JP4250798B2

JP4250798B2 - インバータ駆動油圧ユニット

Info

Publication number: JP4250798B2
Application number: JP07762599A
Authority: JP
Inventors: 隆落合; 清嗣小泉
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP2000274376A

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５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の吐出ライン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。
【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２を誘導モータ１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、
上記モータの負荷を検出する負荷検出手段と、
この負荷検出手段の出力信号と指令信号に基づいてモータの回転数を制御して上記固定容量型油圧ポンプの吐出ラインの油の圧力または流量を制御するインバータコントローラと
を備え、
上記吐出ラインにリリーフ弁を接続し、
上記インバータコントローラは、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、上記負荷検出手段の出力信号と指令信号に基づいてモータの回転数を制御して、フィードバック制御する
ことを特徴としている。
【０００７】
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、流量制御時には、流量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る。
【０００８】
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。
【０００９】
また、請求項１の発明のインバータ駆動油圧ユニットは、圧力制御時には、負荷検出手段が直接的または間接的に検出したモータの負荷つまり吐出ラインの油の圧力と、圧力指令信号とに基づいて、インバータコントローラは固定容量型油圧ポンプの回転数をモータを介して制御して、吐出ラインの油の圧力が圧力指令信号に応じた圧力になるように制御する。このように、このインバータ駆動油圧ユニットは、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で、簡単で、小型で、安価で圧力の制御ができる。
【００１０】
【００１１】
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によって、広い圧力の範囲に亘って、僅かな油がリリーフ弁からタンクに排出されながら、上記モータの回転数の制御により油の流量および圧力が制御されるから、安定に流量および圧力の制御を行うことができる。
【００１２】
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。
【００１３】
【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】
また、請求項３の発明のインバータ駆動油圧ユニットは、請求項１または２に記載のインバータ駆動油圧ユニットにおいて、上記インバータコントローラは、整流部とスイッチングトランジスタ部と制御部とを備え、上記負荷検出手段は上記整流部とスイッチングトランジスタ部との間の電流を直接的または間接的に検出する電流センサであることを特徴としている。
【００１７】
請求項３の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、上記負荷検出手段は上記整流部とスイッチングトランジスタ部との間の電流を直接的または間接的に検出する電流センサであるから、この電流センサの出力に基づいて簡単、正確にモータの負荷を介して吐出ラインの圧力を検出して、その圧力を制御できる。
【００１８】
また、請求項４の発明のインバータ駆動油圧ユニットは、請求項１または２に記載のインバータ駆動油圧ユニットにおいて、上記負荷検出手段は、上記インバータコントローラとモータとの間の電流を検出する電流センサであることを特徴としている。
【００１９】
請求項４の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、上記負荷検出手段は、上記インバータコントローラとモータとの間の電流を検出する電流センサであるから、この電流センサの出力に基づいて簡単、正確にモータの負荷を介して吐出ラインの圧力を検出して、その圧力を制御できる。
【００２０】
【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。
【００２１】
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とを備えている。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。
【００２２】
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所定周波数の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、後述するように所望の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としてのマイコン１３ｃを有する。
【００２３】
一方、上記整流部１３ａとスイッチングトランジスタ部１３ｂとの間に流れる電流は電流センサ３１で検出している。この電流センサ３１は、例えば、シャント抵抗によって、上記電流を表す両端電圧を出力信号として検出して、この出力信号をマイコン１３ｃに入力している。上記電流センサ３１が検出した電流（電圧）と同期モータ１２のトルクとは図３に示すような関係がある。上記同期モータ１２のトルクと吐出ライン７の油の圧力とは線形の関係がある。したがって、上記電流センサ１３は電流を介して吐出ライン７の油の圧力を検出していることになる。
【００２４】
上記インバータコントローラ１３のマイコン１３ｃは、流量指令信号を受けると、内蔵したメモリに予め格納しているテーブルを参照して、流量指令信号に応じた周波数の駆動信号をスイッチングトランジスタ部１３ｂが出力するように、制御信号をスイッチングトランジスタ部１３ｂに出力する。
【００２５】
また、上記インバータコントローラ１３のマイコン１３ｃは、圧力指令信号を受けると、この圧力指令信号と電流センサ３１からの出力信号とを比較して、上記圧力指令信号が表す圧力と電流センサ３の出力信号が表す油の圧力とが等しくなるようにスイッチングトランジスタ部１３ｂに周波数を増減する制御信号を出力して、スイッチングトランジスタ部１３ｂからの駆動信号の周波数を制御する。すなわち、上記マイコン１３ｃ、電流センサ３１、スイッチングトランジスタ部１３ｂ、同期モータ１２および固定容量型油圧ポンプ１１で、吐出ライン７の油の圧力が圧力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している。
【００２６】
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のマイコン１３c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のマイコン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の圧力に応じた僅かな漏れ量の油をタンク１６に排出している。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
一方、たとえば、上記油圧シリンダ９に所定の力で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のマイコン１３ｃは電流センサ３１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、上記電流センサ３１の出力信号の表す油の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、上記電流センサ３１の表す油の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。
【００３０】
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の油の圧力を電流圧力センサ３１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の油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。
【００３１】
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。
【００３２】
また、上記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、安定に制御でき、かつ、構造が簡単で、小型で、安価である。すなわち、このインバータ駆動油圧ユニットは、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。
【００３３】
図４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。
【００３４】
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１２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。
【００３５】
なお、図４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。
【００３６】
図１の実施の形態では、電流センサ３１は整流部１３ａとスイッチングトランジスタ部１３ｂとの間を流れる電流を検出したが、電流センサはスイッチングトランジスタ部と同期モータ１２との間を流れる駆動電流を検出するものであってもよい。
【００３７】
【００３８】
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。
【００３９】
【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、流量制御時には、流量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して、必要な油の量に応じて、モータの回転数を制御して、必要以上の回転数で固定容量型油圧ポンプを回転させないので、騒音を低減でき、また、余分の油を殆ど無駄に吐出させないので、エネルギーロスを少なくでき、油の発熱を少なくできる。
【００４０】
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、圧力制御時には、負荷検出手段が直接的または間接的に検出したモータの負荷つまり吐出ラインの油の圧力と、圧力指令信号とに基づいて、インバータコントローラによってモータを介して固定容量型油圧ポンプの回転数を制御して、吐出ラインの油の圧力が圧力指令信号に応じた圧力になるように制御するので、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で、簡単で、小型で、安価な構造で圧力の制御をできる。
【００４１】
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て、広い圧力の範囲に亘って、僅かな油をリリーフ弁からタンクに排出しながら、モータの回転数の制御により油の流量および圧力を制御するので、安定に流量および圧力の制御を行うことができる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
また、請求項３の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、上記負荷検出手段は、上記インバータコントローラの整流部とスイッチングトランジスタ部との間の電流を直接的または間接的に検出する電流センサであるから、この電流センサの出力に基づいて簡単、正確にモータの負荷を介して吐出ラインの圧力を検出して、その圧力を制御できる。
【００４５】
また、請求項４の発明のインバータ駆動油圧ユニットによれば、上記負荷検出手段は、上記インバータコントローラとモータとの間の駆動電流を検出する電流センサであるから、この電流センサの出力に基づいて簡単、正確にモータの負荷を介して吐出ラインの圧力を検出して、その圧力を制御できる。
【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】リリーフ弁の圧力オーバライド特性を示すグラフである。
【図３】電流センサの検出した電流（電圧）とモータのトルクとの関係を示すグラフである。
【図４】リリーフ弁の変形例の回路図である。
【図５】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
１３ａ整流部１３ｂスイッチングトランジスタ部
１３ｃマイコン１５，２５リリーフ弁
２３ブリードオフライン２４絞り
３１電流センサ

Claims

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）を駆動する回転数制御が可能なモータ（１２）と、
上記モータ（１１）の負荷を検出する負荷検出手段（３１）と、
この負荷検出手段（３１）の出力信号と指令信号に基づいてモータ（１２）の回転数を制御して上記固定容量型油圧ポンプの吐出ラインの油の圧力または流量を制御するインバータコントローラ（１３）と
を備え、
上記吐出ライン（７）にリリーフ弁（１５，２５）を接続し、
上記インバータコントローラ（１３）は、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、上記負荷検出手段（３１）の出力信号と指令信号に基づいてモータ（１２）の回転数を制御して、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。
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（７）に、絞り（２４）を有するブリードオフライン（２３）を接続したことを特徴とするインバータ駆動油圧ユニット。
請求項１または２に記載のインバータ駆動油圧ユニットにおいて、上記インバータコントローラ（１３）は、整流部（１３ａ）とスイッチングトランジスタ部（１３ｂ）と制御部（１３ｃ）とを備え、上記負荷検出手段（３１）は上記整流部（１３ａ）とスイッチングトランジスタ部（１３ｂ）との間の電流を直接的または間接的に検出する電流センサ（３１）であることを特徴とするインバータ駆動油圧ユニット。
請求項１または２に記載のインバータ駆動油圧ユニットにおいて、上記負荷検出手段は、上記インバータコントローラ（１３）とモータ（１２）との間の電流を直接的または間接的に検出する電流センサであることを特徴とするインバータ駆動油圧ユニット。