JP4174834B2 - 両方向式電動モータ／油圧ポンプユニットを備えた電動油圧システムおよび装置 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、両方向式アクチュエータに於ける、制御のための電動油圧システムに関し、より詳しくは、そのシステムに使用される両方向式電動モータ／油圧ポンプユニットに関する。
発明の背景および概要
ある負荷（作動機器）に連結される両方向式アクチュエータに於ける従来の電動油圧システムは、モータに電力を供給する電子回路と、サーボ弁または比例制御弁等のソレノイド作動弁とを備えていて、ポンプからアクチュエータへの流体流を制御して、アクチュエータの動きを制御する。一つまたは複数のセンサが、アクチュエータおよび／またはそのアクチュエータに連結された負荷につながれて、アクチュエータまたは負荷における動きを示す情報を供給し、電子部を制御して、アクチュエータおよび負荷に於ける位置、速度および／または加速度とについて、閉じたループ制御を行う。ポンプからの過剰流体は制御弁により戻されて、ここで熱変換による電力の損失がある。その様な電力の損失を減らすために、ポンプの流量を制御することが試みられてきたが、これはポンプの機構を複雑にしてコスト高にするので好ましくない。更に、油圧制御は、流体粘度と流体温度とシステム耐共振性とに於ける変化により、影響を受ける。
従って、この発明の一般的な目的は、両方向式アクチュエータの作動において、改良した電子制御が可能な電動油圧制御装置を提供して、従来技術の前述の欠点の一つまたは幾つかを解消することである。特に、この発明の目的は、方向を決める油圧制御弁の電子制御が不要であり、アクチュェータへの流体の方向と流量とが、モータとポンプとが可変回転運転されることにより制御される電動油圧制御装置を提供することである。この発明のもう一つの目的は、前述の特徴を持つ別の装置を提供することであり、その装置では、両方向式油圧ポンプに連結された両（回転）方向式電動モータへの電力の印可を制御する電子制御部が設けられる。更に、この発明のもう一つの関連した目的は、一体型電動モータ／油圧ポンプユニットを提供することであり、そのユニットは、両方向式電動モータと、そのモータに搭載され連結された一つまたは複数のポンプを有して、モータに印可される電力に応じて、両方向の流体の流れを可能にする。
この発明による電動油圧制御装置は、電力の印可に応じて両方向に回転できる、両方向式電動モータ（即ち、逆転可能なモータ）と、そのモータに連結された油圧ポンプとを有する。その油圧ポンプは、そのモータの回転方向に応じて、二方向のどちらでも、圧力流体を流すことができる複数ポートを備えている。油圧アクチュエータが二方向のどちらでも流れをも受けられるように、そのポンプに接続され、そのポンプに応じて作動する。この発明の好適実施例における電子制御部は、アクチュエータに作動的に接続した一つまたは複数のセンサを有して、アクチュエータの動きに対応する、モータへの電力の印可を行う。この発明の好適実施例における両方向式電動モータは、流体冷却式モータであって、その装置は、複数の油圧用弁を有して、油圧流体を、モータのハウジングを通って、ポンプとアクチュエータ間に送る。
好ましくは、複数の弁が、そのポンプとアクチュエータとに接続され組み入れられて、ポンプとアクチュエータ間の流体流を制御する。それらの弁のなかには、好ましくは、油圧流体の方向と圧力に応じる、受動的な油圧弁があり、ポンプとアクチュエータ間の流体流を制御する。それらの弁には、二段式圧力リリーフ弁のリリーフポートを制御するパイロット作動逆止弁、および／または、アクチュエータを通る流体の方向を制御するパイロット作動シーケンス弁またはパイロット作動アンロード弁、および／または、ポンプとアクチュエータの流体ポート間の流体流を制御する逆止弁が含まれる。
この発明の好適実施例における両方向式電動モータは、両方向式油圧ポンプに連結されるモータ出力軸を有する。そのモータは、軸がそこに延入する一つまたは複数の端板を有する。この発明のある実施例では、油圧ポンプは、モータの一つの端板に取り付けられた、その軸に直接連結した両方向式油圧ポンプから成る。この発明の他の実施例では、油圧ポンプは、一対の片（回転）方向式ポンプから成り、好ましくは、それらのポンプは各々、モータの相対する端板に取り付けられ、一対の片回転方向性のカプラによりモータ軸に連結されて、それらのポンプはモータ軸の回転方向に対応して、互いに反対方向回転に連結運転される。そのまたはそれらのポンプは入口ポートまたは出口ポートとなる複数ポートを有する。それに関する装置は、油圧流体流の方向および／または圧力に応答する複数の弁を有して、アクチュエータとポンプポート間の流体流を制御する。アクチュエータは同様に一対のポートを有し、その複数の弁は油圧流体流の方向および／または圧力に応答して、アクチュエータポートへの流体流を制御する。
この発明の第二の様態に従って、電動モータ／油圧ポンプユニットは一体に組立られて、そのユニットは両方向式電動モータを有し、そのモータはモータ出力軸と、その軸がその内部に延びる少なくとも一つの端板を有する。また、そのユニットは、そのモータ端板に取り付けられた油圧ポンプと、その軸をそのポンプに連結するカプラとを有する。そのポンプは、そのモータ出力軸に直接連結される両方向ポンプから成る。置換例として、その油圧ポンプは、一対の片方向式ポンプから成り、それらのポンプは各々、モータハウジングの相対する端板に取り付けられ、一対の片方向性カプラによりモータ軸に連結されて、それらのポンプの回転はモータ軸の回転方向に対応して互いに反対方向になる。最も好ましくは、その電動モータは、流体冷却式モータであり、そのハウジングには、その中に流体を導入するポートを備えている。そのモータハウジングはポンプに連通して、油圧流体がそのモータハウジングとそのポンプ間を往復する。この発明の最も好ましい実施例では、一体型電動モータ／油圧ポンプユニットは、騒音減衰用遮蔽により囲まれていて、そこから流体入口ポートと出口ポートが延びている。
【図面の簡単な説明】
この発明は、その更に別の目的・特徴・便宜性と共に、以下の記載と請求項の記載と添付図面とから明瞭に理解される。
図１は、この発明の現在の好適実施例による電動油圧制御装置の機能的ブロック図であり；
図２は、図１の装置における、流体冷却式両方向式電動モータ／油圧ポンプユニットの概要図であり；
図３〜７は、図１に図示した制御装置に対する、各置換例の機能的ブロック図である。
好適実施例の詳細な説明
図１は、この発明の現在の好適実施例による電動油圧制御装置１０を図示している。その装置は、流体冷却式両方向式電動モータ／油圧ポンプユニット１２を有し、そのユニットは一対の流体口５０、５２を有する。その流体口５０、５２は、対応する逆止弁１４、１６を介して、両方向式ロータリー油圧アクチュエータ１８の各ポート１８ａ、１８ｂに接続される。アクチュエータ１８は、適切な負荷（図示せず）に連結するための出力軸２０を有する。一対のパイロット作動シーケンスまたはアンロード弁２２、２４は、アクチュエータ１８の入口ポート１８ａ、１８ｂに各々接続される入口孔と、その入口ポートと反対側のアクチュエータの入口ポートに接続される制御ポートとを有する。弁２２、２４の流体出口ポートは、一体型モータ／ポンプユニット１２のモータハウジング２８の流体入口ポート２６に接続される。ハウジング２８は、補填流体をサンプ３０から入口ポート２９を通って受ける。電子コントローラ３２は、入力コマンド信号を外部源（図示せず）から受信し、そのコマンド信号とフィードバック信号との差に応じて出力制御信号を送る。そのフィードバック信号は、アクチュエータ１８および／または関連の負荷に接続された一つまたは複数のセンサ３４から送られる。コントローラ３２の出力は、モータ駆動電子部３６の作動を制御し、適切な電源からの電力を一体型ユニット１２に印可する。
図２は、一体型電動モータ／油圧ポンプユニット１２をより詳細に図示している。モータハウジング２８は、モータ出力軸４２がその中に延びるハウジングスペーサまたは端板ユニット４０を有する。
両方向式油圧ポンプ４４は、端板４０に取り付けられ、カプラ４８によりモータ出力軸４２に直接連結された入力軸４６を有する。ポンプ４４は、ポンプの回転方向の応じて、入口ポートまたは出口ポートに互いに変わる一対の流体口５０、５２を有する。端板４０は、軸４２、４６がその中に延びる内部空洞を有して、そこにカプラ４８が配置される。冷却用流体が、モータハウジング２８を通って端板４０のその空洞に入り、端板出口ポート５４、５６から出る。出口ポート５４は、逆止弁５８を介して、ポンプポート５０に接続される。出口ポート５６は、逆止弁６０を介して、ポンプポート５２に接続される。端板４０は、ハウジング２８とポンプ４４とに取付られ、一体に組立られて、モータとポンプと、端板との間を液密シールする。最も好ましくは、モータ制御電子部３２とモータ駆動電子部３６（図１）は、ヒートシンク６３上に電子遮蔽６１内に設けられ、モータハウジング２８を熱交換するためにモータハウジング２８を通る流体により冷却される。電子部３２、３６は電力を受け、センサ３４（図１）にコネクタ６５により接続される。また、最も好ましくは、一体型モータ／ポンプユニット１２に電子部３２、３６が搭載され、それらは、騒音減衰用遮蔽６２（図１）内に囲まれて、米国特許第５，３５４，１８２号に図示されているように、モータの流体冷却が可能である。
運転状態では、第一に、モータ／ポンプユニット１２において、ポンプポート５２が入口ポートとなるように、回転の方向を決めると、加圧された流体は、端板４０のポート５６（図２）から逆止弁６０を通ってポンプポート５２に引かれる。ポンプポート５０から、加圧された流体が逆止弁１４を通ってアクチュエータ１８のポート１８ａに送られる。ポート１８ａに於ける圧力が、弁２４を開く程であると、流体は、アクチュエータポート１８ｂから弁２４を通ってハウジング入口ポート２６（図１、２）に送られ、そしてモータ／ポンプユニット１２に送られて、モータ巻線を冷却する。アクチュエータ１８が所定の位置に達すると、運転中位置制御モードにおいて、センサ３４によりそれが感知されて、モータ／ポンプユニット１２の運転が制御電子部３２と駆動電子部３６により停止され、弁２４は閉じられて、アクチュエータ１８は油圧的にロックされた状態になる。逆転運転の場合は、モータ／ポンプユニットが逆方向に運転され、ポート５０がポンプ入口ポートとなり、流体を端板ポート５４から逆止弁５８を通って引く。加圧された流体が、ポンプポート５２から逆止弁１６を通って、アクチュエータ１８のポート１８ｂに供給される。その流体圧力がシーケンスまたはアンロード弁２２の制御設定値に到達すると、弁２２は開いて、流体がアクチュエータポート１８ａから弁２２とポート２６を通ってモータハウジングに送られる。このように、モータ／ポンプの回転がどちらの方向でも、モータハウジングを通ってポンプに至る循環流体流路が構成される。補填用流体が必要なときは、それはサンプ３０から引かれる。
図３〜７は、図１の装置の種々の置換例を図示している。図１〜７のどの図でも、同一の参考符号は同一の要素を表し、サフィックス付の符号は関連する要素を示している。
図３は変化例の装置７０を示していて、図１のモータ／ポンプユニット１２は、一体型流体冷却式電動モータ／油圧ポンプユニット７２に置換されている。ユニット７２では、一対の片方向式ポンプ７４、７６がモータハウジングの軸方向に離間して設けた端板７８、８０にそれぞれ取付られる。ハウジング７２内のモータは、片方向性カプラ８２、８４により各ポンプに連結され、ポンプ７４、７６の一方がカプラの一つでモータ軸に連結運転されると、もう一方のポンプユニットはアイドル状態となる。各ポンプ７４、７６は各々、モータハウジングから流体を受ける入口ポートと、出口ポートとを有する。その出口ポートは各々、逆止弁１４、１６を通って片ロッド直線型アクチュエータ８６の関連する側に接続される。シーケンスまたはアンロード弁２２、２４は、図１の実施例と同様に接続され、流体を選択的にアクチュエータ８６の一方または他方側からモータ／ポンプユニット７２の入口ポートに戻す。入口ポート２６はまた、サンプ３０から補填流体を受け取ることができる。圧力センサ３４ａがアクチュエータ８６の一方のチャンバに接続されて、コントローラ３２に対応する流体圧力信号を送る。位置、速度および／または加速度センサ３４ｂがアクチュエータ８６のロッドに接続され、または、そこに連結された負荷に接続され、動きを示す対応する信号をコントローラ３２に送る。こうして、モータ／ポンプユニット７２がコントローラ３２と増幅器３６によりある方向に駆動されて、ポンプ７４がカプラ８２によりモータに連結されて、一方、ポンプ７６がアイドル状態の時に、流体は逆止弁１４を通ってアクチュエータ８６の一方の側に供給される。流体圧力が、弁２４の設定値を越えると、流体がアクチュエータ８６の反対側から弁２４を通ってモータハウジングの入口ポート２６に流れる。モータが反対方向に運転されると、ポンプ７６が作動して、逆止弁１６と弁２２とを通って流体を送って、アクチュエータ８６を反対方向に動かす。
図４は、空気冷却式モータ／ポンプユニット９４により、両ロッド直線型アクチュエータ９２を運転する制御装置９０を図示している。ポンプ４４のポート５０はアクチュエータ９２に直接接続され、一方、アクチュエータ９２の反対側は、ポンプポート５２に直接接続される。アクチュエータ９２のロッドには、位置、速度および／または加速度センサ３４ｂが接続されて、その動きに対応する信号をコントローラ３２に送る。モータ／ポンプユニット９４が、ポート５０が出口ポートに、ポート５２が入口出口ポートになるように運転されると、加圧された流体がアクチュエータ９２の一方側に供給され、他方側からは引かれる。補填流体がサンプ３２ｂ逆止弁９６を通って供給できる。モータ／ポンプユニット９４が逆方向に運転されると、加圧された流体がポート５２からアクチュエータ９２の他方側に供給され、アクチュエータ９２の一方側からポンプ入口ポート５０に引かれる。また、補填流体がサンプ３２ｂから逆止弁９８を通って供給できる。
図５は、片ロッド直線型アクチュエータ８６に、図３におけるセンサ３４ａ、３４ｂと、シーケンスまたはアンロード弁２２、２４と、逆止弁１４、１６と、図４における空気冷却式両方向式一体型電動モータ／ポンプユニット９４とを組み合わせたのが特徴である装置１００を図示している。図５の装置１００の作用は、前述の説明から自明である。
図６は、装置１０２を図示し、その装置は、片ロッド直線型アクチュエータ８６に、図３における、センサ３４ａ、３４ｂとシーケンスまたはアンロード弁２２、２４と、逆止弁１４、１６とを設け、更に図３における、端板７８、８０に取り付けられた片方向式ポンプ７４、７６を有する空気冷却式両方向式モータ／ポンプユニット１０４とを組み合わせたことが特徴である。図６の装置１０２と図３の装置装置７０との主たる差異は、図３では流体がモータハウジングの流体入口２６に戻るが、図６では、片方向式ポンプ７４、７６の入口側に接続されたサンプ３０に弁２２、２４を介して戻ることである。
図７は、装置１０６を図示し、その装置は、一対のパイロット作動逆止弁１０８、ｌ１０により、一対の二段式圧力リリーフ弁１１２、１１４のリリーフポートを制御して、アクチュエータ８６に至るまたはそこから戻る流体流を制御することが特徴である。パイロット作動逆止弁１０８、１１０は開くと、シーケンスまたはアンロード弁２２、２４よりも低い圧力で流体を流すことができる。リリーフ弁１１２、１１４は、ポンプ入口または流体サンプに至る流体の流れに対して、比較的大きい流れ横断面を提供する。この大きい流路開口は、加わる圧力に比例して開くシーケンス弁に比べて、比較的低い圧力で達成される。リリーフ弁１１２、１１４は、アクチュエータの入力側流路が過剰に加圧されるのを防ぐ。
このように油圧制御システムと両方向式一体型電動モータ／ポンプユニットが構成されるので、前述の目的を完全に達成する。開示した各実施例では、アクチュエータは、モータに印可される電力を、電力の大きさと方向との両方を電子制御して、動かされる。どの実施例でも、一体型モータ／ポンプユニットのモータは制御されて、負荷の動きに必要で十分な流体流だけを供給する。流体の流量は、モータの速度に対応して制御され、そのモータ速度は、モータが交流モータの場合には周波数を制御する等、いろいろな適切な電子的方法により制御され得る。モータ回転方向は制御されて、アクチュエータと負荷の動きの方向を制御する。流体の圧力は、モータに印可される電流の大きさを制御することにより制御される。電子制御部３２では、位置、速度および／または加速度制御モードのような、いろいろな従来の適切なモードが使用され得る。そのモータ駆動電子部３６では、可変周波数制御モードまたは電力ベクトル制御モード等のいろいろな従来の適切なモードが使用され得る。ポンプモータは、交流非同期ブラシレスサーボモータ、交流同期モータ、または、直流同期ブラシレスサーボモータでも良く、また、それに対応して、モータコントローラは、交流速度可変駆動部、交流サーボ駆動部、または、直流ブラシレスサーボ駆動部を使用しても良い。油圧ポンプは、固定排出量ピストンポンプ、固定排出量ベーンポンプ、または、固定排出量ギアポンプのような、いろいろな適切な従来型のもので良い。

Claims (11)

1. 電動油圧制御装置であって、
   電力の印可に応答して、両方向のどちらにでも回転できる両方向式電動モータ手段と、
   該電動モータ手段に連結されて、該電動モータ手段の回転方向に応じて、油圧流体を二方向のどちらにも流すことができる複数ポートを有する油圧ポンプ手段と、
   該ポンプ手段の該複数ポートに接続し、該二方向のいずれの流体流も受けることができて、該電動モータ手段に応じて作動する油圧アクチュエータ手段と、
   該アクチュエータ手段が所定の作動をするように、電力を該電動モータ手段に印可するための電子制御手段とを具備し、
   該電動モータ手段は、ハウジングを有する流体冷却式モータを具備し、該ハウジングは該ハウジングを通って流体を供給するポートを有し、そして、上記装置は、該ポンプ手段と該アクチュエータ手段との間に該ハウジングを通って油圧流体を流す手段を有し、
   更に、前記ポンプ手段と前記アクチュエータ手段とに作動的に接続され、油圧流体の方向および／または圧力に応答して、前記ポンプ手段と前記アクチュエータ手段との間の油圧流体流を制御する二段リリーフ式圧力リリーフ弁及びそのリリーフポートを制御するパイロット作動の逆止弁を具備する上記装置。
2. 電動油圧制御装置であって、
   電力の印可に応答して、両方向のどちらにでも回転できる両方向式電動モータ手段と、
   該電動モータ手段に連結されて、該電動モータ手段の回転方向に応じて、油圧流体を二方向のどちらにも流すことができる複数ポートを有する油圧ポンプ手段と、
   該ポンプ手段の該複数ポートに接続し、該二方向のいずれの流体流も受けることができて、該電動モータ手段に応じて作動する油圧アクチュエータ手段と、
   該アクチュエータ手段が所定の作動をするように、電力を該電動モータ手段に印可するための電子制御手段とを具備し、
   該電動モータ手段は、ハウジングを有する流体冷却式モータを具備し、該ハウジングは該ハウジングを通って流体を供給するポートを有し、そして、上記装置は、該ポンプ手段と該アクチュエータ手段との間に該ハウジングを通って油圧流体を流す手段を有し、
   前記電動モータ手段は、モータ出力軸を有し、そして、前記油圧ポンプ手段は、前記モータ出力軸に連結された両方向式油圧ポンプ手段を含み、
   前記両方向式油圧ポンプ手段は、一対の片方向式油圧ポンプと一対の片方向性カプラを有し、前記片方向式油圧ポンプは、各々前記片方向性カプラにより前記モータ出力軸に連結されて、前記モータ出力軸の回転方向に応じて、互いに交互に結合される電動油圧制御装置。
3. 請求の範囲第２項記載の装置であって、
   前記片方向式油圧ポンプは各々入力ポートと出力ポートを有し、そして、前記装置は、油圧流体流の方向および／または圧力に応じて前記アクチュエータ手段と前記ポンプポートとの間の流れを制御できる弁手段を有する前記装置。
4. 電動油圧制御装置であって、
   電力の印可に応答して、両方向のどちらにでも回転できる両方向式電動モータ手段と、
   該電動モータ手段に連結されて、該電動モータ手段の回転方向に応じて、油圧流体を二方向のどちらにも流すことができる複数ポートを有する油圧ポンプ手段と、
   該ポンプ手段の該複数ポートに接続し、該二方向のいずれの流体流も受けることができて、該電動モータ手段に応じて作動する油圧アクチュエータ手段と、
   該アクチュエータ手段が所定の作動をするように、電力を該電動モータ手段に印可するための電子制御手段とを具備し、
   該電動モータ手段が、モータ出力軸を有し、そして、該油圧ポンプ手段が、該軸に連結された両方向式油圧ポンプ手段を有し、
   該両方向式油圧ポンプ手段は、一対の片方向式油圧ポンプと一対の片方向性カプラを有し、該油圧ポンプは各々該カプラによりモータ出力軸に連結されて、該油圧ポンプは該モータ出力軸の回転方向に応じて互いに交互に結合され、
   該片方向式油圧ポンプは各々入力ポートと出力ポートを有し、そして、上記装置は、油圧流体流の方向および／または圧力に応じて該アクチュエータ手段と該ポンプポートとの間の流れを制御できる弁手段を有する上記装置。
5. 請求の範囲第４項記載の装置であって、
   前記アクチュエータ手段は一対の流体ポートを有し、そして、前記弁手段は、油圧流体流の方向および／または圧力に応じて前記アクチュエータ手段の該流体ポートへの流体流を制御できる前記装置。
6. 請求の範囲第４項記載の装置であって、
   前記電動モータ手段は、ハウジングを有する流体冷却式モータを具備し、該ハウジングは該ハウジングを通って流体を供給するポートを有し、そして、前記装置は、前記ポンプ手段と前記アクチュエータ手段との間に該ハウジングを通って油圧流体を流す手段を具備した前記装置。
7. 電動油圧制御装置であって、
   電力の印可に応答して、両方向のどちらにでも回転できる両方向式電動モータ手段と、
   該電動モータ手段に連結されて、該電動モータ手段の回転方向に応じて、油圧流体を二方向のどちらにも流すことができる複数ポートを有する油圧ポンプ手段と、
   該ポンプ手段の該複数ポートに接続し、該二方向のいずれの流体流も受けることができて、該電動モータ手段に応じて作動する油圧アクチュエータ手段と、
   該アクチュエータ手段が所定の作動をするように、電力を該電動モータ手段に印可するための電子制御手段とを具備し、
   該ポンプ手段と該アクチュエータ手段との間の油圧流体流を制御するための、該ポンプ手段と該アクチュエータ手段とに作動的に接続された弁手段が設けられ、
   該弁手段は、油圧流体流の方向および／または圧力に応じる、パイロット作動の受動型油圧逆止弁を有して、関連の圧力リリーフ弁のリリーフポートを制御して、該油圧ポンプ手段と該アクチュエータ手段との間の流体流を制御できる上記装置。
8. 一体型電動モータ／油圧ポンプユニットであって、
   モータ出力軸と少なくとも一つの端板とを有する両方向式電動モータと、該端板に取り付けられた油圧ポンプと、該油圧ポンプを該モータ出力軸に連結するカプラとを具備し、
   該油圧ポンプは一対の片方向式ポンプからなり、そして、該カプラは、該モータ出力軸の回転方向に応じて、該ポンプを交互に前記モータ出力軸に連結する一対の片方向性カプラからなり、
   該電動モータは一対の端板を有し、前記一対のポンプが各々該端板の各々に取り付けられた上記ユニット。
9. 請求の範囲第８項記載のユニットであって、
   前記電動モータは、ハウジングを有する流体冷却式モータからなり、該ハウジングは該ハウジングを通って流体を供給するポートを有し、そして、前記ユニットは、該ハウジングと前記油圧ポンプと間に油圧流体を流す手段を具備した前記ユニット。
10. 請求の範囲第９項記載のユニットであって、
    前記油圧ポンプが所定の作動をするように、電力を前記電動モータに印可するための電子制御手段と、前記ハウジングを通って供給される流体により冷却されるように前記ハウジングに該電子制御手段を搭載する手段とを具備した前記ユニット。
11. 請求の範囲第１０項記載のユニットであって、
    前記ユニットを囲んで遮蔽する騒音減衰用遮蔽を具備した前記ユニット。

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