JP4250797B2 - Inverter-driven hydraulic unit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、油の流量および圧力を制御できるインバータ駆動油圧ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、油の流量および圧力を制御できる油圧ユニットとしては、図4に示すようなものがある。この油圧ユニットは、一定回転速度で回転する誘導モータ1で駆動される可変容量型油圧ポンプ2と、この可変容量型油圧ポンプ2の吐出量可変制御要素である斜板を制御する斜板制御シリンダ3と、この斜板制御シリンダ3に供給する油を制御する圧力補償弁5とを備えている。そして、上記可変容量型油圧ポンプ1のポンプライン7の圧力を圧力補償弁5のバネ5aのバネ力に応じた圧力になるように、圧力補償弁5の作動により斜板制御シリンダ3を進退動作させて可変容量型油圧ポンプ2の吐出量を制御している。上記ポンプライン7には切換弁8を介して油圧シリンダ9を接続している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の油圧ユニットでは、可変容量型油圧ポンプ1と圧力補償弁5とを必要とするため、構造が複雑で大型で高価になるという問題がある。上記可変容量型油圧ポンプ1には、斜板や斜板制御シリンダ3などの複雑で大型な可変容量機構を必要とする。また、上記圧力補償弁5は圧力補償機構を必要として、構造がリリーフ弁などに比べて複雑である。
【0004】
さらに、上記従来の油圧ユニットでは、必要な吐出流量とは無関係に、可変容量型油圧ポンプ1を誘導モータで一定速度で回転駆動しているため、騒音が大きく、かつ、エネルギーのロスと発熱が大きいという問題がある。
【0005】
そこで、この発明の目的は、構造が簡単、小型で、安価で、しかも、騒音、エネルギーロス、発熱が少ない油圧ユニットを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明のインバータ駆動油圧ユニットは、
固定容量型油圧ポンプと、
この固定容量型油圧ポンプを駆動する回転数制御が可能なモータと、
このモータの回転数を制御するインバータコントローラと、
上記固定容量型油圧ポンプの吐出ラインに接続したリリーフ弁と、
上記固定容量型油圧ポンプの吐出ラインの圧力を検出する圧力センサを備え、
上記インバータコントローラは、上記圧力センサの出力と指令信号とに基づいてモータの回転数を制御して、上記リリーフ弁の圧力オーバライド特性を利用して、上記リリーフ弁から僅かな油をタンクに放出しながら、上記吐出ラインの油の圧力をフィードバック制御する
ことを特徴としている。
【0007】
【0008】
請求項1の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、指令信号に応じてインバータコントローラによってモータの回転数を制御することによって、固定容量型油圧ポンプの回転数が制御されて、単位時間当たりの必要量の油が固定容量型油圧ポンプから吐出され、僅かな油はリリーフ弁からタンクに排出されて、油の流量および圧力が制御される。上記リリーフ弁の圧力オーバライド特性を利用することによって、固定容量型油圧ポンプの回転数によって吐出ラインの圧力を制御できる。
【0009】
このように、基本的には、必要な油の量に応じて、モータの回転数が制御されて、必要以上の回転数で固定容量型油圧ポンプが回転させられないので、騒音が小さく、また、余分の油が殆ど無駄に吐出されないので、エネルギーロスが少なく、油の発熱が少ない。
【0010】
また、インパクト負荷等で吐出ラインに過大な油圧力が生じようとするときには、リリーフ弁が動作して、油がタンクに排出されるので、モータに過負荷がかからなくて、モータに過電流が流れることがない。
【0011】
請求項1の発明のインバータ駆動油圧ユニットは、固定容量型油圧ポンプをインバータコントローラでモータを介して回転数を制御しながら駆動して、リリーフ弁の圧力オーバライド特性を利用して、流量および圧力を制御して、可変容量型油圧ポンプの複雑な圧力補償機構や圧力補償弁の複雑な圧力補償機構を必要としないので、構造が簡単で、小型で、安価であるという利点を有する。
【0012】
【0013】
請求項1の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、上記インバータコントローラは、圧力センサの出力と指令信号とに基づいて、吐出ラインの圧力を指令信号に応じた圧力になるようにフィードバック制御する。したがって、リリーフ弁から油を放出しながら、そのリリーフ弁の圧力オーバライド特性を利用して、吐出ラインの圧力を指令信号に応じた値に正確に制御できる。
【0014】
また、請求項2の発明のインバータ駆動油圧ユニットは、請求項1に記載のインバータ駆動油圧ユニットにおいて、上記吐出ラインに、絞りを有するブリードオフラインを接続したことを特徴としている。
【0015】
請求項2の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、絞りを有するブリードオフラインから常に油をタンクに漏らしている。したがって、インバータコントローラによるモータの最小回転速度に制限があっても、つまり、固定容量型油圧ポンプからの最小吐出量に制限があっても、ブリードオフラインからの漏れ流量の分だけ吐出ラインの最小流量の値を小さくすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【0017】
図1に示すように、この実施の形態のインバータ駆動油圧ユニットは、固定容量型油圧ポンプ11と、この固定容量型油圧ポンプ11の回転数つまり回転速度を制御できるモータの一例としての同期モータ12と、この同期モータ12の回転数を制御するインバータコントローラ13と、上記固定容量型油圧ポンプ11の吐出ライン7に接続したリリーフ弁15と、上記吐出ライン7の圧力を検出する圧力センサ17とを備えている。上記インバータコントローラ13は、交流電源18から交流電力を受けて整流して直流電力を出力する整流部13aと、この整流部13aから直流電力を受けて駆動信号を同期モータ12に出力するスイッチングトランジスタ部13bと、指令信号と圧力センサ17からの出力信号とを受けて、指令信号に応じた流量または圧力になるような周波数を有する駆動信号を同期モータ12に出力するようにスイッチングトランジスタ部13bを切り換える制御部13cを有する。上記吐出ライン7には切換弁8を介して油圧シリンダ9を接続している。
【0018】
上記構成において、いま、指令信号として流量指令信号がインバータコントローラ13に入力されたとする。そうすると、上記インバータコントローラ13の制御部13cは流量指令信号に応じた回転速度で同期モータ12ひいては固定容量型油圧ポンプ11が回転するようにスイッチングトランジスタ部13bをスイッチング制御する。これにより、固定容量型油圧ポンプ11は、速度指令信号に応じた回転速度で回転して、その回転数に応じた量の油を吐出して、油圧シリンダ9のピストンロッドを流量指令信号に応じた速度で移動させる。このとき、吐出ライン7の圧力は油圧シリンダ9の負荷に応じた圧力に大略なっていて、リリーフ弁15は図2に示すような圧力オーバライド特性を有するから、吐出ライン7の圧力に応じた漏れ量の油をタンク16に排出している。
【0019】
このように、流量指令信号に応じた量の油を固定容量型油圧ポンプ11が吐出するように、インバータコントローラ13で同期モータ12の回転数が制御されて、必要以上の回転数で固定容量型油圧ポンプ12が回転させられないので、騒音が小さく、また、余分の油が殆ど無駄に吐出されないので、エネルギーロスが少なく、油の発熱が少ない。
【0020】
また、上記油圧シリンダ9がストロークエンドで急停止したとき、あるいはインパクト負荷等がかかったときに、吐出ライン7に過大な油圧力が生じようとするが、このとき、リリーフ弁15が動作して、油がタンク16に排出されるので、同期モータ12に過負荷がかからなくて、同期モータ12に過電流が流れることがない。
【0021】
一方、たとえば、上記油圧シリンダ9にクランプ動作をさせるために、インバータコントローラ13に指令信号として圧力指令信号が入力されたとする。そうすると、上記インバータコントローラ13の制御部13cは圧力センサ17からの吐出ライン7の圧力を表す出力信号と圧力指令信号を比較して、その比較結果に基づいて、スイッチングトランジスタ部13bを制御して、同期モータ12および固定容量型油圧ポンプ11の回転速度を増減して、吐出ライン7の圧力を圧力指令信号に相当した圧力になるようにする。すなわち、上記圧力センサ17の検出した圧力が圧力指令信号の示す圧力よりも小さいときには、固定容量型油圧ポンプ11の回転速度を増大する一方、上記圧力センサ17の検出した圧力が圧力指令信号の示す圧力よりも大きいときには、固定容量型油圧ポンプ11の回転速度を減少するようにフィードバック制御するのである。このとき、上記リリーフ弁15は図2に示すオーバライド特性によって定まる漏れ量の油をタンク16に排出している。
【0022】
このように、リリーフ弁15の圧力オーバライド特性を利用して、リリーフ弁15から僅かな油をタンク16に放出しながら、吐出ライン7の圧力を圧力センサ17とインバータコントローラ13と同期モータ12と固定容量型油圧ポンプ11でフィードバック制御するので、エネルギーロスを少なくしながら、吐出ライン7の圧力を圧力指令信号に応じた正確な値に制御することができる。
【0023】
このように、圧力指令信号による圧力制御時にも、インバータコントローラ13によって同期モータ12ひいては固定容量型油圧ポンプ11の回転数が制御されて、必要以上の回転数で固定容量型油圧ポンプ11が回転させられないので、騒音が小さく、また、余分の油が殆ど無駄に吐出されないので、エネルギーロスが少なく、油の発熱が少ない。
【0024】
また、上記インバータ駆動油圧ユニット10は、固定容量型油圧ポンプ11をインバータコントローラ13で同期モータ12を介して回転数を制御しながら駆動して、リリーフ弁10の圧力オーバライド特性を利用して、流量および圧力を制御しているので、構造が簡単で、小型で、安価である。すなわち、この油圧ユニットは、従来のような可変容量型油圧ポンプの複雑な圧力補償機構や圧力補償弁の複雑な圧力補償機構を必要としないので、構造が簡単で、小型で、安価であるのである。
【0025】
図3は変形例を示し、この変形例はリリーフ弁25の構造のみが図1の実施の形態と異なり、他の構成要素は図1の実施の形態と同じである。したがって、同一構成要素は図1を援用する。
【0026】
上記リリーフ弁25は、リリーフ弁本体21と、絞り24を有するブリードオフライン23とからなる。吐出ライン7からブリードオフライン23および絞り24を通して常に油がタンク16に排出される。したがって、インバータコントローラ13による同期モータ13の最小回転速度に制限があっても、つまり、固定容量型油圧ポンプ11からの最小吐出量に制限があっても、絞り24を有するブリードオフライン23からの排出流量の分だけ吐出ライン7から油圧シリンダ9等の負荷に供給する最小流量の値を小さくすることができる。
【0027】
なお、図3では、ブリードオフライン23をリリーフ弁25内に設けたが、リリーフ弁とは別に設けてもよい。
【0028】
【0029】
また、モータはインバータコントローラからのパルスで回転数が制御できるものならば、同期モータに限らずどのようなモータであってもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項1の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、指令信号に応じてインバータコントローラによってモータの回転数を制御することによって、固定容量型油圧ポンプの回転数を制御し、かつ、リリーフ弁の圧力オーバライド特性を利用して、リリーフ弁から僅かな量の油をタンクに排出して、油の流量および圧力を制御するので、必要以上の回転速度で固定容量型油圧ポンプを回転させることがなくて、騒音が小さく、また、余分の油が殆ど無駄に吐出されないので、エネルギーロスが少なく、油の発熱が少ない。
【0031】
また、請求項1の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、インパクト負荷等で吐出ラインに過大な油圧力が生じようとするときには、リリーフ弁が動作して、油がタンクに排出されるので、モータに過負荷がかからなくて、モータに過電流が流れることがない。
【0032】
また、請求項1の発明の油圧ユニットは、固定容量型油圧ポンプとリリーフ弁を用いて、複雑な可変容量機構を有する可変容量型油圧ポンプや複雑な圧力補償機構を有する圧力補償弁を必要としないので、構造が簡単で、小型で、安価であるという利点を有する。
【0033】
また、請求項1の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、リリーフ弁の圧力オーバライド特性を利用しながら、インバータコントローラが、圧力センサの出力と指令信号とに基づいて、固定容量型油圧ポンプの回転速度を制御して、吐出ラインの圧力を指令信号に応じた圧力になるようにフィードバック制御するので、吐出ラインの圧力を指令信号に応じた値に正確に制御できる。
【0034】
また、請求項2の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、絞りを有するブリードオフラインから常に油をタンクに漏らしているので、インバータコントローラによるモータの最小回転速度に制限があっても、つまり、固定容量型油圧ポンプからの最小吐出量に制限があっても、ブリードオフラインからの漏れ流量の分だけ吐出ラインの最小流量の値を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態のインバータ駆動油圧ユニットのブロック図である。
【図2】 圧力オーバライド特性を示すグラフである。
【図3】 リリーフ弁の変形例の回路図である。
【図4】 従来の油圧ユニットの回路図である。
【符号の説明】
7 吐出ライン 11 固定容量型油圧ポンプ
12 同期モータ 13 インバータコントローラ
15,25 リリーフ弁 23 ブリードオフライン
24 絞り[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverter-driven hydraulic unit capable of controlling the flow rate and pressure of oil.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a hydraulic unit as shown in FIG. 4 that can control the flow rate and pressure of oil. The hydraulic unit includes a variable displacement hydraulic pump 2 driven by an induction motor 1 that rotates at a constant rotational speed, and a swash plate control cylinder that controls a swash plate that is a variable discharge amount control element of the variable displacement hydraulic pump 2. 3 and a pressure compensation valve 5 for controlling the oil supplied to the swash plate control cylinder 3. The swash plate control cylinder 3 is moved back and forth by the operation of the pressure compensation valve 5 so that the pressure of the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional hydraulic unit requires the variable displacement hydraulic pump 1 and the pressure compensating valve 5, there is a problem that the structure is complicated, large, and expensive. The variable displacement hydraulic pump 1 requires a complicated and large variable displacement mechanism such as a swash plate or a swash plate control cylinder 3. Further, the pressure compensation valve 5 requires a pressure compensation mechanism, and its structure is more complicated than a relief valve.
[0004]
Further, in the above conventional hydraulic unit, the variable displacement hydraulic pump 1 is driven to rotate at a constant speed by an induction motor regardless of the required discharge flow rate, so that noise is great and energy loss and heat generation occur. There is a problem of being big.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a hydraulic unit that is simple in structure, small in size, inexpensive, and has little noise, energy loss, and heat generation.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an inverter-driven hydraulic unit according to the invention of claim 1 comprises:
A fixed displacement hydraulic pump;
A motor capable of controlling the rotational speed for driving the fixed displacement hydraulic pump;
An inverter controller for controlling the rotation speed of the motor;
A relief valve connected to the discharge line of the fixed displacement hydraulic pump ;
A pressure sensor for detecting the pressure of the discharge line of the fixed displacement hydraulic pump;
The inverter controller controls the rotational speed of the motor based on the output of the pressure sensor and the command signal, and uses the pressure override characteristic of the relief valve to release a small amount of oil from the relief valve to the tank. However, the oil pressure in the discharge line is feedback-controlled .
[0007]
[0008]
According to the inverter-driven hydraulic unit of the first aspect of the invention, the rotational speed of the fixed displacement hydraulic pump is controlled by controlling the rotational speed of the motor by the inverter controller in accordance with the command signal, and the required per unit time. An amount of oil is discharged from the fixed displacement hydraulic pump, and a small amount of oil is discharged from the relief valve to the tank to control the flow rate and pressure of the oil. By utilizing the pressure override characteristic of the relief valve, the pressure in the discharge line can be controlled by the rotation speed of the fixed displacement hydraulic pump.
[0009]
In this way, basically, the number of rotations of the motor is controlled according to the amount of oil required, and the fixed displacement hydraulic pump cannot be rotated at an unnecessarily high number of rotations. Because excess oil is hardly discharged unnecessarily, there is little energy loss and heat generation of the oil is small.
[0010]
When excessive oil pressure is generated in the discharge line due to impact load, etc., the relief valve operates and the oil is discharged to the tank, so that the motor is not overloaded and the motor is overcurrent. Does not flow.
[0011]
The inverter-driven hydraulic unit according to the first aspect of the invention drives the fixed displacement hydraulic pump while controlling the rotation speed via the motor with an inverter controller, and uses the pressure override characteristic of the relief valve to control the flow rate and pressure. Since the control does not require a complicated pressure compensation mechanism of the variable displacement hydraulic pump or a complicated pressure compensation mechanism of the pressure compensation valve, there is an advantage that the structure is simple, small, and inexpensive.
[0012]
[0013]
According to the inverter driving the hydraulic unit of the invention of claim 1, the inverter controller, based on the command signal and the output of the pressure sensor, a feedback control so that the pressure in the discharge line to the pressure corresponding to the command signal. Therefore, while discharging oil from the relief valve, the pressure of the discharge valve can be accurately controlled to a value corresponding to the command signal by utilizing the pressure override characteristic of the relief valve.
[0014]
An inverter-driven hydraulic unit according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the inverter-driven hydraulic unit according to the first aspect, a bleed-off line having a restriction is connected to the discharge line.
[0015]
According to the inverter-driven hydraulic unit of the second aspect of the invention, oil is always leaked to the tank from the bleed offline having the throttle. Therefore, even if there is a limit on the minimum rotation speed of the motor by the inverter controller, that is, there is a limit on the minimum discharge amount from the fixed displacement hydraulic pump, the minimum discharge line flow rate is equivalent to the leakage flow rate from the bleed-off line The value of can be reduced.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
[0017]
As shown in FIG. 1, the inverter-driven hydraulic unit of this embodiment includes a fixed displacement
[0018]
In the above configuration, it is assumed that a flow rate command signal is input to the
[0019]
As described above, the rotation speed of the
[0020]
Further, when the
[0021]
On the other hand, for example, it is assumed that a pressure command signal is input as a command signal to the
[0022]
In this way, by utilizing the pressure override characteristic of the
[0023]
As described above, even during the pressure control by the pressure command signal, the rotation speed of the
[0024]
Further, the inverter-driven
[0025]
FIG. 3 shows a modified example. In this modified example, only the structure of the
[0026]
The
[0027]
In FIG. 3, the bleed offline 23 is provided in the
[0028]
[0029]
The motor is not limited to a synchronous motor and may be any motor as long as the number of revolutions can be controlled by pulses from an inverter controller.
[0030]
【The invention's effect】
As is clear from the above, according to the inverter-driven hydraulic unit of the first aspect of the invention, the rotational speed of the fixed displacement hydraulic pump is controlled by controlling the rotational speed of the motor by the inverter controller in accordance with the command signal. And, by utilizing the pressure override characteristics of the relief valve, a small amount of oil is discharged from the relief valve to the tank, and the flow rate and pressure of the oil are controlled. Is not rotated, noise is small, and excess oil is hardly discharged unnecessarily, so there is little energy loss and less heat is generated by the oil.
[0031]
Further, according to the inverter driven hydraulic unit of the invention of claim 1, when an excessive hydraulic pressure is generated in the discharge line due to an impact load or the like, the relief valve is operated and the oil is discharged to the tank. The motor is not overloaded and no overcurrent flows through the motor.
[0032]
The hydraulic unit according to the invention of claim 1 requires a variable displacement hydraulic pump having a complicated variable displacement mechanism and a pressure compensation valve having a complicated pressure compensation mechanism using a fixed displacement hydraulic pump and a relief valve. Therefore, there is an advantage that the structure is simple, small and inexpensive.
[0033]
Further, according to the inverter driving the hydraulic unit of the invention of claim 1, while utilizing the pressure override characteristics of the relief valve, the inverter controller, on the basis of the command signal and the output of the pressure sensor, the rotation of the fixed displacement hydraulic pump Since the speed is controlled and feedback control is performed so that the pressure of the discharge line becomes a pressure corresponding to the command signal, the pressure of the discharge line can be accurately controlled to a value corresponding to the command signal.
[0034]
According to the inverter driven hydraulic unit of the invention of claim 2 , since oil is always leaked to the tank from the bleed offline having the throttle, even if the minimum rotational speed of the motor by the inverter controller is limited, that is, fixed. Even if the minimum discharge amount from the displacement hydraulic pump is limited, the value of the minimum flow rate in the discharge line can be reduced by the amount of leakage flow from the bleed-off line.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an inverter drive hydraulic unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing pressure override characteristics.
FIG. 3 is a circuit diagram of a modified example of the relief valve.
FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional hydraulic unit.
[Explanation of symbols]
7
Claims (2)
この固定容量型油圧ポンプ(11)を駆動する回転数制御が可能なモータ(12)と、
このモータ(12)の回転数を制御するインバータコントローラ(13)と、
上記固定容量型油圧ポンプ(11)の吐出ライン(7)に接続したリリーフ弁(15,25)と、
上記固定容量型油圧ポンプ(11)の吐出ライン(7)の圧力を検出する圧力センサ(17)を備え、
上記インバータコントローラ(13)は、上記圧力センサ(17)の出力と指令信号とに基づいてモータ(12)の回転数を制御して、上記リリーフ弁(15,25)の圧力オーバライド特性を利用して、上記リリーフ弁(15,25)から僅かな油をタンク(16)に放出しながら、上記吐出ライン(7)の油の圧力をフィードバック制御することを特徴とするインバータ駆動油圧ユニット。A fixed displacement hydraulic pump (11);
A motor (12) capable of controlling the rotational speed for driving the fixed displacement hydraulic pump (11);
An inverter controller (13) for controlling the rotational speed of the motor (12);
Relief valves (15, 25) connected to the discharge line (7) of the fixed displacement hydraulic pump (11) ;
A pressure sensor (17) for detecting the pressure of the discharge line (7) of the fixed displacement hydraulic pump (11);
The inverter controller (13) controls the rotational speed of the motor (12) based on the output of the pressure sensor (17) and a command signal, and utilizes the pressure override characteristic of the relief valve (15, 25). An inverter-driven hydraulic unit that performs feedback control of the oil pressure in the discharge line (7) while discharging a small amount of oil from the relief valve (15, 25) to the tank (16) .
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