JPH07139518A - 油圧バルブの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パイロット圧によりスプール位置を制御する
場合に生ずる種々の問題点を解消できる油圧バルブの制
御装置を提供する。 【構成】 油圧バルブの弁本体11内にスプール13を摺動
自在に設ける。このスプール13の位置を制御する手段と
して油圧バルブの一側にリニアアクチュエータ31を設け
る。このリニアアクチュエータ31は、円筒状の永久磁石
34，35の間に設けられた可動コイル37に通電を行うと、
可動コイル37が直線運動して可動部38を介しスプール13
を直動する。コイル37に通電する電流の値および流れ方
向をコントローラ41により制御して、スプール位置を２
方向に制御する。スプール13の一端に対し変位センサ52
を設け、スプール13の変位を検出して要求変位との偏差
をフィードバック補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧バルブのスプール
変位に適用される制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスプールタイプ油圧バルブは、リ
ンケージおよびレバー等を介して手動にてスプールの位
置を制御するか、または大流量、高油圧を制御する場合
は、図３に示されるように油圧バルブ１のスプールの一
側に対しパイロット弁２により制御されたパイロット油
圧を供給して、スプール位置を制御する方式が採られて
いる。

【０００３】このパイロット弁２としては、リモコン弁
を使用してパイロット油圧を手動で操作する場合と、電
磁比例減圧弁を使用してパイロット油圧を電気的に制御
する場合とがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のうち手動に
よる制御は、再現性に欠けるとともにスプールのシール
やリンケージ等による負荷増大に伴って操作力も増加す
るという問題がある。

【０００５】また、パイロット油圧によりスプール位置
を制御する方式は、スプールの移動でバルブ内部に生じ
た油流れによりスプールの変位方向に発生する外力（フ
ローフォース）の影響を受けやすいという問題がある。

【０００６】さらに、パイロット油圧を電磁比例減圧弁
を介して電気的に制御する場合は、上記フローフォース
の影響の他に、電磁比例減圧弁の持つ不感帯やヒステリ
シスの影響も受けるという問題点がある。また、一つの
電磁比例減圧弁では、油圧バルブのスプールを一方向に
しか駆動できず、双方向切替バルブの制御では二つの電
磁比例減圧弁を必要としている。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、パイロット油圧によりスプール位置を制御する場
合の種々の問題点を解消できる油圧バルブの制御装置を
提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、弁本体内にスプールが摺動自在に設けられた油圧バ
ルブのスプール位置を制御する油圧バルブの制御装置に
おいて、通電により相対的に直線運動するコイルと永久
磁石とにより構成されるリニアアクチュエータが弁本体
に取付けられ、このリニアアクチュエータの可動部がス
プールに接続された構成の油圧バルブ制御装置である。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１の油圧
バルブ制御装置において、コイルに通電する電流の値お
よび流れる方向を制御することによりスプール位置を２
方向に制御するコントローラが、コイルに対し電気的に
接続された構成の油圧バルブ制御装置である。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２の油圧バルブ制御装置において、スプール変位を検出
して要求変位との偏差をフィードバック補償する変位セ
ンサが、スプールの一端に対し取付けられた構成の油圧
バルブ制御装置である。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明は、油圧バルブが介在す
る油圧システムをマイクロコンピュータ等により電子制
御する場合の従来問題点の解決手段として、永久磁石と
コイルとによるリニアアクチュエータを用いてバルブス
プールを直動することにより、パイロット油圧を不要と
している。

【００１２】請求項２に記載の発明は、リニアアクチュ
エータに通電される電流の流れ方向を切替えることによ
り、１個のリニアアクチュエータでスプールを２方向に
駆動する。

【００１３】請求項３に記載の発明は、スプールに対す
る変位センサによりスプールの閉ループ位置決め制御を
可能とし、従来のフローフォースやヒステリシスの影響
を低減して、精度良く油圧システムを制御できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図１および図２に示される一
実施例を参照して説明する。

【００１５】図１は、スプールタイプ油圧バルブおよび
そのスプール位置を制御する制御装置を示し、油圧バル
ブの弁本体11内に穿設されたスプール孔12にはスプール
13が摺動自在に嵌合されている。

【００１６】弁本体11には油圧ポンプ21に連通される給
油ポートＰおよび油路22、油圧シリンダ等の外部アクチ
ュエータ23に接続される出力ポートＣおよび油路24、タ
ンク25に連通される排油ポートＴおよび油路26がそれぞ
れ設けられている。

【００１７】弁本体11の左側面にはリニアアクチュエー
タ31のケーシング32が取付けられている。このリニアア
クチュエータ31は、ケーシング32内の鉄心33に二つの円
筒状永久磁石34，35が嵌着され、この二つの永久磁石3
4，35の間に設けられたコイル挿入間隙36に、通電によ
り永久磁石34，35に沿って直線運動する可動コイル（ボ
イスコイル）37が挿入されたものである。

【００１８】このリニアアクチュエータ31の可動コイル
37と一体に設けられた可動部38がスプール13の端部に螺
合等により直接接続されている。可動部38と鉄心33との
間にはコイルスプリング39が介在されている。

【００１９】可動コイル37に対しコントローラ41が電気
的に接続されている。このコントローラ41は、可動コイ
ル37に通電する電流の値および流れる方向を制御するこ
とにより、スプール13の位置を２方向に制御する。この
コントローラ41に対し電源42および変位設定器43が設け
られている。

【００２０】さらに、弁本体11の右側面にはセンサ取付
部51を介し変位センサ（差動トランス等）52が取付けら
れている。この変位センサ52は、スプール位置を検出し
てコントローラ41にフィードバックするものである。ス
プール13の右端面と変位センサ52との間にはコイルスプ
リング53が介在されている。

【００２１】図２は、前記スプール位置決め制御用コン
トローラ41のブロック図であり、このコントローラ41
は、変位センサ52に接続された変位検出部61と、この変
位検出部61からの実変位と変位設定器43で設定された要
求変位とを比較する比較器62と、その偏差信号を比例＋
積分制御する比例・積分要素63と、フィードフォワード
の比例ゲイン66を介して得られるフィードフォワードの
ための加算器64と、変位信号を電流に変換して可動コイ
ル37に出力する変位／電流変換器65とにより構成されて
いる。

【００２２】次に、この実施例の作用を説明すると、図
１において永久磁石34，35の間にセットされた可動コイ
ル37に電流を流すと、フレミングの左手の法則により可
動コイル37に軸方向推力が生じる。この可動コイル37は
油圧バルブのスプール13に接続されており、可動コイル
37の移動とともにスプール13も変位する。すなわち、可
動コイル37に電流を流すことによりスプール13を変位さ
せることができる。

【００２３】スプール13の両側にはコイルスプリング3
9，53が設置されており、この両側のスプリング力のバ
ランスによりコイル非通電時のスプール13は中立位置に
保たれる。一方、可動コイル37に作用する推力はコイル
電流に比例するから、所望するスプール変位を得るに
は、スプリング力につり合った推力を発生する電流をコ
イル37に与えてやればよい。

【００２４】スプール13が移動することでバルブ内部に
油が流れ、その流れによってスプール13の変位方向に外
力（フローフォース）を生じる場合は、同一のコイル電
流でもスプール変位量は変化してしまう。これを避ける
ため、スプール13の一端に取付けられた変位センサ52に
てスプール変位を計測し、変位の偏差をコントローラ41
を経て可動コイル37へフィードバック補償してやればよ
い。

【００２５】このフィードバック補償は、図２に示され
るように外部にて設定される要求変位と変位検出部61か
ら得られる実変位との偏差を比例・積分要素63によって
補償してやることで、ヒステリシス等の非線形要素が含
まれた系においても定常偏差を０にすることができる
（ＰＩ型制御）。

【００２６】さらに、フィードフォワード系を追加する
ことで追従性の向上と、偏差０における出力電流の確保
とを行っている。したがって、変位設定器43にて設定さ
れたスプール変位はフローフォース等の外力の影響を受
けることなく設定値通りに位置決めでき、油圧シリンダ
等の外部アクチュエータ23を正確に駆動することができ
る。

【００２７】次に、本発明の他の例を説明すると、図示
された実施例の油圧バルブは、出力時に一方向のみにス
プール13が変位する３ポートタイプを例示したが、スプ
ール13が中立位置を基準として両方向に変位する双方向
切替バルブ（４ポートタイプ）であっても良く、その場
合でもリニアアクチュエータ31および変位センサ52の構
造は同一でよい。さらに、この油圧バルブは、例えば可
変容量ポンプ／モータの流量制御バルブとして適用され
るものでもよい。

【００２８】また、図示された実施例のリニアアクチュ
エータ31は、コイル37を可動側とするムービングコイル
（ボイスコイル）タイプであるが、永久磁石を可動側と
するムービングマグネットタイプでもよい。

【００２９】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、パイロ
ット圧を利用することなく通電により相対的に直線運動
するコイルと永久磁石とにより構成されるリニアアクチ
ュエータによりスプールを直接駆動するから、パイロッ
ト圧用のポンプや配管を削除でき、コスト低減および省
スペース化を図れる。

【００３０】請求項２に記載の発明によれば、コントロ
ーラによりリニアアクチュエータのコイルに通電される
電流の値および方向を制御することにより、１個のリニ
アアクチュエータでもスプールを２方向に駆動でき、省
スペース化を図れる。

【００３１】請求項３に記載の発明によれば、変位セン
サを利用してスプール変位をフィードバック補償するこ
とにより、フローフォース等の外力やヒステリシスの影
響を受けることなく正確にスプールの位置決めを行うこ
とができ、リニアアクチュエータを確実に制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油圧バルブ制御装置の一実施例を示す
断面図である。

【図２】同上制御装置におけるコントローラのブロック
図である。

【図３】従来のパイロット圧式油圧バルブの油圧回路図
である。

【符号の説明】

11 弁本体 13 スプール 31 リニアアクチュエータ 34，35 永久磁石 37 コイル 38 可動部 41 コントローラ 52 変位センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁本体内にスプールが摺動自在に設けら
   れた油圧バルブのスプール位置を制御する油圧バルブの
   制御装置において、 通電により相対的に直線運動するコイルと永久磁石とに
   より構成されるリニアアクチュエータが弁本体に取付け
   られ、このリニアアクチュエータの可動部がスプールに
   接続されたことを特徴とする油圧バルブの制御装置。
2. 【請求項２】 コイルに通電する電流の値および流れる
   方向を制御することによりスプール位置を２方向に制御
   するコントローラが、コイルに対し電気的に接続された
   ことを特徴とする請求項１記載の油圧バルブの制御装
   置。
3. 【請求項３】 スプール変位を検出して要求変位との偏
   差をフィードバック補償する変位センサが、スプールの
   一端に対し取付けられたことを特徴とする請求項１およ
   び２のいずれかに記載の油圧バルブの制御装置。