(57)【要約】【課題】  煩雑な設定をする必要がなくより簡単に使える省エネルギーのインバータ駆動油圧装置を提供する。【解決手段】  インバータ駆動油圧装置２０は、斜板式可変容量型ピストンポンプ２２と、可変速モータ２３と、インバータ制御装置２４と、圧力センサー２５と、コントローラ３０とで構成されている。コントローラ３０は、切換スイッチ３１と、スイッチ信号入出力部３２と、ＲＯＭ３３と、ＲＡＭ３４と、ＣＰＵ３５と、アナログ信号入力部３６と、アナログ信号出力部３７とを、備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、
前記可変容量型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、
前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段が検出した圧力と予め設定された回転数条件とに基づき前記インバータ装置に対する前記可変速モータの回転数指令を作成するコントローラと、
を備えたインバータ駆動油圧装置であって、
前記コントローラは、切換スイッチにより予め設定された一定回転数指令と、前記圧力検出手段が検出した圧力及び内部で自動設定した回転数条件に基づき作成した回転数指令と、に切り換えて出力することを特徴とするインバータ駆動油圧装置。
【請求項２】
請求項１記載のインバータ駆動油圧装置において、
前記コントローラが切換スイッチを切り換え、運転開始後一定時間は予め設定された一定回転数指令を選択し、一定時間後に検出圧力と回転数条件とに基づく回転数指令を選択するようにすることを特徴とするインバータ駆動油圧装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のインバータ駆動油圧装置において、
前記回転数条件は、前記切換スイッチが一定回転数指令出力を選択時に得られる検出圧力と、
予め設定されている検出圧力とポンプ回転数特性データとの相関テーブルとに基づき、
前記コントローラが回転数条件を算出し内部に設定することを特徴とするインバータ駆動油圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力液体を供給する可変容量形液圧ポンプを電動モータで駆動する油圧装置などの液圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吐出圧力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプを可変速モータで駆動し、この可変速モータの回転速度をインバータ装置で制御することで省エネを図るインバータ駆動液圧装置がある
【０００３】
特許文献１に記載のインバータ駆動ユニット１では、可変容量型油圧ポンプ２吐出圧力を検出し、検出した圧力と予め設定された回転数条件とに基づいて、コントローラ６が可変速モータ３の回転数指令を作成して、インバータ装置４に指令することで、可変速モータ３の回転数制御を行うものである。
コントローラ６に予め設定される回転数条件１２は、特許文献１の図４に例示されるようなアクチュエータ側が要求する作動油の流量の変化に合わせて、特許文献１の図５のように吐出圧力と回転数の関係を定め設定される。
【０００４】
吐出圧力が可変容量型油圧ポンプ２のカットオフ開始圧力より低い場合には、検出した吐出圧力と予め回転数条件１２に基づいて流量制御系で行われる可変速モータ３の回転数制御によって吐出流量が制御される。吐出圧力が可変容量型油圧ポンプ２のカットオフ開始圧力以上の場合には、吐出圧力に基づいて機械的に可変容量型油圧ポンプ２のポンプ容量が小さくなる圧力調整機構９により吐出流量と吐出圧力が制御され、この時の可変速モータ３の回転数は、その吐出圧力を安定して維持できるだけの予め設定された回転数条件１２に基づいて制御されるため、省エネルギーの運転が可能となっている（例えば、特許文献1  図４及び図５参照）。
【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】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、回転数による流量制御と、ポンプ可変機構による圧力制御が独立しているため、可変容量型油圧ポンプの圧力制御調整及びコントローラ側の回転数条件設定はそれぞれ独立に行う必要がある。しかも、必要な特性を調べ、圧力制御調整と、回転数条件の設定とをそれぞれ特性が合うように予め設定しておく必要がある。
例えば、可変容量型油圧ポンプの圧力調整ネジを回して圧力調整を行った場合は、圧力制御特性であるカットオフ開始圧力が変わってしまうため、圧力調整後に、圧力制御特性を調べ、さらに、その圧力制御特性に合わせた回転数条件をコントローラに予め設定するので、アクチュエータ毎に大変な調整の手間をかける必要がある。また、独立に行う、圧力調整と、コントローラの回転数条件の設定が、ずれている場合には、所望する特性が得られないことがある。
【０００６】
さらに、圧力調整を行う際の可変容量ポンプの回転数は、検出圧力と圧力調整を行う前の回転数条件に基づき制御されるため、新たに調整する圧力値がフルカットオフ開始圧力よりも低い場合には、圧力調整時の可変容量油圧ポンプの回転数が本来所望する回転数よりも高い回転数で回されることとなる。
そのため、このような場合には、先にフルカットオフ開始圧力を極端に小さくした回転数条件を設定して、新たに調整する圧力値でも可変容量型油圧ポンプの回転数が所望の回転数となるように運転して、圧力調整を行い、その後圧力制御特性を調べ、その圧力制御特性に合わせた回転数条件をコントローラに再度設定し直す必要があり、調整時に大変な手間がかかる。
本発明は、上記の不具合を解決するためになされたもので、煩雑な設定をする必要がなくより簡単に使える省エネルギーのインバータ駆動油圧装置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】
【０００７】
上記の課題を達成するために請求項１記載の発明は、吐出力に基づく油圧制御によって吐出量可変要素の位置を機械的に制御する圧力調整機構を有する可変容量型油圧ポンプと、
前記可変容量型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、
前記可変容量型油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段が検出した圧力と予め設定された回転数条件とに基づき前記インバータ装置に対する前記可変速モータの回転数指令を作成するコントローラと、
を備えたインバータ駆動油圧装置であって、
前記コントローラは、切換スイッチにより予め設定された一定回転数指令と、前記圧力検出手段が検出した圧力及び内部で自動設定した回転数条件に基づき作成した回転数指令と、に切り換えて出力することを特徴とする。
本発明によれば、切換スイッチを、一定回転数指令出力側に切り換えて、可変容量型油圧ポンプの圧力調整ネジにより圧力制御調整を行う。その後、切換スイッチを回転数条件に基づく回転数指令出力に切り換えることで、自動的に圧力調整に連動した回転数条件が設定され、以降は、自動的に設定された回転数条件に基づき運転されるため、面倒な設定作業を必要とせずに、簡単に省エネルギーのインバータ駆動油圧ユニットを使うことができる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記コントローラが切換スイッチを切り換え、運転開始後一定時間は予め設定された一定回転数指令を選択し、一定時間後に検出圧力と回転数条件とに基づく回転数指令を選択するようにするようにしたので、油圧装置に電源を投入して運転を開始する際に、コントローラ自身が切換スイッチを自動で、まずは一定回転数指令を出力する側に切り換え、一定時間後に検出圧力と回転数条件とに基づく回転数指令を出力するように切り換える。これにより運転開始時に毎回、可変容量型油圧ポンプの圧力調整に応じた回転数条件が設定されるため、経年変化等により、可変容量型油圧ポンプの圧力調整がずれてきた場合にも、そのずれに応じて回転数条件が設定されることとなり、常に、可変容量型油圧ポンプの圧力制御特性に応じた運転が行える。
請求項３記載の発明では、前記回転数条件は、前記切換スイッチが一定回転数指令出力を選択時に得られる検出圧力と、予め設定されている検出圧力とポンプ回転数特性データとの相関テーブルとに基づき、前記コントローラが回転数条件を算出し内部に設定するので、経年変化等により、可変容量型油圧ポンプの圧力調整がずれてきた場合にも、運転開始時に、その時の圧力調整に連動した回転数条件がコントローラ内部に設定され、常に可変容量型油圧ポンプの圧力制御特性に応じた運転を行えることとなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、切換スイッチを一定回転数指令出力側に切り換えて、可変容量型油圧ポンプの圧力調整ネジにより圧力制御調整を行う。その後、切換スイッチを回転数条件に基づく回転数指令出力に切り換えることで、自動的に圧力調整に連動した回転数条件が設定され、以降は、自動的に設定された回転数条件に基づき運転されるため、面倒な設定作業を必要とせずに、簡単に省エネルギーのインバータ駆動油圧ユニットを使うことができる。
本発明では、スイッチの切換と、ポンプ圧力調整のみで、コントローラの設定を行わなくても、圧力調整に応じて回転数条件が設定されるため、圧力調整後も省エネルギー運転が可能となっており、また、簡単に使うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係るインバータ駆動液圧装置について図面により詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るインバータ駆動液圧装置２０の全体ブロック図を示す
図１に示すようにインバータ駆動油圧装置２０は、基本的には可変容量型油圧ポンプである斜板式可変容量型ピストンポンプ２２と、可変速モータ２３と、インバータ制御装置２４と、圧力検出手段である圧力センサー２５と、コントローラ３０とで主に構成されている。
斜板式可変容量型ピストンポンプ２２には圧力調整機構２８が内蔵されており、斜板式可変容量型ピストンポンプ２２の吐出圧力がばね部材２９の弾発力により付勢された圧力調整ねじ２７で設定された圧力より若干低い圧力、すなわちカットオフ開始圧力に達すると吐出圧力で制御され、吐出流量は圧力調整機構２８によって機械的に制御されるようになっている。
図２に示すように、コントローラ３０は、切換スイッチ３１と、スイッチ信号入出力部３２と、ＲＯＭ３３と、ＲＡＭ３４と、ＣＰＵ３５と、アナログ信号入力部３６と、アナログ信号出力部３７とを、備える。
【００１１】
コントローラ３０においては、ＲＯＭ３３に記憶されて図３に示すプログラムに従ってＣＰＵ３５が、スイッチ信号入力部３２を介して切換スイッチ３１の作動状態と、アナログ信号入力部３６を介して検出圧力信号３９とを読みとり、回転数指令を算出してアナログ信号出力部３７を介して回転数指令信号３８を出力する。
コントローラ３０は、インバータ制御装置２４に対する回転数指令信号３８を、切換スイッチ３１の状態により予め設定された一定回転数指令を出力する圧力調整モードまたは圧力センサー２５が検出した圧力とコントローラ３０が内部で自動設定した回転数条件とに基づき作成した回転数指令を出力する通常運転モードに切り換えて回転数指令を出力で機能を有する。
【００１２】
図３によりコントローラ３０のプログラムを説明する。ステップ１でフラグを初期化、ステップ２で検出圧力信号３９を、ステップ３で切換スイッチ３１の状態を読み込み、切換スイッチ３１の状態が圧力制御モードの場合はステップ５へ分岐してフラグを１にセットし、ステップ６で回転数指令をＲＯＭ３３に予め設定された一定回転数とする。切換スイッチ３１の状態が通常運転モードの場合はステップ８へ分岐し、フラグが１にセットされていればステップ９へ、フラグが０にクリアされていればステップ９からステップ１１をとばしてステップ１２を実行する。ステップ９ではフラグを０にクリアするので、切換スイッチ３１の状態が圧力制御モードに切り換えられるまでは、再びステップ９からステップ１１の処理は実行されない。つまり、ステップ９からステップ１１の処理は、切換スイッチ３１が通常モードに切り換えられた後、１回のみ実行されることとなる。ステップ１０では、ＲＯＭ３３に設定された図４に例示する相関テーブルから、切換スイッチ３１を圧力調整モードから通常運転モードに切り換えたタイミングの圧力ＰＦＣに対応する回転数条件、つまり、Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２、Ｎ２の値が算出される。ステップ１１では算出された回転数条件がＲＡＭ３４に設定され、ステップ１２で使用される。ステップ１２では、検出圧力とＲＡＭ３４に設定された回転数条件とに基づき、回転数指令を作成する。ステップ６あるいはステップ１２で作成された回転数指令は、ステップ７で外部へ出力される。
【００１３】
ここで、図４に例示する相関テーブルから、回転数条件を算出する方法、つまり、ステップ１０での処理を詳しく説明する。検出圧力の値そのものが、相関テーブルの圧力ＰＦＣの値に対応するときは、相関テーブルの対応する回転数条件Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２、Ｎ２の値そのものが算出した値となる。検出圧力の値そのものが、相関テーブルの圧力ＰＦＣの値に対応しないときは、検出圧力の値を含む最小区間の２つの相関テーブルの圧力ＰＦＣを用いて、回転数条件Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２、Ｎ２の値を直線補間した値を使用する。例えば、検出圧力値が３．５ＭＰａであるときは、この圧力値は図４の相関テーブルのＮｏ.３とＮｏ．４の圧力値の間に存在するため、回転数条件Ｐ１としては、Ｎｏ．３のＰ１の値２．７ＭＰａと、Ｎｏ．４のＰ１の値４．２ＭＰａを補間して、３．２ＭＰａが算出される。以下同様にＮ１、Ｐ２、Ｎ２の値も同様に算出される。このようにして算出された回転数条件が、ステップ１１でＲＡＭ３４に設定される。
次に、ステップ１２で、検出圧力とＲＡＭ３４に設定された回転数条件とに基づき、回転数指令を作成する方法について説明する。ステップ１０で算出された回転数条件は、Ｐ１、Ｎ１、Ｐ２、Ｎ２の値を有し，図５に示すような特性となる。図５の特性に基づいて、検出圧力から回転数が算出される。
このように、コントローラ３０では、図３に示すプログラムに従って、回転数指令信号３８が出力される。
【００１４】
次に、このインバータ駆動油圧装置２０の動作について説明する。始動時は、コントローラ３０の切換スイッチ３１を圧力調整モードに切り換えて運転を行う。コントローラ３０からＲＯＭ３３（図２参照）に予め設定された一定回転数指令が、インバータ装置２４に出力され、インバータ制御装置２４が可変速モータ２３を一定回転数で回転させると、可変容量型油圧ポンプ２２も一定回転数で回転する。作動油が吐出されて吐出圧力が上昇し、カットオフ開始圧力以上になると、可変容量型油圧ポンプ２２の圧力調整機構２８が作動しカットオフ圧力まで上昇する。この状態で、可変容量型油圧ポンプ２２の圧力調整ネジ２７を回して、アクチュエータ（図示しない）に必要な圧力に調整を行う。この間コントローラ３０は、インバータ制御装置２４に対して一定回転数指令を出力し続ける。
圧力調整が終わった後、コントローラ３０の切換スイッチ３１を通常運転モードに切り換える。この時コントローラ３０では、切換スイッチ３１が切り換えられたタイミングで、ＲＯＭ３３に予め設定されている検出圧力とポンプ回転数特性データとの相関テーブルから、現在の検出圧力に応じて、回転数条件、つまり、Ｎ１，Ｐ１，Ｎ２，Ｐ２の値を決定しＲＡＭ３４に設定する。この回転数条件は、図５に例示するように、吐出圧力がカットオフ開始圧力より高い場合には、その吐出圧力を安定して維持できるだけの回転数となる。
つまり、この処理で、圧力調整に連動した回転数条件が、コントローラ３０内部に設定されることとなる。
【００１５】
以降、切換スイッチ３１が圧力調整モードに切り換えられるまでは、検出圧力とコントローラ内部に設定された回転数条件とに基づく回転数指令がコントローラ３０で作成され、インバータ制御装置２４に出力されて、該インバータ装置２４が指令した回転数となるように回転数信号４０により可変速モータ２３を駆動する。可変速モータ２３の回転により、可変容量型油圧ポンプ２２が回転し、作動油を吐出する。可変容量型油圧ポンプ２２の吐出圧力が圧力センサー２５で検出され、その検出圧力値とコントローラ内部に設定された回転数条件とから回転数指令が新たに作成され、インバータ制御装置２４に出力される。これが繰り返し行われる。
また、圧力調整を変更する場合は、始動時と同じ手順で、切換スイッチ３１を圧力調整モードに切り換えて、圧力調整を終えた後、切換スイッチ３１を通常運転モードに切り換えると、変更された圧力調整に連動した回転数条件がコントローラ３０内部に新たに設定し直される。以降、検出圧力とコントローラ３０内部に新しく設定された回転数条件とに基づく回転数指令がコントローラ３０で作成され、インバータ制御装置２４に出力されて、
インバータ制御装置２４が指令された回転数となるように可変速モータ２３を駆動する。
圧力調整を変更したことにより、カットオフ開始圧力は変わっているが、回転数条件も連動して変わっているので、吐出圧力がカットオフ開始圧力よりも高い場合には、その吐出圧力を安定して維持できるだけの回転数条件に基づいて制御されるため、圧力調整変更前と同様に省エネルギー運転が可能となっている。
【００１６】
本発明の実施の形態に係るインバータ駆動油圧装置２０では、切換スイッチ３１を手動切換スイッチとしたが、該切換スイッチ３１をコントローラ自身が切り換え、運転開始後タイマーにより一定時間は圧力調整モードに切り換えて、一定時間経過後に通常運転モードに切り換えることも可能である。このようにすれば、経年変化等により、可変容量型油圧ポンプの圧力調整がずれてきた場合にも、運転開始時に、その時の圧力調整に連動した回転数条件がコントローラ内部に設定され、常に可変容量型油圧ポンプの圧力制御特性に応じた運転を行えることとなる。
なお、コントローラ３０による切り換えよりも優先して圧力調整モードを選択できる、手動切換スイッチを併用すれば、さらに使い勝手の良いものとなる。コントローラによる切り換えでは、運転開始後一定時間のみ圧力調整モードとなるため、可変容量型油圧ポンプの圧力調整ネジで圧力調整を行える時間が限られてしまう。この場合、手動切換スイッチにより必要な時間だけ、圧力調整モードに切り換えることが可能であるので、圧力調整を行う時間を自由に決めることができる。使用するポンプの特性に応じて、相関テーブルを設定すれば、異なる特性を持つポンプにも容易に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係るインバータ駆動油圧装置を示す構成図である。
【図２】図１のコントローラの説明構成図である。
【図３】図２のコントローラのプログラムである。
【図４】圧力と回転数条件との相関テーブルである。
【図５】検出圧力と回転数と関係を示す線図である。
【符号の説明】
【００１８】
２０  インバータ駆動油圧装置          ２２  斜板式可変容量型油圧ポンプ
２３  可変速モータ                    ２４  インバータ制御装置
２５  圧力センサー                    ３０  コントローラ
３１  切換スイッチ
【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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