JP6259364B2 - 油圧トランスミッション及び油圧トランスミッションの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、可変容量ポンプ及び可変容量モータであって、そのうちの少なくとも一方は、シリンダ作動容積のサイクル毎に前記ポンプ又はモータの各シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積を決定するために電気制御式のバルブを用いる可変容量ポンプ及び可変容量モータを含む油圧トランスミッションの分野に関する。本発明は、所望の押しのけ容積の要求を満足するように、シリンダ作動容積の各サイクルにおける作動流体の正味押しのけ容積を選択する方法に関する。

油圧トランスミッションは、例えば、車両のトランスミッションや、風力発電装置等の再生可能発電装置などの様々な技術的応用において用いられている。風力発電装置においては、例えば、タービンロータが作動流体を加圧する油圧ポンプを駆動し、該油圧ポンプとマニホールドを介して連通する１以上の油圧モータが発電機を駆動する。

シリンダ作動容積の各サイクルにおいて各シリンダにより押しのけられる作動流体の容積が、電気制御式のバルブの制御によって選択可能な可変容量油圧ポンプ及びモータが、例えば欧州特許出願公開第０３６１９２７号明細書や欧州特許出願公開第０４９４２３６号明細書の記載により知られている。そのようなタイプの機械において、シリンダ作動容積の各サイクルは、作動流体の正味押しのけ容積が存在しない非動作サイクルを実行することがある。欧州特許出願公開第０３６１９２７号明細書や欧州特許出願公開第０４９４２３６号明細書においては、作動流体の正味押しのけ容積が存在しないサイクルと、作動流体の最大ストローク容積で作動するサイクルの２つの選択しか存在しないが、欧州特許出願公開第１５３７３３３号明細書には、シリンダ作動容積の少なくともいくつかのサイクルにおいて最大ストローク容積の一部の作動流体のみが押しのけられる実施形態が記載されている。

本発明は、油圧トランスミッションにおいて用いられるのに適した上記のタイプの機械を制御するための、改善された制御方法及びアルゴリズムを提供することを目的とする。本発明の幾つかの実施形態は、シリンダのうちのいくつかが、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に互いに同一の位相を有する上記のタイプの機械を制御するための制御方法及びアルゴリズムに関する。

本発明の第１の態様によれば、
可変容量型の油圧ポンプと、
可変容量型の油圧モータと、
前記油圧ポンプに連結され、前記油圧ポンプを駆動するための駆動シャフトと、
前記油圧モータに連結され、負荷に連結するための出力シャフトと、を備える油圧トランスミッションであって、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうち少なくとも一方は、
回転シャフトと、
前記回転シャフトの角度位置を検出するためのシャフト位置センサと、
１以上のローブを有する少なくとも１つのリングカムと、
前記回転シャフトの周りに配置され、前記回転シャフトの回転とともに周期的に変化する作動容積を有する複数のシリンダと、
低圧作動流体ライン及び高圧作動流体ラインと、
前記複数のシリンダの各々と前記低圧作動流体ライン及び前記高圧作動流体ラインとの間の作動流体の流れを調節するための複数のバルブであって、前記複数のバルブの少なくとも１つは各シリンダと関連する電気制御式の弁であるバルブと、
前記電気制御式の弁を能動的に制御することでシリンダ作動容積の各サイクルにおける各シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積を決定するように構成されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記回転シャフトが角度方向に互いに離れた複数の位置にあるときに、押しのけ容積決定アルゴリズムを繰り返し実行することで、前記シリンダ作動容積の各サイクルにおける各シリンダによる作動流体の前記正味押しのけ容積を決定するように構成され、
前記アルゴリズムは、押しのけ容積要求（Demand）と、前記押しのけ容積要求（Demand）の以前の値と前記コントローラにより決定された正味の押しのけ容積（Displacement(k)）の以前の値との差と、を考慮に入れて、前記複数のシリンダによる作動流体の時間平均正味押しのけ容積を前記押しのけ容積要求（Demand）によって表される時間平均押しのけ容積に合致させることを特徴とする油圧トランスミッションが提供される。

したがって、両者の間に短時間の差は存在し得るが、作動流体の正味押しのけ容積が、油圧トランスミッションの要求に応じて選択可能な押しのけ容積要求（Demand）に時間平均化により合致される。押しのけ容積要求（Demand）は、回転シャフトにおける所望のトルクを得るように、又は回転シャフトの回転数を増加又は減少させるように、又は他の目的のために選択されてもよい。押しのけ容積要求（Demand）は、油圧トランスミッションコントローラから受け取られてもよい。

コントローラは、押しのけ容積決定アルゴリズムを実行するようにプログラムされたプロセッサ（例えばマイクロプロセッサやマイクロコントローラ等）を備えてもよい。典型的には、プロセッサは、プロセッサに実行された際にコントローラに押しのけ容積決定アルゴリズムを実行させるためのプログラムを格納するソリッドステートメモリと電子的に通信するようになっている。しかし、押しのけ容積決定アルゴリズムの一部又は全部は、電子回路として実装されていてもよい。

押しのけ容積決定アルゴリズムの実行は、典型的には回転シャフトの角度位置に応答して開始される。押しのけ容積決定アルゴリズムは、決定ポイントと決定ポイントの間に実行されるべきである。決定ポイントとは、その時までに、１以上のシリンダの各々が、電子制御式のバルブの能動的な制御により、作動流体の正味押しのけ容積を生成する動作サイクルを実行するかそれとも作動流体の正味押しのけ容積を生成しない非動作サイクルを実行するかを決定するために、１以上のシリンダによる作動流体の正味押しのけ容積（Displacement (k)）に関する押しのけ容積の決定がなされなければならない時間である。仮に複数のシリンダの全てが、シリンダ容積のサイクルにおいて常に異なる点に存在するのであれば、各シリンダについての決定ポイントは、常に異なる時間に（異なる回転シャフト角度位置において）起こる。しかし、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通じて実質的に同一の作動容積を有する複数のシリンダが存在する実施形態では、複数のシリンダについての決定ポイントは、実質的に同時に（実質的に同一の回転シャフト角度位置において）起こってもよい。押しのけ容積決定アルゴリズムは、各決定ポイントの直前に又は各決定ポイントで実行されてもよいし、各決定ポイントと決定ポイントとの間に実行されてもよい。

押しのけ容積要求（Demand）は、押しのけ容積要求入力を通してコントローラの外部から受け取ってもよい。また、押しのけ容積要求（Demand）は、コントローラによって生成されてもよい。

シャフト位置センサは、複数の方向の各々において各点シャフトの位置を測定してもよい。シャフト位置センサは、例えばピストンの位置等、回転シャフトの前記方向に連結される位置を有するコンポーネントの位置を測定してもよい。シャフト位置センサは、例えば１方向のみ、又は少数（例えば２、３又は４つ）の異なる方向のみにおいてシャフトの位置を測定し、瞬間的なシャフト位置を推定するために、継続的な測定からシャフトの回転速度及び／又は回転速度の変化率の推定値を決定することによって、測定位置と測定位置の間のシャフト位置を推測してもよい。回転シャフトは、例えばグレイコード（Ｇｒａｙ Ｃｏｄｅ）を用いたロータリエンコーダを備えてもよい。グレイコードはシャフト位置センサに読み込まれる。

典型的には、前記コントローラは押しのけ容積誤差値（Error(k)）を格納し、前記押しのけ容積決定アルゴリズムの実行は、格納された前記押しのけ容積誤差値（Error(k)）を考慮し、前記押しのけ容積要求（Demand）を加算し、前記押しのけ容積決定アルゴリズムの実行中に決定された作動流体の前記押しのけ容積（Displacement(k)）を減算することにより前記押しのけ容積誤差値を更新する（Error (k+1)を計算する）。（要するに、Error(k＋1)=Error(k)+Demand−Displacement(k)）

当業者は、押しのけ容積誤差値（Error (k)）は、更新される変数又は連続して更新される一連の複数の変数（例えば変数の配列）の形をとってもよいことを理解するであろう。押しのけ容積誤差値（Error (k)）は、押しのけ容積決定アルゴリズムの個々の実行中に、シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積（Displacement (k)）を決定する前又は後に、押しのけ容積要求（Demand）を加算することによって、（Error (k+1)を計算するために）更新されてもよい。

前記コントローラは、以前に決定された、前記シリンダの1以上による作動流体の前記正味押しのけ容積（Displacement (k)）を表す累積押しのけ容積値（Accumulated Displacement (k)）を格納し、前記押しのけ容積決定アルゴリズムの実行により決定された前記押しのけ容積（Displacement(k+1)）を加算することで前記累積押しのけ容積値を更新するとともに、
前記コントローラは、累積押しのけ容積要求値（Accumulated Demand (k)）を格納し、前記押しのけ容積要求（Demand）で表される前記押しのけ容積を加算することで前記累積押しのけ容積要求値（Accumulated Displacement (k)）を更新してもよく、
前記押しのけ容積決定アルゴリズムの実行は、前記累積押しのけ容積値（Accumulated Displacement (k)）と前記累積押しのけ容積要求値（Accumulated Demand (k)）との差を考慮に入れてもよい。

当業者は、累積押しのけ容積値（Accumulated Displacement (k)）は、更新される変数又は順番に更新される一連の複数の変数（例えば変数の配列）の形をとってもよいことを理解するであろう。同様に、累積押しのけ容積要求値（Accumulated Demand (k)）は、更新される変数又は順番に更新される一連の複数の変数（例えば変数の配列）の形をとってもよい。累積押しのけ容積要求値（Accumulated Demand (k)）を更新するステップは、シリンダにより作動流体の正味押しのけ容積（Displacement (k)）の決定の前又は後に行われてもよい。

前記少なくとも１つのリングカムは複数のローブを有し、前記複数のシリンダの一部又は全部は、同一のリングカムと駆動の関係にあるシリンダのグループを形成し、前記シリンダのグループの各々について、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の作動容積を有する他のシリンダが、該シリンダのグループの中に少なくとも１つ存在するようになっていてもよい。

前記シリンダのグループは、前記複数のシリンダの部分集合であってもよい。前記シリンダのグループは、前記複数のシリンダの全てであってもよい。

典型的には、シリンダのグループのシリンダは、同一のリングカムと駆動の関係にあり、該リングカムは複数のローブを有しており、シリンダのグループの各シリンダについて、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の作動容積を有する他のシリンダが存在する。

本明細書において“駆動の関係にある”とは、シリンダがリングカムの回転により駆動されること（油圧ポンプの場合）又はシリンダがリングカムの回転を駆動すること（油圧モータの場合）を意味する。

前記同一のリングカムと駆動の関係を有するシリンダのグループは、Ａ個のシリンダを有し、前記リングカムはＢ個のローブを有し、複数回のシリンダ作動容積サイクルを通して実質的に同一の作動容積を有するシリンダの数（冗長数：Ｃ）は、ＡとＢの最大公約数であるようになっていてもよい。

典型的には、前記シリンダのグループのシリンダは、グループ内のシリンダの作動容積サイクルの相対位相が均等に分かれるように、回転シャフトの周りに分散して配置される。１つのシリンダグループに属するシリンダは、回転シャフトの周りに均等に分散して配置されてもよい。

シリンダのグループは、それぞれが複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の作動容積を有するシリンダの数（Ｃ：冗長数）を共有するシリンダからなるＤ個のセット（Ｄ：位相の数）から構成されていてもよく、前記制御手段は、特定の作動室シリンダ容積のサイクルにおいて、該シリンダのセットに属する各シリンダが動作サイクルを実行するか非動作サイクルを実行するかを、単一の決定ポイントにおいて選択するようになっていてもよい。

複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の作動容積を有するシリンダのセットの各々についての決定ポイントは、シリンダ作動容積が既定の位相にある時点、すなわち回転シャフトが１以上の既定の方向を向く時点で発生する。

前記シリンダのグループに属するシリンダは、Ｂ個（Ｂは１よりも大きい）のローブを有する１以上のカムに駆動され、回転シャフト１回転あたりの決定ポイントの数（Ｅ）は、Ｂ×Ｄであるようになっていてもよい。

前記シリンダのグループは、実質的に同一の軸方向位置に存在するリングカム追従部材を介して同一のリングカムと駆動の関係にあるシリンダのバンクであってもよい。

リングカム追従部材は、例えば、ピストン駆動ロッドが連結されるピストンシュー、ピストンローラ又はピボットであってもよい。本明細書において“軸方向位置”とは、回転シャフトの回転軸への射影の位置を意味する。

シリンダのバンクに属するシリンダは、実質的に同一の軸方向位置を有していてもよい。同一のバンクのシリンダは、典型的には同一の軸方向位置を有するであろうが、最も重要なのは、リングカム追従部材の軸方向位置である。

前記複数のシリンダはシリンダのバンクを複数備え、前記シリンダのバンクの各々は、実質的に同一の軸方向位置に存在するリングカム追従部材を介してリングカムと駆動の関係にあり、前記シリンダのバンクの各々は、それぞれが独立して制御されるようになっていてもよい。

前記複数のシリンダのバンクは、それぞれが異なるリングカムと駆動の関係にあり、前記リングカムの各々は前記回転シャフトに連結されるようになっていてもよい。

前記複数のシリンダの他に、回転シャフトの周りに配置され、回転シャフトの回転に伴って周期的に変化する作動容積を有し、前記低圧ラインとは流体的に連通していない別の低圧ライン又は前記高圧ラインとは流体的に連通していない別の高圧ラインに連結される、さらなるシリンダが存在してもよい。このため、前記さらなるシリンダは、別の作動機能に作動流体を送ったり、別の作動機能から作動流体を受け取ったりしてもよい。例えば、単一の油圧ポンプは、別々の油圧モータを駆動するために複数の独立して制御される別個の出力を有していてもよい。前記さらなるシリンダは、１以上の異なる押しのけ要求を用い、該さらなるシリンダによる以前の正味押しのけ容積を個別に監視して、同様の方法で制御されてもよい。

典型的には、コントローラは、シリンダ作動容積の各サイクルについて、それぞれのシリンダが、該シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積が存在する作動サイクル（すなわち、決定される正味押しのけ容積はゼロよりも大きい）を行うか、又は作動容積の正味押しのけ容積が存在しない非動作サイクル（即ち、決定される正味押しのけ容積はゼロである）を行うかを決定する。典型的には、コントローラは、少なくとも油圧ポンプ又は油圧モータの前記少なくとも一方が回転シャフトの１回転あたりの最大可能押しのけ容積よりも少ない作動容積で作動しているときに、少なくとも一部のシリンダ作動容積のサイクルが非動作サイクルであることを特定する。典型的には、押しのけ容積要求（Demand）の少なくともある範囲について、コントローラは、各サイクル中に同一の正味押しのけ容積（Displacement (k)）が決定される非動作サイクル又は動作サイクルのみが存在すべきであることを決定する。典型的には、押しのけ容積要求（Demand）の少なくともある範囲について、コントローラは、各サイクル中に最大の作動流体の正味押しのけ容積が決定される非動作サイクル又は動作サイクルのみが存在すべきである（Displacement (k)はその最大値である）ことを決定する。いくつかの実施形態では、少なくとも一部の動作サイクル中に、コントローラは、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積の一部（即ち、０よりも大きく１よりも小さい割合）である正味押しのけ容積をシリンダが生成すべき（０＜Displacement(k)＜最大押しのけ容積）であることを決定する。典型的には、コントローラは、押しのけ容積要求（Demand）が、油圧ポンプ及び油圧モータの前記少なくとも一方の最大押しのけ容積よりも小さい閾値を下回るときに、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積の一部である正味押しのけ容積をシリンダが生成すべきであることを決定するのみである。典型的には、コントローラが、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積の一部である正味押しのけ容積を生成する動作サイクルをシリンダが行うべきであることを決定する場合には（例えば、押しのけ容積要求が既定の範囲内である場合）、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積の一部である正味押しのけ容積を生成する動作サイクルをシリンダが行う動作サイクルは、少なくとも何回かの非動作サイクル又は少なくとも何回かの、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積が選択される動作サイクルの間に散在するように行われる。非動作サイクルと、シリンダにより最大正味押しのけ容積が押しのけられる動作サイクルと、最大正味押しのけ容積の一部が押しのけられる動作サイクルとが散在する押しのけ容積要求（Demand）の値の範囲が存在してもよい。

シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積（Displacement (k)）を決定するステップは、シリンダが無効にされているかどうか、又は、前記回転シャフトを支持する軸受にかかるサイドロードを低減すること、又は、負荷を複数のシリンダ間で分散させること、のうち１以上を考慮に入れてもよい。

前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の容積を有する複数のシリンダの各々による作動流体の前記正味押しのけ容積（Displacement (k)）を連続して決定するために、１以上のシリンダの各々が、作動流体の正味押しのけ容積を生成する動作サイクルを実行するか、それとも作動流体の正味押しのけ容積を生成しない非動作サイクルを実行するかを決定するために、その時までに前記１以上のシリンダによる作動流体の前記正味押しのけ容積に関する押しのけ容積の決定がなされなければならない時間である決定ポイントと決定ポイントとの間に複数回実行されるようになっていてもよい。

典型的には、実質的に同一の容積を有するシリンダの各々に関する決定ポイントは、実質的に同時に（回転シャフトが実質的に同一の角度位置にあるときに）発生する。押しのけ容積決定アルゴリズムは、実質的に同一の容積を有するシリンダの各々について、決定ポイントと決定ポイントの間に連続して実行されてもよい（例えば各決定ポイントの直前に実行されてもよい）。

前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、まず、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の容積を有するシリンダのセットの中で、作動流体の正味押しのけ容積が存在する動作サイクルを実質的に同時に実行すべきシリンダの数を決定し、それから、前記セットの中の前記シリンダの各々についてシリンダ作動容積の次回のサイクルにおける作動流体の前記正味押しのけ容積を決定するようになっていてもよい。

例えば、シリンダの冗長数が３である場合には、押しのけ容積決定アルゴリズムは、まず、同一の位相を有する３つのシリンダからなるセットのうち、決定ポイントにおいて動作サイクルを行うべきシリンダの数が１つ、２つ又は３つのいずれであるかを決定し、それから、３つのシリンダのうちいずれのシリンダが動作サイクルを行うべきかを決定するようになっていてもよい。

前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、前記セットの中のいずれのシリンダが、作動流体の正味押しのけ容積を生成する動作サイクルを行うべきかを決定し、それにより、シリンダ容積の次回のサイクルでの、前記セットの中の前記シリンダの各々による作動流体の前記正味押しのけ容積を決定するようになっていてもよい。

前記コントローラは、前記各シリンダの前記正味押しのけ容積を決定する際に、シリンダが無効にされているかどうかを考慮に入れるように構成されてもよい。

あるシリンダが無効にされていることが判明した場合には、コントローラにより実行される押しのけ容積決定アルゴリズムは、該無効にされているシリンダによる正味押しのけ容積がゼロとなるべきであることを決定してもよい。

シリンダは、そのシリンダ、又はそのシリンダに関連する部品、又は典型的にはそのシリンダと同時に動作サイクルを行う他のシリンダが故障している、又は故障の恐れがあると判定された場合に、無効にされてもよい。コントローラは、各シリンダについて、シリンダが無効にされているかどうかを示すデータを格納するメモリと電子的に通信するようになっていてもよい。コントローラは、シリンダの各々が無効とされるべきか否かを決定するように構成されていてもよい。

前記セットの中のいずれのシリンダが動作サイクルを行うべきかを決定するステップは、シリンダが無効にされているかどうか、又は、前記回転シャフトを支持する軸受に作用するサイドロードを低減すること、又は、負荷を複数のシリンダ間で分散させること、のうち１以上を考慮に入れるようになっていてもよい。

コントローラは、前記複数のシリンダの各々が動作サイクルを実行した回数の総数の記録を保持していてもよい。例えば、コントローラは、前記複数のシリンダの各々が動作サイクルを実行した回数に関するデータを格納するメモリと電子的に通信するようになっていてもよい。

油圧ポンプの場合においては、回転シャフトは、駆動シャフトであるか、又は駆動シャフトに連結される。油圧モータの場合においては、回転シャフトは、出力シャフトであるか、又は出力シャフトに連結される。シリンダのバンクは、少なくとも１つのリングカムの内側又は外側において、回転シャフトの周りに配置される。回転シャフトは、シリンダが固定されてリングカム及び回転シャフトが該シリンダに対して相対的に回転するように、リングカムに連結されていてもよい。回転シャフトは、リングカムが固定されたままでいるのに対してシリンダ及び回転シャフトが回転するように、シリンダに連結されていてもよい。

油圧トランスミッションは、典型的には、高圧作動流体ライン及び低圧作動流体ラインを備え、前記高圧作動流体ラインを通じて作動流体が油圧ポンプから油圧モータに運ばれ、前記低圧作動流体ラインを通じて作動流体が油圧モータから（典型的にはタンクを介して）油圧ポンプへ運ばれる。

本発明は、本発明の前記第１の態様の油圧トランスミッションと、前記駆動シャフトに連結されたハブに取り付けられる複数のタービン翼と、前記出力シャフトに連結される発電機と、を備える風力発電装置にも及ぶ。

本発明は、本発明の前記第１の態様の油圧トランスミッションと、前記駆動シャフトに連結されるエンジン（例えば、電気モータや内燃機関）と、前記出力シャフトに連結されるホイール又は油圧アクチュエータを備える車両にも及ぶ。

本発明は、第２の態様において、油圧トランスミッションにおける油圧ポンプ又は油圧モータの運転方法であって、
前記油圧トランスミッションは、
可変容量型の油圧ポンプと、
可変容量型の油圧モータと、
前記油圧ポンプに連結され、前記油圧ポンプを駆動するための駆動シャフトと、
前記油圧モータに連結され、負荷に連結するための出力シャフトと、を備え、
前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうち少なくとも一方は、
回転シャフトと、
前記回転シャフトの角度位置を検出するためのシャフト位置センサと、
１以上のローブを有する少なくとも１つのリングカムと、
前記回転シャフトの周りに配置され、前記回転シャフトの回転とともに周期的に変化する作動容積を有する複数のシリンダと、
低圧作動流体ライン及び高圧作動流体ラインと、
前記シリンダの各々と前記低圧作動流体ライン及び前記高圧作動流体ラインとの間の作動流体の流れを調節するための複数のバルブであって、前記バルブの少なくとも１つは各シリンダと関連する電気制御式の弁であるバルブと、を備え、
前記油圧ポンプ及び油圧モータのうち前記少なくとも一方は、前記電気制御式の弁を能動的に制御することでシリンダ作動容積の各サイクルにおける各シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積を決定することによって作動され、
コントローラが、前記回転シャフトが角度方向に互いに離れた複数の位置にあるときに、押しのけ容積決定アルゴリズムを繰り返し実行することで、シリンダ作動容積の各サイクルにおける各シリンダによる作動流体の前記正味押しのけ容積を決定し、
前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、押しのけ容積要求（Demand）と、前記押しのけ容積要求（Demand）の以前の値とコントローラにより決定された正味の押しのけ容積（Displacement(k)）の以前の値との差と、を考慮に入れて、前記複数のシリンダによる作動流体の時間平均正味押しのけ容積を前記押しのけ容積要求（Demand）によって表される時間平均押しのけ容積に合致させることを特徴とする運転方法にも及ぶ。

典型的には、コントローラは、シリンダ作動容積の各サイクルについて、それぞれのシリンダが、該シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積が存在する動作サイクル（即ち、決定される正味押しのけ容積（Displacement (k)）はゼロよりも大きい）を行うべきか、作動流体の正味押しのけ容積が存在しない非動作サイクル（即ち、決定される正味押しのけ容積（Displacement (k)）はゼロである）を行うべきかを決定する。典型的には、コントローラは、少なくとも油圧ポンプ又は油圧モータの前記少なくとも一方が最大可能押しのけ容積よりも少ない作動容積で作動しているときに、少なくとも一部のシリンダ作動容積のサイクルが非動作サイクルであることを特定する。典型的には、押しのけ容積要求（Demand）の少なくともある範囲について、コントローラは、各サイクル中に同一の正味押しのけ容積が決定される非動作サイクル又は動作サイクルのみが存在すべきであることを決定する。典型的には、押しのけ容積要求（Demand）の少なくともある範囲について、コントローラは、各サイクル中に最大の作動流体の正味押しのけ容積が決定される非動作サイクル又は動作サイクルのみが存在すべきであることを決定する。いくつかの実施形態では、少なくとも一部の動作サイクル中に、コントローラは、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積の一部（即ち、０よりも大きく１よりも小さい割合、又は０％よりも大きく１００％よりも小さい割合）である正味押しのけ容積（Displacement (k)）をシリンダが生成すべきであることを決定する。典型的には、コントローラは、押しのけ容積要求（Demand）が、回転シャフト１回転あたりの油圧ポンプ及び油圧モータの前記少なくとも一方の最大押しのけ容積よりも小さい要求を表す閾値を下回るときに、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積の一部である正味押しのけ容積（Displacement (k)）をシリンダが生成すべきであることを決定するのみである。典型的には、コントローラが、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積の一部である正味押しのけ容積を生成する動作サイクルをシリンダが行うべきであることを決定する場合には（例えば、押しのけ容積要求が既定の範囲内である場合）、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積の一部である正味押しのけ容積を生成する動作サイクルをシリンダが行う動作サイクルは、少なくとも何回かの非動作サイクル又は少なくとも何回かの、動作サイクル中のシリンダによる最大正味押しのけ容積が選択される動作サイクルの間に散在するように行われる。非動作サイクルと、シリンダにより最大正味押しのけ容積が押しのけられる動作サイクルと、最大正味押しのけ容積の一部が押しのけられる動作サイクルとが散在する押しのけ容積要求（Demand）の値の範囲が存在してもよい。

コントローラは、能動的にバルブを開き、能動的にバルブを閉じ、能動的にバルブを開いたままとし（例えば、閉弁を要求されるまで）、又は能動的にバルブを閉じたままとする（例えば開弁を要求されるまで）ことの１以上によって前記電気制御式の弁を能動的に制御してもよい。典型的には、コントローラは、シリンダ容積のサイクルと位相の関連性をもって前記電気制御式の弁を能動的に制御する。油圧ポンプ及び油圧モータの前記少なくとも一方は、回転シャフトの方向を計測するためのシャフト位置センサを備え、コントローラは、シャフト位置センサからシャフト位置信号を受信して、これにより、シリンダ容積のサイクルと位相の関連性をもって前記電気制御式の弁を能動的に制御する。

典型的には、各シリンダは、各シリンダの中に取り付けられ、該シリンダの作動容積（使用中にシリンダとピストンとの間において作動流体が占める容積）が回転シャフトの回転に伴って周期的に変化するようにそれぞれのリングカムに連結されたピストンを有する。回転シャフト１回転あたりのシリンダ作動容積のサイクルの数は、それぞれのリングカムのローブの数に等しい。複数のリングカムが存在する場合は、各リングカムのローブ数は異なっていてもよい。

複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の作動室容積を有するシリンダは、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して互いに同一の作動容積を有していてもよい。しかし、その周辺においていくらかの少量の変化は、許容されるものであるし、力を均一にするために寧ろ好ましい場合もある。したがって、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の作動室容積を有するシリンダは、典型的には、１０°よりも小さい、５°よりも小さい、又は２°よりも小さい位相差の作動容積のサイクルを有する。

前記油圧トランスミッションは、可変容量型の油圧ポンプを複数備えていてもよい。前記油圧トランスミッションは、可変容量型の油圧モータを複数備えていてもよい。各可変容量型油圧ポンプは、選択的な運転モードにおいてモータまたはポンプとして作動可能な可変容量型流体機械であってもよいが、通常はポンプとして作動する。各可変容量型油圧モータは、選択的な運転モードにおいてモータまたはポンプとして作動可能な可変容量型流体機械であってもよいが、通常はモータとして作動する。

本発明の第１又は第２の態様に関連して開示された特徴は、第１及び第２の態様の両方についての任意的な特徴である。

以下に、本発明の例示的な実施形態を、下記内容の図面を参照して説明する。

風力発電装置の一部である油圧トランスミッションの概略構成図である。 図１に示すトランスミッションの油圧モータの概略構成図である。 油圧モータのコントローラの概略構成図である。 トランスミッションコントローラの動作のフロー図である。 個々のシリンダによる押しのけ容積を決定するための押しのけ容積決定アルゴリズムのフロー図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、押しのけ容積決定アルゴリズムの繰り返しの実行を示す表である。 図１に示すトランスミッションの油圧ポンプの概略構成図である。 冗長性を有するシリンダの押しのけ容積を決定するための１つのアプローチを示す表である。 油圧モータコントローラによる押しのけ容積決定アルゴリズムの実行を示すフロー図である。 図９に示す押しのけ容積決定アルゴリズムの繰り返しの実行を示す表である。

図１は、可変ピッチタービン（２）と同期発電機（４）を備える風力発電装置（１）を概略的に示す図である。発電機（４）は、３相グリッド（６）（典型的には５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで運転される）に接続される。タービン（２）からの風力エネルギーは、油圧トランスミッション（８）を介して発電機（４）に伝達される。油圧トランスミッションは、駆動シャフト（１２）によりタービンに駆動可能に接続される可変容量型の油圧ポンプ（１０）と、別の駆動シャフト（１６）により発電機のロータに接続される接続される可変容量型の油圧モータ（１４）とを含む。以下に、可変容量型の油圧ポンプ（１０）及び油圧モータ（１４）についてさらに詳細に説明する。

加圧流体マニホールド（１８）が油圧ポンプの出口から油圧モータの入口に延びており、油圧ポンプ及び油圧モータの各々の高圧ラインに繋がっている。いくつかの実施形態では、加圧流体マニホールド（１８）は、並列に接続された複数の油圧モータの入口に延びており、各油圧モータは独立して別個の発電機を駆動するようになっている。加圧流体マニホールド（１８）は、作動流体の貯留容器としても機能する油空圧式（oleopneumatic）アキュムレータ（２０）とも連通する。該油空圧式アキュムレータは、比較的高圧（通常１００ｂａｒ以上）の不活性ガスでプリチャージされており、これに流体的に接続されたガスボンベにさらに加圧された不活性ガスが保持されていてもよい。ポンプ（１０）及びモータ（１４）は、それぞれの低圧バルブ（図示しない）を介して低圧マニホールド（２６）にも連結されている。低圧マニホールドもまた、油圧作動流体のための貯留タンク又は低圧アキュムレータ（２８）に延びており、使用中には作動流体を油圧モータの出口から油圧ポンプの入口へ導く機能を有する。

トランスミッションコントローラ（３０）は、油圧トランスミッションを制御する。具体的には、トランスミッションコントローラは、押しのけ容積要求制御信号（３２，３４）を油圧ポンプ及び油圧モータに伝える。油圧ポンプ及び油圧モータはそれぞれ、独自のコントローラを有する。トランスミッションコントローラによって受け取られたデータは、少なくともロータの回転数の測定値を含み、典型的には発電機のシャフトの回転数や高圧マニホールド内の圧力をも含む。油圧ポンプ及び油圧モータの各々に関する瞬間の押しのけ容積について、油圧ポンプ及び油圧モータからのフィードバックが存在してもよく、これは、発電機のシャフトの回転数及びロータの回転数の変化率とともに、タービン駆動シャフト（１２）及び発電機の駆動シャフト（１６）における瞬間のトルクを特定することを可能とする。他に考えられる入力としては、外部制御信号、風速計からの風速信号、発電機が接続されている電気負荷（例えば配電網）の特性に関する情報等が挙げられる。他に考えられる出力としては、発電機の起動及び停止、接続、又は切断の制御や、ブレードピッチアクチュエータへの制御信号等が挙げられる。

当業者は、トランスミッションコントローラと油圧ポンプ及び／又は油圧モータのコントローラとは、結びついていてもよく、又はより分散されていてもよいことを理解するであろう。

図２は、シリンダの内側表面と、回転シャフト（１０６）から偏心カム（１０８）によって駆動され、シリンダの作動容積を周期的に変化させるようにシリンダ内部を往復運動するピストン（１０４）と、によって画定される作動容積（１０２）を有する複数のシリンダ（１００）を備える、電子的に整流された油圧ポンプ／モータの形式の油圧モータ（１４）を示す図である。回転シャフトは、発電機シャフト（１６）に堅く接続され、該発電機シャフト（１６）とともに回転する。この例では、シリンダの全ては、回転シャフトに沿った方向における同一の軸方向位置において単一のバンク内に位置している。シャフト位置及び速度センサ（１１０）は、ある瞬間のシャフトの角度位置及び回転数を測定し、信号ライン（１１１）を通してモータコントローラ（１１２）に知らせる。これによりモータコントローラがその瞬間の各シリンダのサイクルの位相を特定することができる。

シリンダは、それぞれ、電子的に作動される面シールポペット弁（１１４）の形式の低圧バルブ（ＬＰＶ）と関連している。低圧バルブは、それぞれが関連するシリンダに向かって内側に向いており、シリンダから低圧導管（１１６）に延びるチャネルを選択的にシールするように動作可能である。低圧導管は、使用中は、通常、流体のソース又はシンクとして機能し、１つ又はいくつかの、又は図に示されるように全てのシリンダを、風力発電装置の低圧マニホールド（２６）に流体的に接続される低圧ライン（１１７）に接続するようになっていてもよい。前記ＬＰＶは、シリンダ内部の圧力が低圧マニホールド内の圧力以下になると、すなわち吸入ストローク中に、シリンダを低圧マニホールドと流体的に接続させるように受動的に開くが、ＬＰＶ制御ライン（１１８）を介したコントローラの能動的な制御の下で、シリンダの低圧マニホールドとの流体的な接続を切断するように選択的に閉弁可能な、ノーマルオープンソレノイドクローズ型のバルブである。別の電子制御式のバルブ、例えばノーマルクローズソレノイドオープンのバルブを用いてもよい。

シリンダはそれぞれ、圧力作動送出し弁の形式の高圧バルブ（ＨＰＶ）（１２０）とも関連している。ＨＰＶはシリンダから外側に向いて開き、シリンダから高圧ライン（１２２）に延びるチャネルをシールするように動作可能である。高圧ラインは、使用中は、流体のソース又はシンクとして機能し、１つ又はいくつかの、又は図に示されるように、全てのシリンダを、高圧マニホールド（１８）と流体的に連通する高圧ポート（１２４、油圧モータの入口としての機能を有する）に接続するようになっていてもよい。前記ＨＰＶは、シリンダ内の圧力が高圧マニホールド内の圧力を超えると受動的に開くノーマルクローズ圧力オープンのチェック弁として機能する。ＨＰＶは、関連するシリンダの圧力によってそのＨＰＶが一旦開かれると、コントローラがＨＰＶ制御ライン（１２６）を介して選択的に開弁状態を維持してもよい、ノーマルクローズソレノイドオープンのチェック弁として機能してもよい。典型的には、ＨＰＶは、高圧マニホールド内の圧力に抗ってコントローラによって開弁することはできない。ＨＰＶは、それに加え、高圧マニホールドには圧力が存在するがシリンダには存在しない場合に、コントローラの制御の下で開弁可能であってもよく、又は、例えば、バルブが国際公開第２００８／０２９０７３号又は国際公開第２０１０／０２９３５８号に記載のタイプのものであり前記文献に記載の方法にしたがって作動するもの等の場合、部分的に開弁可能であってもよい。

例えば、欧州特許出願公開第０３６１９２７号、欧州特許出願公開第０４９４２３６号及び欧州特許出願公開第１５３７３３３号（これらの内容をここに引用し、本明細書の開示として取り入れるものである）に記載の通常モードの運転では、モータコントローラは、油圧モータによる高圧マニホールドからの流体の正味押しのけ容積レートを、１以上のＬＰＶを、それが関連するシリンダのサイクルの最小容積の点の直前に能動的に閉じることで選択する。そうすると低圧マニホールドへの通路が閉じられるので、残りの収縮ストロークによってシリンダ内の流体が圧縮される。前記関連するＨＰＶは、そのＨＰＶ前後の圧力が等しくなり、少量の流体が該関連するＨＰＶを通って外へ移動させられると開く。モータコントローラはその後、典型的には該関連するシリンダのサイクルにおいて最大容積の付近となるまで、該関連するＨＰＶを開弁されたままに維持して、高圧マニホールドからの流体を許容し回転シャフトにトルクを作用させる。選択的なポンピングモードでは、コントローラは、油圧モータによる高圧マニホールドへの流体の正味の押しのけ容積レートを、典型的には、関連するシリンダのサイクルにおける最大容積の点の付近で１以上の前記ＬＰＶを能動的に閉じることによって選択する。そうすると低圧マニホールドへの通路が閉じられ、この後の収縮ストロークでは該関連するＨＰＶを通って流体が外側に移動させられる（しかし、ＨＰＶの開弁を能動的に維持してはいない）。コントローラは、選択された正味の押しのけ容積レート（押しのけ容積要求）を満たすように、流れを生成し、又はシャフトトルク若しくは出力を生成するために、ＬＰＶの閉弁及びＨＰＶの開弁の数及び順序を選択する。コントローラは、サイクル毎にＬＰＶを閉じるか否か、又は開いたままとするか否かについて決定するとともに、ＨＰＶを閉じる位相をシリンダ容積の変化に対して微細に変化させて、高圧マニホールドから低圧マニホールドへの、又はその逆の、流体の正味の押しのけ容積レートを選択するように動作可能である。

図におけるポート（１１７，１８）上の矢印は、モータリングモードにおける流体の流れを示す。ポンピングモードでは、流れはその逆になる。圧力リリーフ弁（１２８）が、油圧モータを損傷から保護するようになっていてもよい。

図３は、モータコントローラ（１１２）の概要構成図である。ポンプコントローラの構成はこれに対応する。プロセッサ（１５０）（例えばマイクロプロセッサやマイクロコントローラ等）は、バス（１５２）を通してメモリ（１５４）及び入出力ポート（１５６）と電子的に通信するようになっている。メモリは、シリンダ動容積の各サイクルにおいて各シリンダによって押しのけられる作動流体の正味の容積（Displacement (k)）を決定する押しのけ容積決定アルゴリズムの実行が実装されるプログラム（１５８）とともに、累積押しのけ容積誤差値（Error (k)）を格納する１以上の変数（１６０）と、例えば各シリンダ角度位置（１６３）等の各シリンダに関するデータを格納するデータベース（１６２）と、を格納する。いくつかの実施形態では、前記データベースは各シリンダが動作サイクルを行った回数（１６５）を格納する。

コントローラは、押しのけ容積要求（Demand）を表す信号（３４）、シャフト位置（すなわち、方向）信号（１６６）、及び、典型的には高圧ライン内の圧力の計測値（１６８）を受信する。コントローラからの出力は、高圧バルブ制御ライン（１２６）を通る高圧バルブ制御信号及び低圧バルブ制御ライン（１１８）を通る低圧バルブ制御信号を含む。コントローラは、シリンダからの押しのけ容積の総量を、時間をかけて押しのけ容積要求（Demand）に合致させることを目標とするように構成される。シャフト位置は、シリンダ作動容積のサイクルと位相の関連性をもってバルブ制御信号が生成されることを可能とすることが要求される。圧力の計測値は、押しのけられた作動流体の正確な量を特定するために、又は他の計算において、用いることができる。コントローラは、シリンダが故障しているか、そしてそのため無効とされているか否かを示す信号であって、データベース（１６２）がそれに基づいて更新されることを可能とするための信号を受信してもよい。

図４に示す手順による油圧トランスミッションの運転中、油圧トランスミッションコントローラ（３０）は、タービン（２）の回転数（タービンと油圧ポンプの回転シャフトは連結されているため、これは、該回転シャフトの回転数と同一であるか、又は該回転シャフトのギア比である）及び加圧流体マニホールド（１８）内の圧力とともに、風速を含む入力信号を受信する（２００）。次に、トランスミッションコントローラは、複数の異なる風速における理想目標トルク及びシャフト回転速度をまとめたルックアップテーブル（２０４）を参照して、油圧ポンプによりタービンに作用させる目標トルクを決定する（２０２）。目標トルクが決定されると、トランスミッションコントローラは、その後、目標トルクを得るために必要な油圧ポンプの押しのけ容積を計算する（２０６）。作動流体の容積及び押しのけ容積レートは、適切な単位を用いて計算することができる。この目標押しのけ容積は、例えば、油圧ポンプが提供可能な最大押しのけ容積の一部として計算することができる。この例においては、押しのけ容積要求は、回転シャフト１回転あたりの作動流体の最大出力の平均比率として表現される。これが表す押しのけ容積の実レートは、最大押しのけ容積要求の平均比率、１つのシリンダにより押しのけられ得る最大容積、シリンダの数、及びポンプの回転シャフトの回転数の積となる。結果として得られるトルクは、高圧マニホールド内の圧力にも比例する。計算された押しのけ容積は、油圧ポンプに伝えられ、油圧ポンプにおいて押しのけ容積要求（Demand）として機能する。

ポンプの押しのけ容積が計算されると、モータの押しのけ容積を計算することもできる。再度、この例においては、それは、シリンダあたりの作動流体の最大出力の一部として表現される。典型的には、モータの押しのけ容積は、最大効率で電力を生成するように計算される。しかし、いくつかの他のファクターを考慮に入れてもよい。例えば、モータの押しのけ容積は、加圧流体マニホールド内の圧力を変化させるように変化させてもよい。なお、加圧流体マニホールド内の圧力は、モータの押しのけ容積が油圧ポンプによる押しのけ容積よりも小さい時に増加し、油圧モータの押しのけ容積が油圧ポンプの押しのけ容積よりも大きい時に減少する。他のファクターも存在する。例えば、発電機の巻線損失を低減し、発電効率を高めるために、発電機は、実質的に一定のトルクでの運転とスイッチ切断との間で切り替えられることが望ましい。計算されたモータの押しのけ容積は、油圧モータに伝えられ、油圧モータにおいて押しのけ容積要求（Demand）として機能する。

この例示的な実施形態では、油圧モータは、ピストンを駆動するカムが単一のローブを有する図２に示す構成を有し、したがって、油圧モータの回転シャフト１回転あたりのシリンダ作動容積のサイクルは１回である。

図５は、各シリンダによる正味押しのけ容積を連続して決定するために油圧モータによって実行される手続きを示す図である。この手続が開始すると（３００）、格納された変数Error(k)（１６０）がゼロに設定される（３０２）。該変数Error(k)は、押しのけ容積要求（Demand）の以前の値と、コントローラにより決定された正味押しのけ容積（Displacement (k)）の以前の値との差を格納する。

その後、油圧モータの回転シャフトは、ある１個のシリンダの決定ポイントに達するまで回転し、kの値を増加させる（３０４）。図２に示す例においては、８個のシリンダが存在し、したがって各決定ポイントは、回転シャフトの回転において４５°ずつ離れている。決定ポイントと決定ポイントの間に生じる実際の時間は、したがって、回転シャフトが４５°回転するのに必要な時間であって、これは該回転シャフトの回転数に反比例する。

各決定ポイントにおいて、モータコントローラは、トランスミッションコントローラから受け取った押しのけ容積要求（Demand）を読み込む（３０６）。そしてコントローラは、Sigma (k)＝Error(k)＋押しのけ容積（Demand）を計算する（３０８）。次に、考慮されているシリンダのステータスがチェックされる（３１０）。これは、シリンダのデータのデータベース（１６２，１６４）を参照して実行される。もしシリンダが無効にされていると判断された場合（例えば、そのシリンダが故障している場合等）は、そのシリンダについてはそれ以上の行動はとられない。このメソッドは、次のシリンダの決定ポイントに達すると、ステップ（３０４）から繰り返される。

シリンダが無効にされていないと判断された場合は、その後、Sigma (k)はシリンダにより押しのけられる流体の容積と比較される（３１２）。この値（VOL）は、採り得るオプションが、正味押しのけ容積の存在しない非動作サイクルか、又は、シリンダによる作動流体の最大押しのけ容積が選択される完全な押しのけ容積動作サイクルのいずれかだけである場合には、単純に、そのシリンダによって押しのけ可能な作動流体の最大容積であってもよい。しかし、VOLは、いくつかの場合において（例えば、シリンダの最大押しのけ容積の一部のみが押しのけられる部分サイクルを実行することが望まれる場合等）、この最大押しのけ容積よりも小さくてもよい。

Sigma (k)がVOLよりも大きい場合には、そのシリンダが、VOLに等しい容積の作動流体を押しのける動作サイクルを実行することが決定される。Sigma (k)がVOL以下である場合には、そのシリンダが、次のシリンダ作動容積のサイクルにおいて非動作サイクルとなり、正味押しのけ容積がゼロとなることが決定される。

制御信号は、その後、決定されたように動作サイクル又は非動作サイクルを考慮対象のシリンダに実行させるため、該シリンダの低圧及び高圧バルブに送られる。

このステップは、押しのけ容積要求（Demand）と、押しのけ容積要求（Demand）の以前の値とコントローラにより決定された正味押しのけ容積（Displacement (k)）の以前の値との差（このケースでは、格納された誤差の形をとっている）と、を効果的に考慮に入れ、そして、Sigma (k)が押しのけ容積を超える場合には、シリンダに作動流体の正味押しのけ容積を生成する動作サイクルを実行させることにより、シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積の時間平均を、押しのけ容積要求（Demand）によって表される押しのけ容積の時間平均に合致させる（３１４）。このような場合、押しのけ容積誤差（Error (k)）は、Sigma (k) −アクティブなシリンダによる押しのけ容積（Displacement (k)）に設定される。

そして押しのけ容積誤差（Error (k)）の値（１６０）が更新され、Error (k+1)がSigma (k)−決定された押しのけ容積（Displacement (k)）に設定される。次のシリンダ（k+1）の決定ポイントに到達すると、この手順がステップ（３０４）から再度開始される。

押しのけ容積誤差値（Error (k)）（１６０）は、それまでに要求された押しのけ容積と、実際に押しのけられた容積との差の記録を、適切な単位で保持している。各サイクルにおいて、要求された押しのけ容積が押しのけ容積誤差値に可算され、実際に選択された押しのけ容積が減算される。効率的なことに、押しのけ容積誤差とリクエストされた押しのけ容積要求との和が閾値（このケースではVOL）を超えるときはいつでも動作サイクルとなる。

したがって、押しのけ容積決定アルゴリズムの各実行において、押しのけ容積誤差値（Error (k)）は、押しのけ容積要求（Demand）を加算し、該アルゴリズムの実行中に決定される作動流体の正味押しのけ容積（Displacement (k)）を減算することで更新される。

このようにして、モータコントローラは、押しのけ容積決定アルゴリズムが実行される回ごとに、押しのけ容積要求（Demand）を加算することで更新される累積の押しのけ容積要求誤差（Error (k)）を格納し、押しのけ容積決定アルゴリズムは、累積の押しのけ容積要求と、Sigma (k)が閾値を超えるたびに動作サイクルを実行させることによる累積の押しのけ容積との差を考慮に入れる。

当業者は、この押しのけ容積決定アルゴリズムの効果は、いくつかのやり方で得ることができることを理解するであろう。例えば、押しのけ容積誤差（Error (k)）から要求された押しのけ容積（Displacement (k)）を減算するのではなく、ある期間にわたり、それまでに要求された作動流体の体積（Accumulated Demand (k)）と、それまでに押しのけられた作動流体の体積（Accumulated Displacement (k)）とを加算し、例えば、Accumulated Demand (k)−Accumulated Displacement (k)が閾値（VOL）を超えるときには毎回動作サイクルを選択することで、前記の２つが均等に合致し続けるように個々のシリンダの押しのけ容積を決定することも可能である。

図６Ａは、シングルローブのカムの周りに等間隔に配置された８個のシリンダが存在する場合であって、全ての動作サイクルにおける押しのけ容積が１つのシリンダによって押しのけることができる最大の容積に等しく、押しのけ容積要求が最大シリンダ押しのけ容積の６３％で一定である場合の例において、Error (k)とSigma (k)の変化、及び、各シリンダについてなされた決定の例を示す表である。図６Ｂは他の例を示し、VOL＝１６％であり、よって、動作サイクル中に各シリンダにより押しのけられる容積が最大可能押しのけ容積の１６％であるときの、要求が１０％である場合の例である。

本発明は、油圧ポンプ及び油圧モータのいずれか又は両方が、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の容積を有する２個以上のシリンダからなるセットを含む油圧トランスミッションにも及ぶ。その結果、それらのシリンダの決定ポイントは同時に起こり、そのため、押しのけ容積要求に応じて、シリンダ作動容積の複数のサイクルを通して同一の位相を有する（冗長性を有する）そのセットの中のシリンダのうち、いずれの単一又は複数のシリンダを選ぶかについて、選択肢があってもよい。

図７は、冗長性を有する油圧ポンプを示す図である。この装置の構成は図２に示される油圧モータに対応し、ポンプコントローラ（１８０）は、概して図３に示されるモータコントローラに対応する構成を有する。異なる点は、ピストンを駆動するカム（１０９）が２つのローブを有することである。したがって、８個のシリンダの各々は、カム１回転あたり、シリンダ作動容積のサイクルが２回行われる。風力発電装置等、高トルクの装置において用いられるポンプは、多くのシリンダを有する場合があり、そして２よりも多くのローブを有するカムを用いる場合がある。

図７に示す例では、８個のシリンダと２つのローブがあり、冗長数は２である。すなわち、各シリンダは、実質的に常に同一位相を有する２個のシリンダからなるセットの一部である。したがって、それらのシリンダは、回転シャフトの同一の角度位置において決定ポイントを有し、同一の入力及び出力から流体を受け取り、又は同一の入力及び出力へ流体を送るので、いくつかの状況においては、いずれのシリンダが押しのけ容積を生成するかに関して選択肢があってもよい。例えば、ポンプがその最大出力の半分の能力で連続的に運転されている場合、押しのけ容積要求（Demand）を満足するために、同位相を有するシリンダの各ペアについて、その２つのシリンダのうちどちらが作動流体の最大の正味押しのけ容積を押しのける動作サイクルを実行するかを選択することが可能である。

複数のシリンダが均等に分散して配置されるという条件においては、冗長数は、典型的には、ローブが複数ある場合に存在する。冗長数は、同一のカムから駆動されるシリンダのバンク、又は同一の回転シャフトにより異なるカムから駆動されるシリンダのバンクが複数ある場合にも存在しうる。そのような場合、たとえ単一ローブのリングカムしかない場合であっても、シリンダのセットは、回転シャフトの回転中ずっと（すなわち、シリンダ作動容積の複数のサイクルを通して）互いに同一のシリンダ作動容積であり続ける。

通常、１つのシリンダのバンクにＡ個のシリンダが存在し、それらのシリンダはＢ個のローブを有する１つのカムによって駆動されるならば、そのバンクの冗長数（Ｃ）は、ＡとＢの最大公約数となる。

このような場合、互いに同一の位相を有するシリンダの数はＤであり、ＤはＡ／Ｃに等しい。回転シャフト１回転当たりの決定ポイントの数Ｅは、Ｄ×Ｂに等しい。決定ポイントの頻度は、したがって、回転シャフトの回転の頻度（１秒あたりの回転数）のＥ倍となる。

図８は、冗長数が存在する場合の、個々のシリンダを選択するための第１のアプローチを示す表である。この例では、２つの対称的なカムを有するカムの周りに一定間隔で配置される８個のシリンダが存在する。よって、冗長数は２であって、シリンダ作動容積の各サイクルを通して同一の位相を有するシリンダは、幾何学的に反対側に存在するシリンダである。シャフトが４５°回転する毎に、２つのシリンダについて同時に起こる１つの決定ポイントが存在する。この例では、各決定ポイントにおいて、ステップ３０６からステップ３１８がシンプルに２回繰り返される（各シリンダにつき１回ずつ実行される）。よって、各決定がなされる角度を除いて、ステップ３０６から３１８を連続して実行したの後のError (k)及びSigma (k)の値は、図６Ａと同じである。

図９は、冗長なシリンダが存在する場合に採用することができる別の手続きを示す図である。このケースでは、冗長数は２である。前述の実施形態と同様に、一端手続きが開始すると（３５０）、累積誤差値（Error (k)）がゼロに設定される（３５２）。回転シャフトが回転し、決定点に到達する（３５４）。しかし、冗長数が存在するので、決定ポイントではシリンダのセットに属するシリンダの各々について決定がなされる。よって、この実施形態では、kは、シリンダの数ではなく、決定ポイントの数のカウントである。したがって、決定ポイントにおいて、押しのけ容積要求（Demand）が読み込まれて（３５６）、累積誤差（Error (k)）とあるセットのシリンダからの押しのけ容積要求（すなわち、Demand×Ｄであり、このケースではDemand×２）との和であるSigma (k)が計算される（３５８）。Sigmaは、ここでは、シリンダ作動容積の１つのサイクルにおける個々のシリンダによる最大押しのけ容積の比率として表現される。したがって、Sigma (k)は１００％を超え得る。典型的には、Sigma (k)は、ゼロから、冗長数（Ｃ）と作動流体が１つのシリンダにより押しのけらることができる容積との積までの範囲内の値、またはいくつかの場合においてはそれ以上の値である（例えば、要求が油圧ポンプの最大押しのけ容積を超える場合、又は、例えば前の決定ポイントにおいて考慮の対象であったシリンダのうちのいくつか又は全てが無効となっていた等の理由により、所望の要求を前の決定ポイントにおいて満たすことができていなかった場合等）。当業者は、押しのけ容積要求（Demand）、Error (k)、VOL及びDisplacement (k)は、それぞれ適切な単位で表現し得ることを理解するであろう。

その後、ポンプコントローラは、その決定ポイントにおいて作動させようとするシリンダの総数（Ｎ）を決定する（３６０）。これを行うために、個々のシリンダにより押しのけようとする作動流体の容積（VOL）を考慮に入れる。前述したように、１回の動作サイクル中に、シリンダの最大押しのけ容積の一部が押しのけられるようにすることも可能ではあるが、典型的には、このVOLは、各シリンダにより押しのけられ得る最大容積と等しい。

次のステップで、Ｎ個のシリンダが、動作サイクルを行うように選択される（３６２）。このステップは、シリンダのデータベース（１６２）を参照して実行される。例えば、データベース（１６２）は、どのシリンダが無効とされており、選択すべきではないかについて問い合わせを受ける。シリンダは、他の基準に基づいて選択されてもよい。例えば、データベース（１６２）は、各シリンダが設置されてから、又はメンテナンスを受けてから、又はカウンタがリセットされてから、動作サイクルを実行するように選択された回数を特定するためのデータ（１６５）を含んでいてもよい。押しのけ容積決定アルゴリズムは、使用回数が最も少ないシリンダを優先的に選択してもよい。各シリンダが動作サイクルを実行するように何回選択されたかに関するログは、その後更新されてもよい。この方法によれば、複数のシリンダの間で使用回数が分散されるので、そうでない場合に比べてシリンダの摩耗が均等になる。

それから、選択されたＮ個のシリンダは、バルブ制御信号によって動作サイクルを実行する。そして、次の累積誤差の値（Error (k+1)）がSigma (k)−Ｎ個のシリンダの総押しのけ容積（典型的にはＮ×VOL）に設定される。よって、この例では、Displacment (k)＝Ｎ×VOLである。

図１０は、この押しのけ容積決定アルゴリズムの動作を示す表である。図８に示す８個のシリンダと２つのローブを有する機械において、回転シャフトが４５°回転するたびに、２つのシリンダからなるセットについて同時に１つの決定ポイントに到達する。この実施形態では、Sigma (k)は、押しのけ容積要求の２倍が加算された後、各シリンダにより押しのけようとする容積と比較される。Sigma (k)がVOLよりも小さい場合には、Ｎをゼロとすることが決定される。Sigma (k)がVOLよりも大きい場合には、Ｎを１にすることが決定され、Sigma (k)がVOLの２倍よりも大きい場合には、Ｎを２とすることが決定される。選択されたＮ個のシリンダの押しのけ容積（Ｎ×VOL）として得られた結果がSigma (k)から減算され、次の決定ポイントに引き継がれるError (k+1)の値が得られる。いずれの場合にも、選択されたシリンダが１つである場合には、反対側にある２つのシリンダのうちいずれが動作サイクルを実行するかについて、選択肢が存在する。これは、様々な理由で選択することができる。例えば、使用回数が最も少ないシリンダを選択してもよい。

このように、本発明は、運転中の油圧ポンプ及び／又は油圧モータの各シリンダの押しのけ容積を選択するための効率的な押しのけ容積決定アルゴリズムを提供する。押しのけ容積決定アルゴリズムを、押しのけ容積を要求に的確に合致させることを可能とする。

本明細書に示した例では、Error (k)は、要求される押しのけ容積が加算され、選択された押しのけ容積が減算される単純な数値である。しかし、他の実施形態では、連続する押しのけ容積要求の和が、第１の変数であるAccumulated Demand (k)に累積され、選択された押しのけ容積（Displacement (k)）の和が、第２の変数であるAccumulated Displacement (k)に累積されてもよく、決定された実行の間におけるその差が閾値と比較されてもよい。累積押しのけ容積要求及び累積押しのけ容積が完全に反映されていることは、必ずしも必須ではない。例えば、押しのけ容積決定アルゴリズムは、それまでのサイクルのうち限定された回数（例えばシリンダ作動容積の１００サイクル又は１０００サイクル）についての、要求された押しのけ容積と決定された押しのけ容積との差のみを考慮してもよい。

これらの例において、各シリンダにより押しのけられようとする作動流体の容積は、１以上のシリンダが動作サイクルを実行するかどうかを決定する前に決定される。しかし、これは必ずしも必須ではなく、押しのけられる作動流体の容積は、押しのけ可能な最大の容積のみであってもよく、これは、１以上のシリンダが動作サイクルを行うかどうかを決定するのと同時に、又は決定した後で決定されてもよい。

この例では、説明の簡単のために、油圧モータはシングルローブのカムを有し、シリンダの冗長数は有さず、そして、油圧ポンプは複数のローブを有するカムを有し、シリンダの冗長数を有する。実際には、油圧ポンプ及び油圧モータのいずれか又は両方が、複数のローブ及び／又は１よりも大きい冗長数を有してもよい。

上記の例示的な実施形態では、風力発電装置における油圧トランスミッションについて説明したが、上述の油圧トランスミッションは、他のタイプの機械にも等しく適用され得る。例えば、上述の油圧トランスミッションは、油圧ポンプが電気モータ又は内燃機関によって駆動され、ホイールや他の油圧アクチュエータ（例えば、油圧掘削機の場合は油圧で操作されるツール）等の負荷を駆動する複数の油圧モータが存在するような車両に採用されてもよい。

ここに開示される発明の範囲内において、さらなる変形や改良がなされてもよい。

１ 風力発電装置
２ ピッチ可変タービン
４ 動機発電機
６ ３相グリッド
８ 油圧トランスミッション
１０ 可変容量油圧ポンプ
１２ タービン駆動シャフト
１４ 可変容量油圧モータ
１６ 発電機駆動シャフト
１８ 加圧流体マニホールド
２０ 油空圧式アキュムレータ
２６ 低圧マニホールド
２８ 貯留タンク
３０ トランスミッションコントローラ
３２ 油圧ポンプのための押しのけ容積要求（Demand）制御信号
３４ 油圧モータのための押しのけ容積要求（Demand）制御信号
１００ シリンダ
１０２ シリンダ作動容積
１０４ ピストン
１０６ 回転シャフト
１０８ 偏心カム
１１０ シャフト位置及び速度センサ
１１１ 信号ライン
１１２ モータコントローラ
１１４ ポペットバルブ（低圧バルブ）
１１５ 低圧導管
１１７ 低圧ライン
１１８ 低圧バルブ制御ライン
１２０ 高圧バルブ
１２２ 高圧ライン
１２４ 高圧ポート
１２６ 高圧バルブ制御ライン
１２８ 圧力リリーフ弁
１５０ プロセッサ
１５２ バス
１５４ メモリ
１５６ 入出力ポート
１５８ プログラム
１６０ 変数（Error(k)を含む）
１６２ 各シリンダに関するデータのデータベース
１６３ 各シリンダの角度位置に関するデータ
１６４ 各シリンダが無効にされているかどうかに関するデータ
１６５ 各シリンダが動作サイクルで作動した回数のデータ
１６６ シャフト位置信号
１６８ 圧力の測定値
２００ 入力信号を受信するステップ
２０２ 目標トルクを決定するステップ
２０４ ポンプの押しのけ容積要求（Demand）を計算するステップ
２０６ モータの押しのけ容積要求（Demand）を計算するステップ
３００ 手続開始のステップ
３０２ Error(1)をゼロに設定するステップ
３０４ 決定ポイントに達するステップ
３０６ 要求されたモータの押しのけ容積を読み込むステップ
３０８ Sigma(k)を計算するステップ
３１０ ステータスを確認するステップ
３１２ 比較ステップ
３１４ 押しのけ容積を設定するステップ
３１６ 押しのけ容積をゼロに設定するステップ
３１８ Error(k+1)を得るためにError
(k)を更新するステップ
３５０ 手続開始のステップ
３５２ Error(1)をゼロに設定するステップ
３５４ シリンダのセットの各シリンダが決定ポイントに達するステップ
３５６ 要求された押しのけ容積を読み込むステップ
３５８ Sigma (k)を計算するステップ
３６０ シリンダ数Ｎを決定するステップ
３６２ Ｎ個のシリンダを選択するステップ
３６４ Error (k+1)を得るためにError
(k)を更新するステップ

Claims (15)

1. 可変容量型の油圧ポンプと、
   可変容量型の油圧モータと、
   前記油圧ポンプに連結され、前記油圧ポンプを駆動するための駆動シャフトと、
   前記油圧モータに連結され、負荷に連結するための出力シャフトと、を備える油圧トランスミッションであって、
   前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうち少なくとも一方は、
   回転シャフトと、
   前記回転シャフトの角度位置を検出するためのシャフト位置センサと、
   ローブを有する少なくとも１つのリングカムと、
   前記回転シャフトの周りに配置され、前記回転シャフトの回転とともに周期的に変化する作動容積を有する複数のシリンダと、
   低圧作動流体ライン及び高圧作動流体ラインと、
   前記複数のシリンダの各々と前記低圧作動流体ライン及び前記高圧作動流体ラインとの間の作動流体の流れを調節するための複数のバルブであって、前記複数のバルブの少なくとも１つは各シリンダと関連する電気制御式の弁であるバルブと、
   前記電気制御式の弁を能動的に制御することでシリンダ作動容積の各サイクルにおける各シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積を決定するように構成されたコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記回転シャフトが角度方向に互いに離れた複数の位置にあるときに、押しのけ容積決定アルゴリズムを繰り返し実行することで、前記シリンダ作動容積の各サイクルにおける各シリンダによる作動流体の前記正味押しのけ容積を決定するように構成され、
   前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、押しのけ容積要求（Demand）と、前記押しのけ容積要求（Demand）の以前の値と前記コントローラにより決定された正味の押しのけ容積（Displacement(k)）の以前の値との差と、を考慮に入れて、前記複数のシリンダによる作動流体の時間平均正味押しのけ容積を前記押しのけ容積要求（Demand）によって表される時間平均押しのけ容積に合致させることを特徴とする油圧トランスミッション。
2. 前記コントローラは押しのけ容積誤差値（Error(k)）を格納し、
   前記押しのけ容積決定アルゴリズムの実行は、格納された前記押しのけ容積誤差値を考慮し、前記押しのけ容積要求（Demand）を加算し、前記押しのけ容積決定アルゴリズムの実行中に決定された作動流体の前記正味押しのけ容積（Displacement(k)）を減算することにより前記押しのけ容積誤差値を更新することを特徴とする請求項１に記載の油圧トランスミッション。
3. 前記コントローラは、以前に決定された、前記シリンダの1以上による作動流体の前記正味押しのけ容積を表す累積押しのけ容積値（Accumulated Displacement (k)）を格納し、前記押しのけ容積決定アルゴリズムの実行により決定された前記押しのけ容積（Displacement(k)）を加算することで前記累積押しのけ容積値を更新するとともに、
   前記コントローラは、累積押しのけ容積要求値（Accumulated Demand (k)）を格納し、前記押しのけ容積要求（Demand）で表される前記押しのけ容積を加算することで前記累積押しのけ容積要求値を更新し、
   前記押しのけ容積決定アルゴリズムの実行は、前記累積押しのけ容積値（Accumulated Displacement (k)）と前記累積押しのけ容積要求値（Accumulated Demand (k)）との差を考慮に入れることを特徴とする請求項１に記載の油圧トランスミッション。
4. 前記少なくとも１つのリングカムは複数のローブを有し、前記複数のシリンダの一部又は全部は、同一のリングカムと駆動の関係にあるシリンダのグループを形成し、
   前記シリンダのグループの各々について、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の作動容積を有する他のシリンダが、該シリンダのグループの中に少なくとも１つ存在することを特徴とする請求項１に記載の油圧トランスミッション。
5. 前記複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の作動容積を有するシリンダの数（冗長数：Ｃ）は、シリンダの数（Ａ）と前記リングカムのローブの数（Ｂ）の最大公約数であることを特徴とする請求項４に記載の油圧トランスミッション。
6. 前記シリンダのグループは、実質的に同一の軸方向位置に存在するリングカム追従部材を介して同一のリングカムと駆動の関係にあるシリンダのバンクであることを特徴とする請求項４に記載の油圧トランスミッション。
7. 前記複数のシリンダはシリンダのバンクを複数備え、前記シリンダのバンクの各々は、実質的に同一の軸方向位置に存在するリングカム追従部材を介してリングカムと駆動の関係にあり、前記シリンダのバンクの各々は、それぞれが独立して制御されることを特徴とする請求項４に記載の油圧トランスミッション。
8. 複数の前記シリンダのバンクは、それぞれが異なるリングカムと駆動の関係にあり、前記リングカムの各々は前記回転シャフトに連結されることを特徴とする請求項７に記載の油圧トランスミッション。
9. 前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の容積を有する複数のシリンダの各々による作動流体の前記正味押しのけ容積を連続して決定するために、１以上のシリンダの各々が、作動流体の正味押しのけ容積を生成する動作サイクルを実行するか、それとも作動流体の正味押しのけ容積を生成しない非動作サイクルを実行するかを決定するために、その時までに前記１以上のシリンダによる作動流体の前記正味押しのけ容積に関する押しのけ容積の決定がなされなければならない時間である決定ポイントと決定ポイントとの間に複数回実行されることを特徴とする請求項４に記載の油圧トランスミッション。
10. 前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、まず、複数回のシリンダ作動容積のサイクルを通して実質的に同一の容積を有するシリンダのセットの中で、作動流体の正味押しのけ容積が存在する動作サイクルを実質的に同時に実行すべきシリンダの数を決定し、それから、前記セットの中の前記シリンダの各々についてシリンダ作動容積の次回のサイクルにおける作動流体の前記正味押しのけ容積を決定することを特徴とする請求項４に記載の油圧トランスミッション。
11. 前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、前記セットの中のいずれのシリンダが、作動流体の正味押しのけ容積を生成する動作サイクルを行うべきかを決定し、それにより、シリンダ容積の次回のサイクルでの、前記セットの中の前記シリンダの各々による作動流体の前記正味押しのけ容積を決定することを特徴とする請求項１０に記載の油圧トランスミッション。
12. 前記コントローラは、前記各シリンダの前記正味押しのけ容積を決定する際に、シリンダが無効にされているかどうかを考慮に入れるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の油圧トランスミッション。
13. 前記セットの中のいずれのシリンダが動作サイクルを行うべきかを決定するステップは、シリンダが無効にされているかどうか、又は、前記回転シャフトを支持する軸受に作用するサイドロードを低減すること、又は、負荷を複数のシリンダ間で分散させること、のうち１以上を考慮に入れることを特徴とする請求項１１に記載の油圧トランスミッション。
14. 請求項１に記載の油圧トランスミッションと、
    前記駆動シャフトに連結されたハブに取り付けられる複数のタービン翼と、
    前記出力シャフトに連結される発電機と、を備えることを特徴とする風力発電装置。
15. 油圧トランスミッションにおける油圧ポンプ又は油圧モータの運転方法であって、
    前記油圧トランスミッションは、
    可変容量型の油圧ポンプと、
    可変容量型の油圧モータと、
    前記油圧ポンプに連結され、前記油圧ポンプを駆動するための駆動シャフトと、
    前記油圧モータに連結され、負荷に連結するための出力シャフトと、を備え、
    前記油圧ポンプ及び前記油圧モータのうち少なくとも一方は、
    回転シャフトと、
    前記回転シャフトの角度位置を検出するためのシャフト位置センサと、
    １以上のローブを有する少なくとも１つのリングカムと、
    前記回転シャフトの周りに配置され、前記回転シャフトの回転とともに周期的に変化する作動容積を有する複数のシリンダと、
    低圧作動流体ライン及び高圧作動流体ラインと、
    前記シリンダの各々と前記低圧作動流体ライン及び前記高圧作動流体ラインとの間の作動流体の流れを調節するための複数のバルブであって、前記バルブの少なくとも１つは各シリンダと関連する電気制御式の弁であるバルブと、を備え、
    前記油圧ポンプ及び油圧モータのうち前記少なくとも一方は、前記電気制御式の弁を能動的に制御することでシリンダ作動容積の各サイクルにおける各シリンダによる作動流体の正味押しのけ容積を決定することによって作動され、
    コントローラが、前記回転シャフトが角度方向に互いに離れた複数の位置にあるときに、押しのけ容積決定アルゴリズムを繰り返し実行することで、シリンダ作動容積の各サイクルにおける各シリンダによる作動流体の前記正味押しのけ容積を決定し、
    前記押しのけ容積決定アルゴリズムは、押しのけ容積要求（Demand）と、前記押しのけ容積要求（Demand）の以前の値とコントローラにより決定された正味の押しのけ容積（Displacement(k)）の以前の値との差と、を考慮に入れて、前記複数のシリンダによる作動流体の時間平均正味押しのけ容積を前記押しのけ容積要求（Demand）によって表される時間平均押しのけ容積に合致させることを特徴とする運転方法。

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