JP5212515B2

JP5212515B2 - 液圧ユニット

Info

Publication number: JP5212515B2
Application number: JP2011106101A
Authority: JP
Inventors: 健一河田; 博一中村; 敬二郎山崎; 健輔山崎; 夏生林
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: JP2012237223A; CN103403353A; WO2012153585A1; CN103403353B

Description

この発明は、例えば、建機、農機、工作機械、射出成形機などの種々の産業機械に用いられる油圧ユニットや水圧ユニット等の液圧ユニットに関する。

従来、油圧ユニットとしては、図３に示すように、固定容量形のポンプ１０１と、このポンプ１０１を駆動するモータ１０２と、上記ポンプ１０１の吐出ライン１０６に接続したリリーフ弁１０３と、このリリーフ弁１０３とタンク１０７との間に接続した絞り１０８と、上記リリーフ弁１０３からのリリーフ流量を検知するために絞り１０８の上流側の圧力を検出する圧力センサ１０４と、この圧力センサ１０４からの信号に基づいて上記モータ１０２の単位時間当たりの回転数を制御する回転数制御手段１０５とを備えたものがある（特開平１１−３０３７５８号公報：特許文献１参照）。

そして、上記回転数制御手段１０５は、上記圧力センサ１０４によって検知された圧力、つまり、この圧力と絞り１０８の面積により定まるリリーフ流量に応じて予め定められている目標回転速度（単位時間当たりの回転数、以下、単に回転数と省略する場合もある。）に、モータ１０２の回転速度をフィードバック制御していた。

しかしながら、上記従来の液圧ユニットでは、上記回転数制御手段１０５は、上記モータ１０２の回転数を、現在の回転数から目標の回転数に直ちに制御していたので、モータの現在回転数と目標回転数との差が大きいとき、ハンチングが発生するという問題があった。このため、高い精度を必要とする工作機械や射出成形機等への使用に不向きであった。

特開平１１−３０３７５８号公報

そこで、この発明の課題は、ハンチングの発生を抑制し、かつ、目標回転速度に迅速かつ正確に到ることができる液圧ユニットを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の液圧ユニットは、
固定容量形のポンプと、
上記ポンプを駆動するモータと、
上記ポンプの吐出ラインに接続したリリーフ弁と、
上記リリーフ弁からのリリーフ流量を検知するためのセンサと、
上記リリーフ弁からのリリーフ流量と上記モータの目標回転速度との予め定められた関数関係に基づいて、上記センサにて検知されたリリーフ流量に対応する上記モータの目標回転速度を作成する目標回転速度作成部と、
上記モータの現在の回転速度から上記目標回転速度に到る速度変動率に制限を加える速度変動率制限部と
を備え、
上記関数関係は、リリーフ流量が０から第１流量値Ｑ ₁ まで増大するとき、モータ回転速度は最大回転速度Ｒ _max の一定値となり、リリーフ流量が第１流量値Ｑ ₁ から第２流量値Ｑ ₂ まで増大するとき、モータ回転速度は最大回転速度Ｒ _max から最小回転速度Ｒ _min まで減少し、リリーフ流量が第２流量値Ｑ ₂ より大きいとき、モータ回転速度は最小回転速度Ｒ _min の一定値となり、
上記速度変動率制限部で速度変動率が制限された状態で上記目標回転速度になるように、上記モータを制御することを特徴としている。

この発明の液圧ユニットによれば、上記速度変動率制限部で速度変動率が制限された状態で上記目標回転速度になるように、上記モータを制御するので、ハンチングの発生を抑制し、かつ、目標回転速度に迅速かつ正確に到ることができる。このため、高い精度を必要とする工作機械や射出成形機等への使用に最適となる。

また、一実施形態の液圧ユニットでは、上記速度変動率制限部の上記制限の加え方を調整する調整部を備える。

この実施形態の液圧ユニットによれば、上記速度変動率制限部の上記制限の加え方を調整する調整部を備えるので、工作機械や射出成形機等の主機の特性に応じて上記制限の加え方を調整できて、ハンチングの発生を抑制し、かつ、目標回転速度に迅速かつ正確に到ることができる。

また、一実施形態の液圧ユニットでは、上記速度変動率制限部は、上記モータの現在の回転速度と上記モータの目標回転速度との差に基づいて、上記速度変動率に制限を加える。

この実施形態の液圧ユニットによれば、上記速度変動率制限部は、上記モータの現在の回転速度と上記モータの目標回転速度との差に基づいて、例えば、上記差が大きいほど上記速度変動率が大きくなるように、上記速度変動率に制限を加える。こうすることによって、簡単にハンチングの発生を確実に抑制できると共に、目標回転速度に迅速かつ正確に達することができる。つまり、上記差が大きいときは、上記速度変動率を大きくして、回転速度を目標回転速度に迅速に変化させる。一方、上記差が小さいときは、上記速度変動率を小さくして、回転速度を目標回転速度に正確に変化させることで、ハンチングの発生を確実に抑制する。

また、一実施形態の液圧ユニットでは、上記速度変動率制限部は、上記モータの目標回転速度に基づいて、上記速度変動率に制限を加える。

この実施形態の液圧ユニットによれば、上記速度変動率制限部は、上記モータの目標回転速度に基づいて、例えば、上記目標回転速度が大きいほど上記速度変動率が小さくなるように、上記速度変動率に制限を加えるので、主機や液体の慣性の影響を小さくしてハンチングの発生を抑制できると共に、目標回転速度に迅速かつ正確に達することができる。

また、一実施形態の液圧ユニットでは、上記速度変動率制限部は、上記モータの現在の回転速度に基づいて、上記速度変動率に制限を加える。

この実施形態の液圧ユニットによれば、上記速度変動率制限部は、上記モータの現在の回転速度に基づいて、例えば、上記現在の回転速度が大きいほど上記速度変動率が大きくなるように、上記速度変動率に制限を加えるので、主機や液体の慣性の影響を小さくしてハンチングの発生を抑制できると共に、目標回転速度に迅速かつ正確に達することができる。

この発明の液圧ユニットによれば、上記速度変動率制限部で速度変動率が制限された状態で上記目標回転速度になるように、上記モータを制御するので、ハンチングの発生を抑制し、かつ、目標回転速度に迅速かつ正確に到ることができる。

本発明の液圧ユニットの一実施形態の油圧ユニットの回路図である。リリーフ弁からのリリーフ流量とモータの目標回転速度（ポンプからの吐出流量）との関数関係を示すグラフである。従来の油圧ユニットの回路図である。

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。

図１は、この発明の液圧ユニットの一実施形態の油圧ユニットの回路図を示している。図１に示すように、この油圧ユニットは、固定容量形のポンプ１と、このポンプ１を駆動するモータ２とを有する。ポンプ１の吸込側は、油が貯留されたタンク１０に接続され、ポンプ１の吐出ライン１１には、主機７が接続されている。この主機７は、図示しない油圧シリンダ、油圧モータ、電磁弁等を有する。ポンプ１から吐出された油は、主機７を経由して、タンク１０に返される。

上記ポンプ１の吐出ライン１１から分岐された分岐ライン１２には、リリーフ弁３が接続されている。このリリーフ弁３は、リリーフ弁３の上流側のポンプ１の吐出圧力が、設定圧よりも大きくなったときに、上流側の油を下流側に逃がして、上記吐出ライン１１の圧力が設定圧になるように制御する。リリーフ弁３から排出される油の流量を、以下、リリーフ流量とよぶ。なお、リリーフ弁３の設定圧は、可変にしてもよい。

上記分岐ライン１２には、上記リリーフ弁３の下流側に、絞り８を設け、この絞り８とリリーフ弁３との間に、圧力センサ４を設けている。絞り８を通過するリリーフ流量は、絞り８の前後の圧力差（絞り８の上流側圧力とタンク圧との差）によって、定まるから、圧力センサ４は、結局、リリーフ流量を検出していることになる。もっとも、圧力センサ４に代えて、流量センサを設けて、直接リリーフ流量を検出するようにしてもよい。

上記分岐ライン１２に、絞り８の上流側からタンク１０へ分岐したライン１３を設け、このライン１３に、ロードチェック弁９を設けている。このロードチェック弁９は、リリーフ流量が過大になって、絞り８の上流側の圧力が、ロードチェック弁９のバネの力よりも大きくなったときに、開放して回路を保護する。なお、ロードチェック弁の代わりに、リリーフ弁あるいは安全弁を用いてもよい。

上記液圧ユニットは、上記モータ２を制御するモータ制御部１５を有する。このモータ制御部１５は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller；プログラマブルロジックコントローラ）５とインバータ６とを有する。なお、このモータ制御部１５を、上記ＰＬＣ５の機能と上記インバータ６の機能とを一体に有するインバータ（コントローラ）によって、構成してもよい。

上記ＰＬＣ５は、上記圧力センサ４にて間接的に検知されたリリーフ流量に対する上記モータ２の目標回転速度（つまり、ポンプ１の目標吐出流量）を予め、例えばメモリにテーブルの形態で、関数関係として記憶しており、この予め定められた関数関係に基づいて、モータ２の回転速度が目標回転速度になるように、インバータ６にスイッチング信号を送る。なお、ＰＬＣ５は、テーブルに代えて、リリーフ流量と目標回転速度との関係を示す演算式を記憶していて、この演算式により目標回転速度を求めるようにしてもよい。

図２では、横軸に、リリーフ弁３からのリリーフ流量を示し、縦軸に、モータ２の目標回転速度、つまり、ポンプ１からの吐出流量を示している。

この関数関係では、リリーフ流量が０から第１流量値Ｑ₁まで増大するとき、モータ回転速度は最大回転速度Ｒ_maxの一定値となり、リリーフ流量が第１流量値Ｑ₁から第２流量値Ｑ₂まで増大するとき、モータ回転速度は最大回転速度Ｒ_maxから最小回転速度Ｒ_minまで直線的に減少し、リリーフ流量が第２流量値Ｑ₂より大きいとき、モータ回転速度は最小回転速度Ｒ_minの一定値となる。

図１に示すように、上記ＰＬＣ５は、図２に示すモータの目標回転速度を作成する目標回転速度作成部５１と、モータの現在回転速度から上記モータの目標回転速度に到る速度変動率に制限を加える速度変動率制限部５２と、上記速度変動率制限部５２の上記制限の加え方を調整する調整部５３とを有する。

上記目標回転速度作成部５１は、予め、図示しないメモリに記憶している図２に示す関数関係のテーブルに基づいて、上記センサ４にて検知された現在のリリーフ流量Ｑ_pに対応する上記モータ２の目標回転速度Ｒ_tを作成する。

上記速度変動率制限部５２は、上記モータ２の現在の回転速度Ｒ_pから上記目標回転速度Ｒ_tに到る図２の矢印Ａに示す速度の変化の速度変動率に制限を加える。

そして、上記モータ制御部１５は、上記速度変動率制限部５２で速度変動率が制限された状態で上記目標回転速度Ｒ_tになるように、インバータ６のスイッチングを制御して、上記モータ２の回転速度を制御する。

上記速度変動率制限部５２は、図２に示すように、上記モータ２の現在の回転速度Ｒ_p（矢印III）と上記モータ２の目標回転速度Ｒ_t（矢印II）との差（矢印Ｉ）に基づいて、上記速度変動率（加速度）に制限を加える。

例えば、上記差（矢印Ｉ）が大きい程、上記速度変動率（rev/sec²）が大きくなるようにする。

こうすることによって、主機や液体の慣性の影響を小さくしてハンチングの発生を抑制できると共に、目標回転速度に迅速かつ正確に達することができる。つまり、上記差が大きいときは、上記速度変動率を大きくして、回転速度を目標回転速度に迅速に変化させる。一方、上記差が小さいときは、上記速度変動率を小さくして、回転速度を目標回転速度に正確に変化させることで、ハンチングの発生を確実に抑制する。

なお、図示しないが、図２の矢印Ａに示す速度変化の過程で、最初と最後の速度変動率が小さく、中間の速度変動率が大きくなるように、テーブルや数式を定めてもよい。

上記調整部５３は、例えば、操作パネルを有し、人の手入力や主機７からの遠隔制御により、調整される。この調整部５３により、工作機械や射出成形機等の主機の特性に応じて上記制限の加え方を調整できて、ハンチングを確実に防止できる。

上記構成の液圧ユニットによれば、上記速度変動率制限部５２で速度変動率が制限された状態で上記目標回転速度になるように、上記モータ２を制御するので、ハンチングの発生を抑制し、かつ、目標回転速度に迅速かつ正確に到ることができる。このため、高い精度を必要とする工作機械や射出成形機等への使用に最適となる。

図示しないが、速度変動率制限部は、上記モータ２の目標回転速度（図２の矢印II）に基づいて、上記速度変動率に制限を加えるようにしてもよい。

例えば、上記目標回転速度（矢印II）が大きい程、上記速度変動率（rev/sec²）が小さくなるようにする。

こうすることによって、主機や液体の慣性の影響を小さくしてハンチングの発生を抑制できると共に、目標回転速度に迅速かつ正確に達することができる。

また、図示しないが、速度変動率制限部は、上記モータ２の現在回転速度（図２の矢印III）に基づいて、上記速度変動率に制限を加えるようにしてもよい。

例えば、上記現在回転速度（矢印III）が大きい程、上記速度変動率（rev/sec²）が大きくなるようにする。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、速度変動率制限部は、時間軸の伸長や圧縮によって、速度変動率を変えるようにしてもよい。また、調整部を省略してもよく、また、絞りやロードチェック弁を省略してもよい。また、本発明の構成を、油圧ユニット以外に、水圧ユニット等の液圧ユニットに適用してもよい。

なお、主機として、例えば、建機、農機、工作機械、射出成形機などの種々の産業機械がある。

１固定容量形のポンプ
２モータ
３リリーフ弁
４圧力センサ
５ＰＬＣ
５１目標回転速度作成部
５２速度変動率制限部
５３調整部
６インバータ
７主機
８絞り
９ロードチェック弁
１０タンク
１１吐出ライン
１２分岐ライン
１５モータ制御部

Claims

固定容量形のポンプ（１）と、
上記ポンプ（１）を駆動するモータ（２）と、
上記ポンプ（１）の吐出ライン（１１）に接続したリリーフ弁（３）と、
上記リリーフ弁（３）からのリリーフ流量を検知するためのセンサ（４）と、
上記リリーフ弁（３）からのリリーフ流量と上記モータ（２）の目標回転速度との予め定められた関数関係に基づいて、上記センサ（４）にて検知されたリリーフ流量に対応する上記モータ（２）の目標回転速度を作成する目標回転速度作成部（５１）と、
上記モータ（２）の現在の回転速度から上記目標回転速度に到る速度変動率に制限を加える速度変動率制限部（５２）と
を備え、
上記関数関係は、リリーフ流量が０から第１流量値Ｑ ₁ まで増大するとき、モータ回転速度は最大回転速度Ｒ _max の一定値となり、リリーフ流量が第１流量値Ｑ ₁ から第２流量値Ｑ ₂ まで増大するとき、モータ回転速度は最大回転速度Ｒ _max から最小回転速度Ｒ _min まで減少し、リリーフ流量が第２流量値Ｑ ₂ より大きいとき、モータ回転速度は最小回転速度Ｒ _min の一定値となり、
上記速度変動率制限部（５２）で速度変動率が制限された状態で上記目標回転速度になるように、上記モータ（２）を制御することを特徴とする液圧ユニット。
請求項１に記載の液圧ユニットにおいて、
上記速度変動率制限部（５２）の上記制限の加え方を調整する調整部（５３）を備えることを特徴とする液圧ユニット。
請求項１または２に記載の液圧ユニットにおいて、
上記速度変動率制限部（５２）は、上記モータ（２）の現在の回転速度と上記モータ（２）の目標回転速度との差に基づいて、上記速度変動率に制限を加えることを特徴とする液圧ユニット。
請求項１または２に記載の液圧ユニットにおいて、
上記速度変動率制限部（５２）は、上記モータ（２）の目標回転速度に基づいて、上記速度変動率に制限を加えることを特徴とする液圧ユニット。
請求項１または２に記載の液圧ユニットにおいて、
上記速度変動率制限部（５２）は、上記モータ（２）の現在の回転速度に基づいて、上記速度変動率に制限を加えることを特徴とする液圧ユニット。