WO1996027938A1 - Moteur hybride hydraulique electrique, son dispositif de commande et son principe de commande - Google Patents

Description

明 細 電気油圧ハイプリ ッ ドモータとその制御装 B及びその制御方法 技 術 分 野

本発明は、 電気油圧ハイブリ ツ ドモータとその制御装置及びその制御方法に係 り、 特には、 電動モータにより駆動される油圧ポンプと、 油圧ポンプからの圧油 を受けてトルクを出力する油圧モータとを霍動モータの回転子の内部に収納した 電気油圧ハイブリ ッ ドモータに関する。 背 景 技 術

従来、 電動モータにより駆動される油圧ポンプと、 油圧ポンプからの圧油を受 けてトルクを出力する油圧モータとは、 電動モータと一体化して設けることが知 られている （例えば、 曰本特公昭 5 3 - 3 7 5 2 3号公報） 。 同公報によると、 油圧式可変速電動機は、 電動モータのステ一夕の内部にロータを配設し、 ロータ の内部に中空で、 かつ両端を軸受で支持される中空シャフ トを設けている。 この 中空シャフ トをロータと一体で電気駆動し、 油圧ポンプの動力の入力軸と して用 いている。 中空シャフ トには、 電動モータのステ一夕及びロータの外側に一体の 突出軸が固設されている。 この突出軸の外径方向で、 かつ鴛動モータのステ一夕 及びロータに隣接して、 油圧ポンプが配設されている。 中空シャフ 卜と中空シャ フ トに固設されて一体の突出軸とは、 3か所の軸受により支持されている。 また 、 中空シャフ 卜の内部で、 かつ油圧ポンプに対向して、 油圧モータが配設されて いる。 油圧ポンプからの圧油は、 回転する中空シャフ トと一体の突出軸とを介し て、 油圧ポンプから電動モータの外部ケースに行き、 さらに、 外部ケースから油 圧モータに送られている。

しかしながら、 かかる従来の油圧式可変速電動機は、 電動モータのステ一夕及 びロータに隣接して油圧ポンプが配設されているため、 長さが長くなる。 また、 油圧ポンプからの圧油は、 回転する中空シャフ 卜と一体の突出軸とを介して外部 ケースに送られ、 また外部ケースから油圧モータに送られているため、 同様に長 さが長くなる。 さらに、 中空シャフ トと一体の突出軸とは 3か所の軸受で支持さ れているため、 中心軸芯が出にく く、 外部ケースと回転する一体の突出軸とのス キマを大きく とる必要がある。 このため、 スキマからの圧油の洩れが多くなる。 また、 チャージ回路は外部に設置するため、 そのスペースが必要であり、 外観形 状が大きくなる。 さらに、 馬力制御或いはトルク制御は他の機器からの制御装 により行っているため、 機器以外に制御装置を設置するスペースが必要になる。 しかも、 電気油圧ハイプリ ッ ドモータと制御装 Sとを接続する必要があり、 構成 が複雑となるという問題がある。 発 明 の 開 示

本発明は、 かかる従来技術の問題点を解消するためになされたもので、 油圧ポ ンプ及び油圧モータを電動モータの固定子の内部に収納して小型化を図ると共に 、 性能及び制御性の良い電気油圧ハイプリ ッ ドモータとその制御装置及びその制 御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電気油圧ハイプリ ッ ドモータは、

電動モータの回転子の内方に、 油圧ポンプ及び油圧モータを備える電気油圧ハイ ブリ ッ ドモータにおいて、

油圧ポンプ及び油圧モータに共用に設けられて、 回転子と一体で回転するシリ ン 夕フロックと、

油圧ポンプに設けられて回転子と一体で回転する複数のブランジャと、

油圧モータに設けられる複数のブランジャと、

油圧ポンプの吐出容穣を設定する可変斜板制御手段と、

油圧モータの吐出容積を設定する斜板設定手段と、

シリ ンダブロック、 油圧ポンプ用プランジャ、 油圧モータ用プランジャ、 可変斜 板制御手段及び斜板設定手段を内部に配設するケースとを備えることを特徴とす る。

また、 前記ケースは、 冷却装置を付設するのが望ましい。 さらに、 シリ ンダブ ロックを貫通するシャフ ト内に、 チヤ一ジ用油圧回路を設けてもよい。

本発明に係る電気油圧ハイブリ ッ ドモータの制御装置の第 1の発明は、 上記本発明に係る電気油圧ハイブリ ツ ドモータの構成と、 更に、

電動モータが消費する電力を設定する消賣電力設定手段と、

電動モータの固定子への電圧を検出する電圧検出手段と、

固定子への ®流を検出する罨流検出手段と、

検出した電圧及び電流から電動モータの消費電力を演算し、 設定した消費電力と 演算した消費電力とを比絞し、 前記比較の結果に対応して、 油圧ポンプの吐出量 を制御する信号を可変斜板制御手段へ出力するコン トローラとを備えることを特 徴とする。

本発明に係る電気油圧ハイプリ ッ ドモータの制御装置の第 2の発明は、 上記本発明に係る電気油圧ハイプリ ッ ドモータの構成と、 更に、

油圧モータが出力する出力トルクを設定する出力トルク設定手段と、

油圧モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、

電動モータの固定子への電圧を検出する電圧検出手段と、

固定子への電流を検出する電流検出手段と、

検出した回転速度、 電圧及び電流から油圧モータの出力トルクを演算し、 設定し た出力トルクと演算した出力トルクとを比較し、 前記比較の結果に対応して、 油 圧ポンプの吐出量を制御する信号を可変斜板制御手段へ出力するコン 卜ローラと を備えることを特徵とする。

本発明に係る電気油圧ハイブリ ッ ドモータの制御方法の第 1の発明は、 電動モータと、 電動モータの回転子の内方に備えられる油圧ポンプ及び油圧モー 夕とを制御する鴛気油圧ハイブリ ッ ドモータの制御方法において、

油圧ポンプを駆動する電動モータの消 eする電力を設定すると共に、 油圧モータ に可変の吐出量を供給してなる油圧ポンプを駆動する電動モータの消 s電力を演 算し、 演算した消 «電力が設定した消 S 力より大きい埸合、 油圧ポンプの吐出 量を減ずることを特徵とする。

本発明に係る電気油圧ハイブリ ッ ドモータの制御方法の第 2の発明は、 油圧モータが出力する出力トルクを設定すると共に、 油圧ポンプを駆動する電動 モー夕への電流及び電圧と、 油圧モータの回転速度とから油圧モータが出力する 出力トルクを演算し、 演算した出力トルクが設定した出力トルクより大きい場合 、 油圧ポンプの吐出量を増加することを特徴とする。

上記本発明の構成によれば、 固定子のコイルに通電することにより、 電動モー 夕の回転子が回転駆動され、 回転子と共に、 シリ ンダブロッ クと油圧ポンプ用プ ランジャとが一体で回転する。 この回転に伴い、 シリ ンダブロックに対し、 可変 斜板制御手段により油圧ポンプ用ブランジャがス トロークして、 圧油が吐出され る。 この圧油は、 シリ ンダブロックを介して油圧モータ用プランジャに送られ、 油圧モータ用ブランジャが、 シリ ンダブ口ックに対して、 ス 卜ロークする。 油圧 モータ用プランジャのス 卜ロークにより、 油圧モータの斜板設定手段が押圧され 、 斜板設定手段と一体の出力軸が回転すると共に、 トルクが出力する。

また、 電動モータ、 油圧ポンプ及び油圧ポンプからの発熱は、 ケース内の潤滑 油に吸熱され、 この潤滑油が、 ケースに付投した冷却装置に送られて、 冷却され る。 冷却された潤滑油は、 ケース内に送られ、 油圧ポンプ及び油圧ポンプの軸受 、 並びに固定子等を冷却すると共に潤滑する。 このとき、 潤滑油の温度を検出し て、 所定の温度になるように制御することが好ましい。 また、 油圧ポンプ及び油 圧モータより洩れた圧油の補充は、 シリ ンダブロック内のシャフ 卜の中に設けら れたチャージ用油圧回路 （例えば、 チェ ッ ク弁を備える油圧回路） より供給され る。

さらに、 電動モータの消 S電力を計測し、 その計測値を設定値に制御して、 等 馬力制御を可能としている。 また、 油圧モータの回転速度を測定して、 油圧ボン プの吐出量を制御し、 等トルク又はトルクリ ミ ッ夕制御を可能としている。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の実施例に係る電気油圧ハイプリ ッ ドモータの全体構成図、 図 2は実施例に係る電気油圧ハイブリ ッ ドモータ断面の説明図、

図 3は図 2の m矢視図、

図 4は図 2の IV— IV断面の説明図、

図 5は図 2の V— V断面の説明図、

図 6は図 2の VI— VI断面図、

図 7は実施例に係るオイルクーラを油圧ポンプ後方に装着した場合の説明図、 図 8は実施例に係る等馬力制御のフローチヤ一ト、

図 9は実施例に係る等トルク制御のフローチヤ一トである。 発明を実施するための最良の形態

本発明に係る好ましい実施例を添付図面に従って以下に詳述する。

図 1〜図 3において、 気油圧ハイプリ ッ ドモータは、 電動モータ 1 0と、 電 動モータ 1 0の固定子のケース内に一部が収納された可変容 S型油圧ポンプ 2 0 (以下、 油圧ポンプ 2 0という） 及び固定容量型油圧モータ 5 0 (以下、 油圧モ 一夕 5 0という） と、 油圧ポンプ 2 0から油圧モータ 5 0への圧油を切り換える 切換部 6 0と、 電動モータ 1 0のケースに付設された冷却装置 8 0と、 制御装置 9 0とを備えている。

電動モータ 1 0は、 ケース 1 1 と、 ケース 】 1 に固設されたコイルを巻いて形 成される固定子 1 2と、 固定子 1 2の内方に配置されて、 ケース 1 1 に取着され た軸受 1 3により回自在に両端を支持される回転子 1 4と、 から榱成されている o なお、 ケース 1 1 は、 説明を容易にするため、 ポンプ用ケース 1 1 aと、 電動 用ケース 1 1 と、 モータ用ケース 1 1 cとに分割している。

油圧ポンプ 2 0は、 シリンダブロック 2 1 と、 ブランジャ部 2 2と、 口ッカカ ム部 3 0と、 斜板制御部 （可変斜板制御手段） 3 3とから構成されている。 シリ ンダブロック 2 1 は、 圧入或いは溶着等により、 電動モータ 1 0の回転子 1 4 と —体に形成され、 軸受 1 3により回転自在に両端を支持されている。 プラ ンジャ 部 2 2は、 ブランジャ 2 3と、 かしめ等にてブランジャ 2 3に揺動自在に取着さ れたシユー 2 4と、 シユー 2 4をロッカカム部 3 0に摺勋自在に押圧するリテー ナ 2 5と、 シユー 2 4を押圧するためにリテーナ 2 5を押圧する球体 2 6及びバ ネ 2 7とから構成されている。 ブランジャ 2 3は、 7個或いは 9個等の複数個が 用いられて、 シリ ンダブロック 2 1 に円周方向に均等に配分されている。 プラン ジャ 2 3は、 シリ ンダブ口ック 2 1に枢密に挿入されると共に、 軸の長手方向 （ 図 2の X方向） に摺動して圧油を吐出する。

口ッ力カム部 3 0は、 ロッカカム 3 1 と、 ビン 3 2とから構成されている。 口 ッカカム 3 1は、 真ん中に円筒の穴 3 1 aが明けられると共に、 一面が平面 3 1 で、 他面が円筒部 3 1 cで形成されている。 平面 3 1 bはシユ ー 2 4が摺動し 、 一方、 円筒部 3 1 cは、 ポンプ用ケース 1 1 aに設けられた円筒面の受け溝 （ 図示せず） に枢密に挿入されて回転揺動する。 また、 ロッカカム 3 1には、 ピン 3 2が圧入されて固設されている。

斜板制御部 3 3は、 スライダ 3 4 と、 ピス ト ン 3 5と、 ピス ト ン用パネ 3 6 と 、 ソレノイ ド 3 7と、 スプール 3 8と、 スプール用バネ 3 9とから構成されてい る。 ピス トン 3 5は、 円筒で形成され、 一端面にはピス トン用パネ 3 6を挿入す る円筒孔 3 5 aが、 中央部には長穴 3 5 bが、 また中央部の両方にはスライダ 3 4を枢密に挿入するスリ ッ ト溝 3 5 cが、 夫々形成されている。 スライダ 3 4に は、 ロッカカム 3 1のビン 3 2が揺動自在に取着されている。 ピス トン 3 5が上 下方向 （Y方向） 移動すると、 ス リ ッ ト溝 3 5 cに枢密に挿入されたスライダ 3 4が軸の長手方向 （X方向） に摺動して、 スライダ 3 4に揺動自在のピン 3 2 は 、 Y方向と X方向に移動する。 これにより、 ロッカカム 3 1 は円筒面に沿って摇 勖して傾転角度 αを変える。

ソレノイ ド 3 7は、 ピス トン 3 5の近傍のポンプ用ケース 1 1 aに取着され、 ソレノィ ド 3 7の先端部 3 7 aにはスプール 3 8が当接している。 スプール 3 8 は、 ポンプ用ケース 1 1 aに明けられたスプール穴に枢密に挿入されている。 ま た、 スプール 3 8にはスプール用バネ 3 9の一端が当接して設けられ、 スプール 3 8がソレノイ ド 3 7の先端部 3 7 aから離れないように押圧している。 スプー ル用バネ 3 9の他端はビス ト ン 3 5 に当接している。 ポンプ用ケース 1 1 aには 、 サーボ用ポンプからスプール 3 8への圧油供給穴 4 0 と、 ピス ト ン 3 5の両端 に設けられる受圧室 3 5 d、 3 5 eへ制御用圧油を供給する連絡穴 4 1、 4 2 と が形成されている。 また、 一端側の受圧室 3 5 dには、 通常時に夕ンク用に接続 する連絡穴 4 3が設けられている。

油圧モータ 5 0は、 シリ ンダブロッ ク 2 1 (油圧ポンプ 2 0 と共用） と、 ブラ ンジャ部 5 2 と、 ロッカカム部 5 5 とから構成されている。 プランジャ部 5 2 は 、 油圧ポンプ 2 0のブランジャ部 2 2 と同様な構成である。 符号 2 3 aは、 ブラ ンジャ部 5 2のプランジャである。 ロッカカム部 5 5 は、 ロッカカム （斜板設定 手段） 5 6 と、 軸受 5 7 とから構成されている。 ロッカカム 5 6 は、 一端面が平 面 5 6 aで、 他端が平面 5 6 aに固設する出力軸 5 6 bで形成されている。 出力 軸 5 6 bはモータ用ケース 1 1 cに取着された軸受 5 7で支持されている。

切換部 6 0 は、 電動モータ 1 0、 油圧ポンプ 2 0及び油圧モータ 5 0の軸芯に 配 されて、 ポンプ用ケース 1 1 aに固着するシャフ ト 6 1 と、 シャフ ト 6 1 に 連結されて回転しないポンプ用切換部材 6 2 と、 ポンプ用切換部材 6 2に対向し て配置され、 かつロッカカム 5 6 に固着されて回転するモータ用切換部材 6 3 と 、 から構成されている。 なお、 シャ フ ト 6 1 とポンプ用切換部材 6 2 とポンプ用 切換部材 6 2 とは区別しているが、 一体に構成しても良い。 さらに、 シャ フ ト 6 1 の外側には、 後述する トロコィ ドポンプ、 或いは歯車ポンプ等からなるチヤ一 ジポンプ 8 1 を駆動する駆動軸 8 6力 スプライ ン 2 1 eを介してシリ ンダブ口 ック 2 1 に連結され、 シャ フ ト 6 1 と同芯で設けられている。 本実施例の切換部 6 0 は、 ピン トル方式を用いたが、 スプール式、 バルブ方式等他の方式でも良い 駆動軸 8 6は、 ロッカカム 3 1 の円筒の穴 3 1 aを貫通し、 リテーナ 2 5を押 圧する球体 2 6をガイ ドすると共に、 バネ 2 7の一端を支持している。 シャ フ ト 6 1 には、 後述する油圧ポンプ 2 0へのチャージ回路が設けられている。 また、 シャフ ト 6 1 は、 镙子等を介してポンプ用切換部材 6 2 に連結され、 ポンプ用切 換部材 6 2が回転しないように固定している。 なお、 チャージポンプ 8 1 は別に 設置した電動機により駆動しても良い。

図 6において、 ポンプ用切換部材 6 2は、 シャフ ト 6 1 にスプライ ン 6 I d等 を介して回転しないように支持されると共に、 シリ ンダブロッ ク 2 1 と所定のス キマをもって配設されている。 ポンプ用切換部材 6 2 に形成される通路 6 2 a、 6 2 b (図 4参照） は、 油圧ポンプ 2 0から油圧モータ 5 0へ圧油を供袷するポ 一卜と連通している。 このとき、 ポンプ用切換部材 6 2 は、 シャフ ト 6 1 に遊び を持って支持されており、 かつシリ ンダブロック 2 1 に主に支持されているため 、 所定のスキマが少なくて良い。 このため、 この部分からの洩れ量が少ない。 モータ用切換部材 6 3は、 シリ ンダブロック 2 1 と所定のスキマをもって配設 されている。 モータ用切換部材 6 3に形成される通路 6 3 a、 6 3 b (図 5参照 ) は、 油圧ポンプ 2 0から油圧モータ 5 0に圧油を供給するポー トと連通してい る。 このとき、 モータ用切換部材 6 3 は、 ロッカカム 5 6 に遊びを持って支持さ れており、 かつシリ ンダブロック 2 1 に主に支持されているため、 所定のスキマ が少なくて良く 、 この部分からの洩れ貴が少ない。 モータ用切換部材 6 3のロッ 力カム部 5 5側には、 リテーナ 2 5を押圧する球体 2 6を支持し、 かつバネ 2 7 の力をうけるスぺーサ 7 1 が挿入されている。

ポンプ用切換部材 6 2 には、 油圧ポンプ 2 0から圧油の吐き出しを行うプラン ジャ 2 3 と連通するポー ト P a (図 4参照） が設けられている。 また、 モータ用 切換部材 6 3には、 油圧モータ 5 0に圧油の吸入を行うプラ ンジャ 2 3 aに連通 するポー ト P b (図 5参照） が設けられている。 シリ ンダブ口ッ ク 2 1 には、 ポ ンプ用切換部材 6 2からモータ用切換部材 6 3に連通する連通穴 2 1 a、 2 1 b が設けられている。

図 1 には、 シャフ ト 6 1 の内部に配置されている、 油圧ポンプ 2 0へのチヤ一 ジ回路の構成を示している。 図 2において、 シャフ ト 6 1 の一端には、 チャージ ポンプ 8 1に Kがる穴 6 1 aが明けられている。 穴 6 1 aは、 図 6に示す二つの 通路 6 1 b、 6 1 cに分岐され、 この分岐された通路 6 1 b、 6 1 cには、 それ ぞれチャージ回路のチヱック弁 6 5、 6 6が配設されている。 また、 モータ用切 换部材 6 3の通路 6 3 a、 6 3 bには、 パイロッ ト付安全弁 6 7、 6 8が配設さ れる。 パイロッ ト付安全弁 6 7、 6 8は、 共通のパイロッ ト弁 6 9を有している o

図 1及び図 2において、 冷却装置 8 0は、 チヤ一ジ回路と共用のチヤ一ジポン プ 8 1 と、 オイルクーラ 8 2と、 チャージポンプ 8 1からオイルクーラ 8 2への 、 又はオイルクーラ 8 2からケース 1 1への冷却管路 8 3 aと、 潤滑油の温度を 検出する温度センサ 8 4と、 シリ ンダブロック 2 1に連結されてチヤージポンプ 8 1を駆動する駆動軸 8 6と、 可変リ リーフ弁 8 7とから構成されている。

チャージポンプ 8 1は、 シリ ンダブロック 2 1のスプライン歯車 2 1 eにより 駆動されて、 チャージ回路及び冷却回路に油を分配している。 冷却回路での油は 、 チャージポンプ 8 1から可変リ リーフ弁 8 7を介してオイルクーラ 8 2に行き 、 オイルクーラ 8 2で冷却される。 冷却された油は、 ケース 1 1の固定子 1 2、 回転子 1 4の軸受 1 3、 口ッカカム部 5 5の軸受 5 7、 ブランジャ部 2 2のシュ 一 2 4、 及び切換部 6 0を冷却すると共に、 潤滑している。 なお、 オイルクーラ 8 2は、 図 1ではケース 1 1の側面に付いているが、 図 7に示すように、 油圧ポ ンブ 2 0側の後方のケース 1 1 dに配設しても良い。 また、 オイルクーラ 8 2は 、 バルブ 8 8を設け、 外部から冷却水又は冷却用気体を供給して、 冷却しても良 い。

制御装置 9 0は、 コン トローラ 9 1 と、 電動モータ 1 0の消費霪カ設定スィ ッ チ （消費鸳カ設定手段） 9 2 と、 油圧モータ 5 0の出力トルク設定スィ ツチ （出 力トルク設定手段） 9 3と、 電動モータ 1 0の固定子 1 2への電圧を検出する霍 圧検出センサ （罨圧検出手段） 9 4 と、 固定子 1 2への電流を検出する電流検出 センサ （電流検出手段） 9 5と、 油圧モータ 5 0の回転速度を検出する回転速度 検出センサ （回転速度検出手段） 9 6と、 冷却装置 8 0の油温を検出する温度セ ンサ 8 4とを備えている。

コントローラ 9 1は、 S動モータ部 1 0のケース 1 1内の潤滑及び冷却用の油 温を測定し、 所定値以上では冷却装置 8 0に指令を出力して作動させる。 また、 コン トローラ 9 1 は、 固定子 1 2への電圧及び電流に基づいて電動モータ 1 0の 消 ¾電力を演算し、 かつ、 消 «電力設定スィツチ 9 2からの消 «電力設定値と電 動モータ 1 0の消 S電力とを比較して、 油圧ポンプ 2 0の吐出量制御の信号を油 圧ポンプ 2 0斜板制御部 3 3へ出力する。 或いは、 コントローラ 9 1 は、 固定子 1 2への電圧及び電流、 並びに油圧モータ 5 0の回転速度に基づいて、 油圧モー タ 5 0が出力する出力トルクを演算し、 かつ、 出力トルク設定手段 9 3からの出 力トルク値と演算した出力トルクとを比絞して、 油圧ポンプ 2 0の吐出量を制御 する信号を斜板制御部 3 3へ出力する。

次に、 電気油圧ハイプリ ッ ドモータの作動について説明する。

制御装置 9 0は、 外部指令を受け、 電動モータ 1 0の回転子 1 4を所定の回転 方向及び出力回転速度で作動させるために、 固定子 1 2に所定の ¾流を流す。 固 定子 1 2は、 電流を受けて磁界を発生し、 回転子 1 4を左右いずれか選択された 方向に回転させる。 これに伴い、 回転子 1 4と一体に形成されているシリ ンダブ ロック 2 1 は、 所定の方向に回転する。 このとき、 制御装匮 9 0が出力回転をゼ 口に指示したとき、 すなわち、 ソレノイ ド 3 7が制御装置 9 0からの指令を受け ないためにスプール 3 8を押圧しないとき、 ピス トン 3 5は制御圧力を受けずに 図 3に示す位 δに停止している。

このため、 油圧ポンプ 2 0のロッカカム部 3 0は、 当初設定している所定の角 度 α θ にある。 また、 このとき油圧モー夕 5 0のロッカカム 5 6 も同様に、 当初 からの固定の角度 α θ にあり、 しかも、 油圧ポンプ 2 0と油圧モータ 5 0 との吐 出容積 （ c c _ r e V ) を同容積にしている。 これにより、 油圧ポンプ 2 0の吐 出董が油圧モータ 5 0の吸入貴と同じになり、 油圧ポンプ 2 0のプランジャ 2 3 と油圧モータ 5 0のブランジャ 2 3 aとは同量のス トロークなる。 このため、 油 圧ポンプ 2 0の吐出量が油圧モータ 5 0の吐出量と同容量となるので、 油圧モー タ 5 0のブランジャ 2 3 aは、 ロッカカム部 5 5に対して仕事をすることがなく 、 ロッカカム 5 6の上を空回りする。 これにより、 油圧モータ 5 0の出力軸 5 6 bは、 回転しない。

この油圧モータ 5 0の出力軸 5 6 bの回転速度は次式で表わされる。

Nm= 〔 (Qm- Q ρ ) x N p〕 Qm

ここで、

Nm =油圧モータ 5 0の出力軸 5 6 bの回転速度

N p =油圧ポンプ 2 0の回転速度 （回転子 1 4の回転速度）

Qm =油圧モータ 5 0の吐出容積 （ c c Z r e V )

Q p =油圧ポンプ 2 0の吐出容積 （ c c / r e V )

である。

次に、 制御装置 9 0が所定の出力回転速度を指示したとき、 すなわち、 ソ レノ イ ド 3 7が制御装置 9 0からの指令を受けてスプール 3 8を押圧したとき、 スプ ール 3 8を経た制御圧力は、 斜板制御部 3 3のピス トン 3 5の受圧室 3 5 eに作 用し、 ピス ト ン 3 5を上方 （図 3の Y方向の上方） に押し上げる。 これにより、 ロッカカム 3 1 は、 所定の角度 αθ から反時計方向に回転して、 傾転角度 αを小 さくする。 このとき、 ピス トン 3 5は、 スプール用バネ 3 9を上方に押して、 ス プール 3 8を当初の位置に戻し、 受圧室 3 5 eへの制御圧力の供袷を停止して、 移動が停止する。 これにより、 油圧ポンプ 2 0の吐出容稜は小さくなると共に、 所定の吐出量の位置で停止する。 例えば、 油圧ポンプ 2 0のロッカカム 3 1 を軸 芯に対して直角にして、 吐出容積を (Q p = 0 ) にすると、 回転速度 Nmは、 油圧ポンプ 2 0の回転速度 N pの回転速度に等しくなる。 即ち、 回転速度 Nmは 、 回転子 1 4の回転速度に等しくなる。

また、 ロッカカム 3 1を図示の反対方向、 即ち、 軸芯の直角方向に対して反対 側の所定の角度— αθ にして、 油圧ポンプ 2 0の吐出容穂 Q ρを一 Qmとすると 、 回転速度 Nmは回転子 1 4の回転速度の 2倍になる。

以上において、 油圧ポンプ 2 0、 油圧モータ 5 0、 ポンプ用切換部材 6 2、 或 いはモータ用切換部材 6 3から油洩れが生じたために、 油圧ポンプ 2 0の吐出容 量に対して、 吸入量が不足するときには、 シャフ ト 6 1内のチヤ一ジ回路のチヱ ック弁 6 5、 6 6を介して、 圧油が供給される。 これにより、 近距離から補充さ れるため、 抵抗が少なくて真空が発生しないと共に、 チャージ回路の圧力を低く 設定できる。 また、 油圧ポンプ 2 0から油圧モータ 5 0への回路に付設されてい るパイロッ ト弁 6 9を外部より制御し、 この回路の圧力をゼロにすることにより 、 油圧モータ 5 0の出力トルクをゼロにすることができる。

冷却回路では、 ケース 1 1内部の潤滑油が所定の温度以上に上昇したことを温 度センサ 8 4で検出し、 逆止弁 8 7の圧力を制御して、 オイルクーラ 3 2に潤滑 油を流す。 オイルクーラ 8 2で冷却された潤滑油は、 管路 8 3 aを経てケース 1 1 に入り、 固定子 1 2、 回転子 1 4の軸受 1 3、 ロッカカム部 5 5の軸受 5 7、 プランジャ部 2 2のシユー 2 4、 及び切換部 6 0を冷却すると共に、 潤滑してい る。 なお、 制御装置 9 0で制御せずに、 始動時から冷却回路が作動するようにし ても良い。

次に、 等馬力制御について、 図 8のフローチャー トを用いて説明する。

ステップ 1 0 1では、 工場等の各設備の ¾力、 或いは駆動する装置の消費電力 に合わせて、 消 S電力設定スィツチ 9 2により、 電動油圧ハイプリ ッ ドモータの 消費電力 L 0をコントローラ 9 1の記慷装置 （図示せず） に入力して記愫させる 。 ステップ 1 0 2では、 電圧検出センサ 9 4及び電流検出センサ 9 5 により、 電 動モータ 1 0の固定子 1 2への電圧 V及び電流 Iを検出して、 各検出値をコン ト ローラ 9 1 に送る。 ステップ 1 0 3でコントローラ 9 1 は、 電圧又は電流の変化 の推移より、 位相差 øを求める。 ステップ 1 0 4でコン トローラ 9 1 は、 電動モ 一夕 1 0が実際に油圧ポンプ 2 0を駆動する消費電力 Lを、 数式 〔L = V X I X c 0 s ø〕 より求める。

ステップ 1 0 5では、 実際の消 S電力 Lが消費電力設定値 L 0より大きいか否 かを判定する。 実際の消 S電力 Lが L 0以下の場合 （L≤ L o ) 、 ステップ 1 0 6に進む。 ステップ 1 0 6でコン トローラ 9 1 は、 ソレノイ ド 3 7 に対し、 油圧 ポンプ 2 0からの吐出 Sを增加させるための制御信号を出力する。 ソレノィ ド 3 7は、 信号を受けて変位し、 スプール 3 8を押して、 チャージポンプ 8 1からの パイ aッ ト油圧をピス トン 3 5の受圧室 3 5 dに送り、 ピス ト ン 3 5を移動させ る。 ピストン 3 5は、 スライダ 3 4を介してロッカカム 3 1の角度 αを変化させ

、 油圧ポンプ 2 0の吐出容積 Q Ρを增加させる。

一方、 実際の消黄電力 Lが大きい場合 （L > L o) 、 ステップ 1 0 7に進み、 コン トローラ 9 1 は、 ソレノィ ド 3 7に対し、 油圧ポンプ 2 0からの吐出量を減 少させるための制御信号を出力する。 ソレノィ ド 3 7は、 信号を受けて変位し、 スプール 3 8を押して、 チャージポンプ 8 1からのパイロッ ト油圧をピス トン 3 5の受圧室 3 5 eに送り、 ピス トン 3 5を移動させる。 この移動により、 ロッカ カム 3 1の角度 αが変化して、 吐出容穂 Q pは減少する。 これにより、 電動モー タ 1 0の消費電力は増加し、 一定の消费踅力が得られる。

以上のように、 電動モータ 1 0が一定の電力を消 Sするように制御することに より、 鴛動油圧ハイプリ ッ ドモータの等馬力制御が行える。 これにより、 電動モ 一夕 1 0の出力上限までの等馬力制御が可能になる。 例えば、 クレーン等での吊 り作業時、 重量物の場合は低速度に、 軽量物の場合は高速度になる制御ができる o

次に、 等トルク制御について、 図 9のフローチャー トを用いて説明する。

ステップ 2 0 1で、 コントローラ 9 1の記憶装 Sは、 出力トルク設定スィッチ 9 3により、 駆動する装置の必要トルクに合わせて、 油圧モータ 5 0の必要トル ク T oを入力して記憶する。 ステップ 2 0 2では、 電圧検出センサ 9 4及び電流 検出センサ 9 5により、 固定子 1 2への電圧 V及び電流 I を検出して、 各検出値 をコントローラ 9 1 に送る。 ステップ 2 0 3でコン トローラ 9 1は、 電圧又は電 流の変化の推移より、 位相差 øを求める。 ステップ 2 0 4で、 油圧モータ 5 0の 出力軸 5 6 bの回転速度 ωを回転速度検出センサ 9 6により検出して、 コ ン ト口 ーラ 9 1 に送る。 ステップ 2 0 5で、 コン トローラ 9 1 は、 電動モータ 1 0の実 際の発生トルク Τを数式 〔T= (V x i x c o s 0) /w3 より求める。 ステップ 2 0 6では、 実際の発生トルク Tが出力トルク設定スィツチ 9 3から の必要トルク T 0より大きいか否かを判定する。 実際の発生トルク Tが必要トル ク T 0より大きい場合 （T > T o ) 、 ステップ 2 0 7に進む。 ステップ 2 0 7で 、 コン トローラ 9 1 は、 ソレノイ ド 3 7に対し、 油圧ポンプ 2 0からの吐出量を 増加させるための制御信号を出力する。 ソレノィ ド 3 7は、 信号を受けて変位し 、 スプール 3 8を押して、 チャージポンプ 8 1からのパイロッ ト油圧を受圧室 3 5 dに送り、 ビス ト ン 3 5を移動させる。 ビス ト ン 3 5は、 スライダ 3 4を介し てロッカカム 3 1の角度 aを変化させ、 油圧ポンプ 2 0の吐出容積 Q pを增加さ せる。 これにより、 油圧モータ 5 0の回転速度が増加して、 実際の発生トルク T は小さくなる。

—方、 ステップ 2 0 7で実際の発生トルク Tが必要トルク T o以下の場合 （T ≤ T o ) には、 ステップ 2 0 8に進む。 ステップ 2 0 8で、 コン トローラ 9 1 は 、 ソレノイ ド 3 7に対し、 油圧ポンプ 2 0からの吐出量を減少させるための制御 信号を出力する。 ソレノイ ド 3 7は、 信号を受けて変位して、 スプール 3 8を押 し、 チャージポンプ 8 1からのパイロッ ト油圧を受圧室 3 5 eに送って、 ピス ト ン 3 5を移動さる。 この移動により、 ロッカカム 3 1の角度 αを変化させて、 吐 出容積 Q Ρを減少させる。 これにより、 油圧モータ 5 0の回転速度が減少して、 実際の発生トルク Τは大きくなる。

このように制御することにより、 等トルク制御が得られる。 従って、 使用する 機械の駆動系の限界トルクが設定されている場合、 出力トルクを一定に押さえた 使い方ができる。 また、 上記のごとく、 回転速度センサ 9 6により出力軸 5 6 b の回転速度 ωを検出して、 フィー ドバック制御を行うことにより、 正確な回転速 度の出力制御が行える。

以上説明したように、 本発明によれば、 電動モータの固定子及び回転子の内方 に油圧ポンプ及び油圧モータを挿入しているので、 全長が短くなる。 しかも、 油 圧ポンプと油圧モータとを対向させて設置しているので、 構造が簡素化できる。 また、 電動モータからの動力を油圧ポンプに与え、 さらに油圧ポンプにより油圧 モータを駆動することによって、 低速から高速まで、 所定の定格トルクが得られ る。 さらに、 油圧ポンプ及び油圧モータを用いることにより、 出力回転速度は、 低速から高速まで、 容易に可変となる。 また、 電動モータ、 油圧ポンプ及び油圧 ポンプは、 冷却兼潤滑油により、 発生した熱がケースに付設したオイルクーラで 冷却されると共に、 濶滑されるので、 構造が籣素化される。 さらに、 潤滑油の温 度が、 温度センサにより検出されて、 自動的に所定の温度になるように制御され ているので、 管理維持、 操作は簡単になる。 また、 電動モータの消 »電力を計測 し、 計測値を設定値に制御して、 等馬力制御を行なうので、 例えばクレーンの埸 合、 使用条件に合わせて速度が可変となり、 作業効率が向上する。 また、 出力回 転速度を測定すると共に油圧ポンプの吐出量を制御して、 等卜ルク制御を行なう ので、 出力トルク制限がある埸合、 トルク リ ミ ツタ制御ができるという優れた効 果が得られる。 産業上の利用可能性

本発明は、 小型で簡素な構造であり、 等馬力制御の場合に、 速度可変となって 作業効率が向上でき、 しかも トルク制限が必要な場合に、 トルク リ ミ ッタ制御が できる電気油圧ハイブリ ッ ドモータとその制御装置及びその制御方法として有用 である。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 電動モータの回転子の内方に、 油圧ポンプ及び油圧モータを備える電気油圧 ハイブリ ッ ドモータにおいて、

前記油圧ポンプ（20)及び前記油圧モータ（50)に共用に設けられて、 前記回転子（1 4)と一体で回転するシリ ンダブロック（21)と、

前記油圧ポンプ（20)に設けられて前記回転子（14)と一体で回転する複数のブラン ジャ (23)と、

前記油圧モータ（50)に設けられる複数のブランジャ（23a) と、

前記油圧ポンプ（20)の吐出容積を設定する可変斜板制御手段（33)と、

前記油圧モータ（50)の吐出容植を設定する斜板設定手段（56)と、

前記シリ ンダブロック（21)、 前記油圧ポンプ（20)用ブランジャ（23)、 前記油圧モ 一夕（50)用プランジャ（23a) 、 前記可変斜板制御手段（33)及び前記斜板設定手段

(56)を内部に配設するケース（11 )とを備えることを特徴とする電気油圧ハイプリ ッ ドモータ。

2 . 前記ケース（11)は、 冷却装 S (80)を付設することを特徴とする請求の範囲 1 記載の電気油圧ハイブリ ツ ドモータ。

3 . 前記シリ ンダブ口ック（21 )を貫通するシャフ ト（61)内に、 チヤ一ジ用油圧回 路を設けることを特徴とする請求の範囲 1記載の電気油圧ハイブリ ツ ドモータ。

4 . 電動モータと、 前記電動モータの回転子の内方に備えられる油圧ポンプ及び 油圧モータとを制御する電気油圧ハイプリ ッ ドモータの制御装置において、 前記油圧ポンプ（20)及び前記油圧モータ（50)に共用に設けられて、 前記回転子（1 4)と一体で回転するシリ ンダブロック（21 )と、

前記油圧ポンプ（20)に設けられて前記回転子（14)と一体で回転する複数のブラン ジャ (23)と、

前記油圧モータ（50)に設けられる複数のブランジャ（23a) と、

前記油圧ポンプ（20)の吐出容稜を設定する可変斜板制御手段（33)と、

前記油圧モータ（50)の吐出容穣を設定する斜板設定手段（56)と、

前記シリ ンダブロック（21 )、 前記油圧ポンプ（20)用ブランジャ（23)、 前記油圧モ 一夕（50)用プランジャ（23a) 、 前記可変斜板制御手段（33)及び前記斜板設定手段

(56)を内部に配設するケース（11 )と、

前記電動モータ（10)が消費する電力を設定する消費霍カ設定手段（92)と、 前記電動モータ（10)の固定子（12)への電圧を検出する電圧検出手段（94)と、 前記固定子への電流を検出する電流検出手段（95)と、

前記検出した電圧及び電流から前記電動モータ（10)の消費電力を演算し、 前記設 定した消費電力と前記演算した消 «電力とを比較し、 前記比較の桔果に対応して 、 前記油圧ポンプ（20)の吐出置を制御する信号を前記可変斜板制御手段（33)へ出 力するコン トローラ（91 )とを備えることを特徴とする電気油圧ハイブリ ッ ドモ一 夕の制御装置。

5 . 電動モータと、 前記電動モータの回転子の内方に備えられる油圧ポンプ及び 油圧モータとを制御する霍気油圧ハイプリ ッ ドモータの制御装置において、 前記油圧ポンプ（20)及び前記油圧モータ（50)に共用に設けられて、 前記回転子（1 4)と一体で回転するシリ ンダブロック（21 )と、

前記油圧ポンプ（20)に設けられて前記回転子（14)と一体で回転する複数のブラン ジャ (23)と、

前記油圧モータ（50)に設けられる複数のブランジャ（23a) と、

前記油圧ポンプ（20)の吐出容積を設定する可変斜板制御手段（33)と、

前記油圧モータ（50)の吐出容積を設定する斜板設定手段（56)と、

前記シリ ンダブロック（21)、 前記油圧ポンプ（20)用ブランジャ（23)、 前記油圧モ 一夕（50)用プラ ンジャ （23a) 、 前記可変斜板制御手段（33)及び前記斜板設定手段 (56)を内部に配設するケース（11)と、

前記油圧モータ（50)が出力する出力トルクを設定する出力トルク設定手段（93)と 前記油圧モータ（50)の回転速度を検出する回転速度検出手段（96)と、

前記電動モータ（10)の固定子（12)への電圧を検出する電圧検出手段（94)と、 前記固定子への電流を検出する電流検出手段（95)と、

前記検出した回転速度、 電圧及び電流から前記油圧モータ（50)の出力トルクを演 算し、 前記設定した出力トルクと前記演算した出力 トルクとを比絞し、 前記比較 の結果に対応して、 前記油圧ポンプ（20)の吐出量を制御する信号を前記可変斜板 制御手段（33)へ出力するコントローラ（91 )とを備えることを特徴とする電気油圧 ハイプリ ッ ドモータの制御装置。

6 . 電動モータと、 前記電動モータの回転子の内方に備えられる油圧ポンプ及び 油圧モータとを制御する電気油圧ハイプリ ッ ドモータの制御方法において、 前記油圧ポンプ（20)を駆動する前記電動モータ（10)の消費する電力を設定すると 共に、 前記油圧モータ（50)に可変の吐出 Sを供給してなる前記油圧ポンプ（20)を 駆動する前記電動モータ（10)の消費電力を演算し、 前記演算した消費電力が前記 設定した消費電力より大きい場合、 前記油圧ポンプ（20)の吐出量を滅ずることを 特徴とする電気油圧ハイプリ ッ ドモータの制御方法。

7 . 電動モータと、 前記電動モータの回転子の内方に備えられる油圧ポンプ及び 油圧モータとを制御する電気油圧ハイプリ ッ ドモータの制御方法において、 前記油圧モータ（50)が出力する出力トルクを設定すると共に、 前記油圧ポンプ（2 0)を駆動する前記電動モータ（10)への電流及び電圧と、 前記油圧モータ（50)の回 転速度とから前記油圧モータ（50)が出力する出力トルクを演算し、 前記演算した 出力トルクが前記設定した出力トルクより大きい場合、 前記油圧ポンプ（20)の吐 出量を增加することを特徴とする電気油圧ハイプリ ッ ドモータの制御方法。