JP4652425B2 - 直流モータ制御装置、直流モータ制御装置内蔵の油圧バルブ制御装置及び車載用油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば直流１２ボルト又は２４ボルトの直流電源を搭載したトラックに内蔵された油圧機器を有線又は無線で遠隔制御できる車載用油圧制御装置、油圧ポンプのバルブ制御モータに直流モータを採用したモータ制御装置内蔵の油圧バルブ制御装置、直流モータの微小回転量を制御して目標位置にすばやく一致させる制御系をマイクロコンビュータに組み込んだ直流モータ制御装置に関する。

一般に、油圧回路の油量を流通遮断するための遠隔制御としては、有線式と無線式とに分類される。有線式は遠隔操作部と油圧回路の制御されるバルブを制御される本体部とが有線例えば電線で結合される方式であり、無線式は電線に替えて電波等により制御信号を電送する方式である。

従来、有線式の例としては、特開平１０−２５２１０２号公報に示すように、遠隔側操作部には操作器の操作により発生する第１の信号に対して第１の信号処理を行った後各部へ送出する機能を有し、この操作器と油圧回路側とは有線の信号伝送手段を設け、油圧回路には信号伝送手段より伝送された信号を受信して第２の信号処理を行い、第２の信号を出力する制御部を設け、第２の信号によって駆動されるステッピングモータ等のアクチュエータを設け、このアクチュエータの変位をプッシュプルケーブル及び操作レバーにリジットに取り付けられたレバークランプブラケットを介して操作レバーに伝達するように構成した遠隔制御装置が知られている。

また無線式は、同じ公報に示すように、公知の無線伝送技術が採用され、遠隔側操作部と油圧回路との信号処理をしている。

しかし、いずれの有線式・無線式を採用しても、従来の構造では遠隔操作部の操作杆の動作角度が同期して油圧回路側のバルブ操作杆を連動動作するような構成は採用されていない。このような同期操作は、油圧回路のバルブの操作杆の微妙な調整角度を熟知していても、一旦、遠隔制御方式に切り替えた場合は、遠隔操作部の操作杆の動作角度が一致していないと、遠隔操作をしても誤った操作を招来する虞れを生ずる。その結果、操作の誤りから事故に至る場合も発生する。

一般に操作杆の動作は角度の動きとして把握するため、ポテンショメータを介在させることにより、遠隔操作部の操作杆の動作角度は電圧として把握され、この電圧を油圧回路側のバルブの操作杆の動作角度に戻せば、完全に一致することになり、操作者にとって手元のバルブ操作をしている感覚を遠隔操作でも実現することが可能となる。

しかし、従来はポテンショメータによって得られた電圧値を油圧回路側のバルブの操作杆の動作に変換する技術は可能であるが、複雑かつ大形な構造を採用せざるを得ず、遠隔操作部を油圧回路（例えば油圧ポンプと流量制御バルブとを含む油圧回路）に追加する場合は、油圧回路本体の構造より複雑になってしまう欠点がある。

特開平１０−２５２１０２号公報

解決しようとする問題点は、遠隔操作部の操作杆の回転角度をポテンショメータを介して行う際に、簡単な構成にするためマイクロコンピュータを採用してデジタル処理を行うことにより、追従精度を確保すると共に部品点数を低減することを主たる解決課題としている。

また遠隔操作部の操作杆の微小な動作であっても油圧回路側のバルブ操作杆とが完全一致する正確な追従性を確保することを第２の解決課題としている。

他のトラブルが発生して油圧回路のアクチュエータ動作を緊急停止させる必要がある場合に、遠隔操作部の操作杆を急速に中立点に戻すことにより、ほぼ瞬時に油圧回路側のバルブの流れを遮断することが可能な、油圧回路の手元での操作と変わらない程度に追従性を配慮したことを第３の解決課題としている。

油圧回路を組み込んだアクチュエータの操作中に雨が降っても、操作者は手元の油圧ポンプにセットされた制御バルブを操作しなければならないが、無線式遠隔制御によって濡れる虞れがなくなる油圧回路遠隔制御装置を提案することを第４の解決課題とする。

本発明は第１に、
ジョイスティックと、上記ジョイスティックの出力電圧値を変換するアナログ・デジタル変換部と、ポテンショメータ付き直流モータと、直流モータドライバを含む受信制御部とよりなる直流モータ制御装置において、
上記可変抵抗器の出力電圧とポテンショメータ電圧とをＡＤコンバータの分解能に応じたビット数を単位として処理し、
上記ジョイスティックと上記ポテンショメータの角度誤差を判定するため、
上記ジョイスティック出力電圧の数値とポテンショメータ電圧の数値との比較により上記直流モータの回転方向を決定し、第１の基準電圧の範囲内になるまで繰り返し、一旦モータへの通電を停止し、
次いで上記ポテンショメータの出力電圧の数値の微小変化を判定するため、上記ポテンショメータ電圧に第２の基準電圧を加減して比較し、上記第２の基準電圧以下になったときは上記直流モータへの通電を停止する手順を処理するマイクロコンピュータを内蔵した上記受信制御部で構成した直流モータ制御装置である。

第２に、
油圧ポンプと、油圧ポンプに一体に組み込んだ流量制御バルブと、アクチュエータとよりなる油圧制御装置において、請求項１記載の直流モータ制御装置を用い、上記ポテンショメータ付き直流モータと上記流量制御バルブの操作杆とを接続し、上記ジョイスティック操作角度に対応して、上記流量制御バルブの操作杆の角度を追従動作させるように構成した直流モータ制御装置内蔵の油圧バルブ制御装置である。

第３に、
油圧ポンプと、油圧ポンプに一体に組み込んだ流量制御バルブと、アクチュエータとよりなる油圧制御装置と、直流電源とを搭載した車輌搭載油圧制御装置において、
請求項１記載の直流モータ制御装置を用い、
上記ポテンショメータ付き直流モータの出力軸と上記流量制御バルブの操作杆とをリンク接続し、上記ジョイスティックの操作角度に対応して、上記流量制御バルブの操作杆を追従動作させるように構成した上記直流モータ制御装置内蔵の油圧バルブ制御装置を、有線及び無線を経由して制御するように構成した車載用油圧制御装置である。

本発明は、第１に、ポテンショメータ駆動のモータを回転子の慣性力による惰性回転を減少させるため第１段階としてＡＤコンバータの分解能に応じたビット数で比較して左右回転方向と角度誤差を制御した後一旦モータ通電を止め、次いでポテンショメータの出力電圧が少しでも変化したときモータの微小回転の後通電を止める二段階処理をするため、機械系のバックラッシュがあってもその誤差を吸収でき、機械系の応答速度に対する短時間のモータのオン・オフを実現できるため、複雑なサーボ機構を採用せずに、高速追従できる効果を有する。

第２に、油圧バルブ制御装置の操作杆を遠隔にあるジョイスティックで構成される遠隔操作部の操作によって油圧バルブを高精度に追従制御ができ、しかもジョイスティックで構成される遠隔操作部の操作角度と油圧バルブの操作杆の動作角度が一致しているので、手元で操作するのと変わらないため、誤操作の虞れを回避できる。

第３に、トラック又は農業用トラクタには、荷物のリフト装置や作業機が搭載され、その駆動源として油圧ポンプとアクチュエータとによる油圧回路が組み込まれているが、
遠隔操作側のジョイスティックの操作によって、手元で操作しているのとほとんど同じ感覚で油圧回路の制御が可能となり、電波を利用した無線通信を介することにより、雨になったとき、トラック等から離れた雨に濡れない場所での操作が可能となり、操作者の便宜も図られる。

図１は本発明の一実施例を示す系統図である。１０は油圧ポンプを示し、油圧管を通じてアクチュエータ１１が取り付けられている。油圧ポンプ１０には構造上一体に油量制御バルブ１２が組み込まれ、ポンプ駆動用モータ１３は直流１２又は２４ボルトの整流子付き直流モータが利用される。したがって、このような簡易な油圧回路はトラック・農用トラクタ・コンバイン・農業用運搬車・建設機械等の車載用油圧機器として好適である。

図２に示すように、油圧ポンプ１０の制御バルブの操作用回動軸１５は水平方向へ延長され、手動用バルブ杆に代えて操作バルブレバー１６が取り付けられ、その回動軸１５の中心から一定の間隔でリンク１７の一端が支軸に回動自在に取り付けられ、リンク１７の他端はポテンショメータ２１の軸に増速ギア２２を介して取り付けたレバー２３の遊端に設けた支軸に回動可能に取り付けられている。増速ギア２２の軸には減速機内蔵の直流モータ２４が直結されている。したがって、外部の直流電源を投入することにより直流モータ２４が回転して増速ギア２２を回転させる。そのためポテンショメータ２１の軸に直結のギア２１ａも回転してポテンショメータ２１より所定の電流を発生することになる。そしてリンク１７を介してレバー１６が回動し制御バルブが作動することになり、油圧ポンプ１０の流量が制御されることになる。この場合、モータ軸（増速ギア軸）とそのレバー２３との回転半径及び操作バルブレバー１６の回転半径を同一にすることにより、モータ軸（増速ギア軸）と操作バルブ用軸１５とは夫々の回転角が一致することになる。２５は減速機付き直流モータ２４の据え付け台、２６は油圧ポンプの回転軸を夫々示す。

図３は遠隔操作部３１と油圧ポンプ１０の制御バルブ１２の受信制御部３２とを有線３３でつないだ関係を示すブロック図である。

遠隔操作部３１は自動復帰式ジョイスティックが採用される。このジョイスティックは内蔵バネにより中立位置を保持し、操作後手を離すと内蔵バネにより中立位置に自動復帰するものである。左右の回転角は夫々２０度のものが使用される。この例では１方向（例えば前後方向）のみの構成を採用したが、２方向（前後左右方向）の構成を採用すれば、２系統のポテンショメータ出力電圧が得られるので、制御も２系統が可能となる。

受信制御部３２は、遠隔操作部３１よりの信号を受信する受信部と、ポテンショメータ２１と減速機付き直流モータ２４と、モータ２４を制御するマイクロコンピュータとで構成される。マイクロコンピュータには、少なくともＡＤコンバータが組み込まれる。

そしてポテンショメータ２１は有効電気角３２４度のものを使用し、モータ２４の減速機出力軸側の歯数を１０５枚、ポテンショメータ２１側の歯数を１５枚として７倍に増速している。このため減速機出力軸の４０度の角度変化は角度検出用ポテンショメータの軸で２８０度に拡大され、大きな信号変化出力が得られるようになる。したがって、ポテンショメータの有効出力範囲は２８０／３２４＝０．８６４となる。

ポテンショメータ２１の出力信号はアナログ値であり、デジタル信号に変換するため、ＡＤコンバータによってデジタル信号に変換される。ＡＤコンバータは分解能１０ビットで、０〜５Ｖの入力範囲で、１ビットあたりの分解能は４．８８ｍＶになり、減速機出力軸での分解能は角度に換算すると０．０４５２６度となる。したがって、油圧バルブの操作軸が−２０度のとき３４０ｍＶ、中立位置のとき２５００ｍＶ、＋２０度のとき４６６０ｍＶの信号が得られることになる。この場合、信号調整のため、有効出力範囲０．８６４を乗じ、更に３４０ｍＶを加えることにより、ポテンショメータ２１の出力電圧と同じ信号を得るように、受信部で受信データが調整される。そしてマイコン部で回転数や回転方向を制御した後、出力部（ポート）よりモータドライブ回路３４を経て、ポテンショメータ用モータ２４へ出力される。したがって、遠隔操作部３１のジョイスティックの角度がそのまま油圧バルブ操作軸１５の角度と一致し、手元で操作したと同様の間隔で油圧バルブを操縦可能となる。

この場合、直流モータの制御においては、回転時から電流をカットしてもすぐに回転は停止せず、回転子の慣性により回転数がオーバーする欠点がある。尚、ステッピングモータは停止制御（パルスの停止）したときにコイル電流によってブレーキが掛かるので比較的瞬時に所定の位置で制御が可能である。
そこで、内蔵のマイクロコンピュータにより、回転制御を行う。基本的なルーチンは、ジョイスティックとポテンショメータの角度誤差を判定する。この場合、角度誤差が１．５８４１度以内になったとき、一旦モータの通電を止め、次いで微動位置合わせの処理を行うという二段階処理をすることにする。

図４は直流モータ制御の流れ図である。遠隔操作部３１のジョイスティック側の電圧をＪ＿ＶＯＬＴとし、受信制御部のポテンショメータの電圧をＰ＿ＶＯＬＴとする。メインスイッチのオンにより、ジョイスティック電圧とポテンショメータ電圧が入力される。次いでジョイスティックとポテンショメータの角度誤差を判定する。

この場合、角度誤差が１．５８４１度以内すなわち１７１ｍＶ以内になったとき、一旦モータの通電を止める。この場合、＋方向と−方向、増加方向と減少方向があるため、四つのモードの処理が施される。この場合、最初の角度誤差１．５８４１度の設定値はモータの種類、電圧値、温度等によって変化するため最適値を実験により選択しなければならない。

次いで、第２段階の微動位置合わせルーチンに移る。このルーチンではポテンショメータの出力電圧が少しでも変化したときはモータの通電を止めるものである。すなわち図５に示すように、モータ２４が回転して減速機を通じてポテンショメータ２１に回転力が加えられたら直ぐ通電を止める手順としたものである。

図５に示すように、ポテンショメータの電圧値２４ｍＶすなわち角度で０．２２６３度を比較単位として、その増減を判定し、モータ２４の右微小回転、左微小回転を行い、直ちにモータ２４を停止させる。この場合、減速機のバックラッシュの存在により、バックラッシュの大きい方向へは通電時間が長くなり、小さい方向へは短くなる。この微動位置合わせを経由することにより、ほぼ目標位置に近い点でポテンショメータ用モータ２４を停止できることになる。すなわち遠隔操作部３１のジョイスティックの操作角度に一致することになる。この実施例ではジョイスティックの有効角度４０度の範囲では０．２２６３度以内の停止精度が得られ、約０．５７％以内の誤差となるが、油圧制御用としては十分な精度が得られている。

この場合、マイコンソフトの実行速度及びＡＤコンバータの変換速度は高速であり、機械系の応答速度に対する短時間でのモータのオン・オフを行うことができ、ジョイスティックの動きを高速で追従できるものとなっているため、ジョイステッックを急速に中立位置に戻すか又は内蔵バネにより戻る場合でも事実上ポテンショメータ側の追従動作は急速に行うことができる。

図６は無線通信を利用した遠隔制御の例を示すブロック図である。図３例の有線に替えて、ジョイスティック制御部４２に、送信部のマイクロコンピュータを導入してＡＤ変換してからシリアル信号出力を得た後、公知の無線送信機４３を介して電波を発信する。

受信制御部には、公知の無線受信機４４が内蔵され、シリアル信号入力が得られるので、有線式と同様にＡＤコンバータでデジタル信号に変換されることになる。以下の処理は図３例と同様になる。

トラック等自動車に組み込んだ油圧操作による荷台移動装置、リフト装置、アウトリガー装置、農業用のトラクタの各種油圧動作機械例えば噴霧機械操作の油圧回路用油圧ポンプ操作、汎用の建設機械の制御バルブに適用可能である。

本発明の一実施例を示す系統図 油圧ポンプの制御バルブの一例を示す正面図 遠隔操作部と油圧制御バルブ受信制御部との関係を示すブロック図 直流モータ制御の第１段階の流れ図 直流モータ制御の第２段階の流れ図 無線通信を利用した遠隔制御の例を示すブロック図

符号の説明

１０ 油圧ポンプ
１２ 制御バルブ
２１ ポテンショメータ
２４ 減速機付きモータ
３１ 遠隔操作部
３２ 受信制御部

Claims (6)

1. ジョイスティックと、上記ジョイスティックの出力電圧値を変換するアナログ・デジタル変換部と、ポテンショメータ付き直流モータと、直流モータドライバを含む受信制御部とよりなる直流モータ制御装置において、
   上記可変抵抗器の出力電圧とポテンショメータ電圧とをＡＤコンバータの分解能に応じたビット数を単位として処理し、
   上記ジョイスティックと上記ポテンショメータの角度誤差を判定するため、
   上記ジョイスティック出力電圧の数値とポテンショメータ電圧の数値との比較により上記直流モータの回転方向を決定し、第１の基準電圧の範囲内になるまで繰り返し、一旦モータへの通電を停止し、
   次いで上記ポテンショメータの出力電圧の数値の微小変化を判定するため、上記ポテンショメータ電圧に第２の基準電圧を加減して比較し、上記第２の基準電圧以下になったときは上記直流モータへの通電を停止する手順を処理するマイクロコンピュータを内蔵した上記受信制御部で構成したことを特徴とする直流モータ制御装置。
2. ジョイスティックで構成される遠隔操作部の出力信号と上記受信制御部の入力信号とは、無線通信によって伝達するようにした請求項１記載の直流モータ制御装置。
3. 油圧ポンプと、油圧ポンプに一体に組み込んだ流量制御バルブと、アクチュエータとよりなる油圧制御装置において、
   請求項１記載の直流モータ制御装置を用い、上記ポテンショメータ付き直流モータと上記流量制御バルブの操作杆とを接続し、上記ジョイスティック操作に対応して、上記流量制御バルブの操作杆を追従動作させるように構成した直流モータ制御装置内蔵の油圧バルブ制御装置。
4. 送信側のジョイスティックと、受信側の直流モータ制御装置とは、無線によって信号を伝達するようにした請求項３記載の油圧バルブ制御装置。
5. 油圧ポンプと、油圧ポンプに一体に組み込んだ流量制御バルブと、アクチュエータとよりなる油圧制御装置と、直流電源とを搭載した車輌搭載油圧制御装置において、
   請求項１記載の直流モータ制御装置を用い、
   上記ポテンショメータ付き直流モータの出力軸と上記流量制御バルブの操作杆とをリンク接続し、上記ジョイスティックの操作に対応して、上記流量制御バルブの操作杆を追従動作させるように構成した上記直流モータ制御装置内蔵の油圧バルブ制御装置を、有線を経由して制御するように構成した車載用油圧制御装置。
6. 上記ジョイスティックと上記直流モータ制御装置内蔵の油圧バルブ制御装置とは、
   無線によって信号を伝達するようにした請求項５記載の車載用油圧制御装置。

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