(57)【要約】【課題】油圧ポンプの形式や容量に関わらず、共通のシステムで油圧ポンプのインバータ化が可能であり、かつ最適なタイミングで油圧ポンプでの低速と高速の切り替えを自動で行える油圧ポンプのインバータ制御システム。【解決手段】油圧ポンプ２の送り出し流量の変化を検出する流量スイッチ６をポンプ近傍の吐出流路に設けると共に、該流量スイッチからの信号に基づいて、油圧ポンプを低速／高速回転に切り替えるインバータ７１を内蔵する制御盤７が設けられている。流量スイッチは、所定流量ａを境にＯＦＦとＯＮとが切り替わる接点を少なくとも１つ有しており、流量増加を検出したときに、インバータは、油圧ポンプを高速に、流量減少を検出したときに油圧ポンプを低速に切り替える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種アクチュエータの油圧回路に用いられる油圧ポンプのインバータ制御システムが、
前記油圧ポンプの送り出し流量の変化を検出する流量変動検出手段と、
前記流量変動検出手段からの信号に基づいて前記油圧ポンプを低速回転又は高速回転とに切り替えるインバータ制御手段と、
を具備していて、
前記流量変動検出手段が流量の増加を検出したときに、前記油圧ポンプが高速回転に切り替わり、流量の減少を検出したときに前記油圧ポンプが低速回転に切り替わることを特徴とする油圧ポンプのインバータ制御システム。
【請求項２】
前記流量変動検出手段が、前記油圧ポンプ近傍の吐出流路に設けられる流量スイッチであり、前記インバータ制御手段が、前記流量スイッチからの信号に基づき前記油圧ポンプを低速及び高速回転に切り替えるインバータを内蔵している制御盤であることを特徴とする請求項１に記載の油圧ポンプのインバータ制御システム。
【請求項３】
前記流量スイッチは、所定の流量を境にスイッチＯＮとスイッチＯＦＦとが切り替わる接点を少なくとも１つ有していることを特徴とする請求項２に記載の油圧ポンプのインバータ制御システム。
【請求項４】
前記所定の流量が、低速回転運転時の前記油圧ポンプの最大吐出流量より少ない流量に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の油圧ポンプのインバータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ポンプのインバータ制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）は、従来のインバータ無しの油圧ポンプのアクチュエータへの圧力供給回路を示している。即ち、アクチュエータ１のピストン１１を前進させる場合は、油圧ポンプ２を高速回転し、電磁式制御弁３を通ってオイルをシリンダチューブ１２の左室１２ａに導入し、シリンダチューブ１２の右室１２ｂからオイルを制御弁３を通ってタンク４に戻している。そして、ピストン１１がシリンダチューブ１２の前進端に達したときにおいても、油圧を維持するために油圧ポンプ２は高速回転を維持したまま作動している。この場合、実質的にはオイルはシリンダチューブ１２の左室１２ａへ行かずに、油圧ポンプ２からタンク４へ戻されている。このため、保圧時の油圧ポンプ２の消費電力が大きいという問題がある。このことを、図４（ａ）のグラフが示している。なお、ピストン１１を後退させる場合は、電磁式制御弁３により流路を切り替えて、同様のことを行えばよい。
【０００３】
そのため、従来においても油圧ポンプのインバータ化が図られている。この従来の油圧ポンプのインバータ化の技術として、（１）シーケンス制御方式と、（２）圧力一定制御方式がある。
しかしながら、（１）シーケンス制御方式では、電磁式制御弁の切り替えを行う既設の油圧ポンプシステムの制御回路の信号に基づいて、油圧ポンプのモータのインバータ制御を行うインバータ制御用回路を新らたに追加する必要がある。そのため、各設備個別に制御設計及び試運転調整が必要となり、コストが高くつく。また、油圧ポンプの低速と高速の切替タイミングは、シリンダ等のアクチュエータ動作時間のバラツキ及び将来の遅延を見込んだものとする必要があるため、油圧ポンプの高速運転時間を長めに設定する必要があり、インバータ化により省エネルギが図れる一方で、消費電力のロスが発生するという問題がある。
【０００４】
一方、（２）圧力一定制御方式では、アクチュエータ内の油圧の圧力変動に対する追随性を向上させるために、サーボモータ式の特殊油圧ポンプユニットに取り替える必要があることから、コストが高くつくと同時に設備調整を一からやり直さなければならないという問題がある。
このように、従来の油圧ポンプのインバータ化の方法では、コストが高く、また設備調整を一からやり直さなければならず、リスクが大きい等の問題があり、特に既存の油圧ポンプシステムへの導入は非常に困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、油圧ポンプの形式や容量に関わらず、共通のシステムで油圧ポンプのインバータ化が可能であり、かつ既設設備の油圧ポンプの変更と制御回路の改造の両方が不要で、しかも最適なタイミングで油圧ポンプの低速と高速の切り替えを自動で行うことのできる油圧ポンプのインバータ制御システムを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された油圧ポンプのインバータ制御システムを提供する。
請求項１に記載の油圧ポンプのインバータ制御システムは、油圧ポンプの送り出し流量の変化を検出する流量変動検出手段と、この流量変動検出手段からの信号に基づいて油圧ポンプを低速／高速回転に切り替えるインバータ制御手段を備えていて、流量の増加を検出したときに油圧ポンプを高速回転にし流量の減少を検出したときに低速回転にするようにしたものであり、これにより、アクチュエータの保圧時でアクチュエータへの導入流量が少流量時等において、油圧ポンプの送り出し流量が少ないときのインバータによる低速回転化を図ることができ、油圧ポンプの省エネルギを図ることができる。また、流動変動をインバータ制御信号に採用しているので、油圧ポンプの形式・容量に関わらず、共通のシステムでインバータ化を図ることができる。
【０００７】
請求項２の該インバータ制御システムは、流量変動検出手段として流量スイッチを、インバータ制御手段として、流量スイッチからの信号に基づき、油圧ポンプの高速／低速回転の切り替えを行うインバータを内蔵した制御盤を採用したものであり、これにより、最適なタイミングで油圧ポンプの低速及び高速回転の切り替えを自動で行うことができる。
請求項３の該インバータ制御システムは、流量スイッチが所定の流量を境にＯＮとＯＦＦとが切り替わる接点を少なくとも１つ有しているものである。
【０００８】
請求項４の該インバータ制御システムは、所定の流量を、低速回転運転時の油圧ポンプの最大吐出量より少ない流量に設定したものであり、これにより、油圧ポンプの低速回転から高速回転への切り替えが確実に行われる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の油圧ポンプのインバータ制御システムについて説明する。図１は、本発明の油圧ポンプのインバータ制御システムを採用した油圧回路図の一例を示している。この油圧回路は、大シリンダ１Ａと小シリンダ１Ｂよりなる２つのアクチュエータ１を有しており、大シリンダ１Ａは、電磁式３位切替制御弁３Ａを介して油圧ポンプ２に接続し、小シリンダ１Ｂは電磁式２位置切替制御弁３Ｂを介して、該油圧ポンプ２に接続している。この油圧ポンプ２はモータ５に直結している。なお、符号４は、タンクである。なお、該油圧ポンプ２は図１に示すような圧力補償式可変容量型油圧ポンプである必要はなく、どんな形式の油圧ポンプであってもよい。
【００１０】
本発明のインバータ制御システムにおいては、油圧ポンプ２近傍の吐出流路に流動変動検出手段である流量スイッチ６が設けられると共に、この流量スイッチ６の信号を受けて油圧ポンプ２を制御するインバータ制御手段である制御盤７とが設けられている。制御盤７内にはインバータ７１を内蔵しており、インバータ化前は図１に２点鎖線で示すように外部からの油圧ポンプ用動力電線が直接モータ５に接続されていたが、本発明のインバータ化後の動力電線は実線で示すように外部からインバータ７１を介してモータ５に接続される。この場合、既設の油圧ポンプ及び制御回路の変更は行わない。
【００１１】
流量スイッチ６は、図２にその作動を示すように、所定流量ａ以上の流量が流れたときは、スイッチＯＦＦとなり、また所定流量ａ未満のとき（流量＝０を含む）は、スイッチＯＮとなる流量スイッチ接点を少なくとも１つ有している。この所定流量ａは、図２に示すようにインバータ低速運転時の油圧ポンプ最大吐出流量より少ない流量に設定されている。なお、流量スイッチ６は、所定流量ａ以上の流量が流れたときに、スイッチＯＮとし、所定流量ａ未満のときにスイッチＯＦＦとなるようにしてもよい。また、図２において、矢印は、高速回転時の油圧ポンプの吐出流量範囲及び低速回転時の油圧ポンプの吐出流量範囲を示している。
【００１２】
制御盤７のインバータ７１は、流量スイッチ６からのスイッチＯＦＦ信号に基づき、モータ５、即ち油圧ポンプ２を高速回転に切り替える。また、同様にインバータ７１は、流量スイッチ６からのスイッチＯＮ信号に基づき、油圧ポンプ２を低速回転に切り替える。このようにして、インバータ７１は、流量スイッチ６からスイッチＯＦＦ又はＯＮ信号に基づいて、油圧ポンプ２の高速／低速回転の切り替えを行う。
【００１３】
上記のように構成された本発明の油圧ポンプのインバータ制御システムの作動について説明する。今、３位置切替制御弁３Ａを図１の中立位置からオフセット位置、例えば左側のオフセット位置に切り替わると、大シリンダ１Ａは前進動作を開始する。２位置切替制御弁３Ｂが図１に示される位置にあると、小シリンダ１Ｂも前進動作を行う。すると、流量スイッチ６を流れるオイルの流量は急増し、流量スイッチ６はスイッチＯＦＦ信号を発信する。制御盤７のインバータ７１はこの信号を受信して油圧ポンプ２を高速回転運転に切り替え、油圧ポンプ２の吐出量は増大する。
【００１４】
大シリンダ１Ａが前進端まで到達し、アクチュエータが停止し流体圧の保圧動作に入り、次に小シリンダ１Ｂも前進端まで到達しアクチュエータが停止し流体圧の保圧動作に入ると、流量スイッチ６を流れるオイルの流量は急減（流量＝０を含む）し、流量スイッチ６はスイッチＯＮ信号を発信する。即ち、アクチュエータが停止し、保圧動作に入ると、大シリンダ１Ａ及び小シリンダ１Ｂには圧力を維持する分のオイルしか流れ込まず、残りのオイルは図１に破線で示すように油圧ポンプ２からそのままタンク４に戻る。そのため、流量スイッチ６を流れるオイルの流量が急減する。流量スイッチ６からのスイッチＯＮ信号をインバータ７１が受けると、インバータ７１は油圧ポンプ２を低速回転運転に切り替え、油圧ポンプ２の吐出量は更に減少する。
【００１５】
次に、３位置切替制御弁３Ａが右側のオフセット位置に切り替った大シリンダ１Ａの後退動作及び２位切替制御弁３Ｂが右側の位置に切り替った小シリンダ１Ｂの後退動作も、上述した両シリンダ１Ａ，１Ｂの前進動作と同様の動作が行われる。
このように、アクチュエータ１が動作中（両シリンダが前進又は後退動作中）のみ、油圧ポンプ２は高速回転運転になり、アクチュエータ１が停止中（両シリンダが保圧動作中）は油圧ポンプ２は低速回転運転となり、最適なタイミングで高速・低速の切り替えを自動で行うことができる。
【００１６】
図３は、従来のインバータ無しの場合と本発明のインバータを採用した場合の、省エネルギ効果を比較した（ａ）グラフと（ｂ）表を示している。この場合、大シリンダ１Ａとしてφ４０ｍｍでストローク長７５ｍｍのものを、小シリンダ１Ｂとしてφ２０ｍｍでストローク長３０ｍｍのものを使用している。図３（ａ）は、油圧ポンプ起動から大シリンダの前進→保圧→小シリンダの前進→両シリンダの保圧→両シリンダの後退→両シリンダの保圧までの１サイクルでの圧力と消費電力の変化を示すグラフである。細い実線は、従来のインバータ無しの場合を示し、太い実線は、本発明のインバータ有りの場合を示している。なお、１サイクル当りのサイクルタイムは１０秒である。このグラフから、アクチュエータの動作中は、本発明の方が従来のインバータ無しの場合よりも消費電力が多いが、アクチュエータの停止中（保圧時）は、本発明の方が従来のインバータ無しの場合より消費電力が少く、トータルとして消費電力が改善されていることが分る。
図３（ｂ）は、保圧時と１サイクルでの従来のインバータ無しの場合と本発明のインバータ有りの場合とを、電力使用量（ＫＷ）で比較した表である。なお、（）内の数字は％を示している。これによると、１サイクル当りでは、本発明のインバータ有りの場合では、インバータ無しの場合の約６０％に電力を低減することができる。即ち、約４０％の省エネルギ効果を上げることができる。
【００１７】
図４は、（ａ）従来のインバータ無しシステムと（ｂ）本発明のインバータシステムとの構成及び作用効果の差を簡潔に比較して説明する図である。即ち、上述したように本発明では、油圧回路に流量スイッチ６を設けて、この流量スイッチ６の信号を受けてインバータ７が油圧ポンプ２の高速及び低速回転運転の切り替えを行っている。このため、保圧時（アクチュエータが前進端又は後退端で停止中）での油圧ポンプ２の消費電力をほぼ半減できる。なお、図４において、上段は概略のシステム図を、その下はシリンダの動作を説明するグラフであり、その下は、シリンダの動作に対応した流量と消費電力を示すグラフである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の油圧ポンプのインバータ制御システムを採用した油圧回路を示す図である。
【図２】流量スイッチと油圧ポンプとの動作を説明する図である。
【図３】従来のインバータ無しと本発明のインバータ有りの場合の省エネルギ効果を比較した（ａ）グラフと（ｂ）表を示している。
【図４】（ａ）従来のインバータ無しシステムと（ｂ）本発明のインバータシステムとの構成及び作用効果の差を簡潔に比較して説明する図である。
【符号の説明】
１…アクチュエータ（シリンダ）
１Ａ…大シリンダ
１Ｂ…小シリンダ
２…油圧ポンプ
３…（電磁式）制御弁
３Ａ…（電磁式）３位置切替制御弁
３Ｂ…（電磁式）２位置切替制御弁
４…タンク
５…モータ
６…流量スイッチ（流量変動検出手段）
７…制御盤（インバータ制御手段）
７１…インバータ
【図１】
2004332563.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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