JP6619053B2 - インバータ駆動油圧ユニット - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態における吐出流量および吐出圧力を制御するインバータ駆動方式の油圧ユニットに関し、詳しくは、従来よりも簡便な構成でより省エネルギーで可変速モータの回転速度を制御できるものに関する。

吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプに対して、ポンプを駆動する可変速モータの回転速度をインバータ装置で制御することによってポンプの吐出流量・吐出圧力を省エネルギーで制御するインバータ駆動油圧ユニットがある（例えば、特許文献１および特許文献２を参照）。

このような油圧ユニットにおけるインバータ駆動制御は、例えば図４に示すように、斜板式ピストンポンプ等の可変容量型油圧ポンプ１０２の吐出圧力を圧力センサ１０５で検出し、その検出した圧力と予め設定された回転数条件とに基づいて、コントローラ１０６が可変速モータ１０３の回転数指令信号１０７を作成し、インバータ装置１０４に指令することで可変速モータ１０３の回転数制御が行われる。

従って、吐出圧力が可変容量型油圧ポンプのカットオフ開始圧力以上になった場合には、圧力調整機構１１０による圧力制御系によって機械的に吐出量可変要素１１１が容量が小さくなる位置へ変位され吐出圧力と吐出流量が制御されるが、フルカットオフ状態においては、上記インバータ駆動制御によって、その吐出圧力を安定して維持できるだけの予め設定された低速回転数条件に基づいて可変速モータの回転数が制御される。このようにフルカットオフ状態での低速回転運転により、無駄な電力消費を大幅に低減して低発熱での省エネルギー運転が可能となっている。

特開２００２−１７２３０２号公報 特許第５０２３８５２号公報

しかしながら、従来技術において、上記の如く可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態での圧力制御系による機械的制御、例えば斜板式ピストンポンプでは斜板の傾斜角制御、を行い、フルカットオフ圧力を安定に維持し得るだけの低速回転で可変速モータの回転制御を行うためには、圧力センサと専用のコントローラが必要であるため、その分、非常にコスト高となってしまう。

また、可変容量型油圧ポンプに付属する機械式圧力設定器で設定された圧力に、コントローラのフルカットオフ圧力を設定しなければならいため、これが非常に手間のかかる大変な作業となっている。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、圧力センサと専用コントロールを必要とすることなく簡便な構成でありながら、容易に可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態を検出してインバータ装置に可変速モータを所定の低速回転で制御させることが可能なインバータ駆動油圧ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係るインバータ駆動油圧ユニットは、吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、
前記可変容量型油圧ポンプを駆動する可変速モータと、
前記可変速モータを、予め定められた前記可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ対応の低速回転を含む多段速回転数で切換え可能に駆動制御するインバータ装置と、を備え、
前記可変容量型油圧ポンプからのドレン量を監視し、予め定められた前記可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態に相当するドレン量を検出してその検出信号を前記低速での回転数指令信号として前記インバータ装置へ出力するドレン量検出手段を備えており、
前記ドレン量検出手段は、予め設定された前記フルカットオフ状態に相当するドレン量を検出してＯＮ信号を出力すると共に、設定より小さい流量になると信号がＯＦＦになる流量スイッチであることを特徴とするものである。

本発明によれば、可変容量型油圧ポンプがフルカットオフ圧力に達するとドレン量が増加するというポンプ特性を利用して、圧力センサおよび専用コントローラを使用することなく、ドレン量検出手段によってフルカットオフ状態に相当するドレン量を検出した検出信号を回転数指令信号としてインバータ装置に指令し、モータを低速回転運転へ切換えさせる駆動制御が可能であるため、インバータ駆動油圧ユニットによる可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態におけるモータの低速回転運転による省エネルギー運転が、従来より構成が大幅に簡略化された低コストで、且つコントローラ設定という煩雑な手間の必要がない非常に簡便な作業で実現可能となるという効果がある。

本発明の一実施例によるインバータ駆動油圧ユニットの概略構成を示すブロック図である。 可変容量型油圧ポンプの特性を示す圧力に対するドレン量の関係を示す線図である。 図１のインバータ駆動油圧ユニットによるモータの回転数制御を、ドレン量検出手段として流量スイッチを用いて行った場合の動作状態を示す線図である。 従来のインバータ駆動油圧ユニットの概略構成を示すブロック図である。

本発明のインバータ駆動油圧ユニットにおいては、吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、前記可変容量型油圧ポンプを駆動する可変速モータと、前記可変速モータを、予め定められた前記可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ対応の低速回転を含む多段速回転数で切換え可能に駆動制御するインバータ装置と、を備え、前記可変容量型油圧ポンプからのドレン量を監視し、予め定められた前記可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態に相当するドレン量を検出してその検出信号を前記低速での回転数指令信号として前記インバータ装置へ出力するドレン量検出手段を備えているものである。

本発明は、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力がフルカットオフ圧力に達するとドレン量が増加するというポンプ特性に着目して想到されたものである。即ち、上記の構成において、ドレン量検出手段によって、予め定められた可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態に相当するドレン量を検出し、この検出信号をインバータ装置への回転数指令信号として利用するものである。

従って、本発明によれば、フルカットオフ状態を検出するための圧力センサと、この圧力センサからの圧力検出結果に基づいてインバータ装置に回転数指令信号を出力する専用のコントローラを備える必要なく、可変容量型油圧ポンプがフルカットオフ圧力に達した際に対応する予め定められた低速回転となるようにインバータ装置に可変速モータを駆動制御させることができる。

このため、インバータ駆動油圧ユニットによる可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態におけるモータの低速回転運転による優れた省エネルギー運転が、従来よりも構成が大幅に簡略化された低コストで、且つ圧力センサや専用コントローラのための配線工程だけでなくコントローラの圧力設定という煩雑な手間の必要がない非常に簡便な作業で実現可能となる。

なお、インバータ装置としては、可変速モータに対して、フルカットオフ状態に対応させる低速回転運転と、フルカットオフ圧力以下における高速回転運転との少なくとも２種での回転数制御が可能な多段速（多段周波数）設定タイプのものとする。

また、ドレン量検出手段としては、フルカットオフ状態に相当するドレン量として予め設定されたドレン流量を検出できるものであれば種々のものが採用可能であるが、出来るだけ構成が簡便で低コストであるものが望ましい。そこで、流量スイッチを用いるのが簡便で好ましい。流量スイッチは、予め設定された流量を検出してＯＮ信号を出力し、設定より小さい流量になると信号がＯＦＦとなるため、本発明においては、フルカットオフ状態に対応するドレン量を検出すべき設定流量とし、インバータ装置に対してはＯＮ信号を低速回転数指令信号とし、信号ＯＦＦを高速回転数指令信号相当に設定すれば良い。

したがって、インバータ装置は、流量スイッチからのＯＮ信号を受けると、モータに対してフルカットオフ対応のための予め設定された低速回転数での運転へと切換え制御できる。また、可変容量型油圧ポンプの吐出圧力がフルカットオフ圧力から低下していけば、ドレン量が減少して流量スイッチからのＯＮ信号はＯＦＦとなり、インバータ装置は、モータに対して高速回転運転への切換え制御を行う。

本発明の一実施例によるインバータ駆動油圧ユニットを図１のブロック図に示す。本実施例では、可変容量型油圧ポンプを斜板式ピストンポンプとした場合を示す。即ち、本インバータ駆動油圧ユニット１は、斜板式ピストンポンプである可変容量型油圧ポンプ２の吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素である斜板１１のバネ１２に抗する傾斜角度を機械的に制御する圧力調整機構１０を備えたものである。また、可変容量型油圧ポンプ２を回転駆動させる可変速モータ３と、可変速モータ３の回転速度を制御するインバータ装置４を備えている。

そして、本実施例では、ドレン量検出手段としての流量スイッチ５を、タンクへのドレン流路に備えており、流量スイッチ５から出力される流量設定接点信号のＯＮ・ＯＦＦがインバータ装置４へ回転数指令信号６として入力される構成とした。

ここで、可変容量型油圧ポンプ２において見られる吐出圧力がフルカットオフ圧力に達するとドレン量が増加するという特性を図２の線図に示す。図２は、１０ＭＰａと２１ＭＰａとの２種の設定フルカットオフ圧力の場合を例に、それぞれ圧力上昇（横軸：圧力［ＭＰａ］）に応じて変化するドレン量（縦軸：流量［Ｌ／ｍｉｎ］）をプロットしたものである。

図２に示されるように、いずれの設定の場合でも、フルカットオフ圧力以下では２Ｌ／ｍｉｎにもならないドレン量がフルカットオフ圧力に達すると８Ｌ／ｍｉｎへと急増していることがわかる。したがって、可変容量型油圧ポンプのドレン量を監視し、このような大きなドレン量を検出することによって、圧力センサによる圧力検出を行うことなく、フルカットオフ状態を認識することができ、インバータ装置４へ低速回転指令を送ることができる。

本実施例において、可変容量型油圧ポンプ２の設定フルカットオフ圧力を７ＭＰａ、モータの回転数を低速回転運転時で４５０ｒｐｍ、高速回転運転時で１８００ｒｐｍに設定し、流量スイッチ５の設定流量を上記図２に示した特性に基づいて８Ｌ／ｍｉｎとしてモータ３の回転数制御を行った。この制御過程における動作状態を図３の線図に示す。なお、流量スイッチ５としては、シンプルでコンパクトなピストン式直線流路タイプのものとした。

図３は、可変容量型油圧ポンプ２の駆動において、時間経過（横軸：時間［ｓｅｃ］）に応じた吐出圧力（縦軸：圧力［ＭＰａ］，モータ回転数［ｒｐｍ］）の変化を表したものである。図３からわかるように、フルカットオフ圧力以下で高速回転運転であったモータ回転数が、フルカットオフ圧力に達し、流量スイッチ５からＯＮ信号が出力されると、直ちに低速回転数に切り換えられ、設定フルカットオフ圧力が維持されている。そして、吐出圧力が低下し、流量スイッチ５からの信号がＯＦＦになると、モータ回転数は直ちに高速回転数に切換えられている。

以上のように、本実施例のインバータ駆動油圧ユニット１においては、圧力センサや専用コントローラがなくても、可変容量型油圧ポンプ２のドレン量を監視し、フルカットオフ状態に相当するドレン量の有無を検出するだけで、モータ回転数を低速回転運転と高速回転運転とに良好に切換え制御することが可能である。

１，１０１：インバータ駆動油圧ユニット
２，１０２：可変容量型油圧ポンプ
３，１０３：可変速モータ
４，１０４：インバータ装置
５：流量スイッチ
６，１０７：回転数指令信号
１０，１１０：圧力調整機構
１１，１１１：吐出量可変要素（斜板）
１２，１１２：バネ
１０５：圧力センサ
１０６：コントローラ

Claims (1)

1. 吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、
   前記可変容量型油圧ポンプを駆動する可変速モータと、
   前記可変速モータを、予め定められた前記可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ対応の低速回転を含む多段速回転数で切換え可能に駆動制御するインバータ装置と、を備え、
   前記可変容量型油圧ポンプからのドレン量を監視し、予め定められた前記可変容量型油圧ポンプのフルカットオフ状態に相当するドレン量を検出してその検出信号を前記低速での回転数指令信号として前記インバータ装置へ出力するドレン量検出手段を備えており、
   前記ドレン量検出手段は、予め設定された前記フルカットオフ状態に相当するドレン量を検出してＯＮ信号を出力すると共に、設定より小さい流量になると信号がＯＦＦになる流量スイッチであることを特徴とするインバータ駆動油圧ユニット。

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