JPH05256264A - 可変容量型ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吐出圧と流量とを共に閉ループの電気−油圧
系で単一の比例電磁制御弁を用いて制御することができ
ると共に電気信号の消失時や負荷圧の異常上昇時におい
てポンプを直ちにアンロード状態にするフェールセーフ
機能を有するロードセンシング制御型の可変容量型ポン
プを提供する。 【構成】 吐出量に対応した電気信号を出力する第１の
検出手段と、吐出圧に対応した電気信号を出力する第２
の検出手段と、可変要素の加圧室をタンクまたはポンプ
吐出ポートに対して入力電流に比例した開度で連通させ
ると共に入力電流の無いときには前記加圧室にポンプ吐
出圧を導いてポンプをアンロード状態にするファンクシ
ョンに自動復帰する比例電磁制御弁と、流量設定信号と
第１の検出手段の検出信号との偏差に応じて前記入力電
流の大きさを調整する第１制御手段と、圧力設定信号と
第２の検出手段の検出信号とを入力としてポンプ吐出圧
が設定圧に達したときに可変要素がカットオフ状態とな
るように前記入力電流を制御する第２制御手段とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可変容量型ポンプに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の可変容量型ポンプでは、図３に示
すように、圧力と流量の設定は共に電気信号として与え
ているものの、これらの圧力設定信号ｉ１および流量設
定信号ｉ２に基づくポンプ３１の吐出量可変要素３２の
変位の制御は、油圧パイロット圧力によるコンペンセー
タ弁制御方式の開ループ制御である。

【０００３】即ち、図３において、ポンプ３１の吐出側
に比例電磁流量制御弁３３を直列に挿入し、その比例ソ
レノイドに入力電流ｉ２を与えて、ソレノイドの吸引力
と対抗したばね力との関係でスプールを比例動作させて
その絞り開度を定め、この絞り前後の差圧を一定に保つ
ように可変要素３２の加圧室の圧油圧力をコンペンセー
タ弁３４によって制御し、ポンプ３１の可変要素３２を
対抗ばね力に対して前記加圧室内の圧力の制御で変位制
御することにより、入力電流ｉ２に対応した所定の吐出
流量を得る一方、ポンプ３１の吐出ポートから固定オリ
フィス３５を介して比例電磁リリーフ弁３６にパイロッ
ト圧を作用させ、この比例電磁リリーフ弁３６を設定圧
力に対応した入力電流ｉ１により比例制御して、吐出圧
が設定圧力に達したときにリリーフ弁３６を開くことに
より吐出圧油の一部を固定オリフィス３５及びリリーフ
弁３６を介してパイロット流れとしてタンクへ逃がすよ
うにし、このときの固定オリフィス３５の前後の差圧を
コンペンセータ弁３７で検出して可変要素３２の加圧室
に吐出圧油の一部を導入し、以ってリリーフ弁３６によ
り所定のカットオフ圧力値を得るようにしたロードセン
シング制御方式となっている。

【０００４】尚、図３において安全弁３８はリリーフ弁
３６と並列に機能し、吐出圧または負荷圧が自身の調圧
ばねに設定された上限圧に達するとパイロットラインを
タンクへ連通させてコンペンセータ弁３７を切換え、可
変要素３２の加圧室に吐出圧油を直接導入してポンプを
直ちにアンロード状態にするためのものである。

【０００５】このような従来のロードセンシング制御の
可変容量型ポンプでは、ソレノイドのヒステリシス以外
にも、開ループの油圧制御方式のために圧油の圧縮性や
粘性等が影響して圧力および流量制御共にヒステリシス
を小さくすることが困難であるので制御性に難点があ
り、ポンプの吐出圧としては負荷圧のみならずメイン流
路中の流量制御弁３３の絞り前後の差圧分が上乗せさ
れ、この流量制御弁３３は吐出量の大きさに応じて体格
の大きいものが必要である。

【０００６】また従来の可変容量型ポンプでは、油圧的
なコンペンセータ弁の動きを信号として可変要素を変位
させるため、動作特性上の限界が存在し、油圧制御方式
であるので補償をとることが難しく、応答性を高めると
発振現象を起こし易く、メインスプールやばねなどの振
動要素をもつコンペンセータ弁やパイロットリリーフ弁
などを多く用いているので、安定動作のためのダンピン
グ用絞りの付加をはじめ、使用状態での現場の整合性調
整作業が必要となることがある。

【０００７】更に従来の可変容量型ポンプでは、パイロ
ット圧制御を行うので油路が複雑に入り組み、ポンプハ
ウジングやカバーの通路構成が複雑化し、圧力設定信号
を受けるための比例電磁弁と流量設定信号を受けるため
の比例電磁弁とが別個にそれぞれ必要であるので消費電
力が大きいことの他に各弁をポンプに搭載する場合には
全体の体格が大きくなってコンパクト化を図ることが困
難であるなど、種々の欠点を抱えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な課題
は、前述の従来技術の欠点を除去するために、吐出圧と
流量とを共に閉ループの電気−油圧系で単一の比例電磁
制御弁を用いて制御することができると共に電気信号の
消失時や負荷圧の異常上昇時においてポンプを直ちにア
ンロード状態にするフェールセーフ機能を有するロード
センシング制御型の可変容量型ポンプを提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
課題を達成するために、吐出量可変要素の変位をばね力
に対抗する油圧力の制御で行うことにより吐出量を可変
とした可変容量型ポンプにおいて、ポンプ吐出量に対応
した電気信号を出力する第１の検出手段と、ポンプ吐出
圧に対応した電気信号を出力する第２の検出手段と、相
当する出力信号を生じる第１の電気的制御手段と、前記
第１の電気的制御手段からの出力信号に応じた入力電流
に比例して前記可変要素の加圧室とポンプ吐出ポートと
の連通開度を絞ることにより前記可変要素の変位を最大
吐出量位置からフルカットオフ位置まで制御すると共に
前記入力電流の無いときには前記可変要素の加圧室にポ
ンプ吐出圧を導いてポンプをアンロード状態にするファ
ンクションに自動復帰する比例電磁制御弁と、外部から
与えられる流量設定信号と前記第１の検出手段から出力
される電気信号との偏差に応じて前記入力電流の大きさ
を調整する第１の電気的制御手段と、外部から与えられ
る圧力設定信号と前記第２の検出手段から出力される電
気信号とを入力としてポンプ吐出圧が設定圧力値に達し
たときに前記可変要素がカットオフ状態となるように前
記入力電流を制御する第２の電気的制御手段とを備えた
ことを特徴とする可変容量型ポンプが提供される。

【００１０】

【作用】本発明においては、例えばポンプの吐出量可変
要素の変位量または吐出ライン中の流量検出器等から流
量信号を得て流量設定値との偏差をとり、単一の比例電
磁制御弁で構成された流量制御のための電気−油圧閉ル
ープで吐出量のフィードバック制御をすると共に、圧力
センサなどによるポンプ吐出圧の検出値を圧力設定値と
突き合わせて同じく前記比例電磁制御弁で構成された圧
力制御のための電気−油圧閉ループでカットオフ制御し
ている。

【００１１】このように、流量と圧力の両方の電気−油
圧閉ループ制御が単一の比例電磁制御弁で電気系と油圧
系とを全てループ内に含むロードセンシング制御として
達成され、しかもこの比例電磁制御弁は入力電流の無い
ときには前記可変要素の加圧室にポンプ吐出圧を導いて
ポンプをアンロード状態にするファンクションに自動復
帰するので、負荷圧の異常上昇時のみならず電気信号の
消失時においてもポンプを直ちにアンロード状態にする
フェールセーフ機能を果たすものである。

【００１２】また本発明ではポンプ吐出ライン中に一切
の絞り要素を設けずに済み、全体もコンパクトな構造と
なるほか、ループ内の電気制御系でのゲイン調整により
振動対策をかなり自由にとることができ、使用現場での
調整が簡単になると共にカットオフ特性の圧力ダレを大
きくせずにシャープなカットオフ特性を有する可変容量
型ポンプとすることもできる。

【００１３】

【実施例】本発明の好ましい実施例を図面と共に説明す
れば、図１は本発明の一実施例に係る可変容量型ポンプ
の構成を示す油圧回路図、図２はその構造例を示す断面
図である。

【００１４】図１において、全体を符号１で示す本実施
例に係る可変容量型ポンプは、駆動軸２で原動機（図示
せず）によって回転駆動されるポンプ要素３と、該ポン
プ要素３の吐出量を制御するためにばね力に対抗する油
圧力で変位制御される可変要素４と、比例電磁三方制御
弁５と、安全弁６と、可変要素４の変位量を検出する変
位検出器７と、ポンプ吐出圧を検出する圧力センサ８
と、第１アンプ９ａと第２アンプ９ｂおよび出力アンプ
９ｃの三つのアンプを含んでなる制御アンプ装置９と、
吐出口１０および吸入口１１、それに二つの電気信号入
力端子１２，１３を備えている。

【００１５】例えば、ポンプ要素３がアキシャルピスト
ンポンプを構成している場合、可変要素４は斜板および
その傾転角を制御する操作ピストンを包含し、第１の検
出手段を構成する変位検出器７は、斜板軸の回転角度あ
るいは操作ピストンの移動量から可変要素の変位量を検
出するポテンショメータあるいは差動トランスなどの位
置検出手段によって構成することができる。

【００１６】第２の検出手段を構成する圧力センサ８
は、ポンプボディまたはカバー内、あるいは制御弁５の
弁ボディ内などに取り付けられた半導体ゲージ式圧力セ
ンサなどによって構成でき、本実施例において、圧力セ
ンサ８は、ポンプの吐出ポート１４に連通した内部通路
を介して吐出圧を常に検出している。

【００１７】可変要素４の加圧室からタンクへ到る圧油
通路中には、安全弁６と比例電磁三方制御弁５とがタン
デムに挿入されている。安全弁６は、ポンプ吐出側のブ
ロック（遮断）など、負荷圧が以上に高くなって、その
ばねで設定された回路上限圧に達したときに吐出ポート
１４からの吐出圧を可変要素４の加圧室に直接導き、そ
れ以外の通常時には、可変要素４の加圧室を比例電磁三
方制御弁５に接続している。

【００１８】比例電磁三方制御弁５は、そのソレノイド
１５への入力電流が最大で可変要素４の加圧室をタンク
に全開しており、入力電流が減少するに応じて入力電流
に比例した開度でこれを徐々に絞り、次いで可変要素４
の加圧室をポンプ吐出ポート側に徐々に開き始め、入力
電流が無くなると、吐出圧の一部を安全弁６を介して可
変要素４の加圧室に導入し、このようにして可変要素４
の変位を最大吐出量位置からフルカットオフ位置までの
範囲で制御する。

【００１９】この比例電磁三方制御弁５に対して前記入
力電流を与えるために制御アンプ装置９が例えば制御弁
５に搭載された形で設けられている。アンプ装置９の第
１アンプ９ａには、変位検出器７の検出信号と、外部の
吐出量設定器１６からの設定流量信号とが入力され、こ
の両者の偏差に対応する信号が第１アンプ９ａの出力か
ら出力アンプ９ｃに入力され、出力アンプ９ｃが対応し
た電流をソレノイド１５に与えている。

【００２０】また第２アンプ９ｂには、圧力センサ８の
検出信号と、外部の圧力設定器１７からの設定圧力信号
とが入力され、両入力が一致したときに第２アンプ９ｂ
から出力アンプ９ｃにカットオフ信号が与えられるよう
になっている。

【００２１】出力アンプ９ｃは、第２アンプ９ｂから前
記カットオフ信号が入力されるまでは第１アンプ９ａの
出力信号に応じた電流出力をソレノイド１５に与え、カ
ットオフ信号が入力されたときは、可変要素４を変位量
がほぼ零のフルカットオフ位置にすべく吐出圧の一部を
可変要素の加圧室に導いてポンプをカットオフ状態にす
るような制御弁開度にする電流出力をソレノイド１５に
与える。

【００２２】即ち、設定圧力と圧力センサ８の検出圧力
との偏差があるか否かで比例電磁三方制御弁５のソレノ
イド１５の入力電流を流量制御電流（ｉ２）にするか圧
力制御電流（ｉ１）にするか選択するように第１と第２
の二つの電気制御回路が組み合わされている。

【００２３】ポンプの始動時においては、各弁は図１に
示した状態のポジションをとっており、従って、可変要
素４は、吐出圧が生じるまでは対抗ばねの力によって最
大吐出流量位置にある。

【００２４】ポンプ始動後、流量設定器１６からの設定
流量信号に対応した電流がアンプ装置９からソレノイド
１５に与えられ、それによって制御弁５の制御ポートが
タンクへ所定開度で開いて可変要素４の加圧室内の圧油
がタンクラインへ落ちる状態となる。このため、可変要
素４を対抗して押しているばねによって可変要素４が設
定吐出量位置へ移動するが、この変位は、変位検出器７
によって刻々と検出され、第１アンプ９ａにフィードバ
ックされる。

【００２５】したがって、可変要素４が設定吐出量位置
に達すると第１アンプ９ａの偏差出力が零になり、制御
弁５の制御ポートの開度が閉じられて、可変要素４が所
定の位置に制御されながら、ポンプが設定流量で吐出を
行う。

【００２６】このようにして所定吐出量が設定され、吐
出圧油が吐出口１０からアクチュエータへ供給され、ア
クチュエータがストロークエンド等で停止すると、吐出
圧が次第に上昇してゆく。

【００２７】このとき、圧力センサ８の出力がアンプ９
ｂにフィードバックされているので吐出圧が設定圧力に
達すると第２アンプ９ｂからカットオフ信号が出力さ
れ、出力アンプ９ｃからソレノイド１５へ所定の電流値
が与えられる。これにより、可変要素４が変位量零の位
置になるように制御弁５の制御ポートが吐出ポート１４
側に開かれ、ポンプ吐出圧が可変要素４の加圧室に導入
されて、可変要素４が変位量零の状態、すなわち、ポン
プが吐出量をほぼ零にするカットオフ状態とされる。

【００２８】比例電磁三方制御弁５は、入力電流が消失
すると自身のばね力で自動復帰して可変要素４の加圧室
を吐出ポート１４に全開開度で連通させ、従って電気系
の故障でソレノイド１５への入力が断たれれば、可変要
素４が直ちにフルカットオフ位置へ移動してポンプをア
ンロード状態にし、このようにして電気的な系統のフェ
ールセーフ機能の一つが組まれている。

【００２９】安全弁６は、制御弁５よりも近い部分で可
変要素４の加圧室を吐出ポート１４に連通させることが
できるように接続されており、吐出圧が回路上限値に達
したときに制御弁５よりも優先してポンプをカットオフ
状態にすることになる。

【００３０】図２には、前記実施例をアブソリュートキ
シャルピストンポンプとして構成した場合の構造例のひ
とつが示されている。図２における各部の符号は、図１
に対応させて相当部分には同一符号を付してある。図２
において、可変要素４としての操作ピストン２１は、ポ
ンプ要素３のピストン２２のストロークを定める斜板２
３の傾転角をばね２４に抗して油圧力で変えるものであ
るが、この操作ピストン２１の背部にて差動トランス式
のリニア変位検出器７がポンプカバー２５に組み込まれ
ている。

【００３１】またカバー２５には制御弁５と圧力センサ
８も組み込まれており、吐出ポート１０およびポンプハ
ウジング内のドレン側に通じる各通路、および操作ピス
トン２１の背部の加圧室２６から制御弁５に到る圧油通
路２７も、このカバー２５無いに配設することでポンプ
をコンパクトなものとし、また細かい加工をカバーに集
約できるようにしてある。尚、図２では安全弁は図示を
省略してある。

【００３２】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
流量と圧力の両方の電気−油圧閉ループ制御が単一の比
例電磁制御弁で電気系と油圧系とを全てループ内に含む
ロードセンシング制御として達成され、しかもこの比例
電磁制御弁は入力電流の無いときには前記可変要素の加
圧室にポンプ吐出圧を導いてポンプをアンロード状態に
するファンクションに自動復帰するので、負荷圧の異常
上昇時のみならず電気信号の消失時においてもポンプを
直ちにアンロード状態にするフェールセーフ機能を果た
すことができるものである。

【００３３】また、本発明では油圧系も含めて全体的な
閉ループのフィードバック制御で吐出量および吐出圧が
制御されるので、流量・圧力の制御性が格段に向上し、
単一の比例電磁制御弁で済むので極めて低コスト、低消
費電力のコンパクトな構成が可能であり、メインの吐出
ライン中に制御のための絞り要素が存在しないので圧力
ロスが少なく、系内に振動要素が少ないうえに制御ルー
プ内に包含されているのでアンプのゲイン調整で容易に
振動を押えて応答性の良い制御系が組め、従って前述の
従来技術の諸欠点を解決してシャープなカットオフ特性
を有する可変容量型ポンプを得ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る可変容量型ポンプの構
成を示す油圧回路図である。

【図２】前記実施例をアブソリュートキシャルピストン
ポンプとして構成した場合の構造例を示す縦断面図であ
る。

【図３】従来例を示す油圧回路図である。

【符号の説明】

１ 可変容量型ポンプ ３ ポンプ要素 ４ 吐出量可変要素 ５ 比例電磁三方制御弁 ６ 安全弁 ７ 変位検出器 ８ 圧力センサ ９ 制御アンプ装置 9a 第１アンプ 9b 第２アンプ 9c 出力アンプ 10 吐出口 11 吸入口 15 ソレノイド 16 流量設定器 17 圧力設定器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吐出量可変要素の変位をばね力に対抗す
   る油圧力の制御で行うことにより吐出量を可変とした可
   変容量型ポンプにおいて、ポンプ吐出量に対応した電気
   信号を出力する第１の検出手段と、ポンプ吐出圧に対応
   した電気信号を出力する第２の検出手段と、外部から与
   えられる流量設定信号と前記第１の検出手段から出力さ
   れる電気信号との偏差に相当する出力信号を生じる第１
   の電気的制御手段と、前記第１の電気的制御手段からの
   出力信号に応じた入力電流に比例して前記可変要素の加
   圧室とポンプ吐出ポートとの連通開度を絞ることにより
   前記可変要素の変位を最大吐出量位置からフルカットオ
   フ位置まで制御すると共に前記入力電流の無いときには
   前記可変要素の加圧室にポンプ吐出圧を導いてポンプを
   アンロード状態にするファンクションに自動復帰する比
   例電磁制御弁と、外部から与えられる圧力設定信号と前
   記第２の検出手段から出力される電気信号とを入力とし
   てポンプ吐出圧が設定圧力値に達したときに前記可変要
   素がカットオフ状態となるように前記入力電流を制御す
   る第２の電気的制御手段とを備えたことを特徴とする可
   変容量型ポンプ。