JP3584999B2 - 電気油圧ハイブリッドモータとその制御装置およびその制御方法 - Google Patents
電気油圧ハイブリッドモータとその制御装置およびその制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気油圧ハイブリッドモータとその制御装置およびその制御方法に係わり、特には、電動モータにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油を受けてトルクを出力する油圧モータを電動モータの回転子の内部に収納し小型化を図るとともに、等馬力あるいは等トルク制御を行える電気油圧ハイブリッドモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動モータにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油を受けてトルクを出力する油圧モータを電動モータと一体化して設けることは公知である。この従来技術としては、特公昭５３−３７５２３号公報がある。同公報によると、油圧式可変速電動機は、電動モータのステータの内部にロータを配設し、ロータの内部に中空で、かつ、両端を軸受で支持される中空シャフトを設け、この中空シャフトをロータと一体で電気駆動し、油圧ポンプの動力の入力軸として用いている。この中空シャフトには、電動モータのステータおよびロータの外側に一体の突出軸が固設されている。この突出軸の外径方向で、かつ、電動モータのステータおよびロータに隣接して油圧ポンプが配設されている。この中空シャフトと中空シャフトに固設されて一体の突出軸は３か所の軸受により支持されている。また、前記の中空シャフトの内部で、かつ、油圧ポンプに対向して油圧モータが配設されている。油圧ポンプからの圧油は、回転する中空シャフトと一体の突出軸を介して油圧ポンプから電動モータの外部ケースに行き、さらに、外部ケースから油圧モータに送られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公昭５３−３７５２３号公報よる油圧式可変速電動機は電動モータのステータおよびロータに隣接して油圧ポンプが配設されているため長さが長くなる。また、油圧ポンプからの圧油は、回転する中空シャフトと一体の突出軸を介して外部ケースに、また外部ケースから油圧モータに送られているため、前記と同様に長さが長くなる。さらに、中空シャフトと一体の突出軸とは３か所の軸受で支持されているため、中心軸芯が出にくく、外部ケースと回転する中空シャフトと一体の突出軸とのスキマを大きくとる必要があり、このスキマからの圧油の洩れが多くなる。また、チャージ回路は外部に設置するため、そのスペースが必要であり外観形状が大きくなる。さらに、馬力制御あるいはトルク制御は他の機器からの制御装置により行っているため、機器以外に制御装置を設置するスペースが必要になるとともに、電気油圧ハイブリッドモータと機器以外に制御装置を接続する構成が必要となり構成が複雑となるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点に着目し、電気油圧ハイブリッドモータとその制御装置およびその制御方法に係わり、特には、電動モータにより駆動される油圧ポンプおよび油圧モータを電動モータの固定子の内部に収納し小型化を図るとともに、性能および制御の良い電気油圧ハイブリッドモータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電気油圧ハイブリッドモータの第１発明では、電動モータの回転子の内方に油圧ポンプおよび油圧モータを配置した電気油圧ハイブリッドモータにおいて、回転子と一体で回転する油圧ポンプおよび油圧モータ用のシリンダブロックと、回転子と一体で回転する油圧ポンプ用のプランジャと、回転子と一体で回転する油圧モータ用のプランジャと、油圧ポンプ用の吐出容積を設定する可変斜板制御手段と、油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く前記シリンダブロックの内側に配置したピントルと、油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く油路を有し、かつ、油圧モータの斜板と一体で回転する油圧モータ軸とを配置したことを特徴とする。
【０００６】
第１発明を主体とする第２の発明では、前記シリンダブロックと一体で回転するチャージポンプと、前記チャージポンプの吐出圧油をピントルに導くための内部に油路有する軸と、前記チャージポンプの吐出圧油を前記油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く油路に供給するためのチエック弁を前記ピントルに配置したことを特徴とする。
【０００７】
第１発明を主体とする第３の発明では、前記油圧モータ軸に、吐出圧油の最高圧力を決める安全弁を設けたことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
上記構成によれば、電動モータの回転子は固定子のコイルに通電することにより回転駆動され、それに伴い回転子とともに油圧ポンプおよび油圧モータ用の共用シリンダブロックと油圧ポンプ用のプランジャとが一体で回転し、可変斜板部により共用シリンダブロックに対して油圧ポンプ用のプランジャがストロークして圧油を吐出する。この吐出された圧油は、共用シリンダブロック内に設けられた切換部を介して油圧モータのプランジャ部に送られ、共用シリンダブロックに対して油圧モータ用のプランジャがストロークする。油圧モータ用のプランジャのストロークは油圧モータの回転斜板部を押圧し、回転斜板部と一体の出力軸を回転させるとともに、トルクを出力する。また、電動モータあるいは油圧ポンプおよび油圧ポンプからの発熱はケース内の潤滑油で吸熱しケースに付設された冷却装置に送られ冷却される。冷却された潤滑油は、また、ケース内に送られ、コイルあるいは油圧ポンプおよび油圧ポンプの軸受等をまた冷却するとともに潤滑する。このとき、潤滑油の温度は検出器により検出され所定の温度になるように制御されている。また、油圧ポンプあるいは油圧モータより洩れた圧油の補充はシリンダブロック内のシャフトの中に設けられたチェック弁より供給されるとともに、異常な高圧の作用はシャフト内に設けられた安全弁により回避されている。さらに、電動機部の消費電力を計測して、その値を設定された値に制御し等馬力制御を行っている。また、油圧モータ部の出力回転速度を測定し、油圧ポンプの吐出量を制御して等トルク、あるいは、トルクリミッタ制御を行っている。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明に係わる電気油圧ハイブリッドモータにつき、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の電気油圧ハイブリッドモータの１実施例の全体構成図、図２は電気油圧ハイブリッドモータの断面図、図３は図２のＺ視図、図４は図２のＡ−Ａ断面図、図５は図２のＢ−Ｂ断面図、図６は図２のＣ−Ｃ断面図を示す。図１、図２、あるいは図３において、電気油圧ハイブリッドモータは、電動モータ部１０と、電動モータ部１０の固定子のケース内に一部が収納された可変容量型油圧ポンプ部２０（以下、油圧ポンプ部２０という）および固定容量型油圧モータ部５０（以下、油圧モータ部５０という）と、油圧ポンプ部２０から油圧モータ部５０への圧油を切り換える切換部６０と、電動モータ部１０のケースに付設された冷却装置８０と、制御装置９０から構成されている。電動モータ部１０は、ケース１１と、ケース１１に固設されたコイルを巻いて形成される固定子１２と、固定子１２の内方に配置されるとともに、ケース１１に取着された軸受１３により回自在に両端を支持される回転子１４とから構成されている。なお、ケース１１は説明を容易にするため、ポンプ用ケース１１ａと、電動用ケース１１ｂと、モータ用ケース１１ｃに分割している。
【００１４】
油圧ポンプ部２０は、シリンダブロック２１と、プランジャ部２２と、ロッカカム部３０と、斜板制御部３３とから構成されている。
シリンダブロック２１は、電動モータ部１０の回転子１４と圧入あるいは溶着等により一体に形成され、前記のケース１１に固設された軸受１３により回転自在に両端を支持されている。
プランジャ部２２は、プランジャ２３と、プランジャ２３にかしめ等により揺動自在に取着されたシュー２４と、シュー２４をロッカカム部２３に摺動自在に押圧するリテーナ２５と、シュー２４を押圧するためのリテーナ２５を押圧する球体２６とバネ２７とから構成されている。
プランジャ２３は７個あるいは９個等の複数個が用いられてシリンダブロック２１に円周方向に均等に配分されている。また、プランジャ２３はシリンダブロック２１に枢密に挿入されるとともに、軸の長手方向（Ｘ方向）に摺動し圧油を吐出する。
【００１５】
ロッカカム部３０は、ロッカカム３１と、ピン３２とから構成されている。ロッカカム３１は真ん中に円筒の穴３１ａが明けられるとともに、一面が平面３１ｂで、他面が円筒部３１ｃで形成されている。一面の平面３１ｂはシュー２４が摺動し、他面の円筒部３１ｃはポンプ用ケース１１ａに設けられた図示しない円筒面でてきた受け溝に枢密に挿入されて回転揺動する。また、ロッカカム３１にはピン３２が圧入されて固設されている。
ロッカカム部３０の斜板制御部３３は、スライダ３４と、ピストン３５と、ピストン用バネ３６と、ソレノイド３７と、スプール３８と、スプール用バネ３９とから構成されている。
【００１６】
ピストン３５は円筒で形成され、一端面にはピストン用バネ３６が挿入される円筒孔３５ａが、中央部には長穴３５ｂが、また中央部の両方にはスライダ３４が枢密に挿入されるスリット溝３５ｃが形成されている。スライダ３４には、ロッカカム３１のピン３２が揺動自在に取着されている。ピストン３５が上下方向（Ｙ方向）移動すると、ピストン３５のスリット溝３５ｃに枢密に挿入されたスライダ３４が軸の長手方向（Ｘ方向）に摺動して、スライダ３４に揺動自在のロッカカム３１のピン３２がＹ方向とＸ方向に移動する。これにより、ロッカカム３１は円筒面に沿って揺動して傾転角度（α）を変える。
【００１７】
ソレノイド３７は斜板制御部３３のピストン３５の近傍のポンプ用ケース１１ａに取着され、ソレノイド３７の先端部３７ａにはスプール３８が当接して、ポンプ用ケース１１ａに明けられたスプール穴に枢密に挿入されている。また、スプール３８にはスプール用バネ３９の一端がが当接して設けられ、スプール３８をソレノイド３７の先端部３７ａに離れないように押圧している。また、スプール用バネ３９の他端はピストン３５に当接している。ポンプ用ケース１１ａには、サーボ用ポンプからスプール３８への圧油供給穴４０が、また、ピストン３５の両端に設けられている受圧室３５ｄ、３５ｅへ制御用の圧油を供給する連絡穴４１、４２が設けられている。また、ピストン３５の片端に設けられている受圧室３５ｄには、通常時にタンク用に接続する連絡穴４３が設けられている。
【００１８】
油圧モータ部５０は、油圧ポンプ部２０と共通のシリンダブロック２１と、プランジャ部５２と、ロッカカム部５５とから構成されている。
プランジャ部５２は油圧ポンプ部２０のプランジャ部２２と共通で構成されている。このため構成の説明は省略する。
ロッカカム部５５は、ロッカカム５６と、軸受５７とから構成されている。ロッカカム５６は一端面が平面５６ａで、他端は一端面の平面５６ａに固設されている出力軸５６ｂで形成されている。出力軸５６ｂはモータ用ケース１１ｃに取着された軸受５７で支持されている。
【００１９】
切換部６０は、電動モータ部１０、油圧ポンプ部２０、および油圧モータ部５０の軸芯に配置され、ポンプ用ケース１１ａに固定して取着されているシャフト６１と、シャフト６１に連結されて回転しないポンプ用切換部材６２と、ポンプ用切換部材６２に対向して配設され、かつ、ロッカカム５６に固定して取着されて回転するモータ用切換部材６３とから構成されている。以上においては、シャフト６１とポンプ用切換部材６２とポンプ用切換部材６２とは区別しているが、一体に構成しても良い。さらに、シャフト６１の外側には、後述するトロコイドポンプ、あるいは歯車ポンプ等からなるチャージポンプ８１を駆動する駆動軸８６がスプライン２１ｅを介してシリンダブロック２１に連結され、シャフト６１と同芯で設けられている。
なお、上記の切換部６０にはピントル方式を用いたが、スプール式、バルブ方式等他の方式でも良い。
【００２０】
シャフト８６は、ロッカカム３１の真ん中に明けられた円筒の穴３１ａを貫通し、油圧ポンプ部２０のリテーナ２５を押圧する球体２６をガイドするとともに、バネ２７の一端を支持している。シャフト６１には、後述する油圧ポンプ部２０へのチャージ回路が設けられている。また、シャフト６１は螺子等を介してポンプ用切換部材６２に連結され、ポンプ用切換部材６２の回転しないように固定している。
なお、上記のチャージポンプは別に設置した電動機により駆動しても良い。
【００２１】
図６において、ポンプ用切換部材６２は、シャフト６１にスプライン６１ｄ等を介して回転しないように支持されるとともに、油圧ポンプ部２０および油圧モータ部５０の共通のシリンダブロック２１に所定のスキマをもって配設されている。ポンプ用切換部材６２には、シリンダブロック２１に設けられている油圧ポンプ部２０から油圧モータ部５０に圧油を供給するポートに連通する、図４に示す通路６２ａ、６２ｂが明けられている。このとき、ポンプ用切換部材６２は、シャフト６１に遊びを持って支持されており、かつシリンダブロック２１に主に支持されているために所定のスキマが少なくて良い。このため、この部分からの洩れ量が少ない。
【００２２】
モータ用切換部材６３は、油圧ポンプ部２０および油圧モータ部５０の共通のシリンダブロック２１に所定のスキマをもって配設されている。モータ用切換部材６３には、シリンダブロック２１に設けられている油圧ポンプ部２０から油圧モータ部５０に圧油を供給するポートに連通する、図５に示す通路６３ａ、６３ｂが明けられている。このとき、モータ用切換部材６３は、ロッカカム５６に遊びを持って支持されており、かつシリンダブロック２１に主に支持されているために所定のスキマが少なくて良い。このため、この部分からの洩れ量が少ない。
また、油圧モータ部５０のロッカカム部５５側のモータ用切換部材６３には、リテーナ２５を押圧する球体２６を支持し、かつ、バネ２７の力をうけるスペーサ７１が挿入されている。
また、ポンプ用切換部材６２およびモータ用切換部材６３には、図４、および図５に示す、油圧ポンプ部２０、および油圧モータ部５０に圧油の吸入、吐き出しを行うプランジャ２３に連通するポートＰａ、Ｐｂが設けられ、シリンダブロック２１には、ポンプ用切換部材６２からモータ用切換部材６３に連通する連通穴２１ａ、２１ｂが設けられている。
【００２３】
図１には、前記のシャフト６１の内部に配置されている油圧ポンプ部２０へのチャージ回路の構成を示している。図２において、シャフト６１の一端には、後述するチャージポンプ８１に繋がる穴６１ａが明けられている。この穴６１ａは、図６に示す二つの通路６１ｂ、６１ｃに分岐され、この分岐された通路６１ｂ、６１ｃにはそれぞれチャージ回路のチェック弁６５、６６が配設されている。
また、モータ用切換部材６３の通路６３ａ、６３ｂにはパイロツト付安全弁６７、６８が配設され、パイロツト付安全弁６７、６８は共通のパイロツト弁６９を有している。
【００２４】
図１、図２において、冷却装置８０は、チャージ回路と共用のチャージポンプ８１と、オイルクーラ８２と、チャージポンプ８１からオイルクーラ８２へ、あるいはオイルクーラ８２からケース１１への冷却管路８３と、潤滑油の温度を検出する温度センサ８４と、チャージポンプ８１を駆動するシリンダブロック２１に連結された駆動軸８６と、可変リリーフ弁８７とから構成されている。
チャージポンプ８１はシリンダブロック２１に設けられたスプライン歯車２１ｅにより駆動されて、チャージ回路、および、冷却回路に油を分配している。冷却回路では、チャージポンプ８１から可変リリーフ弁８７を介してオイルクーラ８２に行き、オイルクーラ８２で冷却されてケース１１の固定子１２、回転子１４の軸受１３、ロッカカム部５５の軸受５７、プランジャ部２２のシュー２４、あるいは、切換部６０を冷却するとともに、潤滑している。なお、上記実施例の図１においては、オイルクーラ８２はケース１１の側面に付いているが、図７に示すように油圧ポンプ部２０側の後方のケース１１ｄにつけても良い。また、オイルクーラ８２はバルブ８８を設けて外部より冷却水に接続して冷却しても良いし、空冷のいずれでも良い。
【００２５】
制御装置９０は、コントローラ９１と、電動モータ部１０の消費電力設定スイッチ９２と、油圧モータ部５０の出力トルク設定スイッチ９３と、電動モータ部１０の固定子１２への電圧を検出する電圧検出センサ９４と、電動モータ部１０の固定子１２への電流を検出する電流検出センサ９５と、油圧モータ部５０の回転速度を検出する回転速度検出センサ９６と、および、冷却装置８０の油温を検出する温度センサ８４とから構成される。
コントローラ９１は、電動モータ部１０のケース内の潤滑あるいは冷却用の油温を測定して所定値以上では冷却装置８０に指令を出力して作動させる。
【００２６】
また、コントローラ９１は、電動モータ部１０の固定子１２への電圧および電流から電動モータ部１０の消費電力を演算し、かつ、消費電力設定スイッチ９２からの消費電力設定値と電動モータ部１０の消費電力とを比較して、油圧ポンプ部２０の吐出量を制御する信号を油圧ポンプ用の斜板制御部３３へ出力する。あるいは、コントローラ９１は、電動モータ部１０の固定子１２への電圧と電流、および、油圧モータ部５０の回転速度とから油圧モータ部５０が出力する出力トルクを演算し、かつ、出力トルク設定手段からの出力トルク値と油圧モータ部５０が出力する演算した出力トルクとを比較して、油圧ポンプ部２０の吐出量を制御する信号を油圧ポンプ用の斜板制御部３３へ出力する等の制御を行う。
【００２７】
次に、電気油圧ハイブリッドモータの作動について説明する。
制御装置９０は外部指令を受け、電動モータ部１０の回転子１４を所定の回転方向、および出力回転速度で作動させるために、固定子１２に所定の電流を流す。固定子１２は電流を受けて磁界を発生し、電動モータ部１０の回転子１４を、左右いずれかで選択された方向に回転する。これに伴い、回転子１４に一体で形成されているシリンダブロック２１は所定の方向に回転する。このとき、制御装置９０が出力回転をゼロに指示したとき、すなわち、ソレノイド３７が制御装置９０からの指令を受けずにスプール３８を押圧しないとき、斜板制御部３３のピストン３５は制御圧力を受けずに図１に示す位置に停止している。このため、油圧ポンプ部２０のロッカカム部３０は当初設定している所定の角度α０ にある。また、このとき油圧モータ部５０のロッカカム５６も同様に当初からの固定の角度α０ にあり、さらに、油圧ポンプ部２０と油圧モータ部５０の吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）を同容積にしている。これにより、油圧ポンプ部２０の吐出量が油圧モータ部５０の吸入量と同じになり、油圧ポンプ部２０のプランジャ２３と油圧モータ部５０のプランジャ２３とは同量のストロークなる。このため、油圧ポンプ部２０の吐出量は油圧モータ部５０の吐出量と同容量となり、油圧モータ部５０のプランジャ２３はロッカカム部５５に対して仕事をすることなく、ロッカカム５６の上を空回りし油圧モータ部５０の出力軸５６ｂは回転しない。
この油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度は次式で表わされる。
【００２８】
【数１】
Ｎｍ＝〔（Ｑｍ−Ｑｐ）×Ｎｐ〕／Ｑｍ
ここで、
Ｎｍ＝油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度、
Ｎｐ＝油圧ポンプ部２０の回転速度（回転子１４の回転速度）
Ｑｍ＝油圧モータ部５０の吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）
Ｑｐ＝油圧ポンプ部２０の吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）
【００２９】
次に、制御装置９０が所定の出力回転速度を指示したとき、すなわち、ソレノイド３７が制御装置９０からの指令を受けてスプール３８を押圧したとき、スプール３８を経た制御圧力が斜板制御部３３のピストン３５の受圧室３５ｅに作用し、ピストン３５を図示の上方に押し上げる。これにより、ロッカカム部３０のロッカカム３１は所定の角度α０ から反時計方向に回転し傾転角度を小さくする。このとき、ピストン３５はスプール用バネ３９を上方に押して、スプール３８を当初の位置に戻し、ピストン３５の受圧室３５ｅへの制御圧力の供給を停止し、ピストン３５の移動を停止する。これにより、油圧ポンプ部２０の吐出容積は小さくなるとともに、所定の吐出量の位置で停止する。例えば、油圧ポンプ部２０のロッカカム３１を軸芯に対して直角にして、吐出容積を零（Ｑｐ＝０）にすると、油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度Ｎｍは油圧ポンプ部２０の回転速度Ｎｐの回転速度に等しくなる。すなわち、即ち、油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度Ｎｍは回転子１４の回転速度に等しくなる。
【００３０】
また、油圧ポンプ部２０のロッカカム３１を図示の反対方向、すなわち、軸芯に対する直角の反対側の所定の角度−α０にして、油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを−Ｑｍとすると、油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度Ｎｍは回転子１４の回転速度の２倍になる。以上において、油圧ポンプ部２０、油圧モータ部５０、ポンプ用切換部材６２、あるいは、モータ用切換部材６３から洩れが生じて、油圧ポンプ部２０の吐出容量に対して吸入量が不足するときには、シリンダブロック２１内に配置されたシャフト６２内のチャージ回路のチェック弁６５、６６を介して供給される。これにより、近い距離より補充されるため、抵抗が少なく真空が発生することがないとともに、チャージ回路の圧力を低く設定できる。
【００３１】
また、油圧ポンプ部２０から油圧モータ部５０への回路に付設されているパイロツト付安全弁６７、６８のパイロツト弁６９を外部より制御して回路の圧力をゼロにすることにより、油圧モータ部５０の出力トルクをゼロにすることができる。
冷却回路は、ケース１１の内部の潤滑油の温度が所定の温度以上に上昇したことを温度センサ８４で検出し、逆止弁８７の圧力を制御してオイルクーラ８２に潤滑油を流す。オイルクーラ８２で冷却されてケース１１に管路８３ａで入り、内部の固定子１２、回転子１４の軸受１３、ロッカカム部５５の軸受５７、プランジャ部２２のシュー２４、あるいは、切換部６０を冷却するとともに、潤滑している。なお、制御装置９０で制御せずに始動時から冷却回路が作動するようにしても良い。
【００３２】
次に、等馬力制御について、図８のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１では、工場等の各設備の電力に合わせて設定されるか、あるいは、駆動する装置の消費電力に合わせて、電動油圧ハイブリッドモータが使用する消費電力（Ｌｏ）を消費電力設定スイッチ９２よりコントローラ９１の図示しない記憶装置に入力して記憶させる。ステップ２では、電動モータ部１０の固定子１２への電圧（Ｖ）を検出する電圧検出センサ９４および電流（Ｉ）を検出する電流検出センサ９５により、それぞれの値を検出してコントローラ９１に送る。コントローラ９１は、ステップ３では、電圧、あるいは、電流の変化の推移より位相差（φ）を求める。また、コントローラ９１はステップ４では、電動モータ部１０が実際に油圧ポンプ２０を駆動する消費電力（Ｌ）を数式〔Ｌ＝Ｖ×Ｉ×ｃｏｓφ〕より求める。ステップ５では、消費電力設定スイッチ９２からの消費電力設定値（Ｌｏ）と電動モータ部１０の実際の消費電力（Ｌ）とで、どちらが大きいかを比較する。ステップ５で、消費電力設定値（Ｌｏ）に対して実際の消費電力（Ｌ）が小さい場合（Ｌ＜Ｌｏ）には、ステップ６にいく。ステップ６では、コントローラ９１は油圧ポンプ２０の斜板制御部３３のソレノイド３７に油圧ポンプ部２０よりの吐出量を増加させるための制御信号を出力する。ソレノイド３７は信号を受けて変位し、スプール３８を押して、チャージポンプ８１からのパイロット油圧をピストン３５の受圧室３５ｅに送り、ピストン３５を移動させる。ピストン３５はスライダ３４を介してロッカカム３１の角度αを変化させて油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを増加させる。
【００３３】
また、消費電力設定値（Ｌｏ）に対して実際の消費電力（Ｌ）が大きい場合（Ｌ＞Ｌｏ）には、ステップ７では、コントローラ９１は油圧ポンプ２０の斜板制御部３３のソレノイド３７に油圧ポンプ部２０よりの吐出量を減少させるための制御信号を出力する。ソレノイド３７は推力を感じ、スプール３８が戻り、チャージポンプ８１からのパイロット油圧をピストン３５の受圧室３５ｄに送りピストン３５を移動させ、ロッカカム３１の角度αを変化させて油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを減少させる。これにより、電動モータ部１０の消費電力は減少し、一定の消費電力が得られる。
電動モータ部１０が一定の電力を消費するように制御することにより電動油圧ハイブリッドモータの等馬力制御が行える。これにより、電動機の出力一杯までの等馬力制御ができ、例えば、クレーン等では重い物を上げるときには速度が遅く、軽い物を上げるときには速度が速く出来る等の制御が行える。
【００３４】
次に、等トルク制御について、図９のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１では、駆動する装置の必要トルクに合わせて電動油圧ハイブリッドモータの油圧モータ部５０が出力する必要トルク（Ｔｏ）を出力トルク設定スイッチ９３よりコントローラ９１の図示しない記憶装置に入力して記憶させる。ステップ２では、電動モータ部１０の固定子１２への電圧（Ｖ）を検出する電圧検出センサ９４および電流（Ｉ）を検出する電流検出センサ９５により、それぞれの値を検出してコントローラ９１に送る。コントローラ９１は、ステップ３では、電圧、あるいは、電流の変化の推移より位相差（φ）を求める。
ステップ４では、油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度（ω）を回転速度検出センサ９６により検出してコントローラ９１に送る。ステップ５では、コントローラ９１は電動モータ部１０が実際の発生トルク（Ｔ）を数式〔Ｔ＝（Ｖ×Ｉ×ｃｏｓφ）／ω〕より求める。
【００３５】
ステップ６では、出力トルク設定スイッチ９３よりからの必要トルク（Ｔｏ）と油圧モータ部５０の実際の発生トルク（Ｔ）とで、どちらが大きいかを比較する。
ステップ６で、必要トルク（Ｔｏ）に対して実際の発生トルク（Ｔ）が大きい場合（Ｔ＞Ｔｏ）には、ステップ７にいく。ステップ７では、コントローラ９１は油圧ポンプ２０の斜板制御部３３のソレノイド３７に油圧ポンプ部２０よりの吐出量を増加させるための制御信号を出力する。ソレノイド３７は信号を受けて変位し、スプール３８を押して、チャージポンプ８１からのパイロット油圧をピストン３５の受圧室３５ｅに送り、ピストン３５を移動させる。ピストン３５はスライダ３４を介してロッカカム３１の角度αを変化させて油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを増加させる。これにより、油圧モータ部５０の回転速度が増加して、実際の発生トルク（Ｔ）は小さくなる。
また、必要トルク（Ｔｏ）に対して実際の発生トルク（Ｔ）が小さい場合（Ｔ＜Ｔｏ）には、ステップ８にいく。ステップ８では、コントローラ９１は油圧ポンプ２０の斜板制御部３３のソレノイド３７に油圧ポンプ部２０よりの吐出量を減少させるための制御信号を出力する。ソレノイド３７は推力を感じ、スプール３８が戻り、チャージポンプ８１からのパイロット油圧をピストン３５の受圧室３５ｄに送りピストン３５を移動させ、ロッカカム３１の角度αを変化させて油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを減少させる。これにより、油圧モータ部５０の回転速度が減少して、実際の発生トルク（Ｔ）は大きくなる。このように制御することにより等トルク制御が得られる。これにより、ある機械の駆動系の限界トルクが設定されている場合には、出力トルクを一定に押さえた使い方ができる。また、上記のごとく、出力軸５６ｂを回転速度センサ９６により検出してフィードバック制御を行うことにより、正確な回転速度の出力制御が行える。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動モータの固定子および回転子の内方に油圧ポンプおよび油圧モータを挿入しているため全長が短くなるとともに、油圧ポンプと油圧モータとを対向させて設置しているために構造が簡素化できる。また、電動モータからの動力を油圧ポンプに与え、さらに油圧ポンプにより油圧モータを駆動することによって低速から高速までも所定の定格トルクが得られる。さらに、同様に油圧ポンプと油圧モータを用いることにより安価に出力回転速度を低速から高速までも可変にできる。また、電動モータあるいは油圧ポンプおよび油圧ポンプからの発熱はケースに付設された冷却部に送られ冷却されるとともに、潤滑油にも用いられているため構造が簡素化される。さらに、潤滑油の温度は検出器により検出され自動的に所定の温度になるように制御されているため、管理維持、操作が簡単になる。また、電動機部の消費電力を計測して、その値を設定された値に制御し等馬力制御を行なうため、クレーン等では使用条件に合わせて速度が変わり作業効率が向上する。また、油圧モータ部の出力回転速度を測定し、油圧ポンプの吐出量を制御して等トルク制御を行なうため、出力トルク制限があるところではトルクリミッタ制御ができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気油圧ハイブリッドモータの１実施例の全体構成図を示す。
【図２】図１のＺ矢視図を示す。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図を示す図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図を示す図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ断面図を示す図である。
【図６】図１のシャフト部の拡大図を示す。
【図７】冷却装置を油圧ポンプの後方に装着した図を示す。
【図８】等馬力制御のフローチャート図を示す。
【図９】等トルク制御のフローチャート図を示す。
【符号の説明】
１０ 電動モータ部、 ２０ 可変容量型油圧ポンプ部、
１１ ケース、 ２１ シリンダブロック、
１２ 固定子、 ２２ プランジャ部、
１４ 回転子、 ３０ ロッカカム部、
３１ ロッカカム、 ６７，６８ パイロツト付安全弁、
３３ 斜板制御部、 ６９ パイロツト弁、
３５ ピストン、 ８０ 冷却部、
３７ ソレノイド、 ８１ チャージポンプ、
３８ スプール、 ８２ オイルクーラ、
５０ 固定容量型油圧モータ部、 ８４ 温度センサ、
５３ ロッカカム部、 ８６ 駆動軸、
５５ プランジャ部、 ９０ 制御装置、
５５ｂ 出力軸、 ９１ コントローラ、
６０ 切換部、 ９２ 消費電力設定スイッチ、
６１ シャフト、 ９３ 出力トルク設定スイッチ、
６２ ポンプ用切換部材、 ９４ 電圧検出センサ、
６３ モータ用切換部材、 ９５ 電流検出センサ。
【産業上の利用分野】
本発明は、電気油圧ハイブリッドモータとその制御装置およびその制御方法に係わり、特には、電動モータにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油を受けてトルクを出力する油圧モータを電動モータの回転子の内部に収納し小型化を図るとともに、等馬力あるいは等トルク制御を行える電気油圧ハイブリッドモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動モータにより駆動される油圧ポンプと、油圧ポンプからの圧油を受けてトルクを出力する油圧モータを電動モータと一体化して設けることは公知である。この従来技術としては、特公昭５３−３７５２３号公報がある。同公報によると、油圧式可変速電動機は、電動モータのステータの内部にロータを配設し、ロータの内部に中空で、かつ、両端を軸受で支持される中空シャフトを設け、この中空シャフトをロータと一体で電気駆動し、油圧ポンプの動力の入力軸として用いている。この中空シャフトには、電動モータのステータおよびロータの外側に一体の突出軸が固設されている。この突出軸の外径方向で、かつ、電動モータのステータおよびロータに隣接して油圧ポンプが配設されている。この中空シャフトと中空シャフトに固設されて一体の突出軸は３か所の軸受により支持されている。また、前記の中空シャフトの内部で、かつ、油圧ポンプに対向して油圧モータが配設されている。油圧ポンプからの圧油は、回転する中空シャフトと一体の突出軸を介して油圧ポンプから電動モータの外部ケースに行き、さらに、外部ケースから油圧モータに送られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公昭５３−３７５２３号公報よる油圧式可変速電動機は電動モータのステータおよびロータに隣接して油圧ポンプが配設されているため長さが長くなる。また、油圧ポンプからの圧油は、回転する中空シャフトと一体の突出軸を介して外部ケースに、また外部ケースから油圧モータに送られているため、前記と同様に長さが長くなる。さらに、中空シャフトと一体の突出軸とは３か所の軸受で支持されているため、中心軸芯が出にくく、外部ケースと回転する中空シャフトと一体の突出軸とのスキマを大きくとる必要があり、このスキマからの圧油の洩れが多くなる。また、チャージ回路は外部に設置するため、そのスペースが必要であり外観形状が大きくなる。さらに、馬力制御あるいはトルク制御は他の機器からの制御装置により行っているため、機器以外に制御装置を設置するスペースが必要になるとともに、電気油圧ハイブリッドモータと機器以外に制御装置を接続する構成が必要となり構成が複雑となるという問題がある。
【０００４】
本発明は上記従来の問題点に着目し、電気油圧ハイブリッドモータとその制御装置およびその制御方法に係わり、特には、電動モータにより駆動される油圧ポンプおよび油圧モータを電動モータの固定子の内部に収納し小型化を図るとともに、性能および制御の良い電気油圧ハイブリッドモータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電気油圧ハイブリッドモータの第１発明では、電動モータの回転子の内方に油圧ポンプおよび油圧モータを配置した電気油圧ハイブリッドモータにおいて、回転子と一体で回転する油圧ポンプおよび油圧モータ用のシリンダブロックと、回転子と一体で回転する油圧ポンプ用のプランジャと、回転子と一体で回転する油圧モータ用のプランジャと、油圧ポンプ用の吐出容積を設定する可変斜板制御手段と、油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く前記シリンダブロックの内側に配置したピントルと、油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く油路を有し、かつ、油圧モータの斜板と一体で回転する油圧モータ軸とを配置したことを特徴とする。
【０００６】
第１発明を主体とする第２の発明では、前記シリンダブロックと一体で回転するチャージポンプと、前記チャージポンプの吐出圧油をピントルに導くための内部に油路有する軸と、前記チャージポンプの吐出圧油を前記油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く油路に供給するためのチエック弁を前記ピントルに配置したことを特徴とする。
【０００７】
第１発明を主体とする第３の発明では、前記油圧モータ軸に、吐出圧油の最高圧力を決める安全弁を設けたことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
上記構成によれば、電動モータの回転子は固定子のコイルに通電することにより回転駆動され、それに伴い回転子とともに油圧ポンプおよび油圧モータ用の共用シリンダブロックと油圧ポンプ用のプランジャとが一体で回転し、可変斜板部により共用シリンダブロックに対して油圧ポンプ用のプランジャがストロークして圧油を吐出する。この吐出された圧油は、共用シリンダブロック内に設けられた切換部を介して油圧モータのプランジャ部に送られ、共用シリンダブロックに対して油圧モータ用のプランジャがストロークする。油圧モータ用のプランジャのストロークは油圧モータの回転斜板部を押圧し、回転斜板部と一体の出力軸を回転させるとともに、トルクを出力する。また、電動モータあるいは油圧ポンプおよび油圧ポンプからの発熱はケース内の潤滑油で吸熱しケースに付設された冷却装置に送られ冷却される。冷却された潤滑油は、また、ケース内に送られ、コイルあるいは油圧ポンプおよび油圧ポンプの軸受等をまた冷却するとともに潤滑する。このとき、潤滑油の温度は検出器により検出され所定の温度になるように制御されている。また、油圧ポンプあるいは油圧モータより洩れた圧油の補充はシリンダブロック内のシャフトの中に設けられたチェック弁より供給されるとともに、異常な高圧の作用はシャフト内に設けられた安全弁により回避されている。さらに、電動機部の消費電力を計測して、その値を設定された値に制御し等馬力制御を行っている。また、油圧モータ部の出力回転速度を測定し、油圧ポンプの吐出量を制御して等トルク、あるいは、トルクリミッタ制御を行っている。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明に係わる電気油圧ハイブリッドモータにつき、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の電気油圧ハイブリッドモータの１実施例の全体構成図、図２は電気油圧ハイブリッドモータの断面図、図３は図２のＺ視図、図４は図２のＡ−Ａ断面図、図５は図２のＢ−Ｂ断面図、図６は図２のＣ−Ｃ断面図を示す。図１、図２、あるいは図３において、電気油圧ハイブリッドモータは、電動モータ部１０と、電動モータ部１０の固定子のケース内に一部が収納された可変容量型油圧ポンプ部２０（以下、油圧ポンプ部２０という）および固定容量型油圧モータ部５０（以下、油圧モータ部５０という）と、油圧ポンプ部２０から油圧モータ部５０への圧油を切り換える切換部６０と、電動モータ部１０のケースに付設された冷却装置８０と、制御装置９０から構成されている。電動モータ部１０は、ケース１１と、ケース１１に固設されたコイルを巻いて形成される固定子１２と、固定子１２の内方に配置されるとともに、ケース１１に取着された軸受１３により回自在に両端を支持される回転子１４とから構成されている。なお、ケース１１は説明を容易にするため、ポンプ用ケース１１ａと、電動用ケース１１ｂと、モータ用ケース１１ｃに分割している。
【００１４】
油圧ポンプ部２０は、シリンダブロック２１と、プランジャ部２２と、ロッカカム部３０と、斜板制御部３３とから構成されている。
シリンダブロック２１は、電動モータ部１０の回転子１４と圧入あるいは溶着等により一体に形成され、前記のケース１１に固設された軸受１３により回転自在に両端を支持されている。
プランジャ部２２は、プランジャ２３と、プランジャ２３にかしめ等により揺動自在に取着されたシュー２４と、シュー２４をロッカカム部２３に摺動自在に押圧するリテーナ２５と、シュー２４を押圧するためのリテーナ２５を押圧する球体２６とバネ２７とから構成されている。
プランジャ２３は７個あるいは９個等の複数個が用いられてシリンダブロック２１に円周方向に均等に配分されている。また、プランジャ２３はシリンダブロック２１に枢密に挿入されるとともに、軸の長手方向（Ｘ方向）に摺動し圧油を吐出する。
【００１５】
ロッカカム部３０は、ロッカカム３１と、ピン３２とから構成されている。ロッカカム３１は真ん中に円筒の穴３１ａが明けられるとともに、一面が平面３１ｂで、他面が円筒部３１ｃで形成されている。一面の平面３１ｂはシュー２４が摺動し、他面の円筒部３１ｃはポンプ用ケース１１ａに設けられた図示しない円筒面でてきた受け溝に枢密に挿入されて回転揺動する。また、ロッカカム３１にはピン３２が圧入されて固設されている。
ロッカカム部３０の斜板制御部３３は、スライダ３４と、ピストン３５と、ピストン用バネ３６と、ソレノイド３７と、スプール３８と、スプール用バネ３９とから構成されている。
【００１６】
ピストン３５は円筒で形成され、一端面にはピストン用バネ３６が挿入される円筒孔３５ａが、中央部には長穴３５ｂが、また中央部の両方にはスライダ３４が枢密に挿入されるスリット溝３５ｃが形成されている。スライダ３４には、ロッカカム３１のピン３２が揺動自在に取着されている。ピストン３５が上下方向（Ｙ方向）移動すると、ピストン３５のスリット溝３５ｃに枢密に挿入されたスライダ３４が軸の長手方向（Ｘ方向）に摺動して、スライダ３４に揺動自在のロッカカム３１のピン３２がＹ方向とＸ方向に移動する。これにより、ロッカカム３１は円筒面に沿って揺動して傾転角度（α）を変える。
【００１７】
ソレノイド３７は斜板制御部３３のピストン３５の近傍のポンプ用ケース１１ａに取着され、ソレノイド３７の先端部３７ａにはスプール３８が当接して、ポンプ用ケース１１ａに明けられたスプール穴に枢密に挿入されている。また、スプール３８にはスプール用バネ３９の一端がが当接して設けられ、スプール３８をソレノイド３７の先端部３７ａに離れないように押圧している。また、スプール用バネ３９の他端はピストン３５に当接している。ポンプ用ケース１１ａには、サーボ用ポンプからスプール３８への圧油供給穴４０が、また、ピストン３５の両端に設けられている受圧室３５ｄ、３５ｅへ制御用の圧油を供給する連絡穴４１、４２が設けられている。また、ピストン３５の片端に設けられている受圧室３５ｄには、通常時にタンク用に接続する連絡穴４３が設けられている。
【００１８】
油圧モータ部５０は、油圧ポンプ部２０と共通のシリンダブロック２１と、プランジャ部５２と、ロッカカム部５５とから構成されている。
プランジャ部５２は油圧ポンプ部２０のプランジャ部２２と共通で構成されている。このため構成の説明は省略する。
ロッカカム部５５は、ロッカカム５６と、軸受５７とから構成されている。ロッカカム５６は一端面が平面５６ａで、他端は一端面の平面５６ａに固設されている出力軸５６ｂで形成されている。出力軸５６ｂはモータ用ケース１１ｃに取着された軸受５７で支持されている。
【００１９】
切換部６０は、電動モータ部１０、油圧ポンプ部２０、および油圧モータ部５０の軸芯に配置され、ポンプ用ケース１１ａに固定して取着されているシャフト６１と、シャフト６１に連結されて回転しないポンプ用切換部材６２と、ポンプ用切換部材６２に対向して配設され、かつ、ロッカカム５６に固定して取着されて回転するモータ用切換部材６３とから構成されている。以上においては、シャフト６１とポンプ用切換部材６２とポンプ用切換部材６２とは区別しているが、一体に構成しても良い。さらに、シャフト６１の外側には、後述するトロコイドポンプ、あるいは歯車ポンプ等からなるチャージポンプ８１を駆動する駆動軸８６がスプライン２１ｅを介してシリンダブロック２１に連結され、シャフト６１と同芯で設けられている。
なお、上記の切換部６０にはピントル方式を用いたが、スプール式、バルブ方式等他の方式でも良い。
【００２０】
シャフト８６は、ロッカカム３１の真ん中に明けられた円筒の穴３１ａを貫通し、油圧ポンプ部２０のリテーナ２５を押圧する球体２６をガイドするとともに、バネ２７の一端を支持している。シャフト６１には、後述する油圧ポンプ部２０へのチャージ回路が設けられている。また、シャフト６１は螺子等を介してポンプ用切換部材６２に連結され、ポンプ用切換部材６２の回転しないように固定している。
なお、上記のチャージポンプは別に設置した電動機により駆動しても良い。
【００２１】
図６において、ポンプ用切換部材６２は、シャフト６１にスプライン６１ｄ等を介して回転しないように支持されるとともに、油圧ポンプ部２０および油圧モータ部５０の共通のシリンダブロック２１に所定のスキマをもって配設されている。ポンプ用切換部材６２には、シリンダブロック２１に設けられている油圧ポンプ部２０から油圧モータ部５０に圧油を供給するポートに連通する、図４に示す通路６２ａ、６２ｂが明けられている。このとき、ポンプ用切換部材６２は、シャフト６１に遊びを持って支持されており、かつシリンダブロック２１に主に支持されているために所定のスキマが少なくて良い。このため、この部分からの洩れ量が少ない。
【００２２】
モータ用切換部材６３は、油圧ポンプ部２０および油圧モータ部５０の共通のシリンダブロック２１に所定のスキマをもって配設されている。モータ用切換部材６３には、シリンダブロック２１に設けられている油圧ポンプ部２０から油圧モータ部５０に圧油を供給するポートに連通する、図５に示す通路６３ａ、６３ｂが明けられている。このとき、モータ用切換部材６３は、ロッカカム５６に遊びを持って支持されており、かつシリンダブロック２１に主に支持されているために所定のスキマが少なくて良い。このため、この部分からの洩れ量が少ない。
また、油圧モータ部５０のロッカカム部５５側のモータ用切換部材６３には、リテーナ２５を押圧する球体２６を支持し、かつ、バネ２７の力をうけるスペーサ７１が挿入されている。
また、ポンプ用切換部材６２およびモータ用切換部材６３には、図４、および図５に示す、油圧ポンプ部２０、および油圧モータ部５０に圧油の吸入、吐き出しを行うプランジャ２３に連通するポートＰａ、Ｐｂが設けられ、シリンダブロック２１には、ポンプ用切換部材６２からモータ用切換部材６３に連通する連通穴２１ａ、２１ｂが設けられている。
【００２３】
図１には、前記のシャフト６１の内部に配置されている油圧ポンプ部２０へのチャージ回路の構成を示している。図２において、シャフト６１の一端には、後述するチャージポンプ８１に繋がる穴６１ａが明けられている。この穴６１ａは、図６に示す二つの通路６１ｂ、６１ｃに分岐され、この分岐された通路６１ｂ、６１ｃにはそれぞれチャージ回路のチェック弁６５、６６が配設されている。
また、モータ用切換部材６３の通路６３ａ、６３ｂにはパイロツト付安全弁６７、６８が配設され、パイロツト付安全弁６７、６８は共通のパイロツト弁６９を有している。
【００２４】
図１、図２において、冷却装置８０は、チャージ回路と共用のチャージポンプ８１と、オイルクーラ８２と、チャージポンプ８１からオイルクーラ８２へ、あるいはオイルクーラ８２からケース１１への冷却管路８３と、潤滑油の温度を検出する温度センサ８４と、チャージポンプ８１を駆動するシリンダブロック２１に連結された駆動軸８６と、可変リリーフ弁８７とから構成されている。
チャージポンプ８１はシリンダブロック２１に設けられたスプライン歯車２１ｅにより駆動されて、チャージ回路、および、冷却回路に油を分配している。冷却回路では、チャージポンプ８１から可変リリーフ弁８７を介してオイルクーラ８２に行き、オイルクーラ８２で冷却されてケース１１の固定子１２、回転子１４の軸受１３、ロッカカム部５５の軸受５７、プランジャ部２２のシュー２４、あるいは、切換部６０を冷却するとともに、潤滑している。なお、上記実施例の図１においては、オイルクーラ８２はケース１１の側面に付いているが、図７に示すように油圧ポンプ部２０側の後方のケース１１ｄにつけても良い。また、オイルクーラ８２はバルブ８８を設けて外部より冷却水に接続して冷却しても良いし、空冷のいずれでも良い。
【００２５】
制御装置９０は、コントローラ９１と、電動モータ部１０の消費電力設定スイッチ９２と、油圧モータ部５０の出力トルク設定スイッチ９３と、電動モータ部１０の固定子１２への電圧を検出する電圧検出センサ９４と、電動モータ部１０の固定子１２への電流を検出する電流検出センサ９５と、油圧モータ部５０の回転速度を検出する回転速度検出センサ９６と、および、冷却装置８０の油温を検出する温度センサ８４とから構成される。
コントローラ９１は、電動モータ部１０のケース内の潤滑あるいは冷却用の油温を測定して所定値以上では冷却装置８０に指令を出力して作動させる。
【００２６】
また、コントローラ９１は、電動モータ部１０の固定子１２への電圧および電流から電動モータ部１０の消費電力を演算し、かつ、消費電力設定スイッチ９２からの消費電力設定値と電動モータ部１０の消費電力とを比較して、油圧ポンプ部２０の吐出量を制御する信号を油圧ポンプ用の斜板制御部３３へ出力する。あるいは、コントローラ９１は、電動モータ部１０の固定子１２への電圧と電流、および、油圧モータ部５０の回転速度とから油圧モータ部５０が出力する出力トルクを演算し、かつ、出力トルク設定手段からの出力トルク値と油圧モータ部５０が出力する演算した出力トルクとを比較して、油圧ポンプ部２０の吐出量を制御する信号を油圧ポンプ用の斜板制御部３３へ出力する等の制御を行う。
【００２７】
次に、電気油圧ハイブリッドモータの作動について説明する。
制御装置９０は外部指令を受け、電動モータ部１０の回転子１４を所定の回転方向、および出力回転速度で作動させるために、固定子１２に所定の電流を流す。固定子１２は電流を受けて磁界を発生し、電動モータ部１０の回転子１４を、左右いずれかで選択された方向に回転する。これに伴い、回転子１４に一体で形成されているシリンダブロック２１は所定の方向に回転する。このとき、制御装置９０が出力回転をゼロに指示したとき、すなわち、ソレノイド３７が制御装置９０からの指令を受けずにスプール３８を押圧しないとき、斜板制御部３３のピストン３５は制御圧力を受けずに図１に示す位置に停止している。このため、油圧ポンプ部２０のロッカカム部３０は当初設定している所定の角度α０ にある。また、このとき油圧モータ部５０のロッカカム５６も同様に当初からの固定の角度α０ にあり、さらに、油圧ポンプ部２０と油圧モータ部５０の吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）を同容積にしている。これにより、油圧ポンプ部２０の吐出量が油圧モータ部５０の吸入量と同じになり、油圧ポンプ部２０のプランジャ２３と油圧モータ部５０のプランジャ２３とは同量のストロークなる。このため、油圧ポンプ部２０の吐出量は油圧モータ部５０の吐出量と同容量となり、油圧モータ部５０のプランジャ２３はロッカカム部５５に対して仕事をすることなく、ロッカカム５６の上を空回りし油圧モータ部５０の出力軸５６ｂは回転しない。
この油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度は次式で表わされる。
【００２８】
【数１】
Ｎｍ＝〔（Ｑｍ−Ｑｐ）×Ｎｐ〕／Ｑｍ
ここで、
Ｎｍ＝油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度、
Ｎｐ＝油圧ポンプ部２０の回転速度（回転子１４の回転速度）
Ｑｍ＝油圧モータ部５０の吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）
Ｑｐ＝油圧ポンプ部２０の吐出容積（ｃｃ／ｒｅｖ）
【００２９】
次に、制御装置９０が所定の出力回転速度を指示したとき、すなわち、ソレノイド３７が制御装置９０からの指令を受けてスプール３８を押圧したとき、スプール３８を経た制御圧力が斜板制御部３３のピストン３５の受圧室３５ｅに作用し、ピストン３５を図示の上方に押し上げる。これにより、ロッカカム部３０のロッカカム３１は所定の角度α０ から反時計方向に回転し傾転角度を小さくする。このとき、ピストン３５はスプール用バネ３９を上方に押して、スプール３８を当初の位置に戻し、ピストン３５の受圧室３５ｅへの制御圧力の供給を停止し、ピストン３５の移動を停止する。これにより、油圧ポンプ部２０の吐出容積は小さくなるとともに、所定の吐出量の位置で停止する。例えば、油圧ポンプ部２０のロッカカム３１を軸芯に対して直角にして、吐出容積を零（Ｑｐ＝０）にすると、油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度Ｎｍは油圧ポンプ部２０の回転速度Ｎｐの回転速度に等しくなる。すなわち、即ち、油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度Ｎｍは回転子１４の回転速度に等しくなる。
【００３０】
また、油圧ポンプ部２０のロッカカム３１を図示の反対方向、すなわち、軸芯に対する直角の反対側の所定の角度−α０にして、油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを−Ｑｍとすると、油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度Ｎｍは回転子１４の回転速度の２倍になる。以上において、油圧ポンプ部２０、油圧モータ部５０、ポンプ用切換部材６２、あるいは、モータ用切換部材６３から洩れが生じて、油圧ポンプ部２０の吐出容量に対して吸入量が不足するときには、シリンダブロック２１内に配置されたシャフト６２内のチャージ回路のチェック弁６５、６６を介して供給される。これにより、近い距離より補充されるため、抵抗が少なく真空が発生することがないとともに、チャージ回路の圧力を低く設定できる。
【００３１】
また、油圧ポンプ部２０から油圧モータ部５０への回路に付設されているパイロツト付安全弁６７、６８のパイロツト弁６９を外部より制御して回路の圧力をゼロにすることにより、油圧モータ部５０の出力トルクをゼロにすることができる。
冷却回路は、ケース１１の内部の潤滑油の温度が所定の温度以上に上昇したことを温度センサ８４で検出し、逆止弁８７の圧力を制御してオイルクーラ８２に潤滑油を流す。オイルクーラ８２で冷却されてケース１１に管路８３ａで入り、内部の固定子１２、回転子１４の軸受１３、ロッカカム部５５の軸受５７、プランジャ部２２のシュー２４、あるいは、切換部６０を冷却するとともに、潤滑している。なお、制御装置９０で制御せずに始動時から冷却回路が作動するようにしても良い。
【００３２】
次に、等馬力制御について、図８のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１では、工場等の各設備の電力に合わせて設定されるか、あるいは、駆動する装置の消費電力に合わせて、電動油圧ハイブリッドモータが使用する消費電力（Ｌｏ）を消費電力設定スイッチ９２よりコントローラ９１の図示しない記憶装置に入力して記憶させる。ステップ２では、電動モータ部１０の固定子１２への電圧（Ｖ）を検出する電圧検出センサ９４および電流（Ｉ）を検出する電流検出センサ９５により、それぞれの値を検出してコントローラ９１に送る。コントローラ９１は、ステップ３では、電圧、あるいは、電流の変化の推移より位相差（φ）を求める。また、コントローラ９１はステップ４では、電動モータ部１０が実際に油圧ポンプ２０を駆動する消費電力（Ｌ）を数式〔Ｌ＝Ｖ×Ｉ×ｃｏｓφ〕より求める。ステップ５では、消費電力設定スイッチ９２からの消費電力設定値（Ｌｏ）と電動モータ部１０の実際の消費電力（Ｌ）とで、どちらが大きいかを比較する。ステップ５で、消費電力設定値（Ｌｏ）に対して実際の消費電力（Ｌ）が小さい場合（Ｌ＜Ｌｏ）には、ステップ６にいく。ステップ６では、コントローラ９１は油圧ポンプ２０の斜板制御部３３のソレノイド３７に油圧ポンプ部２０よりの吐出量を増加させるための制御信号を出力する。ソレノイド３７は信号を受けて変位し、スプール３８を押して、チャージポンプ８１からのパイロット油圧をピストン３５の受圧室３５ｅに送り、ピストン３５を移動させる。ピストン３５はスライダ３４を介してロッカカム３１の角度αを変化させて油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを増加させる。
【００３３】
また、消費電力設定値（Ｌｏ）に対して実際の消費電力（Ｌ）が大きい場合（Ｌ＞Ｌｏ）には、ステップ７では、コントローラ９１は油圧ポンプ２０の斜板制御部３３のソレノイド３７に油圧ポンプ部２０よりの吐出量を減少させるための制御信号を出力する。ソレノイド３７は推力を感じ、スプール３８が戻り、チャージポンプ８１からのパイロット油圧をピストン３５の受圧室３５ｄに送りピストン３５を移動させ、ロッカカム３１の角度αを変化させて油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを減少させる。これにより、電動モータ部１０の消費電力は減少し、一定の消費電力が得られる。
電動モータ部１０が一定の電力を消費するように制御することにより電動油圧ハイブリッドモータの等馬力制御が行える。これにより、電動機の出力一杯までの等馬力制御ができ、例えば、クレーン等では重い物を上げるときには速度が遅く、軽い物を上げるときには速度が速く出来る等の制御が行える。
【００３４】
次に、等トルク制御について、図９のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１では、駆動する装置の必要トルクに合わせて電動油圧ハイブリッドモータの油圧モータ部５０が出力する必要トルク（Ｔｏ）を出力トルク設定スイッチ９３よりコントローラ９１の図示しない記憶装置に入力して記憶させる。ステップ２では、電動モータ部１０の固定子１２への電圧（Ｖ）を検出する電圧検出センサ９４および電流（Ｉ）を検出する電流検出センサ９５により、それぞれの値を検出してコントローラ９１に送る。コントローラ９１は、ステップ３では、電圧、あるいは、電流の変化の推移より位相差（φ）を求める。
ステップ４では、油圧モータ部５０の出力軸５６ｂの回転速度（ω）を回転速度検出センサ９６により検出してコントローラ９１に送る。ステップ５では、コントローラ９１は電動モータ部１０が実際の発生トルク（Ｔ）を数式〔Ｔ＝（Ｖ×Ｉ×ｃｏｓφ）／ω〕より求める。
【００３５】
ステップ６では、出力トルク設定スイッチ９３よりからの必要トルク（Ｔｏ）と油圧モータ部５０の実際の発生トルク（Ｔ）とで、どちらが大きいかを比較する。
ステップ６で、必要トルク（Ｔｏ）に対して実際の発生トルク（Ｔ）が大きい場合（Ｔ＞Ｔｏ）には、ステップ７にいく。ステップ７では、コントローラ９１は油圧ポンプ２０の斜板制御部３３のソレノイド３７に油圧ポンプ部２０よりの吐出量を増加させるための制御信号を出力する。ソレノイド３７は信号を受けて変位し、スプール３８を押して、チャージポンプ８１からのパイロット油圧をピストン３５の受圧室３５ｅに送り、ピストン３５を移動させる。ピストン３５はスライダ３４を介してロッカカム３１の角度αを変化させて油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを増加させる。これにより、油圧モータ部５０の回転速度が増加して、実際の発生トルク（Ｔ）は小さくなる。
また、必要トルク（Ｔｏ）に対して実際の発生トルク（Ｔ）が小さい場合（Ｔ＜Ｔｏ）には、ステップ８にいく。ステップ８では、コントローラ９１は油圧ポンプ２０の斜板制御部３３のソレノイド３７に油圧ポンプ部２０よりの吐出量を減少させるための制御信号を出力する。ソレノイド３７は推力を感じ、スプール３８が戻り、チャージポンプ８１からのパイロット油圧をピストン３５の受圧室３５ｄに送りピストン３５を移動させ、ロッカカム３１の角度αを変化させて油圧ポンプ部２０の吐出容積Ｑｐを減少させる。これにより、油圧モータ部５０の回転速度が減少して、実際の発生トルク（Ｔ）は大きくなる。このように制御することにより等トルク制御が得られる。これにより、ある機械の駆動系の限界トルクが設定されている場合には、出力トルクを一定に押さえた使い方ができる。また、上記のごとく、出力軸５６ｂを回転速度センサ９６により検出してフィードバック制御を行うことにより、正確な回転速度の出力制御が行える。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電動モータの固定子および回転子の内方に油圧ポンプおよび油圧モータを挿入しているため全長が短くなるとともに、油圧ポンプと油圧モータとを対向させて設置しているために構造が簡素化できる。また、電動モータからの動力を油圧ポンプに与え、さらに油圧ポンプにより油圧モータを駆動することによって低速から高速までも所定の定格トルクが得られる。さらに、同様に油圧ポンプと油圧モータを用いることにより安価に出力回転速度を低速から高速までも可変にできる。また、電動モータあるいは油圧ポンプおよび油圧ポンプからの発熱はケースに付設された冷却部に送られ冷却されるとともに、潤滑油にも用いられているため構造が簡素化される。さらに、潤滑油の温度は検出器により検出され自動的に所定の温度になるように制御されているため、管理維持、操作が簡単になる。また、電動機部の消費電力を計測して、その値を設定された値に制御し等馬力制御を行なうため、クレーン等では使用条件に合わせて速度が変わり作業効率が向上する。また、油圧モータ部の出力回転速度を測定し、油圧ポンプの吐出量を制御して等トルク制御を行なうため、出力トルク制限があるところではトルクリミッタ制御ができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気油圧ハイブリッドモータの１実施例の全体構成図を示す。
【図２】図１のＺ矢視図を示す。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図を示す図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ断面図を示す図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ断面図を示す図である。
【図６】図１のシャフト部の拡大図を示す。
【図７】冷却装置を油圧ポンプの後方に装着した図を示す。
【図８】等馬力制御のフローチャート図を示す。
【図９】等トルク制御のフローチャート図を示す。
【符号の説明】
１０ 電動モータ部、 ２０ 可変容量型油圧ポンプ部、
１１ ケース、 ２１ シリンダブロック、
１２ 固定子、 ２２ プランジャ部、
１４ 回転子、 ３０ ロッカカム部、
３１ ロッカカム、 ６７，６８ パイロツト付安全弁、
３３ 斜板制御部、 ６９ パイロツト弁、
３５ ピストン、 ８０ 冷却部、
３７ ソレノイド、 ８１ チャージポンプ、
３８ スプール、 ８２ オイルクーラ、
５０ 固定容量型油圧モータ部、 ８４ 温度センサ、
５３ ロッカカム部、 ８６ 駆動軸、
５５ プランジャ部、 ９０ 制御装置、
５５ｂ 出力軸、 ９１ コントローラ、
６０ 切換部、 ９２ 消費電力設定スイッチ、
６１ シャフト、 ９３ 出力トルク設定スイッチ、
６２ ポンプ用切換部材、 ９４ 電圧検出センサ、
６３ モータ用切換部材、 ９５ 電流検出センサ。
Claims (3)
- 電動モータの回転子の内方に油圧ポンプおよび油圧モータを配置した電気油圧ハイブリッドモータにおいて、
回転子と一体で回転する油圧ポンプおよび油圧モータ用のシリンダブロックと、
回転子と一体で回転する油圧ポンプ用のプランジャと、
回転子と一体で回転する油圧モータ用のプランジャと、
油圧ポンプ用の吐出容積を設定する可変斜板制御手段と、
油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く前記シリンダブロックの内側に配置したピントルと、
油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く油路を有し、かつ、油圧モータの斜板と一体で回転する油圧モータ軸とを配置したことを特徴とする電気油圧ハイブリッドモータ。 - 請求項１において、
前記シリンダブロックと一体で回転するチャージポンプと、
前記チャージポンプの吐出圧油をピントルに導くための内部に油路有する軸と、
前記チャージポンプの吐出圧油を前記油圧ポンプの吐出圧油を油圧モータに導く油路に供給するためのチエック弁を前記ピントルに配置したことを特徴とする電気油圧ハイブリッドモータ。 - 請求項１または請求項２において、
前記油圧モータ軸に、吐出圧油の最高圧力を決める安全弁を設けたことを特徴とする電気油圧ハイプリッドモータ。
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