(57)【要約】【課題】可変容量形ピストンポンプにおいてカットオフ圧力やフルカットオフ圧力が若干変化しても確実に回転数制御できる。【解決手段】コンペンセータ１７の負荷ポート２１と斜板１３の傾転角を制御するコントロールピストン２２の圧力室２３との間に圧力検出ポートを有する圧力センサ２９を設けてコントロールピストン２２の圧力室２３内の圧力を検出するとともに、コントロールピストン２２の圧力室２３内の検出圧力に基づいてインバータへの回転数指令を行うようにしてコンペンセータ１７のスプリング２０の弾発力の変化などでカットオフ圧力やフルカットオフ圧力が若干変化しても確実に回転数制御できるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変容量形油圧ポンプにおいて、コンペンセータの負荷ポートと斜板の傾転角を制御するコントロールピストンの圧力室との間に圧力検出ポートを有する圧力センサを設け、該コントロールピストンの圧力室内の圧力を検出するとともに、コントロールピストンの圧力室内の検出圧力に基づいてインバータへの回転数指令を発するようにしたことを特徴とするインバータ駆動油圧ニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインバータ駆動油圧ユニットに関し、さらに詳細には可変容量形を含む油圧ポンプ、油圧ポンプを駆動する可変速モータ及び可変速のモータを制御するインバータ装置を有するインバータ駆動ユニットにおいて、吐出圧力が設定以上になった場合に油圧ポンプとしての吐出流量が要求されていないことを判断して可変速モータの回転数を低下させることで消費電力を低減させるインバータ駆動油圧ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のインバータ駆動油圧ユニットとしては、特許文献１に示すように可変容量形油圧ポンプと、前記可変容量形油圧ポンプを駆動する可変速モータと、前記可変速モータを駆動するインバータ装置と、前記ンバータ装置に回転数指令を与える制御装置と、圧力検出器とを、備え、吐出圧力があらかじめ設定された圧力に以上になった場合に、可変速モータの回転数を低下させることで消費電力を低減させている。この特許文献１では、より好ましくは、カットオフ開始圧力からフルカットオフ圧力までの間の可変速モータの回転数条件を圧力制御系によって吐出圧力が上昇するのに伴って、その吐出圧力を安定して維持するだけの最低回転数になるように段階的または無段階に回転数を減少させるような特性に設定するのが良いとしている。そして、可変容量形油圧ポンプがフルカットオフ状態であり作動油の吐出量を要求していない場合には、インバータ装置を使用して該油圧ポンプの回転数を低下させることで、フルカットオフ時の消費電力を低減させている。さらに、可変容量形油圧ポンプがカットオフ付近にあることを検出するために該油圧ポンプの吐出口の圧力を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１７２３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に示されている方法では、図２に示すシャープカットオフ特性のポンプの吐出圧力―流量特性線図において、コンペンセータ付きのシャープカットオフの可変容量形油圧ポンプの場合、製品出荷時にカットオフ時の圧力をコントローラに記憶させても、コンペンセータのスプリング荷重などの圧力設定要素の特性変化によりカットオフ圧力やフルカットオフ圧力が少し変化しただけで回転数制御範囲から外れてしまう可能性がある。
このため、図３に示す吐出口の圧力で制御する回転数の変化を示す吐出圧力―流量特性線図では、点線で示すようにカットオフ点のかなり手前から回転数を低下させることで設定圧力が若干変化しても回転数が極端に変化しないようにしなければならない。
【０００４】
しかし、このようにすると、回転数制御のため全体での吐出圧力−流量特性は図３に示すようになり、インバータ駆動する前の圧力―流量特性（図２参照）と大きく異なった圧力―流量特性になるため、従来のインバータ制御無しの可変容量形油圧ポンプをインバータ制御に置き換える際の互換性の検証に多大な工数が必要となる。
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、可変容量油圧ポンプにおいて、コンペンセータの負荷ポートと斜板の傾転角を制御するコントロールピストンのコントロールピストン室との間に圧力検出ポートを有する圧力センサを設けてコントロールピストンの圧力室内の圧力を検出するとともに、コントロールピストンの圧力室内の検出圧力に基づいてインバータへの回転数指令を行うようにしてコンペンセータのスプリング荷重の変化などでカットオフ圧力やフルカットオフ圧力が若干変化しても確実に回転数制御できるようにしたインバータ駆動油圧ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の課題を解決するために請求項１記載の発明は、可変容量形油圧ポンプにおいて、コンペンセータの負荷ポートと斜板の傾転角を制御するコントロールピストンの圧力室との間に圧力検出ポートを有する圧力センサを設け、コントロールピストンの圧力室内の圧力を検出するとともに、コントロールピストンの圧力室内の検出圧力に基づいてインバータへの回転数指令を発するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は可変容量油圧ポンプにおいて、コンペンセータの負荷ポートと斜板の傾転角を制御するコントロールピストンの圧力室との間に圧力検出ポートを有する圧力センサを設けることで、コントロールピストンの圧力室内の圧力を検出するとともに、コントロールピストンの圧力室内の検出圧力に基づいてインバータへの回転数指令を作成したことでコンペンセータのスプリング荷重の変化などでカットオフ圧力やフルカットオフ圧力が少し変化しても確実に回転数制御できるようにしたので、コンペンセータ付きのシャープカットオフの可変容量油圧ポンプの場合でもインバータによる回転数制御の無い場合の圧力−流量特性を保ちながらインバータによる回転数制御によりフルカットオフ時の消費電力の低減が可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明の実施の形態に係る可変容量形ピストンポンプ１０の概略構造を示す縦断面図である。図１において、シリンダバレル１１は、図示しないシャフトの回転により回転する。ピストンシュー１２は、図示しない予圧機構により常に斜板１３上を滑る。これによりシリンダバレル１１に摺動自在に嵌挿されたピストン１４は往復動運動をする。よって、吐出ポート１６側と吸入ポート２４側の分離を行なうバルブプレート１５機能も合わさり、吐出ポート１６に圧油が吐出される。
一方、吐出ポート１６に吐出された圧油は、コンペンセータ１７の圧力室１８に導かれ、スプール１９の一方の端面に作用する。この場合、前記スプール１９の他方の端面には、スプリング２０の弾発力が付勢されている。
【０００８】
前記コンペンセータ１７の負荷ポート２１は、コントロールピストン２２の圧力室２３に接続されている。また、前記コントロールピストン２２の露出部の端部２２ａは、斜板１３の端に接触している。前記斜板１３には、コントロールピストン２２を圧力室２３側に押し込める方向に作用するスプリング２５が装着されている。
吐出ポート１６が全開で吐出圧力が小さいときは、コンペンセータ１７のスプール１９は、スプリング２０の弾発力により圧力室１８側に押圧されている。このため、負荷ポート２１は、図示しないドレン回路の圧力と同じであり、コントロールピストン２２の圧力室２３の圧力も図示しないドレン回路の圧力と同じである。
【０００９】
前記斜板１２は、スプリン２５の弾発力により押圧されて傾転角が最も大きい状態になっており、１回転でのピストン１４のストロークも最も大きく吐出流量も大きい状態である。ポンプの吐出口を全開状態から除々に絞ると、吐出口の圧力が上昇してくる。よって、吐出圧力つまりコンペンセータ１７の圧力室１８の圧力とスプール１９の断面積との積がスプリング２０の弾発力より大きくなるとスプール１９は、該スプリング２０側に動き出す。それ以上に吐出圧力が上昇すると、コンペンセータ１７の負荷ポート２１とドレンポート２６との連通は徐々に閉じられる。もう少し吐出圧力が上昇するとコンペンセータ１７の負荷ポート２１は供給ポート２７に通じ、より吐出圧力が上昇すると開度が大きくなる。
【００１０】
コンペンセータ１７の負荷ポート２１がドレンポート２６に全開している状態から供給ポート２７側に全開するまでの吐出圧力の変化は、コンペンセータ１７のスプール１９の移動量とスプリング２０のばね定数との積、つまり力の変化をコンペンセータ１７のスプール１９の断面積で割った圧力であり、０．１〜０．２ＭＰａの変化での切り換えも可能である。コントロールピストン２２が斜板１３を押し付ける力は、該コントロールピストン２２の断面積と該コントロールピストン２２の圧力室２３の圧力との積になり、斜板１３が略垂直になって吐出しなくなるフルカットオフ点は、このコントロールピストン２２の押す力とスプリング２５の戻す力のバランスで決まるが、通常は、コントロールピストン２２の圧力室２３の圧力が吐出圧力の３０〜５０％でフルカットオフ状態になる。
【００１１】
以上のような機構による可変容量形ピストンポンプ１０は図２に示すようなシャープカットオフの圧力−流量特性を有するようになっている。コンペンセータ１７の切換開始から完了までは０．１〜０．２ＭＰａと狭い範囲であるのに対して、切換え開始圧力は、スプリング２０の弾発力で決まるために該スプリング２０のへたりなどで初期的に０．１〜０．２ＭＰａ程度は容易に変動する。このため、従来のようにポンプの吐出側に設けた圧力計で負荷圧力を検出し、検出圧力により初期設定したカットオフ点からフルカットオフ点まで回転数を変化させるようにすると、制御範囲から外れる恐れがある。
【００１２】
このため、圧力調整要素の特性が変化して吐出圧力が変化しても回転数調整範囲から外れないようにカットオフ点のかなり手前から回転数を低下させる必要があった。このようにするとインバータによる回転数制御をする前のポンプの圧力−流量特性が大きく異なるため置き換えにあたっては、十分な検証が必要であるという問題がある。
一方、本発明によるコントロールピストン２２の圧力室２３の圧力を圧力センサ２９で検出し、図７に示すように、コントローラ３０とインバータ装置３４を使用して回転数を制御をする方法では、コンペンセータ１７のスプール１９が動き出す位置、つまりカットオフ点の極近傍（図５のA点）までは、ドレン回路圧であり通常は０．１ＭＰａ以下である。仮にフルカットオフ圧力が７ＭＰａであり、ドレン回路圧を０．１ＭＰａとしフルカットオフ時のコントロールピストン２２の圧力室２３の圧力が吐出圧力の５０％とすれば、フルカットオフ圧力が６．８ＭＰａまで低下してもコントロールピストン２２の圧力室２３の圧力変化は、０．１ＭＰａから３．５ＭＰａまでの変化が０．１ＭＰａから３．４ＭＰａまでの変化に変わるだけであり、ポンプの圧力−流量特性に合わせた回転数制御が可能である。
図７で回転数制御の概要について述べると、コンペンセータ１７の負荷ポート２１つまりコントロールピストン２２の圧力室２３に圧力センサ２９が接続される。コントローラ３０はコントロールピストン２２の圧力室２３の圧力つまり圧力センサ２９の検出圧力に基づいて出力電圧を変化させる。コンペンセータ１７の負荷ポート２１がドレーンポート２６の圧力より上昇し始めた点が３１であり、ポンプ３２の吐出口が閉止されフルカットオフ状態にある時のコントロールピストン２２の圧力室内２３の圧力より少し小さい圧力の点が３３であり、実際に運転して取得する値である。インバータ装置３４は、入力電圧に比例して電動機３５を回転させるものであり、コントローラ３０の出力電圧に回転数は比例する。
【００１３】
このように小さな吐出圧力の変化に対して急激に流量が変化するのに対して、コントロールピストン２２の圧力室２３内の圧力変化は幅広く変化する状態を図５に示している。また、コントロールピストン２２の圧力室２３内の圧力から回転数指令も穏やかな変化する状態を図６に示している。
このような、コントロールピストン２２の圧力室２３内の圧力による回転数制御の欠点は、吐出口に設けた圧力センサ２９の検出圧力は絶対的な吐出圧力であるが、コントロールピストン２２の圧力室２３内の圧力は吐出圧力との関係においてポンプの機差の影響を受けるためポンプ３２に合わせてコントローラ３０の調整要素を調整する必要がある。ただし、それほどのことでもなく、例えば、ポンプ３２の検査時にポンプ吐出口をブロックして、フルカットオフ状態とし、この時に最低回転数設定可変抵抗を調整し最低回転数にするとか、フルカットオフ時にコントロールピストン２２の圧力室２３内の圧力記憶ボタン（図示しない）を押して記憶させるなどして、それらの値に基づいて、予め定めた規則でコントロールピストン室圧力−回転数制御カーブを決めれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に実施の形態に係る可変容量形ピストンポンプの概略構造図である。
【図２】図１の可変容量形ピストンポンプのシャープカットオフ特性の吐出圧力―流量線図である。
【図３】図１の可変容量形ピストンポンプの吐出口の圧力で制御する場合の吐出圧力―流量線図と回転数に変化を表わす線図である。
【図４】図１の可変容量形ピストンポンプの回転数変化による吐出圧力―流量特性線図である。
【図５】図１の可変容量形ピストンポンプのコントロールピストンの圧力室内の圧力―吐出圧力の関係を示す線図である。
【図６】図１のコントロールピストンの圧力室の室内圧力―インバータ装置への回転数指令の関係を示す線図である。
【図７】図１に接続される油圧制御回路図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  可変容量形ピストンポンプ        １１  シリンダバレル
１２  ピストンシュー                  １３  斜板
１４  ピストン                        １５  バルブプレート
１６  吐出ポート                      １７  コンペンセータ
１８  圧力室                          １９  スプール
２０  スプリング                      ２１  負荷ポート
２２  コントロールピストン            ２３  圧力室
２４  端部                            ２５  スプリング
２６  ドレンポート                    ２７  供給ポート
２８  コントロールピストン室          ２９  圧力センサ
３０  コントローラ                    ３２  ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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