(57)【要約】【課題】  油圧パワーユニットのシャフトに加わるトルクを監視するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】  本発明は、筐体と、内部油圧動力手段と、外部油圧動力手段と、前記油圧動力手段に結合される機械的動力シャフトとを備える油圧パワーユニットを提供とする。この油圧パワーユニットは、トルクを測定するように構成された変換器であって、磁界が加わるシャフトの部分に隣接する機械的動力シャフトに対して、非接触関係で筐体内に取り付けられる変換器を備えている。前記油圧パワーユニットは、変換器に結合されて、被測定トルクを監視し、その結果、油圧パワーユニットの動作を調節する制御装置をも備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体、内部油圧動力手段、外部油圧動力手段、および前記油圧動力手段に結合された機械的動力シャフトを備える油圧パワーユニットであって、
トルクを測定するように構成される変換器で、磁界が加わるシャフトの部分に隣接する出力動力シャフトに対して非接触関係で筐体内に取り付けられている変換器と、
変換器に結合されて、被測定トルクを監視するための制御装置とを備える油圧パワーユニット。
【請求項２】
筐体と、油圧動力手段、入力手段、および内部油圧動力手段に結合される出力シャフトを備える油圧パワーユニットであって、
トルクを測定するように構成されている変換器で、磁界が加わるシャフトの部分に隣接する機械的動力シャフトに対して、非接触関係で筐体内に取り付けられている変換器と、
変換器に結合されて、被測定トルクを監視するための制御装置とを備え、
前記制御装置が入力手段に結合されて、予め決められたトルクパラメーター内で、油圧動力手段に伝達される入力の大きさを変更するようになっている油圧パワーユニット。
【請求項３】
筐体、油圧動力手段、油圧動力手段に結合される入力手段、および出力手段を備える油圧パワーユニットの機械的出力シャフトに加わるトルクを監視するための方法であって、
トルクを測定するように構成される変換器を、磁界が加わるシャフトの部分に隣接する機械的動力シャフトに対して、非接触関係で筐体内に配置するステップと、
前記変換器に結合されて、被測定トルクを監視するための制御装置を設けるステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク変換器に関し、詳細には、トルク変換器の応用、および油圧パワーユニットに結合された制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフト、特に動力シャフトに作用する捻転力を測定することが、望ましい場合は多い。ポンプ、モータ、トランスミッション、バルブおよびステアリングユニットなどの油圧パワーユニットは、多くのタイプの機器におけるデバイス間で、動力を変換および伝達するために使用される。たとえば、油圧ポンプは、内燃エンジンまたはその他のソースの動力を、有用な機能を機械内で実行するために使用できる高圧油圧油の流れに変換する。高圧油の流れは、トラクタ、ブルドーザまたはクレーンなどの車輌の車輪、または軌道を推進する油圧モータに動力を供給するために使用される。
【０００３】
他の例として、この高圧油の流れは、油圧シリンダを作動させるために使用され、油圧シリンダは、バックホーまたは他のデバイスの掘削バケットを操作するなどの機能を実行する。
【０００４】
性能を決定し、油圧パワーユニットを制御するのに有用な主な測定値は、流体圧力、流量、シャフト回転速度、およびシャフトトルクである。圧力、流量および速度は、容易に入手可能なセンサを使用して定期的に測定される。過去においては、圧力および流量センサは、油圧ポンプおよびモータなどの油圧パワーユニット内に組み込まれていた。速度センサを使用する例は、特許文献１に記載されている。
【０００５】
回転シャフトに生じるトルクの測定には、数種類の技術を使用することができる。これらの多くの一般的な技術は、「接触」トルク変換器と呼ばれることが多く、回転シャフトに取り付けられる歪ゲージ、センサ、または無線送信機が使用される。さらに、これらの技術の多くは、接触タイプのトルク変換器を油圧パワーユニット内に組み込んでいる。
【０００６】
先行技術では、非接触トルク変換器も開発されている。こうしたデバイスの一例は、特許文献２に記載されている。このシステムでは、回転シャフトは、測定可能な軸方向磁界がシャフトの外側に形成されるように、円形に磁化され、軸方向磁界は、シャフトに生じるトルクを指示する。この先行技術は、油圧パワーユニット内への磁気弾性トルク変換器の組み込みも実証した。油圧パワーユニット内への磁気弾性トルク変換器の組み込みの一例は、特許文献３に記載されている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５，３２５，０５５号
【特許文献２】米国特許第５，０５２，２３２号
【特許文献３】ガンドルドの米国特許願第２００３／０１７２７４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらのトルク変換器は、油圧パワーユニット内に組み込まれているが、先行技術においては、油圧パワーユニットに関連してトルク変換器に使用する応用例を開発していない。さらに、先行技術では、トルク変換器を装備した油圧パワーユニットと共に、制御装置を組み込んでいない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の主な目的は、油圧パワーユニットのシャフトに加わるトルクを監視するための手段および方法を提供することである。
【００１０】
本発明のその他の目的は、トルク変換器と、変換器に結合されて被測定トルクを監視するための制御装置とを有する油圧パワーユニットを提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、大量生産ベースでの使用を可能にするコストで製造できる、一体型トルク感知技術の応用例である。
【００１２】
本発明のさらに他の目的は、油圧パワーユニット内に実装するのに十分にコンパクトなトルク感知技術を利用することである。
【００１３】
上記およびその他の目的は、当業者には明白となると思う。
【００１４】
本発明は、筐体、油圧動力手段、入力手段、および油圧動力手段に結合された出力手段を含む油圧パワーユニットを対象としている。油圧パワーユニットの少なくとも１個の動力手段は、動力シャフトまたは制御シャフトである。さらに、油圧パワーユニットは、トルクを測定するように構成された変換器を備え、この変換器は、磁界が加わるシャフトの部分に隣接する動力シャフトに対して、非接触関係で筐体内に取り付けられる。油圧パワーユニットは、変換器に結合されて、被測定トルクを監視し、その結果、油圧パワーユニットの動作を調節する制御装置をさらに備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１においては、油圧パワーユニット１０を、筐体１２、第１油圧動力手段１４、第２油圧動力手段１６、油圧ユニット１８、および機械的動力シャフト２０と共に示している。図１に示すように、油圧ユニット１８は油圧ポンプであるか、あるいは、油圧モータである。
【００１６】
トルク変換器２２は、筐体１２内に組み込まれているか、あるいは、筐体１２の外側に配置されている。トルク変換器２２は、機械的動力シャフト２０に結合され、機械的シャフト２０上に作用するトルクを、測定および感知する。トルク変換器２２は、非接触磁気弾性変換器である。あるいは、トルク変換器２２は、出力シャフト２０に取り付けられた歪ゲージ、センサ、または無線送信機などの接触変換器でもよい。さらに、トルク変換器２２は、その他のタイプの非接触トルク変換器、たとえば回転変換器、誘導、遠隔測定、またはその他の非接触感知法を使用するものであってもよい。
【００１７】
制御装置２４は、筐体１２の外側に配置されるか、あるいは、筐体１２内に組み込まれる。制御装置２４は、引出線２６を介して、変換器２２に結合されている。トルク変換器２２は、シャフト２０の回転速度を監視する速度変換器２８に結合されている。
【００１８】
制御装置２４は、機械的シャフト２０に作用するトルクで、トルク変換器２２により測定されるトルクを、監視および分析する。特定の用途に応じて、制御装置２４は、機械的シャフト２０に作用するトルクを監視し、油圧パワーユニット１０の動作を相応に制御する。たとえば、制御装置２４は、油圧パワーユニットが内燃エンジンなどの動力源に要求し、車輪などの負荷に供給する馬力を制御および制限するために使用することができる。さらに、制御装置２４は、内燃エンジンなどの動力源の過剰なトルク、または失速を防止するように、油圧トランスミッションまたはポンプの性能を、制御および制限するために使用することができる。さらに、制御装置２４は、油圧モータまたはトランスミッションが、その負荷に加えるトルクを制御および制限して、負荷の破損を防止し、負荷のより良好な制御を行なうために使用することができる。
【００１９】
動作時、油圧パワーユニット１０は、機械的動力シャフト２０が回転して、外部負荷に動力を供給する油圧モータとして動作するか、または機械的動力シャフト２０が、内燃エンジン（図示しない）などの別の動力源により回転される油圧ポンプとして動作することができる。トルク変換器２２は、動作時に、機械的シャフト２０に作用するトルクを測定または感知する。制御装置２４は、トルク変換器２２が測定するトルクレベルを監視し、特定の用途に応じて、油圧パワーユニット１０の性能を制御および調節する。
【００２０】
油圧パワーユニット１０の一応用例は、エンジンアクサセリギヤ駆動装置により駆動される軸方向ピストン開回路ポンプに使用される。ギヤ駆動装置は、一般に、限られたトルク定格を有する。したがって、油圧ポンプが、アクセサリギヤ駆動装置により駆動される場合、ポンプは、ポンプの流れ、および圧力がエンジンからの過度なトルクを必要としないように制御されなければならない。
【００２１】
軸方向ピストン開回路ポンプは、油圧流体をステアリングシステム、およびエンジン冷却ファンに提供するなど、数種類の車輌機能を制御するために使用される。操作者が、エンジンファンが最高速度で回転しているのと同時に、急激に回転させることにより、ステアリングシステムに過度な要求を加える場合、油圧ポンプは、過酷なトルクレベルをエンジンに要求することがある。システム制御装置と結合するトルク変換器を油圧パワーユニットに装備することにより、この過酷なトルクレベルを減少させることができる。
【００２２】
油圧パワーユニット１０のもう１つの応用例は、クレーンおよび掘削機に使用される。クレーンおよび掘削機は、特殊な制御装置および操作者の「感覚」要件を有する。これらの機械は、非常に大型で、制御することが難しい場合が多い。同時に、操作者は、機械を正確に動かさなければならない。したがって、トルク変換器を、油圧パワーユニットに関連して使用すると、改善された情報を制御装置に提供し、油圧パワーユニットをより良好に制御することが可能になる。
【００２３】
油圧パワーユニット１０のさらにもう１つの使用例は、ウィンチ、特に海洋または高速道路用途に使用することである。いくつかのウィンチの使用例では、ウィンチが一定のケーブル張力を維持することを必要とする。
【００２４】
ウィンチが、負荷を移動する船舶のデッキから持ち上げるために使用されるその他の応用例では、ウィンチがケーブルを締める時のトルクレベルを正確に制御することが望ましい。船舶は、垂直に上下する波浪に晒されるため、ウィンチは、ケーブルを巻き取るか、または繰り出して補足する必要がある。
【００２５】
クレーンの応用例では、ウィンチは、一般に制動システムを組み込む。負荷が上昇または下降する時、ブレーキが解除されて、ケーブルが巻き取られるか、または繰り出される。ブレーキは、負荷を一時中断するか、さもなければ、クレーンを停止する時に適用される。ブレーキが解除される瞬間には、油圧パワーユニットは、負荷に必要な正確なトルクを適用する。トルクレベルが正確でないと、負荷は制御不能に上昇または下降する。
【００２６】
先行技術では、パワーユニットの圧力が測定され、理論的な計算を使用して、パワーユニットのトルクを概算している。この計算には、油圧パワーユニットの変位が既知であるか、または容易に測定可能であり、パワーユニットのトルク効率を正確に計算する必要がある。油圧パワーユニットのトルク効率を正確に計算することは難しいため、先行技術の制御方法は、必ずしも最適ではない。
【００２７】
油圧パワーユニットに関連して、トルク変換器を使用することにより、制御装置は、状況を監視して迅速に反応することができ、負荷の望ましくない移動を減少させることにより、トルクレベルを調節して動作を改善することができる。
【００２８】
油圧パワーユニット１０のもう１つの応用例は、コンクリートまたはアスファルト舗装機械における使用である。コンクリートまたはアスファルト舗装機械を使用する場合、建設作業員は、一般に、一連のトラックで建設現場と供給作業場との間を折り返し往来し、コンクリートやアスファルト舗装材料を舗装機械に連続的に供給する。
【００２９】
舗装機械が突然に故障した場合、舗装材料は、トラック内で使い物にならなくなる前に処理しなければならない。処理コストに関わるこのような量の舗装材料の無駄は、相当なものである。
【００３０】
トルク変換器および制御装置を、舗装機械を駆動する油圧パワーユニットと結合することは、システムの不具合を予測する上で有用である。こうした切迫している不具合を早期に検出することにより、操作者は、舗装材料をトラックで送るのを停止して、むしろ、修理技術者を送るように建設作業員に知らせることができる。
【００３１】
油圧パワーユニット１０のさらにもう１つの応用例として、水、石油、または天然ガス井戸を掘削するために使用するものなどの掘削機に使用されている。掘削リグは、水井戸、石油井戸、および天然ガス井戸の掘削、並びに採掘用の発破孔の掘削に使用される。水平掘削機械は、土地改良物上を破壊しないように、ケーブルおよびその他の設備を設置するために使用される。こうした機械を駆動する油圧パワーユニットに関連させて、トルク変換器および制御装置を使用することにより、性能、監視および制御が改善される。
【００３２】
油圧パワーユニット１０のさらにもう１つの応用例は、内燃エンジンに結合される油圧ポンプにおける使用である。こうした構成では、油圧パワーユニットは、エンジンが安全に適応できる以上のトルクを内燃エンジンに必要とする。したがって、内燃エンジンは失速するかまたは停止し、エンジンを再始動するように操作者に要求する。
【００３３】
トルク変換器および制御装置を、油圧パワーユニットに関連させて使用すると、こうした失速を防止することができる。油圧パワーユニットが、さもなければ内燃エンジンを失速させると思われるトルクレベルに近づくと、制御装置はポンプの要求を制限し、その結果、エンジンに加わるトルクを制限し、失速を防止する。エンジンの失速を防止するほかに、こうしたシステムにより、潜在的な失速条件に適応するための大きすぎるエンジンは必要でなくなり、比較的小型の内燃エンジンを使用することになる。
【００３４】
油圧パワーユニット１０のその他の応用例は、セメント混合トラックに使用される。このトラックは、一般に、建設現場まで搬送する際に、コンクリートを混合して凝固するのを防止するための回転タンクを後部に備えている。作業現場に到着したら、コンクリートを注ぐ建設作業員により、特有の濃度とされる。多くの場合、供給作業場で、最初にタンクに入れられるコンクリートは、コンクリートを注ぐ時よりも粘性が高い。建設作業員は、作業現場で、所望の濃度になるように、水を添加して混合する。
【００３５】
油圧パワーユニットは、殆どのセメントトラック上で、コンクリート混合タンクを回転させるために使用される。トルク変換器、および制御装置を油圧パワーユニットに関連させて使用することにより、コンクリートを混合するのに必要なトルクを監視して、制限することが可能となる。
【００３６】
こうしたシステムを使用することにより、改善されて、客観的に制御可能な濃度が得られる。コンクリートを注いで平滑化する作業員は、形成、平滑化、および舗装を容易にするために、各作業に応じて、非常に特有の濃度を望む。現在の技術では、こうした濃度は、コンクリート当業者が、コンクリートのバッチごとに、試行錯誤的に水を添加することにより得られる。コンクリートの濃度を正確に測定するためのシステムを提供することにより、客観的な測定結果を用いて、所望のコンクリート濃度を達成するため、当業者の経験に頼る試行錯誤的な方法は不要である。
【００３７】
油圧パワーユニットのもう１つの応用例は、油圧パワーユニットの変位を変化させるために、回転斜板を移動させる機械にある。こうした機械では、回転斜板の位置、および回転斜板を所定の角度に保持するのに必要なトルクは、油圧パワーユニットの制御システムにとって重要である。油圧パワーユニットの回転斜板が必要とする実際のトルクを測定することにより、パワーユニットの制御具合を調節し、制御結果を改善することができる。
【００３８】
油圧パワーユニットのさらに他の使用例として、油圧制御バルブとして使用される。油圧制御バルブは、油圧機械内における油圧流体の流れを調整及び制御するために使用される。走者の信号または別のソースにより、油圧バルブに印加されるトルクを測定することにより、より密接に、機械の操作者が望む性能に対応するように、油圧パワーユニットの動作を調節することが可能である。
【００３９】
したがって、トルク変換器、およびこの変換器と結合した制御装置を使用する、本発明により、油圧パワーユニットの動力シャフトに加わるトルクを監視することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の油圧パワーユニットの図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  油圧パワーユニット
１２  筐体
１４  第１油圧動力手段
１６  第２油圧動力手段
１８  油圧ユニット
２０  シャフト、機械的シャフト、機械的動力シャフト
２２  トルク変換器、変換器
２４  制御装置
２６  引出線
２８  速度変換器
【図１】
2005180424.tif 000003