JP6047931B2 - 油圧ポンプシステム、及びその制御部、並びに制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、油圧ポンプシステムの制御部、油圧ポンプシステムの制御プログラム、及び油圧ポンプシステムに関するものである。

従来より、エンジンで駆動する油圧ポンプユニットが知られているが、大きな騒音となるエンジン駆動音の発生が問題となっていた。そこで、近時では低騒音化を実現すべく、駆動源としてエンジンに代えてモータを適用した電動油圧ポンプユニットが開発され、実用化されている。

電動油圧ポンプユニットであれば、当然のことながら使用時にエンジン駆動音が発生しないため、エンジン駆動型の油圧ポンプユニットと比較すれば低騒音化を実現できる。しかしながら、電動で駆動される油圧ポンプユニットであっても、駆動時に油圧ポンプから発生する音（騒音）が不快音として感じられる傾向がある。

電動油圧ポンプユニットの油圧ポンプから発生する騒音の原因として、油圧ポンプが吐出する作動流体の量（吐出流量）の脈動（流量脈動）が挙げられる。このような流量脈動に同期する圧力脈動が油圧ポンプに接続されている配管や負荷装置を加振してしまい、不要な騒音を発生させる。ここで、油圧ポンプユニットの流量脈動は、油圧ポンプのケーシング内に配置した歯車同士の噛み合わせに起因して発生したり、モータのトルク変動に伴う油圧ポンプの回転数（歯車の回転数）変化に起因して発生するということが知られている。

そこで、油圧ポンプユニットの流量脈動の発生を防止すべく、例えば歯車の歯数を増やしたり、位相差ポンプを使用する技術（例えば特許文献１参照）が考えられている。

実開平０４−１１６６８９号公報

しかしながら、歯車の歯数を飛躍的に増加させる加工は困難であるとともに、ポンプ効率に直接関わる歯車の歯数を所定数よりも多く設定した場合にはポンプ効率の低下を招来するため、この点においても歯数を飛躍的に増加させることは現実的とはいえない。また、位相差ポンプを用いる態様であれば、ポンプ構造が複雑になり、コストの増加を招来するという問題がある。

また、アキュムレータやサイドブランチを適用することで圧力脈動の発生を防止する態様も考えられるが、アキュムレータであれば、配管に新たな装置を取り付ける必要があり、コストが嵩むことに加えて、高圧の気体を使用するため、外的な環境（温度上昇）の制約を受けるというデメリットや、アキュムレータへ作動油が流入することによる応答性低下というデメリットがある。また、サイドブランチを適用した場合、１本のサイドブランチで１周波数のみに対する効果となり、複数の周波数や変速運転に対応することが困難である。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、モータの制御によって油圧ポンプユニットの流量脈動（圧力脈動）を低減させることで油圧ポンプユニットから発生する騒音の低減化を実現可能な油圧ポンプシステムの制御部を提供することにある。

本発明者は、モータ駆動時に油圧ポンプユニットで生じる流量脈動が、油圧ポンプ自体の構造に起因して生じる点と、モータトルクリプルに伴うモータの回転速度変化に起因して生じる点に着目し、圧力脈動の次数（モータの回転周波数を基準として何倍かを示す値）を分析した結果、圧力脈動が顕著に現れる次数が、歯車の歯数の整数倍（ポンプとモータを直結している場合に圧力脈動が顕著に現れる次数は、歯車の歯数の整数倍の値であり、ポンプとモータとの間に変速ギアを介在させている場合に圧力脈動が顕著に現れる次数は、歯車の歯数と変速比の乗算値の整数倍）と、モータの極数に相数を乗じた値の整数倍であることを突き止めた。そして、このような解明結果に基づき、以下に述べる本発明を着想するに至った。

すなわち本発明は、ケーシング内において互いに噛合する一対の歯車の回転により作動流体を低圧側から高圧側へ移送する油圧ポンプをモータで駆動する油圧ポンプユニットの制御を行う制御部に関するものである。ここで、油圧ポンプユニットは油圧ポンプとモータで構成されるものであり、この油圧ポンプユニットと制御部で油圧ポンプシステムを構成している。

そして、本発明に係る油圧ポンプシステムの制御部は、基準電流指令値出力手段と、モータ回転信号受信手段と、トルク重畳指令値算出手段と、モータ駆動指令電流算出手段とを備え、モータ駆動指令電流算出手段で算出したモータ駆動指令電流に基づいてモータの駆動を制御することを特徴としている。

基準電流指令値出力手段は、モータを一定の基準回転周波数で駆動させる基準トルク指令に応じた基準電流指令値を出力するものであり、モータ回転信号受信手段は、モータの回転に関する信号であるモータ回転信号を受信するものである。モータ回転信号の一例としては、モータ軸の回転角を挙げることができる。

また、トルク重畳指令値算出手段は、モータ回転信号受信手段で受信したモータ回転信号に基づいて、歯車の歯数の整数倍の値である第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値及びモータの極数と相数の乗算値の整数倍の値である第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出するものである。ここで、トルク重畳指令値算出手段としては、モータ回転信号に基づいて、歯車の歯数の整数倍の値である第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値のみを算出するもの、またはモータの極数と相数の乗算値の整数倍の値である第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値のみを算出するものが考えられるが、本発明におけるトルク重畳指令値算出手段は、第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値及び第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値の両方を算出するものである。

また、モータ駆動指令電流算出手段は、基準電流指令値に基づく基準電流信号と、トルク重畳指令値算出手段で算出したトルク重畳指令値に基づく重畳電流信号を加算してモータ駆動指令電流を生成するものである。

そして、本発明者は、このような本発明に係る油圧ポンプシステムの制御部が、回転信号に基づいて算出した第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値又は第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値の少なくとも何れか一方のトルク重畳指令値に基づく重畳電流信号を、基準電流信号に加算（重畳）して生成したモータ駆動指令電流に基づいてモータの駆動を制御することによって、このような制御仕様を採用していない態様と比較して、油圧ポンプユニットの流量脈動を効果的に低減させることができ、騒音レベルの低減化も実現できることを試験結果として得た。

このように、モータの駆動を、基準電流信号に、油圧ポンプの構造に起因する脈動を低減させる第１トルク重畳指令値及びモータトルクリプルに起因する脈動を低減させる第２トルク重畳指令値の両方のトルク重畳指令値に基づく電流信号を重畳させて制御するという技術的思想を採用することにより、上述した作用効果に加えて、油圧ポンプの吐出圧力を検出する油圧センサの信号を受信して、その受信した値と目標値との偏差に応じて指令電流の大きさを計算して重畳電流の指令値とするフィードバック制御によって圧力脈動の低減化を試みる態様であれば生じ得る不具合、つまり、圧力脈動の変動周波数が大きくフィードバック制御が極めて困難であり、圧力脈動を効果的に低減させることが困難であるか、不可能である、という不具合を回避することができる。

さらに、本発明に係る油圧ポンプシステムの制御部であれば、油圧ポンプの構造に起因する流量脈動とモータのトルクリプルに起因する流量脈動の次数が異なる場合であっても、トルク重畳指令値算出手段において、第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値と、第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値の両方を算出し、それらのトルク重畳指令値を基準電流指令値に重畳してモータ駆動電流指令に反映させることによって、油圧ポンプの構造に起因する流量脈動とモータのトルクリプルに起因する流量脈動を打ち消すトルク重畳制御を同時に行うことが可能であり、流量脈動に起因する騒音を低減できる。このような制御仕様であれば、サイドブランチと比較して、複数の次数の圧力脈動を効果的に低減可能な点で有利である。

また、本発明の油圧ポンプシステムの制御部であれば、油圧ポンプの構造に起因する流量脈動を低減させるために例えば歯車の歯数を増加させたり、位相差ポンプやアキュムレータのような専用の部材を新たに増加させる必要がなく、安価な汎用油圧ポンプを用いたシステムにも好適に適用できる。加えて、本発明の油圧ポンプシステムの制御部であれば、アキュムレータを使用した場合であれば生じ得る応答性の低下という問題や、高圧の気体を使用するに伴い外的な環境（温度上昇）の制限を受けるという問題を回避することができる。

また、本発明の油圧ポンプユニットの制御プログラムは、ケーシング内において互いに噛合する一対の歯車の回転により作動流体を低圧側から高圧側へ移送する油圧ポンプをモータで駆動する制御プログラムであって、モータを基準となる一定の回転周波数で駆動させる基準トルク指令に応じた基準電流指令値を出力する基準電流指令値出力処理と、モータの回転に関する信号であるモータ回転信号を受信するモータ回転信号受信処理と、モータ回転信号受信処理で受信したモータ回転信号に基づいて、歯車の歯数の整数倍の値である第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値及びモータの極数と相数の乗算値の整数倍の値である第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出するトルク重畳指令値算出処理と、基準電流指令値に基づく基準電流信号と、トルク重畳指令値算出処理で算出したトルク重畳指令値に基づく重畳電流信号を加算してモータ駆動指令電流を生成するモータ駆動指令電流算出処理とを連続して実行させ、モータ駆動指令電流に基づいてモータを駆動させることを特徴としている。

このような制御プログラムでモータの駆動を制御することによって、上述した効果と同様の作用効果を得ることができ、油圧ポンプユニットで生じる流量脈動の低減化、ひいては騒音の低減化を実現することが可能である。

また、本発明の油圧ポンプシステムは、ケーシング内において互いに噛合する一対の歯車の回転により作動流体を低圧側から高圧側へ移送する油圧ポンプをモータで駆動する油圧ポンプユニットと、油圧ポンプユニットの制御を行う上述の制御部とを備えていることを特徴としている。

このような油圧ポンプシステムであれば、上述した効果と同様の作用効果を得ることができ、流量脈動及び騒音の低減化を実現できる。

モータの回転信号を基にして算出した任意の次数のトルク重畳指令値を、基準電流信号に足し合わせた電流信号によってモータの駆動を制御するという技術的思想を発明の根幹とする本発明によれば、変動周波数が大きい任意の次数の圧力脈動を好適に低減させることができ、油圧ポンプユニットから発生する騒音の低減化を実現可能な油圧ポンプシステムの制御部、油圧ポンプシステムの制御プログラム、及び油圧ポンプシステムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧ポンプシステムの全体概略構成図。 同実施形態における油圧ポンプの概略構成図。 同実施形態に係る油圧ポンプシステムの制御部の機能ブロック図。 同実施形態に係る制御部の制御フローを簡易的に示す図。 図４の詳細図。 同実施形態に係る制御部の制御フローにおける信号波形の変化を示す図。 同実施形態に係る制御部の制御フローにおける信号波形の変化を示す図。 同実施形態に係る制御部による制御制御で得られる圧力脈動低減効果を示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る油圧ポンプユニットＵの制御部Ｃは、例えば図１に示すように、油圧ポンプユニットＵを構成する油圧ポンプＰ及びモータＳ（図示例ではサーボモータＳ）とともに油圧ポンプシステムＸを構成するものである。

油圧ポンプＰは、図２に示すように、共通のケーシングＰ１内に、回転する一対の歯車Ｐ２を噛合可能に配置したものであり、歯車ポンプとも称される。そして、これら一対の歯車Ｐ２同士の回転に伴って歯溝に捉えた作動流体（作動油）を低圧側である吸込口Ｐ３側から高圧側である吐出口Ｐ４側へと移送するポンプ作用を営むものである。なお、本実施形態の油圧ポンプＰは、各歯車Ｐ２の外縁部がケーシングＰ１の内周壁に接する外接ギアポンプである。また、油圧ポンプＰの吸込口Ｐ３及び吐出口Ｐ４にはそれぞれ作動油の流路となる配管Ｈ１，Ｈ２を接続し、吐出口側の配管Ｈ２の下流端に設けた負荷装置Ｌと、吸込口側配管Ｈ１の上流端に配置した作動油タンクＴとの間には戻り用配管Ｈ３を配置している（図１参照）。

油圧ポンプＰの駆動源であるモータＳは、モータ軸Ｓ１を油圧ポンプＰのうち一方の歯車Ｐ２（駆動歯車）に連結したものであり、駆動歯車Ｐ２の回転に伴って他方の歯車Ｐ２（従動歯車）も回転する。

このような油圧ポンプユニットＵは、モータＳの回転、つまりモータ軸Ｓ１の回転数に応じて両歯車Ｐ２が同期逆回転駆動し、吸込口Ｐ３と吐出口Ｐ４との間で高低圧差が生じ、ケーシングＰ１の内部空間のうち、歯同士が漸次噛合する側の内部空間、つまり吐出口Ｐ４側が、吸込口Ｐ３側の内部空間よりも高圧領域になる。そして、油圧ポンプユニットＵは、吸込口Ｐ３よりケーシングＰ１内に導入した作動油を、各歯車Ｐ２の歯先とケーシングＰ１の内周壁との間に閉成される容積空間に閉じ込めて吐出口Ｐ４にまで導いて吐出するポンプ機能を発揮するように構成されている。

また、本実施形態の油圧ポンプシステムＸでは、モータＳの駆動を制御部Ｃによって制御している。そして、本実施形態の油圧ポンプシステムＸは、以下に述べる各手段を有する制御部ＣによってモータＳの駆動を制御するその制御仕様に特徴を有するものである。

この制御部Ｃは、内部メモリ又は外部記憶装置（油圧ポンプシステムＸに有線または無線で接続した記憶装置）に記憶されたプログラム（本発明の「油圧ポンプシステムの制御プログラム」に相当）に従い、適宜箇所に設けたマイクロプロセッサのＣＰＵ等の各構成部品や各要素を作動させることによって、図３に示すように、モータ回転信号受信手段１と、基準電流指令値出力手段２と、トルク重畳指令値算出手段３と、モータ駆動指令電流算出手段４としての機能を少なくとも発揮するものである。

モータ回転信号受信手段１は、モータＳの回転に関する信号であるモータ回転信号を受信するものである。具体的に、このモータ回転信号受信手段１は、モータ軸Ｓ１の回転数及び回転角に関する信号であるモータ回転信号を受信するものである。

基準電流指令値出力手段２は、基準となる一定の運転回転数（回転周波数）でモータＳを駆動させる基準トルク指令に応じた基準電流指令値を出力するものである。具体的に、この基準電流指令値出力手段２は、モータ回転信号受信手段１で受信したモータ軸Ｓ１の回転信号のうちモータ軸Ｓ１の回転数信号をフィードバックして決定した基準電流指令値を出力するものであり、周知の速度制御部に準じるものである。

トルク重畳指令値算出手段３は、モータ回転信号受信手段１で受信したモータ回転信号に基づいて、油圧ポンプユニットＵの流量脈動を低減させる任意の次数の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出するものである。トルク重畳指令値算出手段３で算出したトルク重畳指令値は、流量脈動を打ち消すようにモータＳの回転周波数を変動させるトルク指令値であって且つモータ駆動指令電流算出手段４において基準電流指令値に重畳するトルク指令値である。

本実施形態では、トルク重畳指令値算出手段３を、油圧ポンプＰ自体の構造に起因する流量脈動を打ち消すべく、モータ回転信号を基にして歯車Ｐ２の歯数Ｎの整数倍の値であるＮ次数（本発明の「第１トルク重畳指令次数」に相当）の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出する第１トルク重畳指令値算出手段３１と、モータＳの特性に起因する流量脈動を打ち消すべく、モータ回転信号を基にしてモータＳの極数と相数の乗算値Ｍの整数倍の値であるＭ次数（本発明の「第２トルク重畳指令次数」に相当）の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出する第２トルク重畳指令値算出手段３２とによって構成している。

ここで、本実施形態における「次数」とは、モータＳ（モータ軸Ｓ１）の回転周波数を基準として何倍かを示す数値（正の整数倍）である。したがって、例えばＮ次の圧力脈動の場合、モータ軸Ｓ１が１回転する間に圧力脈動はＮ周期の脈動として現れる。

そして、本発明者が従来の制御下で油圧ポンプユニットＵを駆動させた際に生じる圧力脈動（圧力脈動は流量脈動に同期する）の次数を分析して得られた結果、つまり、油圧ポンプユニットＵから生じる圧力脈動（流量脈動）が、歯車Ｐ２の歯数をＮとした場合にＮ次とその高次（２Ｎ次、３Ｎ次、４Ｎ次…）で顕著になる点、及びモータＳの極数と相数の乗算値をＭとした場合にＭ次とその高次（２Ｍ次、３Ｍ次、４Ｍ次…）で顕著になる点、以上の結果に着目し、本実施形態では、モータ軸Ｓ１の基準回転信号を基にして、これらの次数（Ｎ次、Ｍ次）の回転周波数となるトルク指令値を、基準のトルク指令値に重畳するトルク重畳指令値（第１トルク重畳指令値、第２トルク重畳指令値）として算出するように構成している。

第１トルク重畳指令値算出手段３１は、歯車Ｐ２の歯数Ｎの整数倍の値であるＮ次数の回転周波数となるトルク重畳指令値（第１トルク重畳指令値）を、モータ回転信号に基づいて算出するものである。具体的に、この第１トルク重畳指令値算出手段３１は、モータ回転信号受信手段１で受信したモータ回転信号を、歯車Ｐ２の歯数Ｎの整数倍の値であるＮ次数の回転信号に補正する次数変換部３１１と、Ｎ次数の回転信号に所定の位相補正値を加算して位相を補正する位相補正部３１２と、位相補正したＮ次数の回転信号を基にして正弦波を生成する正弦波生成部３２３と、正弦波生成部３２３で生成した正弦波に対して所定の振幅ゲインを乗算して振幅を補正する振幅補正部３１４とを有する。

ここで、位相補正部３１２においてＮ次数の回転信号に加算する「所定の位相補正値」及び、振幅補正部３１４において正弦波に乗算する「所定の振幅ゲイン」は予め行う試験によって特定可能なものである。

具体的には、まず適当な電流振幅でＮ次のトルク重畳制御を行いながら位相を調整して圧力脈動が最も小さくなる位相を特定する。この特定した位相が「所定の位相補正値」である。最適位相を特定した後に、重畳電流の位相をその最適位相に固定して振幅を変化させた場合の圧力脈動と騒音レベルを計測すると、一定の重畳電流振幅において圧力脈動及び騒音レベルが最小になる。この振幅が最適振幅であり、振幅補正部３１４において正弦波に乗算する「所定の振幅ゲイン」となる。

このような最適位相及び最適振幅は、油圧ポンプシステムごとに異なるため、各システム単位でその都度調整が必要である。

第２トルク重畳指令値算出手段３２は、モータＳの極数と相数の乗算値Ｍの整数倍の値であるＭ次数の回転周波数となるトルク重畳指令値（第２トルク重畳指令値）を、モータ回転信号に基づいて算出するものである。具体的に、この第２トルク重畳指令値算出手段３２は、モータ回転信号受信手段１で受信したモータ回転信号を、モータＳの極数と相数の乗算値Ｍの整数倍の値であるＭ次数の回転信号に補正する次数変換部３２１と、Ｍ次数の回転信号に所定の位相補正値を加算して位相を補正する位相補正部３２２と、位相補正したＭ次数の回転信号を基にして正弦波を生成する正弦波生成部３２３と、正弦波生成部３２３で生成した正弦波に対して所定の振幅ゲインを乗算して振幅を補正する振幅補正部３２４とを有する。

ここで、位相補正部３２２においてＭ次数の回転信号に加算する「所定の位相補正値」及び、振幅補正部３２４において正弦波に乗算する「所定の振幅ゲイン」は、前述したように予め行う試験により特定可能なものであり、第１トルク重畳指令値算出手段３１の位相補正部３１２で用いる「所定の位相補正値」や振幅補正部３１４で用いる「所定の振幅ゲイン」とは通常異なる値である。

モータ駆動指令電流算出手段４は、基準電流指令値出力手段２から出力された基準電流指令値に基づく基準電流信号と、トルク重畳指令値算出手段３（第１トルク重畳指令値算出手段３１、第２トルク重畳指令値算出手段３２）で算出したトルク重畳指令値（第１トルク重畳指令値、第２トルク重畳指令値）に基づく重畳電流信号とを加算してモータ駆動指令電流を生成するものである。

次に、本実施形態に係る油圧ポンプシステムＸの制御部Ｃによる制御手順を図４及び図５を参照して説明する。

油圧ポンプＰにモータＳを連結している油圧ポンプユニットＵにおいて、モータＳを一定回転数で駆動すると、歯車Ｐ２の歯数やモータＳの特性によって、一定の油圧が維持されている訳ではなく、モータが回転する間でも圧力脈動が発生している。そこで、本実施形態の油圧ポンプシステムＸの制御部Ｃは、まず、モータＳの回転信号（本実施形態では、モータ軸Ｓ１の回転数及び回転角に関する信号）をモータ回転信号受信手段１で受信する（モータ回転信号受信処理）。そして、制御部Ｃは、モータ回転信号受信手段１で受信したモータ回転信号のうちモータ軸Ｓ１の回転数に関する信号（回転数信号）を基準電流指令値出力手段２でフィードバックして、目標値との偏差に応じて決定した基準トルク指令に応じた基準電流指令値を出力する（基準電流指令値出力処理）。その結果、モータ軸Ｓ１を目標値に一致する回転数で回転させることができる。

また、制御部Ｃは、モータ回転信号受信手段１で受信したモータ回転信号のうちモータ軸Ｓ１の回転角信号を基にして、所定の次数（Ｎ次、Ｍ次）の回転周波数となるトルク重畳指令値（第１トルク重畳指令値、第２トルク重畳指令値）をトルク重畳指令値算出手段３（第１トルク重畳指令値算出手段３１、第２トルク重畳指令値算出手段３２）によって算出する。

本実施形態では、トルク重畳指令値算出手段３（第１トルク重畳指令値算出手段３１、第２トルク重畳指令値算出手段３２）でトルク重畳指令値（第１トルク重畳指令値、第２トルク重畳指令値）を算出するに際して、モータ回転信号受信手段１で受信したモータ回転信号のうちモータ軸Ｓ１の回転角に関する信号（回転角信号、具体的にはモータＳのエンコーダ信号）を用いている。より具体的には、モータ回転信号受信手段１を構成する磁極カウンタ１１で受信したモータＳから出力されるＡ相パルスまたはＢ相パルスの少なくとも何れか一方のエンコーダ信号にリセットパルスを印加して（乗じて）モータ機械角信号に変換する（図５参照）。さらに、本実施形態では、変換したモータ機械角信号をノコギリ波生成部５により正規化して所定次数（例えば２次）のノコギリ波を生成し、そのノコギリ波を用いて第１トルク重畳指令値算出手段３１の次数変換部３１１で歯車Ｐ２の歯数Ｎの整数倍の値であるＮ次数の回転信号に変換する（次数変換処理）。本実施形態では、図５に示すように、モータ回転周波数の２次の周波数である機械角正規化信号をＮ／２逓倍することで、Ｎ次の回転信号に変換している。

ここで、第１トルク重畳指令値算出手段３１における信号波形の遷移を図６に示す。同図では、モータ軸Ｓ１の３６０度回転で信号が１となる回転信号（回転角信号；モータ機械角信号）を実線で示し、回転角信号を例えば２倍にしてリミットを１に設定した２倍周波数のノコギリ波信号（回転角信号を基にした２次のノコギリ波；モータ機械角信号２次）を１点鎖線で示し、さらに、２倍周波数のノコギリ波信号をＮ／２倍した回転信号を２点鎖線で示している。そして、モータ機械角信号２次にＮ／２倍した回転信号は、Ｎ次の基準信号であり、次数変換部３１１で次数を変換した信号がこのＮ次の回転信号である。

続いて、本実施形態に係る制御部Ｃは、Ｎ次の回転信号に対して位相補正部３１２により所定の位相補正値（オフセット量）を加算して位相を補正し（位相補正処理）、この位相補正した信号に対してリミットを１にすることによって、上述した２倍周波数のノコギリ波信号に対して、Ｎ／２倍の周波数であって且つ角度基準点に対して所定の位相分だけずれたノコギリ波を生成する。図６には、位相補正処理直後の信号（Ｎ次の位相補正信号）を破線で示し、Ｎ次の位相補正信号に対してリミットを１にしたノコギリ波の信号（次数変換・位相補正ノコギリ波）を相対的に太い実線で示している。

なお、本実施形態では、先ずモータ回転信号受信手段１で受信したモータ機械角信号に対して例えば２次（回転周波数の２倍の周波数）のノコギリ波を生成しているが、この処理を省略して、重畳する次数のノコギリ波をエンコーダ信号から直接生成することも可能である。具体的には、モータ機械角信号をＮ倍にした信号に所定の位相補正値（オフセット量）を加算し、その信号に対してリミットを１にすることによって、上述の次数変換・位相補正ノコギリ波の信号を生成することができる。

次いで、本実施形態の制御部Ｃは、次数変換・位相補正ノコギリ波を基にして、正弦波生成部３２３によりＮ次の正弦波を生成し（正弦波生成処理）、引き続いて、振幅補正部３１４によりＮ次の正弦波に対して所定の振幅ゲインを乗算して振幅を補正する（振幅補正処理）。その結果、Ｎ次の回転周波数となるＮ次重畳波を生成（算出）することができ、このＮ次重畳波は、Ｎ次の回転周波数となるＮ次トルク重畳指令値（第１トルク重畳指令値）として第１トルク重畳指令値算出手段３１（具体的には振幅補正部３１４）から出力される。

ここで、図７には、Ｎ次の位相補正信号に対してリミットを１にしたノコギリ波の信号（次数変換・位相補正ノコギリ波）を相対的に太い実線で示し、次数変換・位相補正ノコギリ波に基づいて生成した振幅の値が１であるＮ次の正弦波（Ｎ次正弦波）を相対的に細い実線で示し、Ｎ次正弦波に対してゲイン調整したＮ次重畳波（Ｎ次重畳指令電流）を１点鎖線で示している。

第２トルク重畳指令値算出手段３２による処理は、第１トルク重畳指令値算出手段３１による処理に準じたものであり、モータ回転信号を基にして最終的にＭ次の回転周波数となるＭ次重畳電流指令値（第２重畳電流指令値）を算出して、出力する。

第２トルク重畳指令値算出手段３２による処理を詳述すると、変換したモータ機械角信号をノコギリ波生成部５により正規化して所定次数（例えば２次）のノコギリ波を、第２トルク重畳指令値算出手段３２の次数変換部３２１でモータＳの極数と相数の乗算値Ｍの整数倍の値であるＭ次数の回転信号に補正し（次数変換処理）、Ｍ次の回転信号に対して位相補正部３２２により所定の位相補正値（オフセット量）を加算して位相を補正し（位相補正処理）、この位相補正した信号に対してリミットを１にすることによって、上述した２倍周波数のノコギリ波信号に対して、Ｍ／２倍の周波数であって且つ角度基準点に対して所定の位相分だけずれたノコギリ波を生成する。なお、上述したように、本実施形態では、先ずモータ回転信号受信手段１で受信したモータ機械角信号に対して２次（回転周波数の２倍の周波数）のノコギリ波を生成しているが、この処理を省略して、重畳する次数のノコギリ波をエンコーダ信号から直接生成することも可能である。具体的には、モータ機械角信号をＭ倍にした信号に所定の位相補正値（オフセット量）を加算し、その信号に対してリミットを１にすることによって、上述の次数変換・位相補正ノコギリ波の信号を生成することができる。

次いで、次数変換・位相補正ノコギリ波を基にして、第２トルク重畳指令値算出手段３２の正弦波生成部３２３によりＭ次の正弦波を生成し（正弦波生成処理）、引き続いて、振幅補正部３２４によりＭ次の正弦波に対して所定の振幅ゲインを乗算して振幅を補正する（振幅補正処理）。その結果、Ｍ次の回転周波数となるＭ次重畳波を生成（算出）することができ、このＭ次重畳波は、Ｍ次の回転周波数となるＭ次重畳電流指令値（第２トルク重畳指令値）として第２トルク重畳指令値算出手段３２（具体的には振幅補正部３２４）から出力される。

そして、本実施形態に係る制御部Ｃは、第１トルク重畳指令値算出手段３１で算出して出力したＮ次重畳電流指令値（第１トルク重畳指令値）に基づくＮ次重畳電流信号と、第２トルク重畳指令値算出手段３２で算出して出力したＭ次重畳電流指令値（第２重トルク畳指令値）に基づくＭ次重畳電流信号と、基準電流指令値出力手段２から出力した基準電流指令値に基づく基準電流信号とを、モータ駆動指令電流算出手段４によって加算してモータ駆動指令電流を算出し（モータ駆動指令電流算出処理）、このモータ駆動指令電流に基づいてモータＳの駆動制御を行う。

ここで、図７には、基準電流信号（油圧ポンプ定常回転数指令電流）を２点鎖線で示し、基準電流信号（油圧ポンプ定常回転数指令電流）にＮ次重畳指令電流を加算したモータ駆動指令電流を破線で示している。

本実施形態では、モータ駆動指令電流算出手段４から出力したモータ駆動指令電流と、モータ回転信号受信手段１で受信したモータ機械角信号に対する２次（回転周波数の２倍の周波数）のノコギリ波を電圧変換部で変換した値を電流制御ブロックにて適宜の演算処理により算出した指令電流に基づいてモータＳの駆動制御を行うように構成している。本実施形態の制御部Ｃは、このようなモータＳの駆動制御を連続的に行う。

そして、上述した処理を経て算出したモータ駆動指令電流によってモータＳを駆動させて油圧ポンプＰによるポンプ作用を実行した場合、図８に示すように、上述の制御仕様を採用せずにモータＳを駆動させて油圧ポンプＰによるポンプ作用を実行した場合と比較して、モータＳの回転周波数がＮ次の圧力脈動及びＭ次の圧力脈動を低減させることができる。なお、図８では、Ｎ次重畳電流指令値（第１トルク重畳指令値）に基づくＮ次重畳電流信号と、Ｍ次重畳電流指令値（第２重トルク畳指令値）に基づくＭ次重畳電流信号と、基準電流指令値に基づく基準電流信号とを加算したモータ駆動指令電流に基づくモータＳの駆動制御を「Ｎ次とＭ次重ね合わせ」と記載し、従来の制御下で油圧ユニットＵを作動させた際のＮ次の圧力脈動及びＭ次の圧力脈動をゼロとした場合に、本実施形態に係る制御部Ｃによる制御下で油圧ユニットＵを作動させた際のＮ次の圧力脈動及びＭ次の圧力脈動の変化を数値化（単位はｄＢ）して示すものである。また、同図では参照例として、Ｎ次重畳電流指令値（第１トルク重畳指令値）に基づくＮ次重畳電流信号と、基準電流指令値に基づく基準電流信号とを加算したモータ駆動指令電流に基づくモータＳの駆動制御を「Ｎ次」と記載し、Ｍ次重畳電流指令値（第２重トルク畳指令値）に基づくＭ次重畳電流信号と、基準電流指令値に基づく基準電流信号とを加算したモータ駆動指令電流に基づくモータＳの駆動制御を「Ｍ次」と記載している。

このように、本実施形態の油圧ポンプシステムＸの制御部Ｃは、歯車Ｐ２の歯数Ｎの整数倍であるＮ次のトルク重畳指令信号及びモータＳの極数と相数の乗算値Ｍの整数倍であるＭ次のトルク重畳指令信号を、基準電流信号に重畳加算した電流でモータＳの駆動を連続的に制御することによって、油圧ポンプＰの構造に起因する圧力脈動及びモータＳの特性に起因する圧力脈動を効果的に低減させることができ、例えば歯車Ｐ２の歯数を増加させる加工や位相差ポンプやアキュムレータなどの専用部材を要することなく、安価な汎用の油圧ポンプＰにも適用することが可能であり、コスト面及び応答性の点でも優れている。

また、本実施形態に係る油圧ポンプシステムＸの制御部Ｃでは、モータＳの回転状態を計測し、モータＳの状態を予測してモータＳに対する制御指令を与えるフィードフォワード制御を採用している。したがって、例えば油圧ポンプＰの吐出圧力を検出する油圧センサの信号を受信して、その受信した値と目標値との偏差に応じて指令電流の大きさを計算して重畳電流の指令値とするフィードバック制御によって圧力脈動の低減化を試みる態様であれば生じ得る不具合、つまり、圧力脈動の変動周波数が大きくフィードバック制御が極めて困難であり、圧力脈動を効果的に低減させることが困難であったり、不可能であるという不具合を回避することができる。

特に、本実施形態に係る油圧ポンプシステムＸの制御部Ｃによれば、複数次数のトルク重畳指令値（上述した実施形態におけるＮ次重畳電流指令値、Ｍ次重畳電流指令値）を同時に算出して、それらトルク重畳指令値を基準電流指令に加算した制御信号でモータＳを駆動させているため、ある１つの特定次数の圧力脈動のみを低減可能な態様と比較して、モータＳ駆動中に生じ得る複数次数の圧力脈動を低減させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、圧力脈動（流量脈動）は負荷の大きさや、油圧ポンプの回転数（ポンプ回転数）によって変化するため、油圧ポンプの平均負荷と回転数（モータの電流若しくは配管圧力と、モータ回転数）を検出して最適な振幅でトルク重畳制御を行うように設定してもよい。この場合、位相はそれぞれの最適値に固定することができる。

また、圧力脈動（流量脈動）の高調波が騒音のピーク周波数と一致する場合、油圧ポンプを構成する歯車の歯数やモータのトルクリプルの高次（上述の実施形態で用いた記載を準用すれば、２Ｎ次、３Ｎ次、４Ｎ次…、２Ｍ次、３Ｍ次、４Ｍ次…）のトルク重畳制御を行えば、目標の周波数の騒音を低減させることができる。

また、トルク重畳指令値算出手段（トルク重畳指令値算出処理）が、モータ回転信号に基づいて、歯車の歯数の整数倍の値である第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出するものであってもよいし、モータの極数と相数の乗算値の整数倍の値である第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出するものであってもよい。この場合、単一周波数のトルク重畳指令値を基準電流指令値に加算したモータ駆動指令電流でモータの駆動を制御することによって特に問題とする周波数の脈動を狙って低減させることができる（図８参照）。

さらにまた、上述の実施形態では、モータとポンプを直接連結した態様（直結）を例示したが、モータポンプの間に変速ギアを介在させた油圧ポンプシステムであっても、上述の実施形態に準じた制御部による制御により、圧力脈動を防止することが期待できる。この場合、トルク重畳指令値算出手段（トルク重畳指令値算出処理）が、モータ回転信号受信手段で受信したモータ回転信号に基づいて第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値を少なくとも算出するものである場合、第１トルク重畳指令次数は、歯車の歯数と変速比の乗算値の整数倍の値になる。これは、モータポンプの間に変速ギアを介在させた油圧ポンプシステムにおいて圧力脈動が顕著に現れる次数が、歯車の歯数と変速比の乗算値の整数倍（モータから見た場合）の値であるという解明結果に基づくものである。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…モータ回転信号受信手段
２…基準電流指令値出力手段
３…トルク重畳指令値算出手段
４…モータ駆動指令電流算出手段
Ｃ…制御部
Ｐ…油圧ポンプ
Ｐ１…ケーシング
Ｐ２…歯車
Ｓ…モータ
Ｕ…油圧ポンプユニット
Ｘ…油圧ポンプシステム

Claims (3)

1. ケーシング内において互いに噛合する一対の歯車の回転により作動流体を低圧側から高圧側へ移送する油圧ポンプをモータで駆動する油圧ポンプユニットの制御を行う制御部であって、
   前記モータを基準となる一定の回転周波数で駆動させる基準トルク指令に応じた基準電流指令値を出力する基準電流指令値出力手段と、
   前記モータの回転に関する信号であるモータ回転信号を受信するモータ回転信号受信手段と、
   前記モータ回転信号受信手段で受信した前記モータ回転信号に基づいて、前記歯車の歯数の整数倍の値である第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値及び前記モータの極数と相数の乗算値の整数倍の値である第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出するトルク重畳指令値算出手段と、
   前記基準電流指令値に基づく基準電流信号と、前記トルク重畳指令値算出手段で算出した前記トルク重畳指令値に基づく重畳電流信号を加算してモータ駆動指令電流を生成するモータ駆動指令電流算出手段とを備え、
   前記モータ駆動指令電流算出手段で算出したモータ駆動指令電流に基づいて前記モータの駆動を制御することを特徴する油圧ポンプシステムの制御部。
2. ケーシング内において互いに噛合する一対の歯車の回転により作動流体を低圧側から高圧側へ移送する油圧ポンプをモータで駆動する油圧ポンプユニットの制御プログラムであって、
   前記モータを基準となる一定の回転周波数で駆動させる基準トルク指令に応じた基準電流指令値を出力する基準電流指令値出力処理と、
   前記モータの回転に関する信号であるモータ回転信号を受信するモータ回転信号受信処理と、
   前記モータ回転信号受信処理で受信した前記モータ回転信号に基づいて、前記歯車の歯数の整数倍の値である第１トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値及び前記モータの極数と相数の乗算値の整数倍の値である第２トルク重畳指令次数の回転周波数となるトルク重畳指令値を算出するトルク重畳指令値算出処理と、
   前記基準電流指令値に基づく基準電流信号と、前記トルク重畳指令値算出処理で算出した前記トルク重畳指令値に基づく重畳電流信号を加算してモータ駆動指令電流を生成するモータ駆動指令電流算出処理とを連続して実行させ、前記モータ駆動指令電流に基づいて前記モータを駆動させることを特徴とする油圧ポンプシステムの制御プログラム。
3. ケーシング内において互いに噛合する一対の歯車の回転により作動流体を低圧側から高圧側へ移送する油圧ポンプをモータで駆動する油圧ポンプユニットと、
   前記油圧ポンプユニットの制御を行う請求項１に記載の制御部とを備えていることを特徴とする油圧ポンプシステム。

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