JP2021148284A

JP2021148284A - 回転数制御油圧ユニット

Info

Publication number: JP2021148284A
Application number: JP2020051944A
Authority: JP
Inventors: 将男岸; Masao Kishi; 達博寺田; Tatsuhiro Terada; 央憲本多; Hisanori Honda; 邦人兵藤; Kunito Hyodo
Original assignee: Toyooki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toyooki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-27

Abstract

【課題】可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が零からカットオフ開始圧力までの間において、吐出圧力に影響されることなくモータの回転数を制御し、アクチュエータを所望の速度で作動し得る回転数制御油圧ユニットを提供する。【解決手段】コントローラ１０には各油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃに対応する複数の入力信号８Ａ１、８Ｂ１、８Ｃ１を入力可能とする。コントローラ１０は入力する入力信号８Ａ１または８Ｂ１または８Ｃ１に応じて回転数が異なる回転数制御信号Ｓを出力する。斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出圧力が零からカットオフ開始圧力までの間において回転数制御信号Ｓに応じて吐出量を変更可能とする。【選択図】図１

Description

本発明は、可変容量型油圧ポンプを可変速のモータで回転駆動し、モータの回転数制御によって可変容量型油圧ポンプより吐出する作動油の流量及び圧力を制御する回転数制御油圧ユニットに関する。

この種の回転数制御油圧ユニットは、吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素としての斜板の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、この可変容量型油圧ポンプを回転駆動する可変速のモータと、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサーと、圧力センサーが検出した圧力に対応して予め設定した回転数にモータを制御するコントローラとを備え、可変容量型油圧ポンプのカットオフ開始圧力からフルカット圧力までの間において、吐出量を吐出圧力に応じて機械的に可変調整して可変容量型油圧ポンプの押しのけ量を減少し、モータの必要トルクを低減して、アクチュエータを作動している。

特開２００３−１７２３０２号公報

ところが、かかる従来の回転数制御油圧ユニットでは、圧力センサーで検出した圧力に対応して電動機の回転数が変動するため、検出した圧力が高いと電動機の回転数が低下して可変容量型油圧ポンプから吐出する吐出量が減少して、アクチュエータを所望の速度で作動できないという問題点があった。

本発明の課題は、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が零からカットオフ開始圧力までの間において、吐出圧力に影響されることなくモータの回転数を制御し、アクチュエータを所望の速度で作動し得る回転数制御油圧ユニットを提供するものである。

かかる課題を達成すべく、本発明は次の手段をとった。即ち、
吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、この可変容量型油圧ポンプを回転駆動する可変速のモータと、モータの回転数を制御する回転数制御信号をモータに出力するコントローラと、可変容量型油圧ポンプから吐出する作動油で作動する複数のアクチュエータとを備え、コントローラには各アクチュエータに対応する複数の入力信号を入力可能とし、コントローラは入力する入力信号に応じて回転数が異なる回転数制御信号を出力し、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が零からカットオフ開始圧力までの間において回転数制御信号に応じて吐出量を変更可能としたことを特徴とする回転数制御油圧ユニットがそれである。

この場合、前記コントローラは、前記可変容量型油圧ポンプの吐出量が最小となるフルカット圧力で、前記モータの回転数を最低とする最低回転数制御信号を出力してもよい。また、前記可変容量型油圧ポンプと前記複数のアクチュエータとの間には、各アクチュエータに供給する作動油の流れ方向を切換制御する方向制御弁をそれぞれ設け、前記コントローラに入力する前記複数の入力信号は、各方向制御弁を切換制御する切換制御信号に応じたものでもよい。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、コントローラには各アクチュエータに対応する複数の入力信号を入力可能とし、コントローラは入力する入力信号に応じて回転数が異なる回転数制御信号を出力し、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が零からカットオフ開始圧力までの間において回転数制御信号に応じて吐出量を変更可能とする。このため、コントローラに入力する入力信号は吐出圧力を因子としないから、コントローラからモータに出力する回転数制御信号は吐出圧力の影響を受けることなくでき、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が零からカットオフ開始圧力までの間において、吐出圧力に影響されることなくモータの回転数を制御でき、アクチュエータを所望の速度で作動することができる。

また、請求項２に記載の発明は、コントローラは、可変容量型油圧ポンプの吐出量が最小となるフルカット圧力で、モータの回転数を最低とする最低回転数制御信号を出力する。このため、フルカット圧力で、モータの回転数を最低にできるから、モータの回転数がカットオフ開始圧力とフルカット圧力とで同一である従来装置に比し、モータの消費電力を低減できて省エネ化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明は、可変容量型油圧ポンプと複数のアクチュエータとの間には、各アクチュエータに供給する作動油の流れ方向を切換制御する方向制御弁をそれぞれ設け、コントローラに入力する複数の入力信号は、各方向制御弁を切換制御する切換制御信号に応じたものである。このため、コントローラには切換制御信号に応じた入力信号が入力されるから、切換制御信号で切換制御する方向制御弁に対応するアクチュエータを所望の速度で確実に作動することができる。

本発明の一実施形態を示した回転数制御油圧ユニットの回路図である。一実施形態の吐出量と吐出圧力とのポンプ特性を示すグラフ図である。一実施形態の回転数と吐出圧力との関係を示すグラフ図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１において、１は可変容量型油圧ポンプとしての斜板式可変容量型ピストンポンプで、吐出量可変要素としての斜板２を傾転自在に有し、斜板２の傾転角を減少する圧力調整機構３を備え、斜板２の傾転角の減少により押しのけ量が減少して吐出量を減少する。斜板式可変容量型ピストンポンプ１の圧力調整機構３は、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出圧力が、図２にＰ１で示すカットオフ開始圧力に達すると斜板２の傾転角を減少するよう作動して吐出量を最大吐出量Ｑ１から減少し、以後、吐出圧力の上昇に応じて斜板２の傾転角がさらに減少して吐出量をさらに減少し、図２にＰ２で示すフルカット圧力に達すると斜板２の傾転角を最小にして吐出量を最小吐出量Ｑ４の略零にする。圧力調整機構３には、フルカット圧力Ｐ２をばね力に基づき設定するばね４を有し、ばね４のばね力を調整ねじ４Ａで調整自在にしてフルカット圧力Ｐ２を変更自在に設けている。なお、カットオフ開始圧力Ｐ１はフルカット圧力Ｐ２より若干低い圧力となる。

５は吸入流路で、斜板式可変容量型ピストンポンプ１とタンクＴとの間を接続し、タンクＴから斜板式可変容量型ピストンポンプ１に吸入する作動油を流通する。６は吐出流路で、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出側に接続し、斜板式可変容量型ピストンポンプ１から吐出する作動油を流通する。吐出流路６には３個の方向制御弁としての電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃを分岐接続している。各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、３位置４ポートで、中立位置Ｘと第１切換位置Ｙと第２切換位置Ｚとを有する。８Ａ、８Ｂ、８Ｃは３個のアクチュエータとしての油圧シリンダで、各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃとそれぞれ２個の負荷流路Ａ、Ｂで接続している。各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃの中立位置Ｘでは、吐出流路６と負荷流路Ａ、ＢとタンクＴに接続する排出流路Ｒとの間を遮断する。第１切換位置Ｙでは、吐出流路６と負荷流路Ａとの間を切換連通して、負荷流路Ｂと排出流路Ｒとの間を切換連通する。第２切換位置Ｚでは、吐出流路６と負荷流路Ｂとの間を切換連通して、負荷流路Ａと排出流路Ｒとの間を切換連通する。各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃは切換制御信号により中立位置Ｘと第１切換位置Ｙと第２切換位置Ｚとに切換制御する。

９は斜板式可変容量型ピストンポンプ１を回転駆動する可変速のモータで、三相誘導電動機から成る。１０はインバータから成るコントローラで、三相誘導電動機９の回転数を制御する回転数制御信号Ｓを三相誘導電動機９に出力する。コントローラ１０には各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃを切換制御する切換制御信号に対応する複数の入力信号８Ａ１、８Ｂ１、８Ｃ１を入力可能とする。コントローラ１０は入力する入力信号８Ａ１または８Ｂ１または８Ｃ１に応じて回転数Ｎ１またはＮ２またはＮ３（図３に図示）が異なる回転数制御信号Ｓを出力する。コントローラ１０は、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出量が略零の最小吐出量Ｑ４（図２に図示）となるフルカット圧力Ｐ２で、三相誘導電動機９を最低の回転数Ｎ４（図３に図示）にする最低回転数制御信号を出力する。なお、最低回転数制御信号は、作動する油圧シリンダ８Ａまたは８Ｂまたは８Ｃが作動端で停止することに対応して出力する。

次に、かかる構成の作動を説明する。
図１の状態は、斜板式可変容量型ピストンポンプ１は停止し、電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃは中立位置Ｘに位置し、各流路６、Ａ、Ｂ、Ｒ間を遮断し、各油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃは左端で停止している。

この状態で、電磁切換弁７Ａを第１切換位置Ｙに切換える切換制御信号を出力すると、この切換制御信号に対応した入力信号８Ａ１をコントローラ１０に入力し、コントローラ１０は回転数Ｎ１（図３に図示）の回転数制御信号Ｓを三相誘導電動機９に出力する。三相誘導電動機９は回転数Ｎ１（図３に図示）で斜板式可変容量型ピストンポンプ１を回転駆動し、斜板式可変容量型ピストンポンプ１は斜板２の傾転角が最大の状態で、作動油を吐出量Ｑ１（図２に図示）で吐出流路６に吐出する。吐出流路６に吐出した作動油は電磁切換弁７Ａより負荷流路Ａを流れて油圧シリンダ８Ａに供給し、油圧シリンダ８Ａは図示右方向に吐出量Ｑ１（図２に図示）に基づく速度で作動する。このとき、油圧シリンダ８Ｂ、８Ｃは左端で停止した状態を維持している。

この状態で、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出圧力がカットオフ開始圧力Ｐ１（図２に図示）に達すると、圧力調整機構３が斜板２の傾転角を減少するよう作動して吐出量を減少し、油圧シリンダ８Ａは図示右方向に作動する速度が減少し、図示右端の作動端で停止する。油圧シリンダ８Ａの停止で、吐出圧力が上昇してフルカット圧力Ｐ２に達すると、斜板式可変容量型ピストンポンプ１は斜板２の傾転角を最小にして吐出量を略零の最小吐出量Ｑ４（図２に図示）にする。

また、油圧シリンダ８Ａが図示右端の作動端で停止すると、コントローラ１０は最低回転数制御信号を出力し、三相誘導電動機９を最低の回転数Ｎ４（図３に図示）に回転制御する。そして、電磁切換弁７Ａを中立位置Ｘに復帰操作し、三相誘導電動機９の回転を停止する。

次に、電磁切換弁７Ｂを第１切換位置Ｙに切換える切換制御信号を出力すると、この切換制御信号に対応した入力信号８Ｂ１をコントローラ１０に入力し、コントローラ１０は回転数Ｎ１より低速の回転数Ｎ２（図３に図示）の回転数制御信号Ｓを三相誘導電動機９に出力する。三相誘導電動機９は回転数Ｎ２（図３に図示）で斜板式可変容量型ピストンポンプ１を回転駆動し、斜板式可変容量型ピストンポンプ１は、作動油を吐出量Ｑ１より少ない吐出量Ｑ２（図２に図示）で吐出流路６に吐出する。吐出流路６に吐出した作動油は電磁切換弁７Ｂより負荷流路Ａを流れて油圧シリンダ８Ｂに供給し、油圧シリンダ８Ｂは図示右方向に吐出量Ｑ２（図２に図示）に基づく速度で作動する。このとき、油圧シリンダ８Ａは右端で、油圧シリンダ８Ｃは左端でそれぞれ停止した状態を維持している。

この状態で、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出圧力がカットオフ開始圧力Ｐ１（図２に図示）に達すると、前述と同様に吐出量を減少し、油圧シリンダ８Ｂは図示右方向に作動する速度が減少し、図示右端の作動端で停止する。油圧シリンダ８Ｂの停止で、吐出圧力が上昇してフルカット圧力Ｐ２に達すると、斜板式可変容量型ピストンポンプ１は前述と同様に吐出量を略零の最小吐出量Ｑ４（図２に図示）にする。

また、油圧シリンダ８Ｂが図示右端の作動端で停止すると、コントローラ１０は最低回転数制御信号を出力し、三相誘導電動機９を最低の回転数Ｎ４（図３に図示）に回転制御する。そして、電磁切換弁７Ｂを中立位置Ｘに復帰操作し、三相誘導電動機９の回転を停止する。

次に、電磁切換弁７Ｃを第１切換位置Ｙに切換える切換制御信号を出力すると、この切換制御信号に対応した入力信号８Ｃ１をコントローラ１０に入力し、コントローラ１０は回転数Ｎ２より低速の回転数Ｎ３（図３に図示）の回転数制御信号Ｓを三相誘導電動機９に出力する。三相誘導電動機９は回転数Ｎ３（図３に図示）で斜板式可変容量型ピストンポンプ１を回転駆動し、斜板式可変容量型ピストンポンプ１は、作動油を吐出量Ｑ２より少ない吐出量Ｑ３（図２に図示）で吐出流路６に吐出する。吐出流路６に吐出した作動油は電磁切換弁７Ｃより負荷流路Ａを流れて油圧シリンダ８Ｃに供給し、油圧シリンダ８Ｃは図示右方向に吐出量Ｑ３（図２に図示）に基づく速度で作動する。このとき、油圧シリンダ８Ａ、８Ｂは右端で停止した状態を維持している。

この状態で、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出圧力がカットオフ開始圧力Ｐ１（図２に図示）に達すると、前述と同様に吐出量を減少し、油圧シリンダ８Ｃは図示右方向に作動する速度が減少し、図示右端の作動端で停止する。油圧シリンダ８Ｃの停止で、吐出圧力が上昇してフルカット圧力Ｐ２に達すると、斜板式可変容量型ピストンポンプ１は前述と同様に吐出量を略零の最小吐出量Ｑ４（図２に図示）にする。

また、油圧シリンダ８Ｃが図示右端の作動端で停止すると、コントローラ１０は最低回転数制御信号を出力し、三相誘導電動機９を最低の回転数Ｎ４（図３に図示）に回転制御する。そして、電磁切換弁７Ｃを中立位置Ｘに復帰操作し、三相誘導電動機９の回転を停止する。

各油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃが図示右端で停止した状態で、各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃを第２切換位置Ｚに切換える切換制御信号を出力すると、この切換制御信号に対応した入力信号８Ａ１をコントローラ１０に入力し、コントローラ１０は回転数Ｎ１（図３に図示）の回転数制御信号Ｓを三相誘導電動機９に出力する。三相誘導電動機９は斜板式可変容量型ピストンポンプ１を回転駆動し、斜板式可変容量型ピストンポンプ１は作動油を吐出量Ｑ１（図２に図示）で吐出流路６に吐出する。吐出流路６に吐出した作動油は各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃより各負荷流路Ｂを流れて各油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃに供給し、各油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃは図示左方向に作動して図示の原位置で停止する。そして、各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃを中立位置Ｘに復帰操作し、三相誘導電動機９の回転を停止する。

かかる作動において、コントローラ１０には各油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃに対応する複数の入力信号８Ａ１、８Ｂ１、８Ｃ１を入力可能とし、コントローラ１０は入力する入力信号８Ａ１または８Ｂ１または８Ｃ１に応じて回転数Ｎ１またはＮ２またはＮ３が異なる回転数制御信号Ｓを出力し、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出圧力が零からカットオフ開始圧力Ｐ１までの間において回転数制御信号Ｓに応じて吐出量をＮ１またはＮ２またはＮ３に変更可能とする。このため、コントローラ１０に入力する入力信号８Ａ１、８Ｂ１、８Ｃ１は吐出圧力を因子としないから、コントローラ１０から三相誘導電動機９に出力する回転数制御信号Ｓは吐出圧力の影響を受けることなくでき、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出圧力が零からカットオフ開始圧力Ｐ１までの間において、吐出圧力に影響されることなく三相誘導電動機９の回転数を制御でき、油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃを所望の速度で作動することができる。

また、コントローラ１０は、斜板式可変容量型ピストンポンプ１の吐出量が最小となるフルカット圧力Ｐ２で、三相誘導電動機９の回転数を最低のＮ４とする最低回転数制御信号を出力する。このため、フルカット圧力Ｐ２で、三相誘導電動機９の回転数を最低にできるから、モータの回転数がカットオフ開始圧力とフルカット圧力とで同一である従来装置に比し、三相誘導電動機９の消費電力を低減できて省エネ化を図ることができる。

また、斜板式可変容量型ピストンポンプ１と複数の油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃとの間には、各油圧シリンダ８Ａ、８Ｂ、８Ｃに供給する作動油の流れ方向を切換制御する電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃをそれぞれ設け、コントローラ１０に入力する複数の入力信号８Ａ１、８Ｂ１、８Ｃ１は、各電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃを切換制御する切換制御信号に応じたものである。このため、コントローラ１０には切換制御信号に応じた入力信号８Ａ１、８Ｂ１、８Ｃ１が入力されるから、切換制御信号で切換制御する電磁切換弁７Ａまたは７Ｂまたは７Ｃに対応する油圧シリンダ８Ａまたは８Ｂまたは８Ｃを所望の速度で確実に作動することができる。

なお、前述の一実施形態では、モータを三相誘導電動機９としたが、永久磁石同期モータや同期リラクタンスモータやサーボモータとしてもよい。また、可変容量型油圧ポンプを斜板式可変容量型ピストンポンプ１としたが、可変容量型ベーンポンプや斜軸式可変容量型ピストンポンプや可変容量型ラジアルピストンポンプとしてもよい。また、入力信号８Ａ１、８Ｂ１、８Ｃ１は電磁切換弁７Ａ、７Ｂ、７Ｃを切換制御する切換制御信号に応じたものとしたが、入力信号を、アクチュエータに流入する作動油が負荷流路を流通するのに応じたものや、アクチュエータの作動に応じたものとしてもよい。また、三相誘導電動機９の回転数を最低とする最低回転数制御信号を油圧シリンダ８Ａまたは８Ｂまたは８Ｃが作動端で停止することに対応して出力したが、斜板２の傾転角が最小になることに対応して出力したり、吐出圧力がフルカット圧力になることに対応して出力してもよいことは勿論である。

１：斜板式可変容量型ピストンポンプ（可変容量型油圧ポンプ）
２：斜板（吐出量可変要素）
３：圧力調整機構
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ：電磁切換弁（方向制御弁）
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ：アクチュエータ（油圧シリンダ）
８Ａ１、８Ｂ１、８Ｃ１：入力信号
９：三相誘導電動機（モータ）
１０：コントローラ
Ｓ：回転数制御信号
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４：回転数
Ｐ１：カットオフ開始圧力
Ｐ２：フルカット圧力
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４：吐出量

Claims

吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、この可変容量型油圧ポンプを回転駆動する可変速のモータと、モータの回転数を制御する回転数制御信号をモータに出力するコントローラと、可変容量型油圧ポンプから吐出する作動油で作動する複数のアクチュエータとを備え、コントローラには各アクチュエータに対応する複数の入力信号を入力可能とし、コントローラは入力する入力信号に応じて回転数が異なる回転数制御信号を出力し、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力が零からカットオフ開始圧力までの間において回転数制御信号に応じて吐出量を変更可能としたことを特徴とする回転数制御油圧ユニット。
前記コントローラは、前記可変容量型油圧ポンプの吐出量が最小となるフルカット圧力で、前記モータの回転数を最低とする最低回転数制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の回転数制御油圧ユニット。
前記可変容量型油圧ポンプと前記複数のアクチュエータとの間には、各アクチュエータに供給する作動油の流れ方向を切換制御する方向制御弁をそれぞれ設け、前記コントローラに入力する前記複数の入力信号は、各方向制御弁を切換制御する切換制御信号に応じたものであることを特徴とする請求項１または２のいずれか一つに記載の回転数制御油圧ユニット。