JPH01125577A - 油圧源の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は油圧源の駆動制御装置に関し、より具体的には
油圧ポンプを駆動する電動機の回転速度を制御する油圧
源の駆動制御装置に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題点） 一般に、電動機で油圧ポンプを駆動し発生した高圧流体
等の油圧エネルギを利用して各種のアクチュエータを駆
動する油圧装置においては、アクチュエータ側で消費す
る油圧エネルギの総和が時間的に変動せず一定の場合に
は其の設計は比較的簡単であって消費流量より僅かに多
口の量のエネルギを供給すれば良く、従ってポンプの１
回転当たりの吐出ｉｔ（ポンプ容量）乃至は駆動回転速
度等は一義的に決定することが出来る。これに対し、ア
クチュエータ側の作動が時間的に変化する場合には消費
エネルギのピーク値に合わせて供給側の能力を設定する
とピーク時以外では能力が大幅に超過することになって
此の余剰のエネルギをリリーフ弁を介して捨てなければ
ならず省エネルギの観点から不合理であると共に、捨て
たエネルギが熱となって必要以上に油温を上げることか
ら冷却の為の余分な装置を必要とすると云った欠点を伴
っている。

この問題に対して従来採られて来た解決策を分類すると
、大路次の３つに要約することが出来る。

■ポンプを可変容量型とし吐出側の圧力が規定価に達し
た際に吐出量を減少させる手法。

例えば制御装置を含む油圧システム全体の圧力を７０ｋ
ｇ／ｄに維持して各種のアクチュエータを制御するシス
テムを例にとると、アクチュエータ側の消費エネルギの
総和が減少してくるとポンプからの吐出量は圧力を高め
ることに使われ、規定の７０）ｃｇ／ｃｊを越えようと
する。この圧力をフィードバックしてポンプの吐出量可
変機構に作用させることでポンプ自体の吐出量を減少さ
せ、消費と供給とを釣り合わせようとするものである。

ポンプの供給エネルギは圧力Ｐと流量Ｑとの積、ＰＸＱ
で表現することが出来るので、圧力Ｐは一定でも流量Ｑ
を減することで省エネルギの効果は一応達成することが
出来る。このような可変容量型のポンプの例としては斜
板式のアキシャルポンプが有名であるが、概して高価で
ある。

更に、この手法も省エネルギ対策としてみた場合、尚不
十分である。一般に、ポンプは吐出量の小さなもの程全
体の効率は悪くなる。言い換えれば、吐出量が減少する
につれて効率は急速に悪化する。例えば、吐出量が零で
高圧下で駆動されている場合を考えてみると、この場合
確かに供給エネルギは零であるが、ポンプそのものは高
圧に曝されて回転しており、内部の漏れ損失或いは摩擦
損失は相当なものとなる。この場合、摩擦損失が回転速
度に比例している点に注目したい。従って、これを駆動
する電動機からみた消費エネルギは決して小さくはなく
、斯る如く供給電力にまで遡って考察した場合、省エネ
ルギの余地はまだまだ多い。但し、この方法は次に述べ
る■の手法に比べると、電動機が常時回転している分だ
けアクチュエータ側に大きな負荷変動が生じた時の追随
性に優れている。又、供給圧力も一定なので、アクチュ
エータの制御特性も一定となる等の利点を有する。

■電動機を一定速度で回転させると共にポンプの供給路
から分岐路を設け、これにアキュムレータを接続してア
キュムレータ内圧の上限値で電動機を止め、下限値で再
起動する手法。

この手法は■に比べると、電動機の停止している間は確
実に供給エネルギを零にすることが出来る反面、次の様
な欠点もある。

（ａ）アキュムレータ内圧が下限値になった時は電動機
を再度回転させることになるが、電動機の回転部のイナ
ーシャが大きく供給流量の応答性が若干犠牲となる。

（ｂ）上限値と下限値との差圧ΔＰを小さく設定すると
頻繁に起動／停止が繰り返されることになり、この場合
電動機の回転速度は例えば１４５０ｒｐｍと高いので其
の衝撃も太き（なり、起動の度に電動機のイナーシャを
加速するのにエネルギを消費するので、省エネルギ効果
が減殺される。

これを避けるにはアキュムレータの容積を大きくすれば
良いが、それではシステムが重量化し大型化してしまう
。逆に差圧ΔＰを大きくとると上限値と下限値とではア
クチュエータの制御特性が変わってしまうと云う欠点が
生じる。

（Ｃ）最悪のケースとしてアキュムレータの内圧が下限
値に近づきつつある時にアクチュエータ側の消費エネル
ギが２．に必要となることがあり得るので、アキュムレ
ータが付いているにもかかわらずポンプの容積は其のピ
ーク時の消費流量を賄うに足る値乃至は実際には其れよ
りも若干条目に設定せざるを得ない。

■アキュムレータの内圧の上限値でポンプの吐出側をタ
ンクに短絡してポンプの負荷を除去し、下限値で此の短
絡路を閉ざして元通り負荷をかける手法。

例えば、特公昭５１−４２３７３号公報に此の技術が内
燃機関で駆動されるポンプを例にとって開示されている
。この手法の場合上記■の（ａ）の問題は回避すること
が出来るが、それ以外の点では同じである。又、い（ら
空回りとは云えポンプは回転しているのであるから、そ
のための撹拌抵抗等のエネルギ損失は覚悟する必要があ
る。

以上総括すると、従来技術は省エネルギの点で一応の目
的は達成しているが、鵡多くの欠点を有しており、それ
らは比較的高速で且つ一定の速度で回転する電動機を使
用していることに起因している。

従って、本発明の目的は従来技術の上述の欠点を解消す
ることにあり、尚−層の省エネルギ効果を実現すると共
に、更に一層の小型軽量化を・可能とする油圧源の駆動
制御装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明は第１図に示す如く
、電動機手段１０、該電動機手段に連結され其の回転を
受けて駆動される油圧ポンプ手段１２、該油圧ポンプ手
段の発生する油圧エネルギを受けて動作するアクチュエ
ータ手段１４、前記油圧ポンプ手段の吐出圧力を検出す
る油圧ポンプ吐出圧力検出手段１６及び該電動機手段の
動作を制御する電動機制御手段１８を備えた油圧源の駆
動制御装置において、前記電動機制御手段は前記油圧ポ
ンプ吐出圧力検出手段の出力を入力して目標圧力との偏
差を求め、該偏差に応じて前記電動機手段の動作を制御
する如く構成した。

（作用） 検出圧力と目標圧力との偏差に応じて油圧ポンプ手段に
連結された電動機手段をフィードバック制御することに
より、小型のポンプ容量であっても必要な消費流量のピ
ーク時には回転速度を上昇させる等して吐出量を増加さ
せることで対処することが出来る。即ち、常時は油圧ポ
ンプ手段及び電動機手段の総合効率を考慮して電動機を
制御すると共に、消費流量の変動に対しては回転速度を
変える等して対応しているので、尚−層の省エネルギ効
果を実現することが出来、又装置を小型軽量にすること
が出来る。

（実施例） 以下添付図面に即して本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明に係る油圧源の駆動制御装置の全体構成
を示す概略図であり、第３図及び第４図は特に其の中の
電動機及び油圧ポンプの機械的構成を示す説明断面図で
ある。同図において符号３０は電動機を示しており、第
３図に良く示す如く該電動機３０は取付ステー３２を介
して歯車ポンプからなる油圧ポンプ３４に取着される。

油圧ポンプ３４のケーシング３６中には駆動歯車３８と
其れに噛合する従動歯車４０とが回転自在に設置される
と共に、駆動歯車３８の駆動軸４２が電動機３０の出力
軸４４に直結されていて電動機３０が回転すると駆動歯
車３８及び従動歯車４０も回転してタンク４６内の圧油
を供給路４８に圧送する。供給路４日は適宜位置におい
て逆止弁５０が介挿され、その下流において一方ではア
キュムレータ５２に分岐すると共に他方では双方向に回
転自在な油圧モータ５６に接続される。該油圧モータ５
６とタンク４６との間には復帰路５８が形成され、該復
帰路５８と供給路４８との間にはリリーフ弁５４が介挿
される。油圧モータ５６の先端には回転アーム６０が連
結されており、その回転方向は第２の電動機６２を介し
てボートを切り換えられる電動弁型の切換弁６４によっ
て制御される。該第２電動機６２自体は電動弁駆動回路
６６によって駆動される。

而して、第１電動機３０は制御ユニット７０に接続され
ており、その出力を受けて駆動させられると共に、該第
１電動機３０の近傍にはロークリエンコーダからなる回
転センサ７２が設けられて第１電動機３０の回転速度を
検出する。又、供給路４８の適宜位置にはブルドン式等
の圧力センサ７４が設けられて油圧ポンプ３４の吐出圧
力を検出しており、これらセンサ７２．７４も制御ユニ
ット７０に接続されて其の出力が該ユニットニ入力され
る。

第５図は制御ユニット７０の詳細を示すブロック図であ
り、図示の如く該ユニットはマイクロ・コンピュータ８
０を備える。８亥マイクロ・コンピュータ８０は、Ａ／
Ｄ変換回路８０ａＳＣＰＵ８０　ｃ、ＲＯＭ８０ｄＳＲ
ＡＭ８０　ｅ及び出力ボートたるＤ／Ａ変換回路８０ｆ
等からなる。又、前記回転センサ７２の出力は制御ユニ
ット７０内に入力された後、Ｆ／Ｖ変換回路８２で電圧
値に変換され、Ａ／Ｄ変換回路８０ａを介してマイクロ
・コンピュータ内に取り込まれてＲＡＭ８０ｅに一時格
納される。同様に、圧力センサ７４の出力も制御ユニッ
ト７０内においてレベル変換回路８４で適宜レベルに変
換された後、Ａ／Ｄ変換回路８０ａを介してマイクロ・
コンピュータ内に入力されＲＡＭ８０　ｅ内に一時格納
される。而して、マイクロ・コンピュータ８０において
ＲＯＭ８０ｄ内には油圧ポンプ３４の吐出圧力の目標値
ＰＤが格納されており、ＣＰＵ８０　ｃは該目標値ＰＤ
と検出値Ｐとの偏差を算出して該偏差を解消すべく回転
センサ７２を介して検出している第１電動機３０の回転
数を決定し、Ｄ／Ａ変換回路８０ｆを通じて指令値を電
動機駆動回路８６に出力し、第１電動機３０を駆動して
油圧ポンプ３４の吐出圧力が目標値となる如く制御する
。

続いて、第６図フロー・チャートを参照して本発明に係
る制御装置の動作を説明する。

先ず、ステップｌＯＯにおいて装置各部をイニシャライ
ズした後、ステップ１０２において前記した圧力センサ
７４の検出値Ｐ　（ｋｇ／ｃｄｌ）をＡ／Ｄ変換回路８
０ａから読み出し、ステップ１０４においてＲＯＭ８０
　ｄに格納されている吐出圧力目標値ＰＤ　　（ｋｇ／
Ｃ４）を読み出して偏差を算出し、第１電動機３０の回
転速度を以下の如く算出する。

ＮＣ−ｆ　　（ＰＤ　−Ｐ） ＝ｇ　（Ｐ）　　　　　［ｒｐｍｌ 即ち、圧力値を関数として電動機の回転速度を制御する
ものであり、偏差が減少するように電動機回転速度を算
出するものである。具体的には第７図に示す如く、 ＮＣ＝ｋ（ｐｎ−Ｐ）［ｒｐｍｌ とする（ｋ：比例定数）。

続いて、この算出値ＮＣを指令値ＮＯとして電動機駆動
、回路８６に出力することになるが、この場合第８図に
示す如く、算出値が油圧ポンプ３４の最大回転速度Ｎ　
ＭＡＸと零との間になる如（指令値を決定する。即ち、
ステップ１０６において算出値ＮＣがポンプ最大回転速
度Ｎ　ＭＡＸを超えるか否か判断し、超えると判断され
た場合にはステップ１０日において最大回転速度をもっ
て指令値ＮＤとすると共に、超えないと判断された場合
には続いてステップ１１０において算出値が零又は負値
であるか否か判断し、零又は負値ではない場合には算出
値をそのまま指令値としくステップ１１２）、負値の場
合はポンプの逆転を防止するために又零であれば其のま
ま指令値を零とする（ステップ１１４）、続いて、ステ
ップ１１６において指令値ＮＯを電動機駆動回路８６に
出力して第１電動機３０を駆動（乃至は駆動しない）す
る。

この場合、回転線センサ７２の検出値を使用して回転速
度が目標速度となる様にフィードバック制御しても良い
。斯る手順を停止スイッチ（図示せず）が作動する等し
てプログラムが停止するまで繰り返す（ステップ１１８
）。尚、第１回の起動時にはアキュムレータが空である
ので、イニシャライズ動作後直ちに油圧ポンプをとりあ
えずＮＭ＾Ｘで回転させる。

本実施例の場合、油圧ポンプの吐出圧力の実際値と目標
値との偏差を算出し該偏差が解消するように電動機の回
転速度をフィードバック制御する如く構成したので、電
動機等の容量を小型にすることが出来て装置を小型軽量
にすることが出来ると共に、省エネルギ効率を一層向上
させることが出来る。

尚、圧力偏差に比例定数ｋを乗じて求める場合アクチュ
エータ側の消費量の変動が緩やかな時はこれで同等問題
ないが変動が激しい場合には応答性を向上させることが
必要となる。−例としては ＮＣ＝ｋ　　（ＰＤ−Ｐ）’　　　（ｒｐｍ）としく但
しｎ１ｌ）、例えば第９図に示す如（Ｎｃ＝ｋ（ｐｏ−
Ｐ）”　　　（ｒｐｍ）として偏差が大きい程電動機の
回転速度を上昇させることが考えられる。この場合副次
的な効果として第１０図に示す如く、ｎ＝１とした場合
（同図に波線で示す）に比して電動機（及び油圧ポンプ
）の効率が最大となる回転速度Ｎ　ＯＰＴに接近する様
に回転速度を決定することが出来る。例えばいま圧力が
Ｐａとするとｎ＝１のときの回転速度Ｎａｌよりもｎ＝
２のときの其れＮａ２の方がＮ　ＯＰＴに接近する。圧
力がＰｂのときもＮｂ２の方がＮｂ１（ｎ＝１）のとき
よりもＮ　ＯＰＴに接近させることが出来る。

更には、 ＮＣ＝ｋ　　（ＰＤ　−Ｐ）　　　　　（ｒｐｍ）にお
いて、検出圧力Ｐに応じて比例定数ｋを変えることも考
えられる。即ち、第１１図に示す如くＰｉ　＜Ｐ＜ＰＤ
　　のとき　ｋ−ｋｌＰ２　＜Ｐ＜ＰＬ　　のとき　ｋ
−に２Ｐｎ＜Ｐ＜Ｐ２　　のとき　ｋ＝ｋｎ として偏差が大きくなる程比例定数ｋを大きくしても良
い。尚、この場合、図示の如くヒステリシスを設けてハ
ンチングを防止する必要がある。

或いは、第１２図に示す如く、 ＮＧ　−ｋ　（ＰＤ　−Ｐ）　　　　（ｒｐｍ）におい
て、算出値ＮＣを圧力Ｐに応じて変えても良い、即ち、 ＰＬ　＜Ｐ＜ＰＤ　　のとき　ＮＣ＝ＮＣＩＰ２　＜Ｐ
＜ＰＬ　　のとき　ＮＣ−ＮＣ２Ｐ３＜Ｐ＜Ｐ２　　（
７）とき　ＮＣ＝Ｎｃ、Ｐ≦Ｐｎ　　のとき　ＮＣ−Ｎ
ＭＡＸ としでも良い。尚、ヒステリシスを設けることは前例と
同様である。

更には、微分制御手法を採り入れ、 ＮＣ＝ｋ　（ＰＤ　−Ｐ）　− ＫＩ　Ｋ２　　（ｄＰ／ｄ　ｔ）（ｒｐｍ）としても良
＜　（Ｋｌ、に２　：比例定数）、更にｄＰ／ｄｔ＜Ｏ
のとき　Ｋｌ＝１ ｄ　Ｐ／ｄ　ｔ　＞Ｏのとき　Ｋ１＝０とし、流量を示
す圧力Ｐの変化率が大きい程、電動機を速く回転させて
も良い。尚、微分を行わなくても、単位時間ｄｔの間の
圧力Ｐの減少量が成るしきい値を超えた場合回転速度を
上げるようにしても良い。これらの場合もヒステリシス
を設けることは云うまでもない。

又、上記実施例においてアクチエエータ側の消費流量と
供給流量（即ち、電動機回転数ＮＣ）とが釣り合ってし
まい、所望の制御が行えない場合が生ずることがあるが
、斯る場合は積分制御手法を採り入れ、 ＮＣ＝ｋ　（ＰＤ　−Ｐ）　＋ に３　　Ｓ’　　（ＰＤ　　−Ｐ）　　ｄｔ　　（ｒｐ
ｍ）又は、 ＮＣ−ｋ　（ＰＤ　−Ｐ）　＋ ＫＩ　Ｋ２　　（ｄＰ／ｄ　ｔ）＋ に３　Ｓ：、（ＰＤ−Ｐ）ｄ　ｔ　（ｒｐｍ）等として
も良い。尚、ヒステリシスについては前と同様である。

第１３図は本発明の第２実施例を示しており、第１実施
例と相違する点は回転センサ７２に代え、第１電動機３
０の付近に該電動機への通電電流を検出する電流センサ
７６を設け、圧力偏差に応じて電動機の発生トルクを電
流で制御する如く構成したものである。尚、発生トルク
と回転速度の間には因果関係があるので、この実施例に
おいてもトルク制御を通じて最終的には回転速度を制御
することになる。第１４図は第２実施例の動作を説明す
るフロー・チャートであるが、同図を参照して説明する
と、装置をイニシャライズして圧力Ｐを読み出した後（
ステップ２００，２０２）、第１実施例と略同様にトル
クτを算出する（スチップ２０４）。

ｒ＝ｆ　（ＰＤ　−Ｐ）　　［ｋｇ−ｍ］例えば、 τ＝ｋ　（ＰＤ−Ｐ）＋に２　　（ｄｐ／ｄ　ｔ）＋に
３　　Ｓ　　（ＰＤ　−Ｐ）　ｄｔ とする。

続いて、電動機の焼損を防止するために算出値を上下限
値内に制限した後（ステップ２０６〜２１４）、通電電
流値ｉを ｉ−τ／ｋｔ　　　［Ａ］ から算出する（ｋｔ　：電動機トルク定数、但し、パラ
メータは圧力フィードバック系の安定性を保つために適
宜変更する）、続いて、算出値を電動機駆動回路８６に
出力してプログラムが終了するまで繰り返すものである
（ステップ２１８．２２０）。尚、残余の構成は第１実
施例と異ならないので、第１実施例に関して説明してき
たことは全て第２実施例にも妥当する。

本実施例の場合、第１実施例の利点に加えて、一般に回
転数制御の場合センサは電流センサと回転センサとの２
つが必要であるが、この実施例においては電流センサの
みで足る利点を有する。

（発明の効果） 本発明に係る油圧源の駆動制御装置においては電動機制
御手段は油圧ポンプ吐出圧力検出手段の出力を入力して
目標圧力との偏差を求め該偏差に応じて電動機手段の動
作を制御する如く構成したので、常時は油圧ポンプ手段
及び電動機手段の総合効率を考慮して電動機手段を制御
すると共に消費流量の変動に対しては回転速度を変える
等して対処することになって一層省エネルギ効率が向上
する利点を備える。又、必要最小限の油圧エネルギを供
給すれば足る如（構成したので電動機等の容量を少量に
することが出来るため、装置の小型軽量化を一層押し進
めることが出来る利点を備える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明に係
る油圧源の駆動制御装置の全体構成を示す概略図、第３
図は電動機及び油圧ポンプの機械的構成を示す縦断面図
、第４図は第３図ＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は制御ユ
ニットの詳細な構成を示すブロック図、第６図は該装置
の動作を示すフロー・チャート、第７図は電動機回転速
度を算出する手法を示す説明図、第８図は回転数算出値
ＮＣと指令値ＮＤとの変換関係を示す説明図、第９図乃
至第１２図は電動機回転速度の算出手法の別の変形例を
示す説明図、第１３図は本発明の第２実施例を示す制御
装置の概略図及び第１４図は第２実施例装置の動作を示
すフロー・チャートである。 １０・・・電動機手段（第１電動機３０）、１２・・油
圧ポンプ手段（油圧ポンプ３４）、１４・・・アクチュ
エータ手段（油圧モータ５６）、１６・・・油圧ポンプ
吐出圧力検出手段（圧力センサ７４）、１８・・・制御
手段（制御ユニット７０）、３０・・・第１電動機、３
４・・・油圧ポンプ、４６・・・タンク、４８・・・供
給路、５０・・・逆止弁、５２・・・アキュムレータ、
５４・・・リリーフ弁、５６・・・油圧モータ、５８・
・・復帰路、６０・・・回転アーム、６２・・・第２電
動機、６４・・・切換弁（電動弁）、６６・・・電動弁
駆動回路、７０・・・制御ユニット、７２・・・回転セ
ンサ、７４・・・圧力センサ、７６・・・電流センサ、
８０・・・マイクロ・コンピュータ、８２・・・Ｆ／Ｖ
変換回路、８４・・・レベル変換回路、８６・・・電動
機駆動回路 ′：１１図 第２図 第５図 ζＯ 第６図 第１３図 第１４図 手続主甫正書（自発） 平成元年　２月　３日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　殿 １、　事件の表示 昭和６２年特許願第２８４７５７号 ２、発明の名称 油圧源の駆動制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　東京都港区南青山２丁目１番１号卓シダ　　ギ
ケシゴウギ曹つ 名　称　本田技研工業株式会社 り貞りダＶ 代表者久米是志 ４、代理人 ◎１６２電話０３　（２３５）　４５３７住　所　東京
都新宿区市谷本村町３番地２５号明細書の発明の詳細な
説明欄 ＼ｔ：１ ７、補正の内容 明細書第１４頁第８行の「回転線センサ」を「回転セン
サ」と補正する。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１） ａ、電動機手段、 ｂ、該電動機手段に連結され其の回転を受けて駆動され
   る油圧ポンプ手段、 ｃ、該油圧ポンプ手段の発生する油圧エネルギを受けて
   動作するアクチュエータ手段、 ｄ、前記油圧ポンプ手段の吐出圧力を検出する油圧ポン
   プ吐出圧力検出手段、 及び ｅ、該電動機手段の動作を制御する電動機制御手段、 を備えた油圧源の駆動制御装置において、前記電動機制
   御手段は前記油圧ポンプ吐出圧力検出手段の出力を入力
   して目標圧力との偏差を求め、該偏差に応じて前記電動
   機手段の動作を制御することを特徴とする油圧源の駆動
   制御装置。
2. （２）前記電動機制御手段は、該偏差を解消すべく前記
   電動機手段を回転速度可変に制御することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の油圧源の駆動制御装置。
3. （３）前記電動機制御手段は、該偏差を解消すべく前記
   電動機手段の発生トルクを可変制御することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の油圧源の駆動制御装置。
4. （４）前記制御値は補正値を含んでなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項又は第３項記載の油圧源の駆動
   制御装置。