータを小型化すると、低圧弁において閉弁時の弁座近傍における作動油の流速が増加し、前述のキャビテーションエロージョンが発生しやすくなってしまう。 By the way, when the low pressure valve closing operation in the cylinder compression process is performed at the timing when the flow velocity of the hydraulic oil passing through the low pressure valve is large, a negative pressure is generated in the vicinity of the valve seat of the low pressure valve due to the influence of vortex flow and fluid inertial force, and the valve. The seat may wear due to cavitation erosion. Further, this type of hydraulic motor is required to be miniaturized in order to improve its commercial value. However, when the hydraulic motor is miniaturized, the flow velocity of hydraulic oil in the vicinity of the valve seat at the time of valve closing increases in the low pressure valve. , The above-mentioned cavitation erosion is likely to occur.
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、低圧弁の閉弁時におけるキャビテーションエロージョンの発生を抑制しつつ、小型化要請に対応可能な油圧モータ、油圧モータの制御装置及び制御方法、並びに、油圧モータ用油圧弁を提供することを目的とする。 At least one embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and is a control device for a hydraulic motor or a hydraulic motor that can respond to a request for miniaturization while suppressing the occurrence of cavitation erosion when the low pressure valve is closed. It is an object of the present invention to provide a control method and a hydraulic valve for a hydraulic motor.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧モータは上記課題を解決するために、
回転軸と、
シリンダと、
前記シリンダとともに作動室を形成するピストンと、
高圧の作動油が流れる高圧ラインと前記作動室との間に設けられる高圧弁と、
低圧の前記作動油が流れる低圧ラインと前記作動室との間に設けられる低圧弁と、
前記ピストンの往復運動を前記回転軸の回転運動に変換するための変換機構と、
を備える油圧モータであって、
前記高圧弁は、
弁座と、
前記弁座に対して移動可能な弁体と、
を備え、
前記弁体は、前記高圧ラインに接続される供給ポートと、流路切替機構によって前記高圧ライン又は前記高圧ラインより低圧な前記作動油が流れる他のラインのいずれか一方を選択的に連通可能に構成されたパイロット室との間に設けられる。
(1) The hydraulic motor according to at least one embodiment of the present invention is used to solve the above problems.
The axis of rotation and
Cylinder and
A piston that forms an operating chamber together with the cylinder,
A high-pressure valve provided between the high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows and the operating chamber,
A low-pressure valve provided between the low-pressure line through which the low-pressure hydraulic oil flows and the working chamber,
A conversion mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the rotating shaft,
It is a hydraulic motor equipped with
The high pressure valve
Valve seat and
A valve body that can move with respect to the valve seat
With
The valve body can selectively communicate with either the supply port connected to the high-pressure line and the high-pressure line or another line through which the hydraulic oil having a lower pressure than the high-pressure line flows by a flow path switching mechanism. It is provided between the pilot room and the constructed pilot room.
上記(1)の構成によれば、油圧モータが備える高圧弁は、弁座に対して移動可能な弁体が、高圧ラインに接続される供給ポートと、パイロット室との間に配置される。パイロット室は、流路切替機構によって高圧ライン又は高圧ラインより低圧な作動油が流れる他のライン(例えば低圧ライン、ドレンライン、油タンクに連通するラインなどを含む)のいずれか一方が選択的に連通可能に構成される。これにより、パイロット室に高圧ラインが連通する状態では弁体に印可される供給ポートとパイロット室との間の差圧が小さいが、パイロット室に他のラインが連通するように流路が切り替えられると弁体に印可される差圧が増加し、弁体の移動が可能となる。このように高圧弁では、パイロット室に供給される作動油の圧力を切り替えることで弁体の移動が可能となるため、低圧弁の開閉状態に依存しない開閉が可能である。すなわち、シリンダ圧縮工程において高圧弁の開操作を行うために低圧弁の閉操作を行うタイミングが制限されない。これにより、低圧弁を閉じるタイミングを柔軟に設定することができ、キャビテーションエロージョンによる磨耗発生を効果的に抑制できる。 According to the configuration of (1) above, in the high-pressure valve included in the hydraulic motor, a valve body movable with respect to the valve seat is arranged between the supply port connected to the high-pressure line and the pilot chamber. The pilot chamber is selectively selected by either a high-pressure line or another line through which hydraulic oil lower than the high-pressure line flows (including, for example, a low-pressure line, a drain line, a line communicating with an oil tank, etc.) by a flow path switching mechanism. It is configured to be communicable. As a result, the differential pressure between the supply port applied to the valve body and the pilot chamber is small when the high-pressure line communicates with the pilot chamber, but the flow path is switched so that the other line communicates with the pilot chamber. The differential pressure applied to the valve body increases, and the valve body can move. As described above, in the high-pressure valve, the valve body can be moved by switching the pressure of the hydraulic oil supplied to the pilot chamber, so that the low-pressure valve can be opened and closed independently of the open / closed state. That is, in the cylinder compression step, the timing of closing the low pressure valve is not limited in order to open the high pressure valve. As a result, the timing for closing the low-pressure valve can be flexibly set, and the occurrence of wear due to cavitation erosion can be effectively suppressed.
(2)幾つかの実施形態では上記(1)の構成において、
前記流路切替機構によって前記他のラインが前記パイロット室に連通された場合、前記弁体が開弁位置に移動可能に構成される。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
When the other line is communicated with the pilot chamber by the flow path switching mechanism, the valve body is configured to be movable to the valve opening position.
上記(2)の構成によれば、パイロット室に他のラインを連通させることで、弁体に印可される供給ポートとパイロット室との間の差圧が増加し、弁体の移動が可能となる。 According to the configuration of (2) above, by communicating another line with the pilot chamber, the differential pressure between the supply port applied to the valve body and the pilot chamber increases, and the valve body can move. Become.
(3)幾つかの実施形態では上記(1)又は(2)の構成において、
前記供給ポートと前記パイロット室は、前記作動油の供給源に対して直列に接続される。
(3) In some embodiments, in the configuration of (1) or (2) above,
The supply port and the pilot chamber are connected in series with the hydraulic oil supply source.
上記(3)の構成によれば、供給ポートとパイロット室とが作動油の供給源に対して直列に接続される。これにより、高圧ラインから供給ポートとパイロット室への高圧な作動油の供給構造を簡略化でき、より小型化に適した油圧モータを実現できる。 According to the configuration of (3) above, the supply port and the pilot chamber are connected in series with the hydraulic oil supply source. As a result, the structure for supplying high-pressure hydraulic oil from the high-pressure line to the supply port and the pilot chamber can be simplified, and a hydraulic motor suitable for further miniaturization can be realized.
(4)幾つかの実施形態では上記(1)から(3)のいずれか一構成において、
前記弁体を前記弁座に対して付勢するための付勢部材と、
前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体に駆動力を付加可能なアクチュエータと、
を備える。
(4) In some embodiments, in any one of the above (1) to (3),
An urging member for urging the valve body against the valve seat,
An actuator capable of applying a driving force to the valve body against the urging force of the urging member,
To be equipped.
上記(4)の構成によれば、高圧弁を構成する弁体は付勢部材によって弁座に付勢されており、アクチュエータによって付勢力に抗する駆動力が付与されることで弁体が移動し、開操作が行われる。このような高圧弁の開操作は、前述のように流路切替機構によって供給ポートとパイロット室との間における差圧を調整することで、アクチュエータからの駆動力が比較的小さい場合であっても的確な開閉制御が可能である。 According to the configuration (4) above, the valve body constituting the high-pressure valve is urged to the valve seat by the urging member, and the valve body moves by applying a driving force against the urging force by the actuator. Then, the opening operation is performed. Such a high-pressure valve opening operation is performed even when the driving force from the actuator is relatively small by adjusting the differential pressure between the supply port and the pilot chamber by the flow path switching mechanism as described above. Accurate open / close control is possible.
(5)幾つかの実施形態では上記(1)から(4)のいずれか一構成において、
前記弁体の前記供給ポートに対する受圧面積AHPV、及び、前記弁体の前記パイロット室に対する受圧面積APは、1より大きな定数kを用いて、次式
/AHPV<k
を満たすように設計される。
(5) In some embodiments, in any one of the above (1) to (4),
The pressure receiving area A HPV with respect to the supply port of the valve body, and, pressure-receiving area AP to said pilot chamber of said valve body, using a large constant k than 1, the following equation A P / A HPV <k
Designed to meet.
上記(5)の構成によれば、弁体の供給ポート及びパイロット室に対するそれぞれの受圧面積が上記条件式を満足するように設定される。これにより、供給ポートに対して供給される作動油の圧力を流路切替機構によって切り替えた際に、供給ポート及びパイロット室間の差圧に基づいて弁体の移動を実施し、高圧弁の開閉操作を好適に実現できる。例えば定数kを大きくとるほど弁体の加速力が増大し、弁の応答速度が速くなることで安定性が向上する。 According to the configuration of (5) above, the respective pressure receiving areas for the supply port and the pilot chamber of the valve body are set so as to satisfy the above conditional expression. As a result, when the pressure of the hydraulic oil supplied to the supply port is switched by the flow path switching mechanism, the valve body is moved based on the differential pressure between the supply port and the pilot chamber, and the high pressure valve is opened and closed. The operation can be preferably realized. For example, the larger the constant k, the greater the acceleration force of the valve body, and the faster the response speed of the valve, thereby improving the stability.
(6)幾つかの実施形態では上記(1)から(5)のいずれか一構成において、
前記ピストンの往復運動に対応して、前記低圧弁及び前記高圧弁を制御するための弁制御部を更に備え、
前記弁制御部は、前記ピストンが下死点から上死点に向かう際に、開状態にある前記低圧弁を閉状態に制御し、前記低圧弁を閉状態に制御中から閉状態にある前記高圧弁を開状態に制御するように構成される。
(6) In some embodiments, in any one of the above (1) to (5),
A valve control unit for controlling the low pressure valve and the high pressure valve is further provided in response to the reciprocating motion of the piston.
The valve control unit controls the low-pressure valve in the open state to the closed state when the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, and controls the low-pressure valve to the closed state to the closed state. It is configured to control the high pressure valve to the open state.
上記(6)の構成によれば、シリンダ圧縮工程において、シリンダの筒内圧力の如何によらず(低圧弁の開閉状態に関わらず)、任意のタイミングで高圧弁の開弁操作が可能になる。 According to the configuration (6) above, in the cylinder compression step, the high pressure valve can be opened at any timing regardless of the cylinder pressure (regardless of the open / closed state of the low pressure valve). ..
(7)幾つかの実施形態では上記(6)の構成において、
前記弁制御部は、前記低圧ラインにおける前記作動油の流速が閾値以下になるように前記低圧弁を閉制御するように構成される。
(7) In some embodiments, in the configuration of (6) above,
The valve control unit is configured to close and control the low pressure valve so that the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line becomes equal to or less than a threshold value.
上記(7)の構成によれば、低圧ラインにおける作動油の流速が閾値以下になるように低圧弁の閉制御を実施することで、キャビテーションエロージョンによる磨耗発生を好適に防止できる。 According to the configuration (7) above, the occurrence of wear due to cavitation erosion can be suitably prevented by controlling the closing of the low pressure valve so that the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line becomes equal to or less than the threshold value.
(8)本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧モータの制御装置は上記課題を解決するために、
回転軸と、
シリンダと、
前記シリンダとともに作動室を形成するピストンと、
高圧の作動油が流れる高圧ラインと前記作動室との間に設けられる高圧弁と、
低圧の前記作動油が流れる低圧ラインと前記作動室との間に設けられる低圧弁と、
前記ピストンの往復運動を前記回転軸の回転運動に変換するための変換機構と、
を備える油圧モータの制御装置であって、
前記ピストンの往復運動に対応して、前記低圧弁及び前記高圧弁を制御するための弁制御部を備え、
前記弁制御部は、前記ピストンが下死点から上死点に向かう際に、開状態にある前記低圧弁を前記低圧ラインにおける前記作動油の流速が閾値以下になるタイミングで閉制御し、その後、閉状態にある前記高圧弁を開制御するように構成される。
(8) The control device for the hydraulic motor according to at least one embodiment of the present invention is used to solve the above problems.
The axis of rotation and
Cylinder and
A piston that forms an operating chamber together with the cylinder,
A high-pressure valve provided between the high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows and the operating chamber,
A low-pressure valve provided between the low-pressure line through which the low-pressure hydraulic oil flows and the working chamber,
A conversion mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the rotating shaft,
It is a control device of a hydraulic motor equipped with
A valve control unit for controlling the low pressure valve and the high pressure valve is provided in response to the reciprocating motion of the piston.
When the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, the valve control unit closes and controls the low pressure valve in the open state at a timing when the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line becomes equal to or lower than the threshold value. , The high pressure valve in the closed state is configured to be open-controlled.
上記(8)の構成によれば、上記構成を有する油圧モータでは、シリンダ圧縮工程において、高圧弁の開制御の前に低圧弁の閉制御が実施される。このとき低圧弁の閉制御は、低圧ラインにおける作動油の流速が閾値以下になるタイミングで実施されることで、キャビテーションエロージョンによる磨耗が発生することを好適に防止できる。 According to the configuration of (8) above, in the hydraulic motor having the above configuration, the closing control of the low pressure valve is performed before the opening control of the high pressure valve in the cylinder compression step. At this time, the closing control of the low pressure valve is performed at the timing when the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line becomes equal to or less than the threshold value, so that it is possible to preferably prevent the occurrence of wear due to cavitation erosion.
(9)本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧モータの制御方法は上記課題を解決するために、
回転軸と、
シリンダと、
前記シリンダとともに作動室を形成するピストンと、
高圧の作動油が流れる高圧ラインと前記作動室との間に設けられる高圧弁と、
低圧の前記作動油が流れる低圧ラインと前記作動室との間に設けられる低圧弁と、
前記ピストンの往復運動を前記回転軸の回転運動に変換するための変換機構と、
を備える油圧モータの制御方法であって、
前記ピストンが下死点から上死点に向かう際に、開状態にある前記低圧弁を前記低圧ラインにおける前記作動油の流速が閾値以下になるタイミングで閉じ、その後、閉状態にある前記高圧弁を開く。
(9) The method for controlling a hydraulic motor according to at least one embodiment of the present invention is to solve the above problems.
The axis of rotation and
Cylinder and
A piston that forms an operating chamber together with the cylinder,
A high-pressure valve provided between the high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows and the operating chamber,
A low-pressure valve provided between the low-pressure line through which the low-pressure hydraulic oil flows and the working chamber,
A conversion mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the rotating shaft,
It is a control method of a hydraulic motor provided with
When the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, the low pressure valve in the open state is closed at the timing when the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line becomes equal to or lower than the threshold value, and then the high pressure valve in the closed state. open.
上記(9)の構成によれば、上記構成を有する油圧モータでは、シリンダ圧縮工程において、高圧弁の開制御の前に低圧弁の閉制御が実施される。このとき低圧弁の閉制御は、低圧ラインにおける作動油の流速が閾値以下になるタイミングで実施されることで、キャビテーションエロージョンによる磨耗発生を好適に防止できる。 According to the configuration of (9) above, in the hydraulic motor having the above configuration, the closing control of the low pressure valve is performed before the opening control of the high pressure valve in the cylinder compression step. At this time, the closing control of the low-pressure valve is performed at the timing when the flow velocity of the hydraulic oil in the low-pressure line becomes equal to or less than the threshold value, so that the occurrence of wear due to cavitation erosion can be suitably prevented.
(10)本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧モータ用油圧弁は上記課題を解決するために、
高圧の作動油が流れる高圧ライン上に設けられる油圧弁であって、
弁座と、
前記弁座に対して移動可能な弁体と、
を備え、
前記弁体は、前記油圧ラインに接続される供給ポートと、流路切替機構によって前記高圧ライン又は前記高圧ラインより低圧の前記作動油が流れる低圧ラインのいずれか一方を選択的に連通可能に構成されたパイロット室との間に設けられる。
(10) The hydraulic valve for a hydraulic motor according to at least one embodiment of the present invention is used to solve the above problems.
A hydraulic valve installed on a high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows.
Valve seat and
A valve body that can move with respect to the valve seat
With
The valve body is configured to be able to selectively communicate with either a supply port connected to the hydraulic line and a low-pressure line through which the hydraulic oil having a lower pressure than the high-pressure line flows by a flow path switching mechanism. It will be installed between the pilot room and the pilot room.
上記(10)の構成によれば、高圧弁では、弁座に対して移動可能な弁体が、高圧ラインに接続される供給ポートと、パイロット室との間に配置される。パイロット室は、流路切替機構によって高圧ライン又は高圧ラインより低圧な作動油が流れる他のライン(例えば低圧ライン、ドレンライン、油タンクに連通するラインなどを含む)のいずれか一方が選択的に連通可能に構成される。これにより、パイロット室に高圧ラインが連通する状態では弁体に印可される供給ポートとパイロット室との間の差圧が小さいが、パイロット室に他のラインが連通するように流路が切り替えられると弁体に印可される差圧が増加し、弁体の移動が可能となる。このように高圧弁では、パイロット室に供給される作動油の圧力を切り替えることで弁体の移動が可能となる。 According to the configuration of (10) above, in the high pressure valve, a valve body movable with respect to the valve seat is arranged between the supply port connected to the high pressure line and the pilot chamber. The pilot chamber is selectively selected by either a high-pressure line or another line through which hydraulic oil lower than the high-pressure line flows (including, for example, a low-pressure line, a drain line, a line communicating with an oil tank, etc.) by a flow path switching mechanism. It is configured to be communicable. As a result, the differential pressure between the supply port applied to the valve body and the pilot chamber is small when the high-pressure line communicates with the pilot chamber, but the flow path is switched so that the other line communicates with the pilot chamber. The differential pressure applied to the valve body increases, and the valve body can move. In this way, in the high pressure valve, the valve body can be moved by switching the pressure of the hydraulic oil supplied to the pilot chamber.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、低圧弁の閉弁時におけるキャビテーションエロージョンの発生を抑制しつつ、小型化要請に対応可能な油圧モータ、油圧モータの制御装置及び制御方法、並びに、油圧モータ用油圧弁を提供できる。 According to at least one embodiment of the present invention, a hydraulic motor, a control device and control method for the hydraulic motor, and a hydraulic motor that can respond to a request for miniaturization while suppressing the occurrence of cavitation erosion when the low pressure valve is closed. Hydraulic valve can be provided.
本発明の一実施形態に係る油圧モータ用高圧弁が閉弁位置にある時の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure when the high pressure valve for a hydraulic motor which concerns on one Embodiment of this invention is in a valve closed position. 本発明の一実施形態に係る油圧モータ用高圧弁が開弁位置にある時の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure when the high pressure valve for a hydraulic motor which concerns on one Embodiment of this invention is in a valve opening position. 本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧モータ用高圧弁28を含む油圧モータを備える風力発電装置の概略図である。It is the schematic of the wind power generation apparatus which includes the hydraulic motor including the high pressure valve 28 for the hydraulic motor which concerns on at least one Embodiment of this invention. 図3の油圧モータの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the hydraulic motor of FIG. 本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧モータにおける高圧弁及び低圧弁の開閉タイミングを示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the opening / closing timing of a high pressure valve and a low pressure valve in the hydraulic motor which concerns on at least one Embodiment of this invention. 図5の高圧弁及び低圧弁の開閉タイミングを採用した場合における作動室の圧力、低圧ラインの圧力、高圧弁の弁体のストローク量、及び、低圧弁の弁体のストローク量について、それぞれ回転位相に対する推移を示す検証結果である。The rotation phases of the operating chamber pressure, the low pressure line pressure, the stroke amount of the valve body of the high pressure valve, and the stroke amount of the valve body of the low pressure valve when the opening / closing timing of the high pressure valve and the low pressure valve shown in FIG. 5 are adopted. It is a verification result showing the transition to. 図6の第1位相近傍を拡大して示したものである。It is an enlarged view of the vicinity of the first phase of FIG. 参考技術に係る油圧モータにおいて、高圧弁が閉弁位置にあり、且つ、低圧弁が開弁位置にある時の内部構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal structure when the high pressure valve is in a valve closed position, and the low pressure valve is in a valve open position in the hydraulic motor which concerns on a reference technique. 参考技術に係る油圧モータにおいて、高圧弁が開弁位置にあり、且つ、低圧弁が閉弁位置にある時の内部構造を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an internal structure of a hydraulic motor according to a reference technique when the high pressure valve is in the valve open position and the low pressure valve is in the valve closed position. 図8及び図9の高圧弁及び低圧弁の開閉タイミングの一例を示す概略図である。8 is a schematic view showing an example of opening / closing timing of the high pressure valve and the low pressure valve of FIGS. 8 and 9. 参考技術に係る油圧モータの作動室の圧力、低圧ラインの圧力、高圧弁の弁体のストローク量、及び、低圧弁の弁体のストローク量の回転位相に対する推移を示す検証結果である。This is a verification result showing changes in the pressure in the operating chamber of the hydraulic motor, the pressure in the low pressure line, the stroke amount of the valve body of the high pressure valve, and the stroke amount of the valve body of the low pressure valve with respect to the rotation phase according to the reference technique. 図11の第1位相近傍を拡大して示したものである。It is an enlarged view of the vicinity of the first phase of FIG. 図12の負圧積算値と作動室における作動油の流速との相関を示す検証結果である。It is a verification result showing the correlation between the negative pressure integrated value of FIG. 12 and the flow velocity of hydraulic oil in the working chamber.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention to this, but are merely explanatory examples. Absent.
まず図1及び図2を参照して本発明の幾つかの実施形態に係る油圧モータ用高圧弁28の構成について説明する。図1は本発明の一実施形態に係る油圧モータ用高圧弁28が閉弁位置にある時の内部構造を示す断面図である。図2は本発明の一実施形態に係る油圧モータ用高圧弁28が開弁位置にある時の内部構造を示す断面図である。 First, the configuration of the high pressure valve 28 for a hydraulic motor according to some embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an internal structure when the high pressure valve 28 for a hydraulic motor according to an embodiment of the present invention is in the valve closed position. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an internal structure when the high pressure valve 28 for a hydraulic motor according to an embodiment of the present invention is in the valve open position.
尚、図1及び図2に示す実施形態では、油圧モータ用高圧弁28が、ともに油圧モータを構成する油圧モータ用低圧弁と別ユニットとして構成された場合を例示しているが、油圧モータ用低圧弁と一体的にユニット化されていてもよい。 In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the case where the high-pressure valve 28 for a hydraulic motor is configured as a separate unit from the low-pressure valve for a hydraulic motor that both constitutes the hydraulic motor is illustrated, but for the hydraulic motor. It may be unitized integrally with the low pressure valve.
一実施形態に係る油圧モータ用高圧弁28(以下、適宜「高圧弁28」と称する)は、弁体35を含む可動ユニット40と、可動ユニット40を開弁位置と閉弁位置とに移動させるためのアクチュエータとして機能するソレノイドコイル42と、スプリング44と、弁座46とを備えている。高圧弁28は、ノーマルクローズ式のポペット型電磁弁であり、弁座46が弁体35に対して作動室24側に設けられている。高圧弁28は、作動室24と高圧の作動油が流れる高圧ライン12(例えば図4参照)との連通状態を、ソレノイドコイル42の電磁力又はスプリング44の付勢力に起因した可動ユニット40の移動により切り替え可能に構成されている。 The high-pressure valve 28 for a hydraulic motor (hereinafter, appropriately referred to as “high-pressure valve 28”) according to the embodiment moves the movable unit 40 including the valve body 35 and the movable unit 40 to the valve opening position and the valve closing position. It includes a solenoid coil 42, a spring 44, and a valve seat 46 that function as an actuator for the vehicle. The high-pressure valve 28 is a normally closed poppet-type solenoid valve, and a valve seat 46 is provided on the operating chamber 24 side with respect to the valve body 35. The high-pressure valve 28 moves the movable unit 40 due to the electromagnetic force of the solenoid coil 42 or the urging force of the spring 44 in the communication state between the operating chamber 24 and the high-pressure line 12 (see, for example, FIG. 4) through which high-pressure hydraulic oil flows. It is configured to be switchable by.
図1に示すように高圧弁28が閉弁位置にある場合、弁体35は、高圧の作動油が流れる高圧ラインに連通する供給ポート50と、作動室24との間を隔離することにより、供給ポート50に導かれる高圧の作動油が作動室24側に漏れないように構成される。また弁体35のうち作動室24とは反対側には、パイロット室53が設けられる。パイロット室53には、後述の流路切替機構60を介して高圧又は低圧の作動油のいずれか一方が選択的に供給される。高圧弁28が閉弁状態にある場合には、パイロット室53に対して高圧の作動油が供給されることにより、弁体35をスプリング44の付勢力とともに作動室24側に付勢し、高圧弁28の閉弁状態を保持している。 When the high-pressure valve 28 is in the closed position as shown in FIG. 1, the valve body 35 is provided by isolating the supply port 50 communicating with the high-pressure line through which the high-pressure hydraulic oil flows and the operating chamber 24. The high-pressure hydraulic oil guided to the supply port 50 is configured to prevent leakage to the working chamber 24 side. A pilot chamber 53 is provided on the side of the valve body 35 opposite to the operating chamber 24. Either high pressure or low pressure hydraulic oil is selectively supplied to the pilot chamber 53 via the flow path switching mechanism 60 described later. When the high-pressure valve 28 is in the closed state, high-pressure hydraulic oil is supplied to the pilot chamber 53 to urge the valve body 35 to the operating chamber 24 side together with the urging force of the spring 44, resulting in high pressure. The valve 28 is kept in the closed state.
一方でパイロット室53に対して低圧の作動油が供給されると、弁体35は図2の矢印Bのように作動室24から離れる方向に移動することで、開弁位置に切り替えられる。開弁位置では、弁体35が移動することで、閉弁位置では互いに隔離されていた供給ポート50と作動室24とが連通し、図2に示す矢印Cのように供給ポート50から作動室24に高圧の作動油が供給される。このときパイロット室53に低圧の作動油が供給されることにより、供給ポート50とパイロット室53との間の差圧が弁体35をスプリング44の付勢力に抗して作用することで、ソレノイドコイル42の電磁力によって容易に開弁操作が可能となる。 On the other hand, when low-pressure hydraulic oil is supplied to the pilot chamber 53, the valve body 35 is switched to the valve opening position by moving away from the working chamber 24 as shown by the arrow B in FIG. When the valve body 35 moves in the valve open position, the supply port 50 and the operating chamber 24, which are isolated from each other in the valve closed position, communicate with each other, and the operating chamber is connected to the supply port 50 as shown by an arrow C in FIG. High pressure hydraulic oil is supplied to 24. At this time, the low-pressure hydraulic oil is supplied to the pilot chamber 53, and the differential pressure between the supply port 50 and the pilot chamber 53 acts on the valve body 35 against the urging force of the spring 44, so that the solenoid is used. The valve opening operation can be easily performed by the electromagnetic force of the coil 42.
パイロット室53は、流路切替機構60によって高圧の作動油が流れる高圧ライン又は高圧ラインより低圧な作動油が流れる他のラインのいずれか一方が選択的に連通可能に構成される。ここで他のラインは、図4に示す低圧ライン14であってもよいし、例えば使用済の作動油を排出するためのドレンラインや、作動油を貯留するための油タンクに連通するライン等であってもよい。流路切替機構60は、高圧の作動油が流れる供給ポート50に接続される第1ライン62と、低圧の作動油が流れる他のラインに接続される第2ライン64と、パイロット室53に接続される第3ライン66とを備え、第1ライン62又は第2ライン64のいずれか一方を第3ライン66に選択的に連通可能に構成される。 The pilot chamber 53 is configured by the flow path switching mechanism 60 so that either a high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows or another line through which hydraulic oil at a lower pressure than the high-pressure line flows can selectively communicate with each other. Here, the other line may be the low-pressure line 14 shown in FIG. 4, for example, a drain line for discharging used hydraulic oil, a line communicating with an oil tank for storing hydraulic oil, and the like. It may be. The flow path switching mechanism 60 is connected to a first line 62 connected to a supply port 50 through which high-pressure hydraulic oil flows, a second line 64 connected to another line through which low-pressure hydraulic oil flows, and a pilot chamber 53. The third line 66 is provided, and either the first line 62 or the second line 64 can be selectively communicated with the third line 66.
図1では、流路切替機構60は、第1ライン62を第3ライン66に連通することにより(このとき第2ライン64は第1ライン62及び第3ライン66から隔離されている)、第1ライン62を流れる高圧の作動油が第3ライン66を介してパイロット室53に供給されている。このとき高圧の作動油が供給されるパイロット室53と作動室24との間の差圧が小さい又はゼロになることで、スプリング44の付勢力とともに弁体35を弁座に付勢することで、閉弁位置が維持される。 In FIG. 1, the flow path switching mechanism 60 communicates the first line 62 with the third line 66 (at this time, the second line 64 is isolated from the first line 62 and the third line 66). High-pressure hydraulic oil flowing through the 1st line 62 is supplied to the pilot chamber 53 via the 3rd line 66. At this time, the differential pressure between the pilot chamber 53 and the operating chamber 24 to which the high-pressure hydraulic oil is supplied becomes small or zero, so that the valve body 35 is urged to the valve seat together with the urging force of the spring 44. , The valve closing position is maintained.
一方の図2では、流路切替機構60は、第2ライン64を第3ライン66に連通することにより(このとき第1ライン62は第2ライン64及び第3ライン66から隔離されている)、第2ライン64を流れる低圧の作動油が第3ライン66を介してパイロット室53に供給されている。このとき低圧の作動油が供給されるパイロット室53と作動室24との間の差圧が大きくなることで、ソレノイドコイル42の電磁力による開弁操作が可能となる。 On the other hand, in FIG. 2, the flow path switching mechanism 60 communicates the second line 64 with the third line 66 (at this time, the first line 62 is isolated from the second line 64 and the third line 66). , Low pressure hydraulic oil flowing through the second line 64 is supplied to the pilot chamber 53 via the third line 66. At this time, the differential pressure between the pilot chamber 53 and the operating chamber 24 to which the low-pressure hydraulic oil is supplied becomes large, so that the valve opening operation by the electromagnetic force of the solenoid coil 42 becomes possible.
また図1及び図2に示すように、供給ポート50とパイロット室53とは、高圧の作動油の供給源である高圧ラインに対して直列に接続される。すなわち高圧ラインを流れる高圧の作動油は供給ポート50に導かれるが、当該供給ポート50に対して更に第1ライン62を接続することで、供給ポート50に導かれる高圧の作動油を流路切替機構60で油圧を切替用に利用可能になっている。これにより、供給ポート50と流路切替機構60に対して作動油の供給ラインを別々に設ける場合に比べて、装置構成を簡略化できるため、より小型化に適した油圧モータを実現できる。 Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the supply port 50 and the pilot chamber 53 are connected in series with a high pressure line which is a supply source of high pressure hydraulic oil. That is, the high-pressure hydraulic oil flowing through the high-pressure line is guided to the supply port 50, but by further connecting the first line 62 to the supply port 50, the high-pressure hydraulic oil guided to the supply port 50 is switched. The mechanism 60 makes it possible to switch the oil pressure. As a result, the device configuration can be simplified as compared with the case where the hydraulic oil supply line is separately provided for the supply port 50 and the flow path switching mechanism 60, so that a hydraulic motor suitable for further miniaturization can be realized.
弁体35及び弁座46は、中心軸Cを中心に所定の幅を有するリング形状を有しており、弁体35の供給ポート50に対する受圧面積をAHPV、弁体35のパイロット室53に対する受圧面積をAとすると、弁体35は、1より大きな定数kを用いて、次式を満たすように設計される(図1では弁体35の断面構造とともに受圧面積AHPV及びAの投影的な平面図が示されている)。
/AHPV<k (1)
これにより、供給ポート50に対して供給される作動油の圧力を流路切替機構60によって切り替えた際に、供給ポート50及びパイロット室53間の差圧に基づいて弁体35の移動を実施し、高圧弁28の開閉操作を好適に実現できる。また定数kを大きくとるほど弁体の加速力が増大し、弁の応答速度が速くなることで安定性が向上する。
The valve body 35 and the valve seat 46 have a ring shape having a predetermined width about the central axis C, and the pressure receiving area of the valve body 35 with respect to the supply port 50 is set to A HPV and the pilot chamber 53 of the valve body 35. When the pressure receiving area and a P, the valve body 35, using a large constant k than 1, is designed to satisfy the following equation (in FIG. 1 with the sectional structure of the valve body 35 of the pressure receiving area a HPV and a P A projected plan view is shown).
A P / A HPV <k ( 1)
As a result, when the pressure of the hydraulic oil supplied to the supply port 50 is switched by the flow path switching mechanism 60, the valve body 35 is moved based on the differential pressure between the supply port 50 and the pilot chamber 53. , The opening / closing operation of the high pressure valve 28 can be suitably realized. Further, the larger the constant k, the greater the acceleration force of the valve body, and the faster the response speed of the valve, thereby improving the stability.
また高圧弁28は、油圧モータの作動室24における作動油の圧力を制御するためのバルブであるため、油圧モータの回転数Nに応じて高速で切替可能に構成される必要がある。油圧モータ10の周期Tは回転数Nを用いて次式で表される。
T=1/N (2)
油圧モータではサイクルの半分において作動室24の圧力を高圧にするとともに、残り半分において低圧に制御する必要があるため、高圧弁28に要求される開閉時間を周期Tの約1/10としてT/10と仮定する。この場合、高圧弁28の弁体35に要求される移動速度Vは次式で表される。

そして上式(3)の移動速度Vを達成するために必要な流量Qは次式で表される。

Further, since the high pressure valve 28 is a valve for controlling the pressure of the hydraulic oil in the operating chamber 24 of the hydraulic motor, it needs to be configured to be switchable at high speed according to the rotation speed N of the hydraulic motor. The period T of the hydraulic motor 10 is expressed by the following equation using the rotation speed N.
T = 1 / N (2)
In a hydraulic motor, it is necessary to increase the pressure in the operating chamber 24 to a high pressure in half of the cycle and control it to a low pressure in the other half. It is assumed to be 10. In this case, the moving speed V required for the valve body 35 of the high pressure valve 28 is expressed by the following equation.

The flow rate Q required to achieve the moving speed V of the above equation (3) is expressed by the following equation.

また作動室24に高圧ラインから高圧の作動油が導入されている時の作動室24の最小圧力値をPHmin、作動室24に他のラインから低圧の作動油が導入されている時の作動室24の最大圧力値をPLmaxとすると、流路切替機構60の最小差圧ΔPは次式となる。
ΔP=PHmin−PLmax (5)
また流路切替機構60の定格流量Qは次式となる。

Further, the minimum pressure value of the operating chamber 24 when the high pressure hydraulic oil is introduced from the high pressure line into the operating chamber 24 is PH min , and the operation when the low pressure hydraulic oil is introduced from another line into the operating chamber 24. Assuming that the maximum pressure value of the chamber 24 is PL max , the minimum differential pressure ΔP of the flow path switching mechanism 60 is given by the following equation.
ΔP = PH min −PL max (5)
The rated flow rate Q R of the flow path switching mechanism 60 becomes the following equation.

続いて上記構成を有する油圧モータ用高圧弁28を油圧モータに適用した場合について説明する。ここでは一例として、油圧モータ用高圧弁28を含む油圧モータを風力発電装置に用いる場合を例に説明するが、油圧モータの適用分野は限定されない。 Subsequently, a case where the high pressure valve 28 for a hydraulic motor having the above configuration is applied to the hydraulic motor will be described. Here, as an example, a case where a hydraulic motor including a high-pressure valve 28 for a hydraulic motor is used for a wind power generator will be described as an example, but the application field of the hydraulic motor is not limited.
<風力発電装置の全体構成>
図3は、本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧モータ用高圧弁28を含む油圧モータ10を備える風力発電装置1の概略図である。同図に示すように、風力発電装置1は、少なくとも一本のブレード2及びハブ4を含んで構成されるロータ3を備える。
<Overall configuration of wind power generator>
FIG. 3 is a schematic view of a wind power generation device 1 including a hydraulic motor 10 including a high pressure valve 28 for a hydraulic motor according to at least one embodiment of the present invention. As shown in the figure, the wind turbine generator 1 includes a rotor 3 including at least one blade 2 and a hub 4.
ロータ3には、回転シャフト6を介して油圧トランスミッション65が連結される。油圧トランスミッション65は油圧ポンプ8及び油圧モータ10を含み、回転シャフト6は、これらのうち油圧ポンプ8に連結される。油圧トランスミッション65では、油圧ポンプ8に対して、高圧ライン12及び低圧ライン14を介して油圧モータ10が接続される。具体的には、油圧ポンプ8の出口が高圧ライン12を介して油圧モータ10の入口に接続され、油圧ポンプ8の入口が低圧ライン14を介して油圧モータ10の出口に接続される。油圧ポンプ8は、回転シャフト6によって駆動されることにより作動油を昇圧し、高圧の作動油(圧油)を生成する。油圧ポンプ8で生成された圧油は高圧ライン12を介して油圧モータ10に供給され、この圧油によって油圧モータ10が駆動される。油圧モータ10で仕事をした後の低圧の作動油は、油圧モータ10の出口と油圧ポンプ8の入口との間に設けられた低圧ライン14を経由して、油圧ポンプ8に再び戻される。 A hydraulic transmission 65 is connected to the rotor 3 via a rotating shaft 6. The hydraulic transmission 65 includes a hydraulic pump 8 and a hydraulic motor 10, and the rotary shaft 6 is connected to the hydraulic pump 8 among them. In the hydraulic transmission 65, the hydraulic motor 10 is connected to the hydraulic pump 8 via the high pressure line 12 and the low pressure line 14. Specifically, the outlet of the hydraulic pump 8 is connected to the inlet of the hydraulic motor 10 via the high pressure line 12, and the inlet of the hydraulic pump 8 is connected to the outlet of the hydraulic motor 10 via the low pressure line 14. The hydraulic pump 8 is driven by the rotary shaft 6 to boost the hydraulic oil and generate high-pressure hydraulic oil (pressure oil). The pressure oil generated by the hydraulic pump 8 is supplied to the hydraulic motor 10 via the high pressure line 12, and the pressure oil drives the hydraulic motor 10. The low-pressure hydraulic oil after working on the hydraulic motor 10 is returned to the hydraulic pump 8 again via the low-pressure line 14 provided between the outlet of the hydraulic motor 10 and the inlet of the hydraulic pump 8.
油圧モータ10には発電機16が連結される。発電機16は、例えば、電力系統に連系されるとともに、油圧モータ10によって駆動される同期発電機である。 A generator 16 is connected to the hydraulic motor 10. The generator 16 is, for example, a synchronous generator connected to an electric power system and driven by a hydraulic motor 10.
尚、回転シャフト6の少なくとも一部は、タワー19上に設置されたナセル18によって覆われている。前述の油圧トランスミッション65及び発電機16は、ナセル18の内部に設置される。 At least a part of the rotating shaft 6 is covered with a nacelle 18 installed on the tower 19. The above-mentioned hydraulic transmission 65 and generator 16 are installed inside the nacelle 18.
図31に示す風力発電装置1では、ロータ3の回転エネルギは、油圧ポンプ8及び油圧モータ10を含む油圧トランスミッション65を介して発電機16に入力され、発電機16において電力が生成される。 In the wind power generator 1 shown in FIG. 31, the rotational energy of the rotor 3 is input to the generator 16 via the hydraulic transmission 65 including the hydraulic pump 8 and the hydraulic motor 10, and electric power is generated in the generator 16.
図4は図3の油圧モータ10の概略構成図である。油圧モータ10は、回転軸32と、シリンダ20と、シリンダ20と共に作動室24を形成するピストン22と、作動室24に対して設けられる高圧弁28及び低圧弁30と、変換機構25と、を有する。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the hydraulic motor 10 of FIG. The hydraulic motor 10 includes a rotating shaft 32, a cylinder 20, a piston 22 forming an operating chamber 24 together with the cylinder 20, a high-pressure valve 28 and a low-pressure valve 30 provided for the operating chamber 24, and a conversion mechanism 25. Have.
変換機構25は、回転軸32の回転運動とピストン22の往復運動との間の変換を行うための機構であり、ピストン22に当接するカム曲面を有するカム26を含む。 The conversion mechanism 25 is a mechanism for performing conversion between the rotational motion of the rotating shaft 32 and the reciprocating motion of the piston 22, and includes a cam 26 having a cam curved surface that abuts on the piston 22.
ピストン22は、ピストン22の往復運動を回転軸32の回転運動にスムーズに変換する観点から、シリンダ20内を摺動するピストン本体部22Aと、該ピストン本体部22Aに取り付けられ、カム26のカム曲面に当接するピストンローラ又はピストンシュー22Bと、を含んで構成されている。 The piston 22 is attached to the piston body 22A sliding in the cylinder 20 and the piston body 22A from the viewpoint of smoothly converting the reciprocating motion of the piston 22 into the rotary motion of the rotating shaft 32, and the cam of the cam 26. It is configured to include a piston roller or a piston shoe 22B that abuts on a curved surface.
カム26は、油圧モータ10の回転軸(クランクシャフト)32の軸中心Oから偏心して設けられた偏心カムである。ピストン22が上下動を一回行う間に、カム26及びカム26が取り付けられた回転軸32は一回転するように構成されている。 The cam 26 is an eccentric cam provided eccentrically from the shaft center O of the rotary shaft (crankshaft) 32 of the hydraulic motor 10. The cam 26 and the rotating shaft 32 to which the cam 26 is attached are configured to make one rotation while the piston 22 moves up and down once.
他の実施形態では、カム26は、複数のローブ(凸部)を有する環状のマルチローブドカム(リングカム)であり、この場合には、カム26及びカム26が取り付けられた回転軸32が一回転する間に、ピストン22は上下動をローブの数だけ行うようにしてもよい。 In another embodiment, the cam 26 is an annular multi-robeed cam (ring cam) having a plurality of lobes (convex parts), in which case the cam 26 and the rotating shaft 32 to which the cam 26 is attached are one. While rotating, the piston 22 may move up and down by the number of lobes.
高圧弁28は、作動室24と作動室24の外部に設けられた高圧ライン12との間の高圧連通ライン34に設けられており、作動室24と高圧ライン12との連通状態を切り替え可能に構成されている。低圧弁30は、作動室24と作動室24の外部に設けられた低圧ライン14との間の低圧連通ライン36に設けられており、作動室24と低圧ライン14との連通状態を切り替え可能に構成されている。 The high-pressure valve 28 is provided in the high-pressure communication line 34 between the operating chamber 24 and the high-pressure line 12 provided outside the operating chamber 24, and the communication state between the operating chamber 24 and the high-pressure line 12 can be switched. It is configured. The low-pressure valve 30 is provided in the low-pressure communication line 36 between the operating chamber 24 and the low-voltage line 14 provided outside the operating chamber 24, and the communication state between the operating chamber 24 and the low-pressure line 14 can be switched. It is configured.
<参考技術>
ここで、図3及び図4の構成を共通する参考技術に係る油圧モータに使用される高圧弁28及び低圧弁30の具体的構成について説明する。図8は参考技術に係る油圧モータにおいて、高圧弁28が閉弁位置にあり、且つ、低圧弁30が開弁位置にある時の内部構造を示す断面図である。図9は参考技術に係る油圧モータにおいて、高圧弁28が開弁位置にあり、且つ、低圧弁30が閉弁位置にある時の内部構造を示す断面図である。
<Reference technology>
Here, the specific configurations of the high-pressure valve 28 and the low-pressure valve 30 used in the hydraulic motor according to the reference technique having the common configurations of FIGS. 3 and 4 will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the internal structure of the hydraulic motor according to the reference technique when the high pressure valve 28 is in the closed position and the low pressure valve 30 is in the valve open position. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the internal structure of the hydraulic motor according to the reference technique when the high pressure valve 28 is in the valve open position and the low pressure valve 30 is in the valve closed position.
尚、図8及び図9では、高圧弁28、低圧弁30及びそれらのケーシング37をユニット化してバルブユニット38とした場合を例示されているが、後述する本発明の幾つかの実施形態に係る油圧モータ10のように、高圧弁28及び低圧弁30をそれぞれ独立的に構成することにより別ユニット化してもよい。 Although FIGS. 8 and 9 illustrate the case where the high-pressure valve 28, the low-pressure valve 30, and the casing 37 thereof are unitized into a valve unit 38, the present invention relates to some embodiments of the present invention described later. Like the hydraulic motor 10, the high-pressure valve 28 and the low-pressure valve 30 may be independently configured to form separate units.
参考技術に係る油圧モータの高圧弁28は、弁体35を含む可動ユニット40と、可動ユニット40を開弁位置と閉弁位置とに移動させるためのアクチュエータとして機能するソレノイドコイル42と、スプリング44と、弁座46とを備えている。高圧弁28は、ノーマルクローズ式のポペット型電磁弁であり、弁座46が弁体35に対して作動室24側に設けられている。高圧弁28は、作動室24と高圧ライン12(図2参照)との連通状態を、ソレノイドコイル42の電磁力又はスプリング44の付勢力に起因した可動ユニット40の移動により切り替え可能に構成されている。 The high-pressure valve 28 of the hydraulic motor according to the reference technique includes a movable unit 40 including a valve body 35, a solenoid coil 42 that functions as an actuator for moving the movable unit 40 to a valve opening position and a valve closing position, and a spring 44. And a valve seat 46. The high-pressure valve 28 is a normally closed poppet-type solenoid valve, and a valve seat 46 is provided on the operating chamber 24 side with respect to the valve body 35. The high-pressure valve 28 is configured so that the communication state between the operating chamber 24 and the high-pressure line 12 (see FIG. 2) can be switched by the movement of the movable unit 40 due to the electromagnetic force of the solenoid coil 42 or the urging force of the spring 44. There is.
制御装置(不図示)からの制御信号によってソレノイドコイル42が励磁されていない時には、高圧弁28の可動ユニット40は、スプリング44によって弁座46に向かって付勢されることにより、作動室24と高圧ライン12とが連通しない閉弁位置(図8を参照)に保持される。一方で、制御装置(不図示)からの制御信号によってソレノイドコイル42が励磁されると、高圧弁28の可動ユニット40は、電磁力によってスプリング44の付勢力に抗して、作動室24と高圧ライン12とが連通する開弁位置(図9を参照)に移動する。 When the solenoid coil 42 is not excited by a control signal from a control device (not shown), the movable unit 40 of the high-pressure valve 28 is urged toward the valve seat 46 by the spring 44 to form a working chamber 24. It is held in a valve closing position (see FIG. 8) that does not communicate with the high pressure line 12. On the other hand, when the solenoid coil 42 is excited by a control signal from a control device (not shown), the movable unit 40 of the high-pressure valve 28 resists the urging force of the spring 44 by electromagnetic force, and the working chamber 24 and the high pressure It moves to the valve opening position (see FIG. 9) where the line 12 communicates with the valve opening position.
参考技術に係る油圧モータの低圧弁30は、弁体48及びアーマチュア51を有する可動ユニット52と、ソレノイド54と、スプリング56と、弁座58とを備えている。低圧弁30は、ノーマルオープン式のポペット型電磁弁であり、弁体48が弁座58に対して作動室24側に設けられている。低圧弁30は、作動室24と低圧ライン14(図2参照)との連通状態を、ソレノイド54の電磁力又はスプリング56の付勢力に起因した可動ユニット52の移動により切り替え可能に構成されている。 The low-pressure valve 30 of the hydraulic motor according to the reference technique includes a movable unit 52 having a valve body 48 and an armature 51, a solenoid 54, a spring 56, and a valve seat 58. The low-pressure valve 30 is a normally open type poppet type solenoid valve, and a valve body 48 is provided on the operating chamber 24 side with respect to the valve seat 58. The low-pressure valve 30 is configured to be able to switch the communication state between the operating chamber 24 and the low-pressure line 14 (see FIG. 2) by moving the movable unit 52 due to the electromagnetic force of the solenoid 54 or the urging force of the spring 56. ..
制御装置(不図示)からの制御信号によって低圧弁30が励磁されていない時には、低圧弁30の可動ユニット52は、スプリング56によって弁座58から離間する方向へ付勢されていることにより、低圧弁30は作動室24と低圧ライン14とが連通する開弁位置(図8を参照)に保持される。一方で、制御装置(不図示)からの制御信号によって低圧弁30が励磁されると、ソレノイド54の電磁力によってアーマチュア51が吸引され、可動ユニット52は、電磁力によってスプリング56の付勢力に抗して弁座58に向かって移動することにより、作動室24と高圧ライン12とが連通しない閉弁位置(図9を参照)に移動する。 When the low pressure valve 30 is not excited by a control signal from a control device (not shown), the movable unit 52 of the low pressure valve 30 is urged by the spring 56 in a direction away from the valve seat 58, so that the low pressure is reduced. The valve 30 is held at a valve opening position (see FIG. 8) where the working chamber 24 and the low pressure line 14 communicate with each other. On the other hand, when the low pressure valve 30 is excited by a control signal from a control device (not shown), the armature 51 is attracted by the electromagnetic force of the solenoid 54, and the movable unit 52 resists the urging force of the spring 56 by the electromagnetic force. Then, by moving toward the valve seat 58, the operating chamber 24 and the high-pressure line 12 are moved to a valve closing position (see FIG. 9) in which they do not communicate with each other.
図10は図8及び図9の高圧弁28及び低圧弁30の開閉タイミングの一例を示す概略図である。図10では、ピストン22の下死点(BDC:Bottom Dead Center)を基準(0deg)として時計回りに、ピストン22の往復運動に関する回転位相が示されている。0degから180degの範囲はシリンダ圧縮工程を示し、180degから360degの範囲はシリンダ膨張工程を示している。これら一連のサイクルでは作動室24における作動油の流速は、回転位相が0deg、180degにおいて最小になり、90deg、270degにおいて最大になるように周期的に変化する。 FIG. 10 is a schematic view showing an example of opening / closing timing of the high pressure valve 28 and the low pressure valve 30 of FIGS. 8 and 9. In FIG. 10, the rotation phase related to the reciprocating motion of the piston 22 is shown clockwise with reference to the bottom dead center (BDC: BDC: Bottom Dead Center) of the piston 22 (0 deg). The range from 0 deg to 180 deg indicates the cylinder compression process, and the range from 180 deg to 360 deg indicates the cylinder expansion process. In these series of cycles, the flow velocity of the hydraulic oil in the working chamber 24 changes periodically so that the rotation phase becomes the minimum at 0 deg and 180 deg and the maximum at 90 deg and 270 deg.
シリンダ圧縮工程のうち下死点(0deg)近傍では、高圧弁28は閉弁位置にあり、且つ、低圧弁30は開弁位置にある(図8を参照)。この時、作動室24は低圧連通ライン36を介して低圧ライン14に連通することで、作動室24で仕事を終えた作動油が低圧弁30を介して低圧ライン14に排出される。そしてシリンダ圧縮工程が進行して第1位相θ1になると、低圧弁30が閉弁位置に切り替えられる。これにより、作動室24は高圧ライン12及び低圧ライン14の両方に対して隔離された状態になるため、作動室24の内部に残留している作動油の圧力はピストン22の上昇とともに増加する。これにより、高圧弁28では弁体35の両側における差圧(すなわち高圧連通ライン34における作動油の圧力と、作動室24における作動油の圧力との間の差圧)が減少し、ソレノイドコイル42による高圧弁28の開弁動作が可能な状態が作り出される。そして第2位相θ2に進むと、ソレノイドコイル42が励磁されることで高圧弁28が開弁位置に切り替えられる(図9を参照)。つまり、シリンダ圧縮工程では、第1位相θ1において低圧弁30を閉弁位置に切り替えることで、高圧弁28の弁体35の両側における差圧を減少させ、高圧弁28を開弁位置に切り替えるための準備動作が行われる。これにより、ソレノイドコイル42の電磁力が比較的小さい場合においても、高圧弁28の開弁動作を的確に実現している。 In the cylinder compression step, near the bottom dead center (0 deg), the high pressure valve 28 is in the valve closed position and the low pressure valve 30 is in the valve open position (see FIG. 8). At this time, the operating chamber 24 communicates with the low-pressure line 14 via the low-pressure communication line 36, so that the hydraulic oil that has finished work in the operating chamber 24 is discharged to the low-pressure line 14 via the low-pressure valve 30. Then, when the cylinder compression step proceeds to reach the first phase θ1, the low pressure valve 30 is switched to the valve closing position. As a result, the working chamber 24 is isolated from both the high pressure line 12 and the low pressure line 14, so that the pressure of the hydraulic oil remaining inside the working chamber 24 increases as the piston 22 rises. As a result, in the high pressure valve 28, the differential pressure on both sides of the valve body 35 (that is, the differential pressure between the hydraulic oil pressure in the high pressure communication line 34 and the hydraulic oil pressure in the working chamber 24) is reduced, and the solenoid coil 42 A state in which the high pressure valve 28 can be opened is created. Then, when proceeding to the second phase θ2, the solenoid coil 42 is excited to switch the high pressure valve 28 to the valve opening position (see FIG. 9). That is, in the cylinder compression step, by switching the low pressure valve 30 to the valve closing position in the first phase θ1, the differential pressure on both sides of the valve body 35 of the high pressure valve 28 is reduced, and the high pressure valve 28 is switched to the valve opening position. Preparation operation is performed. As a result, even when the electromagnetic force of the solenoid coil 42 is relatively small, the valve opening operation of the high pressure valve 28 is accurately realized.
このように高圧弁28が開弁位置に切り替えられると、高圧弁28を介して高圧ライン12から作動室24に高圧な作動油が導入される。高圧弁28を介する作動油の導入は、シリンダ膨張工程において作動室24の容積が増加するに伴って行われる。 When the high-pressure valve 28 is switched to the valve opening position in this way, high-pressure hydraulic oil is introduced from the high-pressure line 12 into the operating chamber 24 via the high-pressure valve 28. The introduction of hydraulic oil via the high-pressure valve 28 is performed as the volume of the working chamber 24 increases in the cylinder expansion step.
ところでシリンダ圧縮工程の第1位相θ1における低圧弁30の閉弁位置への切替操作は、作動油の流速が大きいタイミングで実施されると、低圧弁30の弁座58近傍において渦流や流体慣性力の影響で負圧が生じ、弁座58にキャビテーションエロージョンによる磨耗が発生してしまうことが、発明者の研究により判明した。 By the way, when the operation of switching the low pressure valve 30 to the valve closing position in the first phase θ1 of the cylinder compression process is performed at the timing when the flow velocity of the hydraulic oil is large, the vortex flow and the fluid inertial force in the vicinity of the valve seat 58 of the low pressure valve 30. It has been found by the inventor's research that a negative pressure is generated due to the influence of the above, and the valve seat 58 is worn due to cavitation erosion.
図11は参考技術に係る油圧モータの作動室24の圧力P1、低圧ライン14の圧力P2(より具体的には、低圧ライン14に連結される低圧連結ラインのうち低圧弁30の弁体48の下流側における圧力)、高圧弁28の弁体35のストローク量S1、及び、低圧弁30の弁体48のストローク量S2の回転位相θに対する推移を示す検証結果である。図12は図11の第1位相θ1近傍を拡大して示したものである。 FIG. 11 shows the pressure P1 of the working chamber 24 of the hydraulic motor and the pressure P2 of the low pressure line 14 according to the reference technique (more specifically, the valve body 48 of the low pressure valve 30 among the low pressure connecting lines connected to the low pressure line 14). This is a verification result showing changes in the pressure on the downstream side), the stroke amount S1 of the valve body 35 of the high-pressure valve 28, and the stroke amount S2 of the valve body 48 of the low-pressure valve 30 with respect to the rotation phase θ. FIG. 12 is an enlarged view of the vicinity of the first phase θ1 in FIG.
図11では、第1位相θ1において低圧弁30のストローク量S2が増加し、低圧弁30が開弁位置から閉弁位置に切り替えられることが示されている。これに伴い、第1位相θ1の後、作動室24の圧力が急増している。また第2位相θ2では、高圧弁28のストローク量S1が増加することにより高圧弁28が閉弁位置から開弁位置に切り替えられることが示されている。 In FIG. 11, it is shown that the stroke amount S2 of the low pressure valve 30 increases in the first phase θ1 and the low pressure valve 30 is switched from the valve open position to the valve closed position. Along with this, the pressure in the working chamber 24 rapidly increases after the first phase θ1. Further, in the second phase θ2, it is shown that the high pressure valve 28 is switched from the valve closed position to the valve open position by increasing the stroke amount S1 of the high pressure valve 28.
図12に示すように第1位相θ1近傍に着目すると、低圧弁30が開弁位置から閉弁位置に切り替えられた後、低圧ライン14の圧力P2が位相範囲(θ1〜θ3)において一時的に負圧を示していることが確認された。また、このような負圧が発生している位相範囲(θ1〜θ3)における負圧積算値は、作動室24における作動油の流速と密接な関係があることが確認された。 Focusing on the vicinity of the first phase θ1 as shown in FIG. 12, after the low pressure valve 30 is switched from the valve open position to the valve closed position, the pressure P2 of the low pressure line 14 temporarily changes in the phase range (θ1 to θ3). It was confirmed that it showed negative pressure. Further, it was confirmed that the negative pressure integrated value in the phase range (θ1 to θ3) in which such negative pressure is generated is closely related to the flow velocity of the hydraulic oil in the operating chamber 24.
図13は図12の負圧積算値と作動室24における作動油の流速との相関を示す検証結果である。図13に示すように、作動室24における作動油の流速が増加するに従って、負圧積算値が増加し、それとともにキャビテーションエロージョンが発生しやすくなることが示された。このような傾向は、複数の温度を有する作動油について検証したところ、いずれも同様に確認された。 FIG. 13 is a verification result showing the correlation between the integrated negative pressure value of FIG. 12 and the flow velocity of the hydraulic oil in the operating chamber 24. As shown in FIG. 13, it was shown that as the flow velocity of the hydraulic oil in the working chamber 24 increased, the negative pressure integrated value increased, and at the same time, cavitation erosion was likely to occur. Such a tendency was confirmed in the same manner when the hydraulic oil having a plurality of temperatures was examined.
以上の検証結果から、キャビテーションエロージョンを抑制するためには、低圧弁30を閉弁位置に切り替える際の作動室24における流速が閾値V0以下になるように調整することが有効であること(すなわち第1位相θ1における作動室24の流速を低く抑えること)が判明した。ここでシリンダ圧縮工程において作動室24の流速は、下死点(0deg)から位相90degに向かって流速が上昇し、位相90deg近傍で最大値を示した後、上死点(180deg)に向けて減少する振る舞いを有する。そのため流速を閾値V0以下に抑えるためには、第1位相θ1を上死点に近づけることが有効とも考えられるが(図10の矢印Aを参照)、この場合、高圧弁28が開弁状態に切り替えられる第2位相θ2も必然的に上死点(180deg)に近づけなければならず、油圧モータの機械的動作が成立可能な範囲(機械的限界)を超えてしまうおそれがある。またこの種の油圧モータには、商品価値を向上させるために小型化が求められているが、油圧モータを小型化すると、作動油の流速が増加しやすい傾向にある。このような課題は、高圧弁28として図1及び図2を参照して前述した実施形態を採用することによって解決可能である。 From the above verification results, in order to suppress cavitation erosion, it is effective to adjust the flow velocity in the operating chamber 24 when the low pressure valve 30 is switched to the valve closed position so as to be equal to or less than the threshold value V0 (that is, the first (Suppressing the flow velocity of the working chamber 24 in one phase θ1) was found. Here, in the cylinder compression step, the flow velocity of the operating chamber 24 increases from the bottom dead center (0 deg) toward the phase 90 deg, reaches a maximum value near the phase 90 deg, and then moves toward the top dead center (180 deg). Has diminishing behavior. Therefore, in order to suppress the flow velocity to the threshold value V0 or less, it is considered effective to bring the first phase θ1 closer to the top dead center (see arrow A in FIG. 10), but in this case, the high pressure valve 28 is opened. The second phase θ2 that can be switched must also inevitably approach the top dead center (180 deg), and there is a risk that the mechanical operation of the hydraulic motor will exceed the feasible range (mechanical limit). Further, this type of hydraulic motor is required to be miniaturized in order to improve the commercial value, but when the hydraulic motor is miniaturized, the flow velocity of the hydraulic oil tends to increase. Such a problem can be solved by adopting the above-described embodiment as the high-pressure valve 28 with reference to FIGS. 1 and 2.
図1及び図2の構成を有する高圧弁28では、流路切替機構60によって弁体35の両側に配置された供給ポート50及びパイロット室53の間における差圧を切り替えることで、ソレノイドコイル42の電磁力によって容易に開閉操作を実施することができる。つまり参考技術のように、シリンダ圧縮工程において第2位相θ2で高圧弁28を開弁するために、第1位相θ1で低圧弁30を閉弁操作することなく、高圧弁28の開閉が可能になる。その結果、シリンダ圧縮工程における低圧弁30の閉弁操作を行う第1位相θ1を柔軟に設定できる。 In the high-pressure valve 28 having the configurations of FIGS. 1 and 2, the solenoid coil 42 is switched by switching the differential pressure between the supply ports 50 and the pilot chamber 53 arranged on both sides of the valve body 35 by the flow path switching mechanism 60. The opening / closing operation can be easily performed by electromagnetic force. That is, as in the reference technique, since the high pressure valve 28 is opened in the second phase θ2 in the cylinder compression process, the high pressure valve 28 can be opened and closed without closing the low pressure valve 30 in the first phase θ1. Become. As a result, the first phase θ1 for closing the low-pressure valve 30 in the cylinder compression step can be flexibly set.
これにより、シリンダ圧縮工程において低圧弁30の閉弁位置への切り替えタイミングである第1位相θ1を、低圧弁30を通過する作動流体の流速が遅い時期に設定し、低圧弁30の閉弁位置への切り替え後に低圧ライン14に負圧が一時的に生じることを防止できる。 As a result, the first phase θ1, which is the timing for switching the low pressure valve 30 to the valve closing position in the cylinder compression step, is set at a time when the flow velocity of the working fluid passing through the low pressure valve 30 is slow, and the valve closing position of the low pressure valve 30 is set. It is possible to prevent a temporary negative pressure from being generated in the low voltage line 14 after switching to.
また図4に示すように、油圧モータ10は高圧弁28及び低圧弁30を制御するための弁制御部70を備える。弁制御部70は油圧モータ10の制御装置であり、高圧弁28及び低圧弁30の開閉タイミングをそれぞれ制御する。本実施形態では、高圧弁28及び低圧弁30の開閉タイミングは前述のように独立的に設定することが可能である。尚、図4では、弁制御部70が高圧弁28に関する構成のうちソレノイドコイル42及び流路切替機構60に対して制御信号を送る構成が示されている。 Further, as shown in FIG. 4, the hydraulic motor 10 includes a valve control unit 70 for controlling the high pressure valve 28 and the low pressure valve 30. The valve control unit 70 is a control device for the hydraulic motor 10 and controls the opening / closing timing of the high pressure valve 28 and the low pressure valve 30, respectively. In the present embodiment, the opening / closing timing of the high pressure valve 28 and the low pressure valve 30 can be set independently as described above. Note that FIG. 4 shows a configuration in which the valve control unit 70 sends a control signal to the solenoid coil 42 and the flow path switching mechanism 60 among the configurations related to the high pressure valve 28.
尚、弁制御部70は例えばコンピュータのようなプロセッサを含む電子演算装置からなるハードウェアを備え、当該ハードウェアに対して所定のプログラムがインストールされることにより、高圧弁28及び低圧弁30の開閉制御を含む、本発明の少なくとも一実施形態に係る制御方法が実施可能に構成される。 The valve control unit 70 includes hardware including an electronic arithmetic unit including a processor such as a computer, and the high-pressure valve 28 and the low-pressure valve 30 are opened and closed by installing a predetermined program on the hardware. A control method according to at least one embodiment of the present invention, including control, is configured to be feasible.
弁制御部70は、ピストン22が下死点から上死点に向かうシリンダ圧縮工程において、開弁位置にある低圧弁30を低圧ライン14における作動油の流速が閾値V0(図13を参照)以下になるタイミングで閉弁位置に切り替え、その後、閉弁位置にある高圧弁28を開弁位置に切り替えるように制御する。図5は本発明の少なくとも一実施形態に係る油圧モータ10における高圧弁28及び低圧弁30の開閉タイミングを示す概略図である。 In the cylinder compression step in which the piston 22 moves from the bottom dead center to the top dead center, the valve control unit 70 uses the low pressure valve 30 at the valve opening position so that the flow rate of the hydraulic oil in the low pressure line 14 is equal to or less than the threshold value V0 (see FIG. 13). It is controlled to switch to the valve closing position at the timing of becoming, and then to switch the high pressure valve 28 in the valve closing position to the valve opening position. FIG. 5 is a schematic view showing the opening / closing timing of the high pressure valve 28 and the low pressure valve 30 in the hydraulic motor 10 according to at least one embodiment of the present invention.
図5では、ピストン22の下死点を基準(0deg)として時計回りにピストン22の往復運動に伴う回転位相を示している(具体的には、図5の左半分はピストン22が下死点(0deg)から上死点(180deg)に向かうシリンダ圧縮工程を示し、図5の右半分はピストン22が上死点(180deg)から下死点(360deg)に向かうシリンダ膨張工程を示している)。 FIG. 5 shows the rotation phase associated with the reciprocating motion of the piston 22 clockwise with reference to the bottom dead center (0 deg) of the piston 22 (specifically, the piston 22 is the bottom dead center in the left half of FIG. 5). The cylinder compression process from (0 deg) to top dead center (180 deg) is shown, and the right half of FIG. 5 shows the cylinder expansion process in which the piston 22 moves from top dead center (180 deg) to bottom dead center (360 deg).) ..
図5に示されるように、シリンダ圧縮工程において低圧弁30が閉弁位置に切り替えられる第1位相θ1は、参考技術(図11を参照)に比べて、作動油の流速が閾値V0以下になる上死点側に設定されている。これは、高圧弁28の開弁タイミングが低圧弁30の閉弁タイミングに依存せずに柔軟に設定可能なためである。その結果、低圧弁30を低圧ライン14における作動油の流速が比較的遅くなるタイミングで閉弁位置に切り替えるように第1位相θ1を制御することによりキャビテーションエロージョンの発生を効果的に防止できる。 As shown in FIG. 5, in the first phase θ1 in which the low pressure valve 30 is switched to the valve closing position in the cylinder compression step, the flow velocity of the hydraulic oil is equal to or less than the threshold value V0 as compared with the reference technique (see FIG. 11). It is set on the top dead center side. This is because the valve opening timing of the high pressure valve 28 can be flexibly set without depending on the valve closing timing of the low pressure valve 30. As a result, the occurrence of cavitation erosion can be effectively prevented by controlling the first phase θ1 so as to switch the low pressure valve 30 to the valve closing position at the timing when the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line 14 becomes relatively slow.
尚、シリンダ圧縮工程における高圧弁28の開制御タイミングは、前述のように低圧弁30の閉制御タイミングとは独立的に設定されるため、図5では第2位相θ2は第1位相θ1と上死点(=180deg)との間で任意に調整可能である。 Since the opening control timing of the high pressure valve 28 in the cylinder compression step is set independently of the closing control timing of the low pressure valve 30 as described above, the second phase θ2 is above the first phase θ1 in FIG. It can be arbitrarily adjusted from the dead center (= 180 deg).
図6は図5の高圧弁28及び低圧弁30の開閉タイミングを採用した場合における作動室24の圧力P1、低圧ライン14の圧力P2(より具体的には、低圧ライン14に連結される低圧連結ラインのうち低圧弁30の弁体48の下流側における圧力)、高圧弁28の弁体35のストローク量S1、及び、低圧弁30の弁体48のストローク量S2について、それぞれ回転位相θに対する推移を示す検証結果であり、図7は図6の第1位相θ1近傍を拡大して示したものである。図6及び図7によれば、前述の参考技術(図12及び図13)と比較すると、低圧弁30が閉弁位置に切り替えられた後、低圧ライン14の圧力P2には参考技術のように負圧が発生しておらず、キャビテーションエロージョンが効果的に防止されていることが示されている。 FIG. 6 shows the pressure P1 of the operating chamber 24 and the pressure P2 of the low pressure line 14 (more specifically, the low pressure connection connected to the low pressure line 14) when the opening / closing timing of the high pressure valve 28 and the low pressure valve 30 of FIG. 5 is adopted. Of the line, the pressure on the downstream side of the valve body 48 of the low pressure valve 30), the stroke amount S1 of the valve body 35 of the high pressure valve 28, and the stroke amount S2 of the valve body 48 of the low pressure valve 30, respectively, with respect to the rotation phase θ. FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the first phase θ1 in FIG. According to FIGS. 6 and 7, as compared with the above-mentioned reference techniques (FIGS. 12 and 13), after the low-pressure valve 30 is switched to the closed position, the pressure P2 of the low-pressure line 14 is similar to the reference technique. No negative pressure is generated, indicating that cavitation erosion is effectively prevented.
以上説明したように、上述の各実施形態によれば、油圧モータ10が備える高圧弁28は、弁座46に対して移動可能な弁体35が、高圧ライン12に接続される供給ポート50と、パイロット室53との間に配置される。パイロット室53は、流路切替機構60によって高圧ライン12又は他のラインのいずれか一方が選択的に連通可能に構成される。これにより、パイロット室53に高圧ライン12が連通する状態では弁体35に印可される供給ポート50とパイロット室53との間の差圧が小さいが、パイロット室53に他のラインが連通するように流路が切り替えられると弁体に印可される差圧が増加し、弁体35の移動が可能となる。このように高圧弁28では、パイロット室53に供給される作動油の圧力を切り替えることで弁体の移動が可能となるため、低圧弁30の開閉状態に依存しない開閉が可能である。すなわち、シリンダ圧縮工程において高圧弁28の開操作を行うために低圧弁30の閉操作を行うタイミングが制限されない。これにより、低圧弁30を閉じるタイミングを柔軟に設定することができ、キャビテーションエロージョンによる磨耗発生を効果的に抑制できる。 As described above, according to the above-described embodiments, the high-pressure valve 28 included in the hydraulic motor 10 has a valve body 35 movable with respect to the valve seat 46 and a supply port 50 connected to the high-pressure line 12. , Arranged between the pilot room 53. The pilot chamber 53 is configured so that either the high-voltage line 12 or the other line can selectively communicate with each other by the flow path switching mechanism 60. As a result, when the high-pressure line 12 communicates with the pilot chamber 53, the differential pressure between the supply port 50 applied to the valve body 35 and the pilot chamber 53 is small, but the other lines communicate with the pilot chamber 53. When the flow path is switched to, the differential pressure applied to the valve body increases, and the valve body 35 can be moved. As described above, in the high pressure valve 28, the valve body can be moved by switching the pressure of the hydraulic oil supplied to the pilot chamber 53, so that the low pressure valve 30 can be opened and closed independently of the open / closed state. That is, in the cylinder compression step, the timing of closing the low pressure valve 30 is not limited in order to open the high pressure valve 28. As a result, the timing for closing the low pressure valve 30 can be flexibly set, and the occurrence of wear due to cavitation erosion can be effectively suppressed.
本発明の少なくとも一実施形態は、作動油を用いて駆動可能な油圧モータ、当該油圧モータの制御装置及び制御方法、並びに、油圧弁に利用可能である。 At least one embodiment of the present invention can be used for a hydraulic motor that can be driven by using hydraulic oil, a control device and a control method for the hydraulic motor, and a hydraulic valve.
1 風力発電装置
2 ブレード
3 ロータ
4 ハブ
6 回転シャフト
8 油圧ポンプ
10 油圧モータ
12 高圧ライン
14 低圧ライン
16 発電機
18 ナセル
19 タワー
20 シリンダ
22 ピストン
24 作動室
25 変換機構
26 カム
28 高圧弁
30 低圧弁
32 回転軸
34 高圧連通ライン
35 弁体
36 低圧連通ライン
37 ケーシング
38 バルブユニット
40 可動ユニット
42 ソレノイドコイル
44 スプリング
46 弁座
48 弁体
50 供給ポート
51 アーマチュア
52 可動ユニット
53 パイロット室
54 ソレノイド
56 スプリング
58 弁座
60 流路切替機構
62 第1ライン
64 第2ライン
65 油圧トランスミッション
66 第3ライン
70 弁制御部
1 Wind power generator 2 Blade 3 Rotor 4 Hub 6 Rotating shaft 8 Hydraulic pump 10 Hydraulic motor 12 High pressure line 14 Low pressure line 16 Generator 18 Nacelle 19 Tower 20 Cylinder 22 Piston 24 Operating chamber 25 Conversion mechanism 26 Cam 28 High pressure valve 30 Low pressure valve 32 Rotating shaft 34 High-pressure communication line 35 Valve body 36 Low-pressure communication line 37 Casing 38 Valve unit 40 Movable unit 42 Solenoid coil 44 Spring 46 Valve seat 48 Valve body 50 Supply port 51 Armature 52 Movable unit 53 Piston chamber 54 Solenoid 56 Spring 58 Valve Seat 60 Flow path switching mechanism 62 1st line 64 2nd line 65 Hydraulic transmission 66 3rd line 70 Valve control unit

Claims (10)

  1. 回転軸と、
    シリンダと、
    前記シリンダとともに作動室を形成するピストンと、
    高圧の作動油が流れる高圧ラインと前記作動室との間に設けられる高圧弁と、
    低圧の前記作動油が流れる低圧ラインと前記作動室との間に設けられる低圧弁と、
    前記ピストンの往復運動を前記回転軸の回転運動に変換するための変換機構と、
    を備える油圧モータであって、
    前記高圧弁は、
    弁座と、
    前記弁座に対して移動可能な弁体と、
    を備え、
    前記弁体は、前記高圧ラインに接続される供給ポートと、流路切替機構によって前記高圧ライン又は前記高圧ラインより低圧な前記作動油が流れる他のラインのいずれか一方を選択的に連通可能に構成されたパイロット室との間に設けられる、油圧モータ。
    The axis of rotation and
    Cylinder and
    A piston that forms an operating chamber together with the cylinder,
    A high-pressure valve provided between the high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows and the operating chamber,
    A low-pressure valve provided between the low-pressure line through which the low-pressure hydraulic oil flows and the working chamber,
    A conversion mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the rotating shaft,
    It is a hydraulic motor equipped with
    The high pressure valve
    Valve seat and
    A valve body that can move with respect to the valve seat
    With
    The valve body can selectively communicate with either the supply port connected to the high-pressure line and the high-pressure line or another line through which the hydraulic oil lower than the high-pressure line flows by a flow path switching mechanism. A hydraulic motor installed between the configured pilot room.
  2. 前記流路切替機構によって前記他のラインが前記パイロット室に連通された場合、前記弁体が開弁位置に移動可能に構成される、請求項1に記載の油圧モータ。 The hydraulic motor according to claim 1, wherein the valve body is configured to be movable to a valve opening position when the other line is communicated with the pilot chamber by the flow path switching mechanism.
  3. 前記供給ポートと前記パイロット室は、前記作動油の供給源に対して直列に接続される、請求項1又は2に記載の油圧モータ。 The hydraulic motor according to claim 1 or 2, wherein the supply port and the pilot chamber are connected in series with the hydraulic oil supply source.
  4. 前記弁体を前記弁座に対して付勢するための付勢部材と、
    前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体に駆動力を付加可能なアクチュエータと、
    を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の油圧モータ。
    An urging member for urging the valve body against the valve seat,
    An actuator capable of applying a driving force to the valve body against the urging force of the urging member,
    The hydraulic motor according to any one of claims 1 to 3, further comprising.
  5. 前記弁体の前記供給ポートに対する受圧面積AHPV、及び、前記弁体の前記パイロット室に対する受圧面積APは、1より大きな定数kを用いて、次式
    /AHPV<k
    を満たすように設計される、請求項1から4のいずれか一項に記載の油圧モータ。
    The pressure receiving area A HPV with respect to the supply port of the valve body, and, pressure-receiving area AP to said pilot chamber of said valve body, using a large constant k than 1, the following equation A P / A HPV <k
    The hydraulic motor according to any one of claims 1 to 4, which is designed to satisfy the above conditions.
  6. 前記ピストンの往復運動に対応して、前記低圧弁及び前記高圧弁を制御するための弁制御部を更に備え、
    前記弁制御部は、前記ピストンが下死点から上死点に向かう際に、開状態にある前記低圧弁を閉状態に制御し、前記低圧弁を閉状態に制御中から閉状態にある前記高圧弁を開状態に制御するように構成される、請求項1から5のいずれか一項に記載の油圧モータ。
    A valve control unit for controlling the low pressure valve and the high pressure valve is further provided in response to the reciprocating motion of the piston.
    When the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, the valve control unit controls the low pressure valve in the open state to the closed state, and controls the low pressure valve to the closed state to the closed state. The hydraulic motor according to any one of claims 1 to 5, which is configured to control the high-pressure valve in an open state.
  7. 前記弁制御部は、前記低圧ラインにおける前記作動油の流速が閾値以下になるように前記低圧弁を閉制御するように構成される、請求項6に記載の油圧モータ。 The hydraulic motor according to claim 6, wherein the valve control unit is configured to close and control the low pressure valve so that the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line becomes equal to or less than a threshold value.
  8. 回転軸と、
    シリンダと、
    前記シリンダとともに作動室を形成するピストンと、
    高圧の作動油が流れる高圧ラインと前記作動室との間に設けられる高圧弁と、
    低圧の前記作動油が流れる低圧ラインと前記作動室との間に設けられる低圧弁と、
    前記ピストンの往復運動を前記回転軸の回転運動に変換するための変換機構と、
    を備える油圧モータの制御装置であって、
    前記ピストンの往復運動に対応して、前記低圧弁及び前記高圧弁を制御するための弁制御部を備え、
    前記弁制御部は、前記ピストンが下死点から上死点に向かう際に、開状態にある前記低圧弁を前記低圧ラインにおける前記作動油の流速が閾値以下になるタイミングで閉制御し、その後、閉状態にある前記高圧弁を開制御するように構成される、油圧モータの制御装置。
    The axis of rotation and
    Cylinder and
    A piston that forms an operating chamber together with the cylinder,
    A high-pressure valve provided between the high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows and the operating chamber,
    A low-pressure valve provided between the low-pressure line through which the low-pressure hydraulic oil flows and the working chamber,
    A conversion mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the rotating shaft,
    It is a control device of a hydraulic motor equipped with
    A valve control unit for controlling the low pressure valve and the high pressure valve is provided in response to the reciprocating motion of the piston.
    When the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, the valve control unit closes and controls the low pressure valve in the open state at a timing when the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line becomes equal to or lower than the threshold value. , A hydraulic motor control device configured to open and control the closed high pressure valve.
  9. 回転軸と、
    シリンダと、
    前記シリンダとともに作動室を形成するピストンと、
    高圧の作動油が流れる高圧ラインと前記作動室との間に設けられる高圧弁と、
    低圧の前記作動油が流れる低圧ラインと前記作動室との間に設けられる低圧弁と、
    前記ピストンの往復運動を前記回転軸の回転運動に変換するための変換機構と、
    を備える油圧モータの制御方法であって、
    前記ピストンが下死点から上死点に向かう際に、開状態にある前記低圧弁を前記低圧ラインにおける前記作動油の流速が閾値以下になるタイミングで閉じ、その後、閉状態にある前記高圧弁を開く、油圧モータの制御方法。
    The axis of rotation and
    Cylinder and
    A piston that forms an operating chamber together with the cylinder,
    A high-pressure valve provided between the high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows and the operating chamber,
    A low-pressure valve provided between the low-pressure line through which the low-pressure hydraulic oil flows and the working chamber,
    A conversion mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the rotating shaft,
    It is a control method of a hydraulic motor provided with
    When the piston moves from the bottom dead center to the top dead center, the low pressure valve in the open state is closed at the timing when the flow velocity of the hydraulic oil in the low pressure line becomes equal to or lower than the threshold value, and then the high pressure valve in the closed state. Open, how to control the hydraulic motor.
  10. 高圧の作動油が流れる高圧ライン上に設けられる油圧モータ用油圧弁であって、
    弁座と、
    前記弁座に対して移動可能な弁体と、
    を備え、
    前記弁体は、前記油圧ラインに接続される供給ポートと、流路切替機構によって前記高圧ライン又は前記高圧ラインより低圧な他のラインのいずれか一方を選択的に連通可能に構成されたパイロット室との間に設けられる、油圧モータ用油圧弁。
    A hydraulic valve for a hydraulic motor installed on a high-pressure line through which high-pressure hydraulic oil flows.
    Valve seat and
    A valve body that can move with respect to the valve seat
    With
    The valve body is a pilot chamber configured to selectively communicate with a supply port connected to the hydraulic line and either the high-pressure line or another line having a lower pressure than the high-pressure line by a flow path switching mechanism. A hydraulic valve for a hydraulic motor provided between and.
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