JP5582780B2 - 液圧回路の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械等に用いられる液圧回路の制御方法に関するものであり、更に述べると、ポンプを制御するインバータとアキュムレータとを備えた液圧回路の制御方法に関するものである。

従来の液圧回路には、ポンプとアキュムレータが設けられており、前記ポンプの電動機を制御することにより、必要量の作動油を液圧回路に供給している。そして、作動油の供給を必要としないときには前記電動機をオフにし、省エネを図っている。しかし、大型の電動機は、オンにしてもすぐに規定回転数にならず、前記規定回転数になるまで時間がかかるとともに、短い周期でオン・オフを繰り返すと、電磁開閉器が壊れ易くなる。そのため、前記電動機をオン・オフすることにより省エネをはかる方法には、問題がある。

そこで、前記電動機をオン・オフ制御する代わりに、インバータにより前記電動機を制御する方法が用いられている。このインバータは、液圧回路に配設された圧力センサの検出値に基づいて前記電動機の回転数を制御している。

従来例のインバータにより電動機を制御する方法は、次の様な問題がある。
（１）作動液を供給する必要がない場合（流量ゼロ）でも、液圧回路の漏れがあるので、圧力センサは液圧低下を検出する。そのため、インバータは、電動機の回転数を低下させるが、前記電動機をオフにすることはない。
（２）前記電動機の回転数が低い場合、例えば、５００ｒｐｍ以下の場合には、ノッキングによる振動が発生するので、運転に支障をきたす。

この発明は、上記事情に鑑み、運転に支障をきたすことなく、省エネを図ることを目的とする。

この発明は、電動機により駆動するポンプと、前記電動機を制御するインバータと、アキュムレータとを備えた、アクチュエータを駆動するための液圧回路の制御方法であって、前記アクチュエータを1サイクル駆動させるためのポンプから吐き出された作動液の流量から平均必要流量を求める行程と、予想される液圧回路の液漏れ量から調整流量を求める行程と、前記平均必要流量に前記調整流量を加算して固定流量を求める行程と、前記インバータは、前記ポンプが前記平均必要流量に前記調整流量を加えた前記固定流量を常時吐き出すように前記電動機の回転数を制御する行程と、前記固定流量と必要流量とが相違するときに、前記アキュムレータに蓄圧、又は、吐出を行わせて必要流量を確保させる行程と、を備えていることを特徴とする。

この発明の前記アキュムレータは、複数のアキュムレータからなり、前記各アキュムレータは、互いに蓄圧力が異なることを特徴とする。この発明の前記複数のアキュムレータは、低圧用アキュムレータと、該低圧用アキュムレータより高圧な中圧用アキュムレータと、該中圧用アキュムレータより高圧な高圧用アキュムレータと、からなることを特徴とする。

この発明の前記インバータは、前記ポンプが平均必要流量に調整流量を加えた固定流量を常時吐き出すように前記電動機の回転数を制御し、前記アキュムレータは、前記固定流量と必要流量とが相違するときに、蓄圧、又は、吐出を行わせて必要流量を確保させるので、アクチュエータの駆動に必要な流量（必要流量）が確実に確保されるとともに、省エネを図ることができる。又、前記電動機は、固定回転数で回転するので、従来例の様に、低速運転に伴うノッキングによる振動の発生を防止することができる。そのため、円滑な運転をすることができる。

本発明の第１実施形態を示す正面図で、フローチャートを示す。 流量と時間との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態を示す正面図で、フローチャートを示す。

この発明の第１実施形態を図１、図２により説明する。アクチュエータ、例えば、成型機のシリンダ１Ａ、１Ｂは、ピストン１ａとピストンロッド１ｂを備え、シリンダ１Ａ、１Ｂの切換手段、例えば、電磁切換弁３を介して液圧回路、例えば、油圧回路５の管路Ｒに連結されている。又、前記シリンダ１Ａ、１Ｂの両端部には、ストロークエンドを検出する手段、例えば、リミットスイッチＬＭが設けられている。

前記油圧回路５の管路Ｒには、ポンプ７と、アキュムレータ９Ｈとが配設されている。前記アキュムレータ９Ｈの使用圧力は、例えば、１３〜１５ＭＰａであるが、該アキュムレータ９Ｈは、電磁切換弁１７を介して管路Ｒに連結されている。この切換弁１７は、図示しない制御盤により制御される。

前記電磁切換弁１７として、例えば、ノースプリングデテント式電磁弁が用いられる。この電磁切換弁は、動作時のみコイルに電流を流し、スプールが動いたらその場所でノッチに突っ掛かって保持され、前記ノッチは、ばねでスプールの溝に押し当てられる仕組みとなっている。従って、省エネタイプの電磁弁であるので、より一層省エネ効果を得ることができる。

ポンプ７は、前記油圧回路５に連結され、油槽１１内の作動油を前記油圧回路５に供給する（吐き出す）。前記ポンプ７は、電動機（モータ）Ｍにより駆動するが、この電動機Ｍの回転数は、インバータ１３により固定制御される。

図１において、１４は圧力スイッチ、１５は安全弁、１８は逆止弁、１９は排油タンク、２０はチェック弁、をそれぞれ示す。

次に、本実施形態の作動について説明する。
「平均必要流量の決定」
油槽１１内の作動油をポンプ７から油圧回路５に吐き出させ、アクチュエータ１を駆動させる。そして、前記アクチュエータ１を１サイクル駆動させるためにポンプ７から吐き出された作動液の流量Ｑを、前記１サイクルの駆動時間ｔで割り、平均必要流量Ｑ１を求める。この平均必要流量Ｑ１は、例えば、３０Ｌ／ｍｉｎ、である。

「調整流量の決定」
油圧回路５の液漏れを考慮し、調整流量αを決定する。この調整流量αは、予想される液漏れ量であり、例えば、後述する平均必要流量Ｑ１の５％、即ち、１．５Ｌ／ｍｉｎ、に決定される。

「固定流量の決定」
前記平均必要流量Ｑ１に調整流量αを加算した流量Ｑ２を、常時、油圧回路５に供給する固定流量とする。なお、調整流量αは、固定流量Ｑ２から平均必要流量Ｑ１を引いた値となる。

「インバータの制御」
インバータ１３は、前記ポンプ７が前記固定流量Ｑ２を常時吐き出せるように、電動機Ｍの回転数を決定すると共に、その回転数を固定（維持）させる。

「アクチュエータの駆動」
前述の様にして固定流量Ｑ２を決定する。インバータ１３は、該固定流量Ｑ２を吐き出すことができる様にポンプ７の電動機７の回転数を決定し、この回転数を維持するように固定制御する。前記アキュムレータ９Ｈの電磁切換弁１７をオンにする。

電源を入れて電動機Ｍを回転させると、該電動機Ｍはインバータ１３により回転数が固定されているので、ポンプ７は、前記固定流量Ｑ２を油圧回路５内に吐き出し、アクチェータ１Ａ、１Ｂを駆動させる。

この時、アクチュエータ１Ａ、１Ｂを駆動させるに必要な流量（必要流量）ＱＸは、図２の実線で示すように、時間ｔの経過とともにＱ０―Ｑ６―Ｑ０―Ｑ４―Ｑ３―Ｑ５―Ｑ０と変化するが、必要流量ＱＸが固定流量Ｑ２より大きいとき（必要流量Ｑ６〜Ｑ３）には、前記アキュムレータ９Ｈから作動液が吐き出され、又、逆に必要流量ＱＸが固定流量Ｑ２より小さいとき（必要流量Ｑ０）には、前記アキュムレータ９Ｈに蓄圧される。前記アキュムレータ９Ｈの蓄圧、又は、吐き出しにより必要流量ＱＸが確保され、前記アクチュエータ１Ａ、１Ｂは円滑に駆動する。

なお、インバータ１３により、電動機の回転数を制御するので、アクチュエータの変更等により液圧回路が異なる固定流量を必要とするようになった場合にも、前記インバータを操作し電動機の回転数を変更することにより、容易に所望の固定流量にすることができる。

この発明の第２実施形態を図３により説明するが、図１、図２の図面符号と同一図面符号はその名称も機能も同一である。本実施形態と前記第１実施形態との相違点は、１本（単数）のアキュムレータの代わりに、互いに使用圧力の異なる３本（複数）のアキュムレータ９Ｌ，９Ｍ、９Ｈが配設されていることである。

前記アキュムレータ９Ｌは低圧用アキュムレータであり、その使用圧力は、例えば、１０〜１１．５ＭＰａである。前記アキュムレータ９Ｍは、前記低圧用アキュムレータ９Ｌより高圧な中圧用アキュムレータであり、その使用圧力は、例えば、１１．５〜１３ＭＰａである。前記アキュムレータ９Ｈは、前記中圧用アキュムレータ９Ｍより高圧な高圧用アキュムレータであり、その使用圧力は、例えば、１３〜１５ＭＰａである。

次に、第２実施形態の作動について説明する。「平均必要流量の決定」、「調整流量の決定」、「固定流量の決定」、「インバータの制御」は、前述の要領で行う。

「アクチュエータの駆動」
前述の様にして固定流量Ｑ２を決定する。
インバータ１３は、該固定流量Ｑ２を吐き出すことができる様にポンプ７の電動機７の回転数を決定し、この回転数を維持するように固定制御する。前記各アキュムレータ９Ａ、９Ｂ、９Ｈの電磁切換弁１７をオンにする。

電源を入れて電動機Ｍを回転させると、該電動機Ｍはインバータ１３により回転数が固定されているので、ポンプ７は、前記固定流量Ｑ２を油圧回路５内に吐き出し、アクチェータ１Ａ、１Ｂを駆動させる。

この時、アクチュエータ１Ａ、１Ｂを駆動させるに必要な流量（必要流量）ＱＸは、時間ｔの経過とともに変化するが、必要流量ＱＸが固定流量Ｑ２より大きいときには、前記アキュムレータ９Ｌ、９Ｍ、又は、９Ｈから作動液が吐き出され、又、逆に必要流量ＱＸが固定流量Ｑ２より小さいときには、前記アキュムレータ９Ｌ、９Ｍ、又は、９Ｈに蓄圧される。前記アキュムレータ９Ｌ、９Ｍ、又は、９Ｈの蓄圧、又は、吐き出しにより必要流量ＱＸが確保され、前記アクチュエータ１Ａ、１Ｂは円滑に駆動する。

前記各アキュムレータ９Ｌ、９Ｍ、９Ｈは、高圧域、中圧域、低圧域に対応して作動するので、１台のアキュムレータのみを使用する場合に比べ、エネルギロスが少なく、省エネを図ることができる。また、前記各アキュムレータ９Ｌ、９Ｍ、９Ｈにそれぞれ圧力スイッチと電磁切換弁を設け、各アキュムレータ９Ｌ、９Ｍ、９Ｈを、特定の圧力域のみで作動させると、より省エネ効果を得ることができる。

１Ａ アクチュエータ
１Ｂ アクチュエータ
３ 電磁切換弁
５ 油圧回路
７ ポンプ
９Ｌ 低圧用アキュムレータ
９Ｍ 中圧用アキュムレータ
９Ｈ 高圧用アキュムレータ
１３ インバータ
１７ 電磁切換弁
Ｍ 電動機
Ｒ 管路

Claims (3)

1. 電動機により駆動するポンプと、前記電動機を制御するインバータと、アキュムレータとを備えた、アクチュエータを駆動するための液圧回路の制御方法であって、
   前記アクチュエータを1サイクル駆動させるためのポンプから吐き出された作動液の流量から平均必要流量を求める行程と、
   予想される液圧回路の液漏れ量から調整流量を求める行程と、
   前記平均必要流量に前記調整流量を加算して固定流量を求める行程と、
   前記インバータは、前記ポンプが前記平均必要流量に前記調整流量を加えた前記固定流量を常時吐き出すように前記電動機の回転数を制御する行程と、
   前記固定流量と必要流量とが相違するときに、前記アキュムレータに蓄圧、又は、吐出を行わせて必要流量を確保させる行程と、
   を備えていることを特徴とする液圧回路の制御方法。
2. 前記アキュムレータは、複数のアキュムレータからなり、前記各アキュムレータは、互いに蓄圧力が異なることを特徴とする請求項１記載の液圧回路の制御方法。
3. 前記複数のアキュムレータは、低圧用アキュムレータと、該低圧用アキュムレータより高圧な中圧用アキュムレータと、該中圧用アキュムレータより高圧な高圧用アキュムレータと、からなることを特徴とする請求項２記載の液圧回路の制御方法。

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