(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータと遮断弁とを備えた外部装置に接続される油圧ユニットにおいて、
前記遮断弁を介して前記アクチュエータに接続されたベーンポンプと、
前記ベーンポンプから吐出された油の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ベーンポンプを駆動し、インバータ制御されるモータと、
圧力指令および流量指令を受け、前記圧力指令に応じた圧力および前記流量指令に応じたモータ回転速度になるように前記モータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記遮断弁が閉じられた待機状態であって、前記圧力指令に応じた圧力が第１閾値以下、および前記流量指令に応じた流量が第２閾値以下の待機状態において、前記圧力検出手段で検出された圧力が、前記ベーンポンプのベーンが開いた状態を保持できる第３閾値を超えないときは、
前記ベーンが開くモータ回転速度になるように前記モータを制御することを特徴とする油圧ユニット。
【請求項２】
前記制御部は、
前記圧力検出手段で検出された圧力が、前記ベーンが開いた状態を保持できかつ前記第３閾値よりも大きい第４閾値以上になったときに、
前記ベーンが開くモータ回転速度から、前記流量指令に応じたモータ回転速度になるように前記モータを制御することを特徴とする請求項１に記載の油圧ユニット。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ制御されるベーンポンプを有する油圧ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベーンポンプは、環状のカムリングと、カムリングの内側に配置されたロータと、ロータの外周面に形成された複数のスリットにそれぞれ進退可能に配置され、カムリングの内周面に当接して複数の圧縮室を形成する複数のベーンとを有している。
【０００３】
このベーンポンプでは、モータの回転速度が上昇することによって発生する遠心力や、ベーンポンプの吐出口から発生する圧力を利用することでベーンが開き、カムリングの内周面と密着して油が流れる。ベーンポンプをインバータで制御する油圧ユニットでは低回転時に遠心力が小さく、ベーンが開かないので油が流れない場合がある。この状態からモータの回転速度を上げて油を流すと、 回転速度が一定以上となったときに遠心力によりベーンが開いて油が流れて流量が急変し、アクチュエータの動作にショックが発生する。
【０００４】
このため、例えば特許文献１には、圧縮コイルばねによりベーンをカムリングの内周面に向かって付勢することで、ベーンポンプの低回転時でもベーンを内周面に対して確実に押し付けることができる油圧ユニットが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３５１１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし特許文献１に記載の油圧ユニットでは、圧縮コイルばねを用いるので部品点数が増加し、製造コストが増大するという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ベーンポンプの流量を制御してベーンを開くことでアクチュエータの動作時のショックを抑制し、かつ、部品点数を削減し製造コストを抑制できる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】
【０００８】
第１の発明に係る油圧ユニットは、アクチュエータと遮断弁とを備えた外部装置に接続される油圧ユニットにおいて、
前記遮断弁を介して前記アクチュエータに接続されたベーンポンプと、
前記ベーンポンプから吐出された油の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ベーンポンプを駆動し、インバータ制御されるモータと、
圧力指令および流量指令を受け、前記圧力指令に応じた圧力および前記流量指令に応じたモータ回転速度になるように前記モータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記遮断弁が閉じられた待機状態であって、前記圧力指令に応じた圧力が第１閾値以下、および前記流量指令に応じた流量が第２閾値以下の待機状態において、前記圧力検出手段で検出された圧力が、前記ベーンポンプのベーンが開いた状態を保持できる第３閾値を超えないときは、
前記ベーンが開くモータ回転速度になるように前記モータを制御する。 
【０００９】
この発明では、外部装置からの圧力指令が第１閾値以下、および外部装置からの流量指令が第２閾値以下の状態において、圧力検出手段が検出する油の圧力が第３閾値を超えないときは油が流れていない、すなわちベーンポンプのベーンが開いていないと判断する。このときに、ベーンポンプのベーンが開くモータ回転速度になるようにモータを制御することで、モータ回転速度が上昇して遠心力によりベーンを開くことができる。そしてベーンを開くことで、ベーンポンプから油が流れる準備が整う。あらかじめベーンを開いておくことにより、外部装置側の遮断弁を開いてアクチュエータを動作させる際、モータの回転速度が上昇してベーンが開く回転速度になったときにベーンポンプから急に大量の油が供給されることを防止し、流量が急変する際の衝撃を抑制できる。このようにベーンポンプの流量を制御してベーンを開くことで、流量急変によるアクチュエータ動作時のショックを抑制しつつ、部品点数を削減し製造コストを抑制できる。
【００１０】
第２の発明に係る油圧ユニットは、前記制御部は、前記圧力検出手段で検出された圧力が、前記ベーンが開いた状態を保持できかつ前記第３閾値よりも大きい第４閾値以上になったときに、前記ベーンが開くモータ回転速度から、前記流量指令に応じたモータ回転速度になるように前記モータを制御する。 
【００１１】
この発明では、圧力検出手段で検出した油の圧力が第４閾値以上になったときにベーンポンプが開いたと判断する。この後、外部からの流量指令に基づく流量になるようにモータを制御することで、所望の流量の油を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明では、外部装置からの圧力指令が第１閾値以下、および外部装置からの流量指令が第２閾値以下の状態において、圧力検出手段が検出する油の圧力が第３閾値を超えないときは油が流れていない、すなわちベーンポンプのベーンが開いていないと判断する。このときに、ベーンポンプのベーンが開くモータ回転速度になるようにモータを制御することで、モータ回転速度が上昇して遠心力によりベーンを開くことができる。そしてベーンを開くことで、ベーンポンプから油が流れる準備が整う。あらかじめベーンを開いておくことにより、外部装置側の遮断弁を開いてアクチュエータを動作させる際、モータの回転速度が上昇してベーンが開く回転速度になったときにベーンポンプから急に大量の油が供給されることを防止し、流量が急変する際の衝撃を抑制できる。このようにベーンポンプの流量を制御してベーンを開くことで、流量急変によるアクチュエータ動作時のショックを抑制しつつ、部品点数を削減し製造コストを抑制できる。
【００１３】
第２の発明では、圧力検出手段で検出した油の圧力が第４閾値以上になったときにベーンポンプが開いたと判断する。この後、外部からの流量指令に基づく流量になるようにモータを制御することで、所望の流量の油を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る油圧ユニットを示す概略構成図。
【図２】図１のベーンポンプの縦断面図。
【図３】図２に示すIII-III線に沿った要部断面図
【図４】ベーンポンプを開く制御のフローチャート。
【図５】（ａ）は時間とベーンポンプの流量との関係を示すグラフ、（ｂ）は時間とベーンポンプの圧力との関係を示すグラフ、（ｃ）はモータの回転速度と流量との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。
【００１６】
図１に示すように、油圧ユニット３０は、タンク４０内の作動流体を例えば油圧シリンダなどのアクチュエータ４１に供給する。油圧ユニット３０は、ベーンポンプ１とモータ３２と圧力センサ（圧力検知手段）３３とユニット側制御部（制御部）３４とを備えている。なお、本実施形態では作動流体として油を用いるが、これに限定されないのは勿論である。
【００１７】
ベーンポンプ１は、タンク４０から油を汲み上げ、アクチュエータ４１に向かって吐出する。ベーンポンプ１の吸入側は、タンク４０に連通する吸入側流路３５に接続され、吐出側は、アクチュエータ４１に導通する吐出側流路３６に接続されている。
【００１８】
図２および図３に示すようにベーンポンプ１は、外側がケーシング２で覆われている。ケーシング２の内部には、軸受２Ａ及び軸受２Ｂにより回転軸３が回転自在に軸支されている。回転軸３には、キー４を介して円筒状のロータ５が回転軸３と一体的に回転可能に取り付けられている。ロータ５の外周面には、環状に配列された複数のスリット６（この可変ベーンポンプ１では１３個）が設けられている。複数のスリット６は、ロータ５を軸方向に貫通し且つ放射方向に沿って設けられており、周方向において略等間隔に配置されている。また、ロータ５の径方向外側には、環状（円環状）のカムリング７が配置されている。
【００１９】
複数のスリット６には、各スリット６内を径方向に進退可能に配置される複数のベーン８（この可変ベーンポンプ１では１３個）が配置されている。複数のベーン８は、ロータ５の回転によって発生する遠心力によってカムリング７の内周面に当接して、複数の圧縮室９を形成している。この可変ベーンポンプ１では、隣接する２つのベーン８、ロータ５、カムリング７、及び後述する２つの側板（第１側板２１及び第２側板２２）により１３個の圧縮室９が形成されている。なお、ロータ５、カムリング７、ベーン８等は、ケーシング２の内周面１２により形成される断面視円形状の空間に配置されている。また、回転軸３、ロータ５、及びベーン８は、図２の矢印方向に回転する。
【００２０】
カムリング７の径方向外側には、カムリング７の外周面に当接して、カムリング７の径方向外側からカムリング７を押圧する押圧部材１０が配置されている。この押圧部材１０は、ケーシング２の内周面１２から径方向外側に向かって延在した押圧部材収容部１３に配置されている。この押圧部材収容部１３には、外側空間１１内の作動流体（例えば油）を外部に排出する排出孔１４が形成されている。
【００２１】
図２に示すように、押圧部材１０は、弾性部材１５（この可変ベーンポンプ１では、バネ部材）とピストン１６により構成されている。また、押圧部材１０におけるカムリング７と反対側には、ボルト部材１７が配置されている。この可変ベーンポンプ１では、ボルト部材１７をロータ５の径方向に沿って変位させることで、ピストン１６によりカムリング７に作用する弾性部材１５の弾性力が変化し、圧縮室９内から吐出される作動流体の吐出圧力が調整される。この可変ベーンポンプ１では、カムリング７がロータ５に対して押圧部材１０と反対側に偏心した位置に配置される。すなわち、カムリング７の中心位置は、ロータ５の中心位置に対して押圧部材１０の反対側にある。このとき、カムリング７のうち押圧部材１０と反対側の外周面は、ケーシング２の内周面１２に当接している。
【００２２】
図３に示すように、カムリング７及びロータ５の両端面には、円筒状の第１側板２１（端面部材）及び円筒状の第２側板２２が配置されている。第１側板２１及び第２側板２２の中央には、貫通孔が形成されており、これらの貫通孔には、回転軸３が挿通されている。
【００２３】
第１側板２１は、圧縮室９に作動流体（例えば油）を供給する吸入孔２３と、圧縮室９内の作動流体を吐出させる吐出孔２４と、圧縮室９内の作動流体をカムリング７の径方向外側の外側空間１１に排出する連通部３１とを有している。吸入孔２３は吸入側流路３５に接続され、吐出孔２４は吐出側流路３６に接続されている。
【００２４】
モータ３２（図１参照）は、外部装置側制御部４３またはユニット側制御部３４からの指令によりインバータ制御され、ベーンポンプ１を駆動する。モータ３２は、ベーンポンプ１に接続され、かつ、ユニット側制御部３４に電気的に接続されている。
【００２５】
圧力センサ３３は吐出側流路３６に設けられ、ベーンポンプ１から吐出された油の圧力を検知する。圧力センサ３３は、一端が吐出側流路３６の途中に電気的に接続され、他端はユニット側制御部３４に電気的に接続されている。
【００２６】
ユニット側制御部３４は、後述する外部装置側制御部４３から圧力指令および流量指令を受け、圧力指令に応じた圧力および流量指令に応じたモータ回転速度になるようにモータ３２を制御する。ユニット側制御部３４は外部装置側制御部４３に電気的に接続され、外部装置側制御部４３から圧力指令および流量指令を受信する。ユニット側制御部３４は外部装置側制御部４３からの各指令に基づいてモータ３２を駆動する。なお本発明のユニット側制御部３４は、外部装置側制御部４３からの各指令を受信すると共に、ベーンポンプ１のベーン８を開くために外部装置側制御部４３からの指令とは別に独自の指令を用いてモータ３２を駆動する。
【００２７】
油圧ユニット３０に接続される外部装置４５は、外部装置側制御部４３と遮断弁４６とアクチュエータ４１とを備えている。
【００２８】
外部装置側制御部４３は、圧力指令および流量指令をユニット側制御部３４に送信する。外部装置側制御部４３は遮断弁４６に電気的に接続され、遮断弁４６を開閉する。
【００２９】
遮断弁４６は、ベーンポンプ１と、ベーンポンプ１の吐出側に設けられたアクチュエータ４１との間に配置され、外部装置側制御部４３からの指令により吐出側流路３６を開閉する。遮断弁４６を開いた状態では、ベーンポンプ１から吐出された油がアクチュエータ４１に供給される。一方、遮断弁４６を閉じた状態では、ベーンポンプ１から吐出された油がアクチュエータ４１に供給されるのを阻止する。また遮断弁４６は、外部装置側制御部４３に電気的に接続されている。
【００３０】
次に図４を参照して、外部装置側制御部４３およびユニット側制御部３４によるベーンポンプ１のベーン８を開放する制御について詳述する。
【００３１】
まずステップＳ１でユニット側制御部３４が、外部装置側制御部４３からの圧力指令に応じた圧力が第１閾値以下かつ流量指令に応じた流量が第２閾値以下であるか否かを検知する。また一般に、圧力指令に応じた圧力が第１閾値以下かつ流量指令に応じた流量が第２閾値以下であるときには、油圧ユニット３０側で仕事をしない待機状態となり、外部装置側制御部４３からの指令により遮断弁４６を閉じる。起動時はこの待機状態となるため、外部装置側制御部４３およびユニット側制御部３４によるベーンポンプ１のベーン８を開放する制御をこの待機状態で行うことにより、ベーンポンプ１から油が流れる準備が整う。第１閾値は、省エネ効果を得るため小さい値に設定される。また第２閾値は、保圧時に油圧回路の油の漏れ量を補充するのに十分な値であり、かつ圧力の変化に対して過敏に反応しない小さい値に設定される。
【００３２】
圧力指令に応じた圧力が第１閾値以下かつ流量指令に応じた流量が第２閾値以下であるときにはステップＳ２に進む。一方、圧力指令に応じた圧力が第１閾値より大きいときには、待機状態での外部装置側制御部４３およびユニット側制御部３４によるベーンポンプ１のベーン８を開放する制御が既に行われてベーンポンプ１のベーン８が開いていると判断し、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ユニット側制御部３４が流量ＱＩ１に応じた流量指令を設定する。この後、外部装置側制御部４３およびユニット側制御部３４によるベーン８の開放制御を終了する。
【００３３】
ステップＳ２ではユニット側制御部３４が、圧力センサ３３で検知された油の圧力が第３閾値以下であるか否かを判断する。第３閾値は、回転速度が低下しても吐出圧を利用してベーン８が開いた状態を保持できる値などが設定される。油の圧力が第３閾値以下のときは、ベーン８が閉じていると判断してステップＳ３に進む。油の圧力が第３閾値より大きいときは、ベーン８が開いていると判断し、ステップＳ６に進み制御が終了する。
【００３４】
ステップＳ３では、ユニット側制御部３４が流量ＱＩ２に応じた流量指令に設定することで、モータ３２はベーンポンプ１の流量がＱＩ２になるように駆動する。このとき、モータ３２は、ベーンポンプ１のベーン８が開くモータ回転速度になるように制御される。
【００３５】
流量ＱＩ２は流量ＱＩ１よりも大きい値であり、ベーンポンプ１が開くモータ回転速度とポンプ容量から算出される理論流量である。モータ３２を駆動すると図５（ａ）の時間ｔ１から時間ｔ２の間に示すように、ベーンポンプ１のモータ回転速度とポンプ容量から算出される理論流量が増加する。このとき、ベーン８は開いていないので、実際に油は流れていない。なお図５（ａ）では、この理論流量を実線Ｌ１で、ベーンポンプ１に実際に流れる油の流量を実線Ｌ２で、それぞれ示している。また、外部装置側制御部４３からの流量指令に応じた流量を一点鎖線で示している。モータ回転速度とポンプ容量から算出される理論流量が増加することで、ベーン８が開く理論流量となる。これにより、時間ｔ２でベーン８が開いて実際に油が流れ始め、ベーンポンプ１の圧力も増加する（図５（ｂ）参照）。なお図５（ｂ）では、圧力センサ３３で検知された油の圧力を実線で示している。
【００３６】
次にステップＳ４ではユニット側制御部３４が、圧力センサ３３で検知された油の圧力が第４閾値以上であるか否かを判断する（図５（ｂ）の時間ｔ３参照）。第４閾値は、モータ３２の回転速度が低下しても吐出圧を利用してベーン８が開いた状態を保持できる値や、ヒステリシスを持たせるために第３閾値よりも少し大きい値などが設定される。油の圧力が第４閾値以上のときは、ベーン８が開いたと判断してステップＳ５に進む。油の圧力が第４閾値未満のときは、ベーン８が未だ閉じていると判断してステップＳ３に戻る。
【００３７】
続くステップＳ５では、ユニット側制御部３４が流量ＱＩ２に応じた流量指令から流量ＱＩ１に応じた流量指令に変更する（図５（ａ）の時間ｔ３参照）。すなわち、ユニット側制御部３４は、ベーンポンプ１が開くモータ回転速度から、外部装置側制御部４３からの流量指令に応じたモータ回転速度になるようにモータ３２を制御する。このように、外部装置側制御部４３からの流量指令に基づく流量ＱＩ１に戻してモータ３２を制御することで、所望の流量の油を得ることができる。このとき、油が流れて圧力が上がると保圧状態となりモータ３２の回転速度が低下するが、吐出圧を利用してベーン８が開き、カムリング７の内周面と密着して油が流れる状態を保持する。そしてベーン８の開放制御が終了する。
【００３８】
本発明のベーンポンプ１の開放制御を行うことで、その後、図５（ｃ）に示すように、モータ３２の回転速度を上昇させると、ベーンポンプ１内の流量が比例して上昇することが分かる。
【００３９】
[本実施形態の油圧ユニットの特徴]
本実施形態の油圧ユニット３０には以下の特徴がある。
【００４０】
本実施形態の油圧ユニット３０では、外部装置４５からの圧力指令が第１閾値以下、および外部装置４５からの流量指令が第２閾値以下の状態において、圧力センサ３３が検出する油の圧力が第３閾値を超えないときは油が流れていない、すなわちベーンポンプ１のベーン８が開いていないと判断する。このときに、ベーンポンプ１のベーン８が開くモータ回転速度になるようにモータ３２を制御することで、モータ回転速度が上昇して遠心力によりベーン８を開くことができる。そしてベーン８を開くことで、ベーンポンプ１から油が流れる準備が整う。あらかじめベーン８を開いておくことにより、外部装置４５側の遮断弁４６を開いてアクチュエータ４１を動作させる際、モータ３２の回転速度が上昇してベーン８が開く回転速度になったときにベーンポンプ１から急に大量の油が供給されることを防止し、流量が急変する際の衝撃を抑制できる。このようにベーンポンプ１の流量を制御してベーン８を開くことで、流量急変によるアクチュエータ４１の動作時のショックを抑制しつつ、部品点数を削減し製造コストを抑制できる。
【００４１】
本実施形態の油圧ユニット３０では、圧力センサ３３で検出した油の圧力が第４閾値以上になったときにベーンポンプ１が開いたと判断する。この後、外部装置４５からの流量指令に基づく流量になるようにモータ３２を制御することで、所望の流量の油を得ることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ベーンポンプ
３０  油圧ユニット
３２  モータ
３３  圧力センサ（圧力検知手段）
３４  ユニット側制御部（制御部）
４５  外部装置
【図１】
0006631137.tif 000002
【図２】
0006631137.tif 000003
【図３】
0006631137.tif 000004
【図４】
0006631137.tif 000005
【図５】
0006631137.tif 000006