JP7296749B2

JP7296749B2 - 油圧装置

Info

Publication number: JP7296749B2
Application number: JP2019043264A
Authority: JP
Inventors: 央憲本多
Original assignee: 株式会社ジェイテクトフルードパワーシステム
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: JP2020148205A

Description

本発明は、可変速の電動機で油圧ポンプを回転駆動し、油圧ポンプで作動油を吸入吐出する油圧装置に関する。

従来の油圧装置は、吐出圧力がカットオフ開始圧力に達すると吐出量を最大吐出量から減少し、吐出圧力がフルカット圧力に達すると吐出量を略零にするカットオフ特性の可変容量型油圧ポンプと、この可変容量型油圧ポンプを回転駆動する可変速の電動機とを備え、可変容量型油圧ポンプのカットオフ開始圧力からフルカット圧力までの間において、吐出圧力の上昇に応じて吐出量を減少し、電動機の消費電力を低減して省エネ化を図っている。

特開２００３－１７２３０２号公報

ところが、かかる従来の油圧装置では、可変容量型油圧ポンプのカットオフ開始圧力にいたるまでの吐出量が必要以上に多いため、電動機の消費電力の低減がいまだ十分ではなく、満足のいく省エネ化を図ることができなかった。そこで、省エネ化を図るために、吐出圧力と吐出量との積が略一定となる定馬力制御の可変容量型油圧ポンプを用いると、負荷側に供給する作動油量が減少してしまう問題点があった。

本発明の課題は、電動機の消費電力を低減して省エネ化を図りつつ、負荷側に供給する作動油量の減少を抑制し得る油圧装置を提供するものである。

かかる課題を達成すべく、本発明は次の手段をとった。即ち、
作動油を吸入吐出して負荷側に供給し、吐出圧力と吐出量との積が略一定となる定馬力制御の可変容量型油圧ポンプと、可変容量型油圧ポンプを回転駆動して回転数を可変速にする電動機と、電動機の回転数を低速と高速とに切換制御するインバータとを備え、インバータは電動機の低速の回転数を５００ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１８００ｒｐｍに設定すると低速の回転数から高速の回転数に切換える加速時間を０．０３０秒から０．３０１秒の間に設定し、電動機の低速の回転数を７５０ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１８００ｒｐｍに設定すると前記加速時間を０．０２４秒から０．２４３秒の間に設定し、電動機の低速の回転数を７５０ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１５００ｒｐｍに設定すると前記加速時間を０．０１７秒から０．１７４秒の間に設定することを特徴とする油圧装置がそれである。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、可変容量型油圧ポンプは吐出圧力と吐出量との積が略一定となる定馬力制御とし、電動機の回転数を低速と高速とに切換制御するインバータは、電動機の低速の回転数を５００ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１８００ｒｐｍに設定すると低速の回転数から高速の回転数に切換える加速時間を０．０３０秒から０．３０１秒の間に設定し、電動機の低速の回転数を７５０ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１８００ｒｐｍに設定すると前記加速時間を０．０２４秒から０．２４３秒の間に設定し、電動機の低速の回転数を７５０ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１５００ｒｐｍに設定すると前記加速時間を０．０１７秒から０．１７４秒の間に設定する。このため、可変容量型油圧ポンプは定馬力制御であるから、必要とする吐出圧力における吐出量を余分に多くすることなくでき、可変容量型油圧ポンプを回転駆動する電動機の消費電力を低減することができて省エネ化を図ることができる。そして、電動機の回転数を低速から高速に切換える加速時間を下限値０．０１７秒から上限値０．３０１秒の間に設定しているから、電動機で回転駆動する可変容量型油圧ポンプを短時間で加速することができ、可変容量型油圧ポンプから負荷側に供給する作動油量が減少することを抑制できる。

本発明の一実施形態を示し、油圧装置に油圧シリンダを接続した回路図である。図１の特性を示し、吐出圧力―吐出量および吐出圧力―消費電力の特性図である。図１の特性を示し、時間―回転数の特性図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１において、１は作動油を吸入吐出する可変容量型油圧ポンプとしての可変容量型ベーンポンプで、吐出量可変要素２をカムリングとし、ロータの回転でベーンをカムリングに摺接して作動油を吸入吐出し、吐出量可変要素２の可動に応じて吐出量を増減自在にする。可変容量型ベーンポンプ１は、図２にグラフ線Ａで示す如く、吐出圧力と吐出量との積が略一定となる定馬力制御で、吐出圧力の上昇に応じて吐出量が減少して最大吐出圧力で吐出量が略０となると共に、吐出圧力の低下に応じて吐出量が増加して最少吐出圧力で吐出量が最大となる。３は可変容量型ベーンポンプ１を回転駆動する可変速の電動機で、ロータに永久磁石を内蔵して固定子の回転磁界に永久磁石が引っ張られてロータが同期回転するＩＰＭモータを用いている。Ｔは油タンクで、可変容量型ベーンポンプ１で吸入吐出する作動油を貯蔵している。４は可変容量型ベーンポンプ１の吸入流路で、油タンクＴから可変容量型ベーンポンプ１に吸入される作動油が流通する。５は可変容量型ベーンポンプ１の吐出流路で、電磁切換弁６に接続し、可変容量型ベーンポンプ１から吐出する作動油が流通する。

７は吐出流路５に配設した逆止め弁で、可変容量型ベーンポンプ１側から電磁切換弁６側への流れを自由流れとし、電磁切換弁６側から可変容量型ベーンポンプ１側への流れを微少流れにする。８は圧力計で、吐出流路５における可変容量型ベーンポンプ１と逆止め弁７との間に分岐接続し、可変容量型ベーンポンプ１の吐出圧力を表示する。９は負荷としての油圧シリンダで、ピストン９Ａで内部にロッド側室９Ｂとキャップ側室９Ｃとを区画形成し、ロッド側室９Ｂを挿通してピストンロッド９Ｄを図１左方向に突出すると共に、キャップ側室９Ｃを挿通してピストン９Ａの位置を検知する位置検知棒９Ｅを図１右方向に突出している。油圧シリンダ９はロッド側室９Ｂを第１負荷流路１０により電磁切換弁６に接続し、キャップ側室９Ｃを第２負荷流路１１により電磁切換弁６に接続している。１２は油タンクＴに接続した戻り流路で、電磁切換弁６に接続し、油圧シリンダ９からの作動油を流通して油タンクＴに還流する。

電磁切換弁６は、中立位置Ｘと第１切換位置Ｙと第２切換位置Ｚとの３位置を有し、一方の電磁石６Ａへの通電で第１切換位置Ｙに切換り、他方の電磁石６Ｂへの通電で第２位置Ｙに切換り、両電磁石６Ａ、６Ｂの非通電で中立位置Ｘに位置する。第１切換位置Ｙは第１負荷流路１０を戻り流路１２に切換連通すると共に、第２負荷流路１１を供給流路５に切換連通する。第２切換位置Ｚは第１負荷流路１０を供給流路５に切換連通すると共に、第２負荷流路１１を戻り流路１２に切換連通する。中立位置Ｘは供給流路５を遮断し、第１負荷流路１０、第２負荷流路１１を戻り流路１２に連通する。１３は第１位置センサ、１４は第２位置センサで、それぞれ油圧シリンダ９の位置検知棒９Ｅに対向して配置している。第１位置センサ１３はピストン９Ａ、ピストンロッド９Ｄが図１に示す原位置に位置することを検知して検知信号を出力する。第２位置センサ１４はピストン９Ａ、ピストンロッド９Ｄが図１の左方向に移動して左端に位置することを検知して検知信号を出力する。

１５は電動機３の回転数を制御するインバータで、電動機３の回転数を低速と高速とに切換制御する。インバータ１５は電磁切換弁６の電磁石６Ａ、６Ｂへの通電信号を受けて電動機３の回転数を低速から高速に切換制御すると共に、第１位置センサ１３、第２位置センサ１４からの検知信号を受けて電動機３の回転数を高速から低速に切換制御する。図３に示す如く、電動機３の低速の回転数は７５０ｒｐｍに、高速の回転数は１８００ｒｐｍにそれぞれ設定している。Ｂは電動機３の回転数を低速（７５０ｒｐｍ）から高速（１８００ｒｐｍ）に切換えを開始する開示時点である。Ｃは電動機３の回転数を低速（７５０ｒｐｍ）から高速（１８００ｒｐｍ）に切換える加速時間で、０．０２４秒から０．２４３秒の間に設定している。Ｄは電動機３の回転数を高速（１８００ｒｐｍ）から低速（７５０ｒｐｍ）に復帰する復帰時点である。油圧シリンダ９は、ピストン９Ａが開始時点Ｂで移動を開始し、復帰時点Ｄの約１秒前に停止する。

電動機３の低速の回転数は、５００ｒｐｍから７５０ｒｐｍの間に設定する。低速の回転数が５００ｒｐｍ未満だと、吐出量が最少状態で、遠心力が不足して可変容量型ベーンポンプ１のベーンが十分に飛び出さず作動不良が生じ、低速の回転数が７５０ｒｐｍを超えると、可変容量型ベーンポンプ１を回転駆動する電動機３の消費電力が増加する欠点がある。電動機３の高速の回転数は１５００ｒｐｍから１８００ｒｐｍの間に設定する。高速の回転数が１５００ｒｐｍ未満だと、吐出量が最大状態で、可変容量型ベーンポンプ１のベーンが十分に飛び出さず作動不良が生じ、高速の回転数が１８００ｒｐｍを超えると、ロータと側板との摺接個所の摩耗が促進する欠点がある。加速時間は、低速の回転数を７５０ｒｐｍ、高速の回転数を１５００ｒｐｍに設定すると０．０１７秒から０．１７４秒の間に設定する。また、低速の回転数を５００ｒｐｍ、高速の回転数を１８００ｒｐｍに設定すると０．０３０秒から０．３０１秒の間に設定する。このため、電動機３の低速の回転数を５００ｒｐｍから７５０ｒｐｍの間に設定し、高速の回転数を１５００ｒｐｍから１８００ｒｐｍの間に設定すると、加速時間は下限値０．０１７秒から上限値０．３０１秒の間に設定する。加速時間が０．０１７秒未満では高速の回転数に到達しないため設定できない。加速時間が０．３０１秒を超えると、可変容量型ベーンポンプ１が最大吐出量になるまでの時間を要し、油圧シリンダ９の作動が遅くなる欠点がある。

次に、かかる構成の作動を説明する。
図１は、油圧シリンダ９の停止状態を示し、電磁切換弁６は中立位置Ｘに位置して吐出流路５が遮断され、可変容量型ベーンポンプ１は電動機３により低速で回転駆動され、吐出圧力が最大で、吐出量可変要素２が吐出量を略０にしている。

この状態で、電磁切換弁６を一方の電磁石６Ａに通電して第１切換位置Ｙに切換えると、インバータ１５は電磁石６Ａへの通電信号を受けて電動機３の回転数を低速から高速に切換制御する。可変容量型ベーンポンプ１は電動機３により高速で回転駆動され、吐出量可変要素２が可動して吐出量を最大にする。可変容量型ベーンポンプ１から吐出した作動油は吐出流路５、電磁切換弁６、第２負荷流路１１を流れて油圧シリンダ９のキャップ側室９Ｃに供給され、油圧シリンダ９はピストンロッド９Ｄがピストン９Ａとともに図１左方向へ移動する。油圧シリンダ９のロッド側室９Ｂの作動油は第１負荷流路１０、電磁切換弁６、戻り流路１２を流れてタンクＴに還流する。ピストンロッド９Ｄの移動中には、ピストンロッド９Ｄに作用する荷重に応じて吐出圧力が増減し、吐出圧力の増減に応じて吐出量が減増する。

ピストンロッド９Ｄが図１左方端まで移動すると、インバータ１５は第２位置センサ１４からの検知信号を受け、電動機３の回転数を高速から低速に切換制御する。電磁切換弁６は電磁石６Ａを非通電にして中立位置Ｘに復帰して吐出流路５を閉じる。可変容量型ベーンポンプ１は吐出圧力が最大になり吐出量を略０にする。油圧シリンダ９はロッド側室９Ｂ、キャップ側室９Ｃがともに油タンクＴに連通し、ピストンロッド９Ｄが図１左方端で停止する。

ピストンロッド９Ｄが図１左方端で停止した状態で、電磁切換弁６を他方の電磁石６Ｂに通電して第２切換位置Ｚに切換えると、インバータ１５は電磁石６Ｂへの通電信号を受けて電動機３の回転数を低速から高速に切換制御する。可変容量型ベーンポンプ１は電動機３により高速で回転駆動され、吐出量可変要素２が可動して吐出量を最大にする。吐出流路５から電磁切換弁６に流れる作動油は、第１負荷流路１０を流れて油圧シリンダ９のヘッド側室９Ｂに供給され、油圧シリンダ９はピストンロッド９Ｄがピストン９Ａとともに図１右方向へ移動する。油圧シリンダ９のキャップ側室９Ｃの作動油は第２負荷流路１１、電磁切換弁６、戻り流路１２を流れてタンクＴに還流する。

ピストンロッド９Ｄが図１の原位置まで復帰移動すると、インバータ１５は第１位置センサ１３からの検知信号を受け、電動機３の回転数を高速から低速に切換制御する。電磁切換弁６は電磁石６Ｂを非通電にして中立位置Ｘに復帰して吐出流路５を閉じる。可変容量型ベーンポンプ１は吐出圧力が最大になり吐出量を略０にし、油圧シリンダ９はピストンロッド９Ｄが図１の原位置で停止する。

かかる作動で、可変容量型ベーンポンプ１は吐出圧力と吐出量との積が略一定となる定馬力制御とし、電動機３の回転数を低速と高速とに切換制御するインバータ１５は、電動機３の低速の回転数を５００ｒｐｍから７５０ｒｐｍの間に設定すると共に、高速の回転数を１５００ｒｐｍから１８００ｒｐｍの間に設定し、低速の回転数から高速の回転数に切換える加速時間を０．０１７秒から０．３０１秒の間に設定した。このため、可変容量型ベーンポンプ１は、図２にグラフ線Ａで示す如く定馬力制御であるから、図２にグラフ線Ｆで示すカットオフ制御の従来の可変容量型油圧ポンプに比し、必要とする吐出圧力における吐出量を余分に多くすることなくでき、図２にグラフ線Ｅで示す如く、可変容量型ベーンポンプ１を回転駆動する電動機３の消費電力を、図２にグラフ線Ｇで示す如く、従来の電動機の消費電力に比し、低減することができて省エネ化を図ることができる。そして、電動機３の回転数を低速から高速に切換える加速時間Ｃを０．０１７秒から０．３０１秒の間に設定しているから、電動機３で回転駆動する可変容量型ベーンポンプ１を短時間で加速することができ、可変容量型ベーンポンプ１から油圧シリンダ９側に供給する作動油量が減少することを抑制できる。

なお、前述の一実施形態では、インバータ１５は、電磁切換弁６の電磁石６Ａ、６Ｂへの通電信号を受けて電動機３の回転数を低速から高速に切換制御し、位置センサ１３、１４からの検知信号を受けて電動機３の回転数を高速から低速に切換制御したが、インバータは圧力センサや流量センサからの検知信号を受けて電動機の回転数を低速と高速とに切換制御してもよい。また、電動機３はＩＰＭモータとしたが、三相誘導電動機やサーボモータでもよい。また、可変容量型油圧ポンプは可変容量型ベーンポンプ１としたが、可変容量型斜板式ピストンポンプでもよいことは勿論である。

１：可変容量型ベーンポンプ（可変容量型油圧ポンプ）
３：電動機
９：油圧シリンダ（負荷）
１５：インバータ

Claims

作動油を吸入吐出して負荷側に供給し、吐出圧力と吐出量との積が略一定となる定馬力制御の可変容量型油圧ポンプと、可変容量型油圧ポンプを回転駆動して回転数を可変速にする電動機と、電動機の回転数を低速と高速とに切換制御するインバータとを備え、インバータは電動機の低速の回転数を５００ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１８００ｒｐｍに設定すると低速の回転数から高速の回転数に切換える加速時間を０．０３０秒から０．３０１秒の間に設定し、電動機の低速の回転数を７５０ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１８００ｒｐｍに設定すると前記加速時間を０．０２４秒から０．２４３秒の間に設定し、電動機の低速の回転数を７５０ｒｐｍに設定すると共に高速の回転数を１５００ｒｐｍに設定すると前記加速時間を０．０１７秒から０．１７４秒の間に設定することを特徴とする油圧装置。