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省エネ・高精度・コンパクトな電子制御可変システム「パワーエクシード」"Power Exceed" Electronically Controlled Variable System with
Energy Efficiency, High-precision and Compactness
キーワード

省エネ・コンパクト・高精度・油圧システム・両回転ポンプ
ACサーボモータ・高圧・大流量

油圧事業部／油圧産機技術部

古井 孝治 Koji Furui

23

Components
省エネ・高精度・コンパクトな電子制御可変システム「パワーエクシード」

要 旨

1. コンパクトながら高圧・大流量対応「パワーエクシード」

省エネで、高 精度な制御が可能な油 圧システム「パワーエクシード」
シリーズを商品化した。サーボモータ、近年、SDGsへのとり組みの一環としてより一層両回転ポンプ、オイルタンク、安全弁などの必要な機能を機械のコンパクト化、省エネ化、高精度化、サイクル全て搭載した油圧ユニット「UPW」（ 図1）は最高使用タイムの短 縮などが図られている。これらの要求に

圧力30MPa、最 大 流 量70L/minと広い使 用範囲こたえるため「パワーエクシード」を開発したので紹介ながら、コンパクトな油圧ユニットである。また比例弁をする。

駆 動してポンプ容量を変更する可 変容量ポンプを「パワーエクシード」は、NACHI標準油圧ユニットに搭載しており、専用のコントローラやアンプによりポンプ対し、消費エネルギーを1/10以下に低減した省エネ油圧

容量と回転数の2つを可変制御することで機械の負荷にシステムである。また、大きな力を発揮できる油圧本来あわせた最適な制御を可能にした。の特長と、油圧ポンプをACサーボモータ（以降サーボ

本稿では、新たに商品化した油圧システム「パワーモータと記す）で直接駆動することで、電動システムとエクシード」の特長について紹介する。

同じ制御性の良さとをあわせ持ち、高精度制御と大幅な省エネが実現可能な油圧システムである。
「パワーエクシード」の油圧ユニットは、サーボモータ、可変容量両回転ポンプ、オイルタンク、安全弁などの補助バルブなど、必要な機能をコンパクトに一体化した油圧ユニットである。機械のスペースに応じて水平取付形、垂直取付形が選択でき、また油圧シリンダーまでの油圧回路構成が油圧配管2本とシンプルになり、

図1 「パワーエクシード」用油圧ユニット「UPW」

機械に搭載する際の設置自由度が高い。専用のサーボ
コントローラ、サーボアンプ、デジタルコントロールアンプ

Abstractと組みあわせて使用することでポンプ容量を機械の負荷状況にあわせて変化させ、小さいサーボモータで高圧・大流量の広い範囲を制御することが可能である。

NACHI has commercialized the hydraulicsystem with capability of energy-saving, high-precisioncontrol,“Power Exceed”Series. Hydraulic unit,UPW（Figure1）is equipped with servo motor,
double-rotary pump, oil tank, safety valve and allother necessary features. Its maximum pressure
is 30 Mpa and the maximum flow rate is 70 liters/
min, presenting a wide-range use, yet achieving
compactness. In addition, it is equipped witha variable displacement capacity pump that changes
the pump capacity by driving a proportional valve.
With variable control of the pump capacity androtation speed using an exclusive controller andamplifier, Power Exceed has enabled the optimum
control according to the machine load.
In this article, the features of NACHI’s newly
commercialized hydraulic system,“Power Exceed”isintroduced.
NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B4

24

2.「パワーエクシード」のシステム構成
図2に「パワーエクシード」の構成を示す。
「 パワーシリンダーをコントロールする。ポンプ回転数は機械のエクシード」は油圧ユニット（UPW）、サーボコントローラ

制御装置からの指令信号に対してサーボコントローラ（EPX）、サーボアンプ（EPA）、デジタルコントロール（EPX）がサーボアンプ（EPA）を介してサーボモータをアンプ内蔵DINコネクタ（EDX）などの機器から構成回して制御する。もう一方のポンプ容量はデジタルコントされる。機械の制御装置からサーボコントローラへ

ロールアンプ内蔵DINコネクタ（EDX）
により、ポンプに動作指令信号（位置、速度、圧力）を与えると、動作指令搭載した比例弁を駆動することで、サーボコントローラに追従するように油圧ユニットを駆動する。

（EPX）の指令したポンプ容量に制御する。位置センサー、サーボコントローラは、センサーからのフィードバック圧力センサーを使用したフィードバックシステムを構成信号を受け、動作指令信号と偏差が0になるように、することで、位置、速度、圧力を高精度に制御できる。

ポンプ回転数とポンプ容量を制御し、正確に油圧

位置センサー

パワーエクシード
機械の制御装置（上位コントローラ）

サーボコントローラ
EPX-10

位置センサー信号
油圧配管
圧力センサー

EtherNet/IP 通信
・動作指令・モニタ情報
TM

圧力センサー信号圧力センサー
ポンプ容量変更用信号
指令信号

EDXアンプ

油圧配管
油圧シリンダー動力
エンコーダー
信号
油圧ユニットUPWシリーズ

サーボアンプEPA

図2

システム構成例

3.「パワーマイスター」との違い
1）2）
NACHIは2003年 に「 パワーマイスター」
として「UPS-0A/1Aシリーズ」の発売後、シリーズを追加し、3）「UPS-2Aシリーズ」
までランナップを広げ、精密プレス

Q ：ポンプ流量（I/min）などシリンダー径大型化やサイクルタイムの短縮がすすんで

q：ポンプ容量（cm 3 /rev）いる機械に対応してきた。
「パワーマイスター」はポンプ

Q＝qNηv/1000・・・（Ⅰ）

N ：回転数（N/min）

容量を固定にし、サーボモータの回転数制御で駆動させる

T＝Рq/2πηm・・・・（Ⅱ）

T：軸入力トルク（N・m）

P：圧力（MPa）

システムである。

ηv ：ポンプ容積効率

ηm：ポンプ機械効率

このシステムの油圧ポンプ吐出流量は（Ⅰ）
、油圧ポンプを駆動する軸入力トルクは（Ⅱ）で求められる。
（図3）

図3

25

ポンプ流量、軸入力トルクの計算式

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B4

Components
省エネ・高精度・コンパクトな電子制御可変システム「パワーエクシード」

式から分かるように同じ圧力で使用する場合、ポンプポンプ容量
固定

ポンプ容量
可変

（一定速）

ポンプ容量固定＋モータ回転数固定

ポンプ容量可変＋
モータ回転数固定

モータ回転数可変

ポンプ容量固定＋モータ回転数可変

ポンプ容量可変＋
モータ回転数可変

容量を大きくすることでポンプ吐出流量を大きくできる
モータ回転数
固定

反面、ポンプ軸入力トルクが大きくなり、より大きな出力のモータを選定する必要がある。このためシステム全体のコストや設置スペースなどが大きくなるという課題があった。
これに対し、今回商品化した「パワーエクシード」では比例弁を駆 動してポンプ容量を変更する可変容量〈パワーマイスター〉

ポンプを搭載することで図4のように負荷に応じて流量Q（L/min）

低圧大流量、高圧低流量までの制御を最小出力の70

サーボモータで可能にした。例えば、高圧30MPa、流量Q

5.5kW
20kW
（L/min）
1
UPS-2A-35H11K
UPS-2A-35H20K
35cc/rev
11kW

70

50 25cc/rev

大流量70L/minで使用するためには「パワーマイスター」〈パワーエクシード〉

サーボモータサイズ

では20kWのサーボモータが必要であったが、「パワーサーボモータ
サイズ

20kW

250

UPS-2A-25H11K

固定容量ポンプの場合必要な圧力と流量でサーボモータサイズが決定

11kW

サーボモータのサイズダウンが可能

ポンプ容量を圧力にあわせて連続に変化させる
サーボコントローラが自動で実施
3エクシード」では5.5kWや11kWのサーボモータでも16 21

16 21

30 圧力P（MPa）対応が可能となる。ただし、高圧で使用する際の30 圧力P（MPa）①高速動作 低圧大流量（ポンプ容量大）②加圧動作 可変圧可変速（ポンプ容量大→小）③加圧保持 高圧小流量（ポンプ容量小）最小のモータサイズで制御可能→サイズダウン、省エネ

流量、大流量で使用する際の圧力が制限されるので機械の仕様にあわせた選定が必要である。なお、ポンプ容量の制御は機械の負荷にあわせてサーボコントローラが図4

自動で行なう。

パワーエクシードの動作原理

4.「パワーマイスター」との使い分け「パワーマイスター」との使い分けについて油圧プレス

減速トルクやサイクル全体の負荷率が大きくなる。のサイクルを用いて説明する。油圧プレスは、限られたさらにポンプ容量を可変するためには最低圧力として動力で加工速度を向上させるために、図5のようにシリ5MPa以上が必要であり、この圧力以下ではポンプンダーの加圧力が必要ない動作工程（①、⑤）
では高速で容量の制御が正常にできないため、制御性が悪くなる。

動作させ、加圧力が必要な工程（②）で減速させる。

こういった使われ方の場合は「パワーマイスター」のそのため、先述のとおり、「パワーエクシード」を使用ようにポンプ容量固定＋モータ回転数可変の方がすれば低圧時に大流量、高圧時に小流量にすることが向いている。選定の際には機械のサイクルや動作工程可能であり、軸入力トルクがおさえられ、小さいモータを毎の負荷条件を明確にし、最適なシステムを使用する選定できる。

ことが必要である。

一方で、高圧と大流量を両立して使用する工程がストロークある機械の場合はポンプ容量の可変によるメリットが小さくなり、大きなモータ出力が必要となる。またポンプ 容量35.0cm 3 /revのポンプをポンプ 容量が5.7 ～ 15.8cm3/rev用のサーボモータで動かしている

待機ため、加速・減速時の慣性力が大きくなり、加速・NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B4①高速下降 ②低速下降

図5
26

③加圧

④圧抜⑤高速上昇

油圧プレス動作工程

待機時間ｔ

5. 可変速可変容量対応両回転ユニット「UPW」の特長
サーボモータ、可変容量両回転ポンプ、オイルタンクを直線的に配置し、安全弁および、シリンダーが伸縮する際に生じる作動油過不足分（シリンダー呼吸油量）をオイルタンクとの間で給排する給排弁を一体化した。
図6に油圧ユニットの油圧回路図を示す。
可変容量両回転ポンプの搭載により、図7、8のようにB

高圧30MPa、大流量70L/minが発揮できる「UPS-2A

A
安全弁（パワーマイスター用一体型油圧ユニット）」、および、差圧弁組みあわせで使用するサーボアンプと比較して大幅に（回路オプション：C）コンパクトになり、機械・制御盤の小型化に貢献できる。また、取付姿勢は水平取付形、垂直取付形の油圧ユニット2種類を選択可能とし、機械の設計にあわせてご使用バキューム
チェックバルブいただける。加えてタンク無しのタイプも選択可能とし、給排弁機 械のレイアウトや使用条 件にあわせたタンクを両回転ポンプ容易に接続可能である。
ACサーボモータ

高圧選択弁
バキューム
チェックバルブ

図6

油圧ユニットの回路図

1235（UPS-2A）
パワーマイスター

235（UPW-2A）
パワーエクシード

250（UPS-2A）
パワーマイスター

1014（UPW-2A）
パワーエクシード

120（UPW-2A）
パワーエクシード
220（UPS-2A）
パワーマイスター

図7

図8

UPW-2A
（5.5kW）とUPS-2A（ 20kW）の寸法比較（水平仕様）

27

UPW-2A（5.5kW）用サーボアンプとUPS-2A（ 20kW）用サーボアンプの寸法比較

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B4

Components
省エネ・高精度・コンパクトな電子制御可変システム「パワーエクシード」

表1
油圧ユニット形式

モータ出力kW

UPW-2A-35*55-10

5.5

UPW-2A-35*75-10

7.5

UPW-2A-35*11K-10

11.0

油圧ユニット仕様

ポンプ容量cm 3/rev

最高回転数
min-1（注 1）

最大流量L/min（注 2）

最高使用圧力MPa（注 3）

タンク容量
（注 5）
Lit（呼称）

許容変動油量Lit（概算（注 4））

3.5 ～ 35.0

2,00070.0

差圧弁無：30
差圧弁有：25

6.0

V：2.8
H：0.8

（注１）高速回転時に出力可能なトルクが低下するモータ特性により、最高回転数で使用可能な圧力に制限があります。
（注2）無負荷時の理論流量です。実際の流量は負荷圧力によって変わります。
（注3）回路オプションC：差圧弁を搭載した場合は、最高使用圧力が25MPaまで制限されます。
（注4）変動油量が許容値よりも大きい場合は、補助タンクの接続などで対応が可能です。別途ご相談ください。
（注5）
タンク無を選定された場合はオイルタンクが別途必要となります。NACHIでも製作可能ですので、ご要望される場合はご相談ください。
（注6）作動油温度は油圧ユニットの設置環境や運転方法、負荷条件など様々な要因の影響を受けるため、実機運転状態にて、お客様で必ずご確認ください。
また、長時間の連続加圧運転や高頻度のシリンダー往復運転では、油温が高温となる場合があり、使用圧力の制限や冷却システムの追加取り付けが必要となる場合がありますので、別途ご相談ください。

電動機

ACサーボモータ（5.5kW、7.5kW、11kWサーボアンプ駆動による）電源電圧 三相AC200～230V 50/60Hz（サーボアンプ電源）

ポンプ

可変容量ピストンポンプ（3.5～35.0cm3/rev）

使用周囲温度／湿度

0～+40℃/20～90% RH（結露なきこと）

使用作動油温度調整範囲

5～60℃

推奨作動油

耐摩耗性油圧作動油

作動油粘度範囲

20～200mm2/s {cSt}

運転時粘度範囲

20～100mm2/s {cSt}

作動油汚染度

ISO 22/18/15以内

安全弁圧力調整範囲

3.5～30MPa {35.7～306kgf/cm2}

比例ソレノイド定格電流

0.8A

塗装色

黒

ISO VG46

6. コントローラ・アンプの特長
2）サーボアンプ（EPA）

油圧ユニット（UPW）以外に「パワーエクシード」を4）構成するサーボコントローラ（EPX）、サーボアンプ

油圧ユニットと組みあわせて使用するサーボアンプは（EPA）、デジタルコントロールアンプ内蔵DINコネクタ

省エネ性が向上した最新のものを採用した。新世代

5）

パワーデバイスの採用により駆動効率を改善し最大（EDX）について、簡単に特長を紹介する。

7％損失を低減したほか、高性能可変速ファンモータの

1）サーボコントローラ（EPX）採用により待機電力が最大10%削減し、待機時の騒音低減にも寄与する。

「パワーマイスター」用として2023年に商品化した「EPX」は産業用ネットワークEtherNet/IPTM 通信に強く、高精度に位置、流量、圧力が可能である。配線の3）デジタルコントロールアンプ内蔵
DINコネクタ（EDX）

簡略化は制御盤内の省スペース化や配線工数の削減

油圧ユニットの電磁比例弁に直接搭載でき、制御盤に貢献する。詳細は本号の「サーボコントローラ[EPX-内の電磁比例弁アンプの設置スペースが不要となる。

10］」を参照されたい。

またサーボコントローラ（EPX）との接続はケーブル1本対応しており、ケーブル1本で接続可能であり、ノイズにで可能であり、配線工数の削減に貢献する。

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B428

7. 取付寸法図
油圧ユニット

ポンプ注油口
（G3/8）

UPW-2A-35H＊＊C＊-10（水平設置）
LB

LH

UPW-2A-35H55

1,014228

326

UPW-2A-35H75

1,059

273

326

UPW-2A-35H11K

1,090304344

210
Aポート（φ36）
SAE J518-1（6,000psi形）

360

LA

320

形式

250

エアブリーザ取付口兼タンク注油口
（RC1）

358

Bポート
（φ36）
SAE J518-1（6,000psi形）

4-φ34×1座グリφ18トオシ（座グリ面高サ18）

吊りフック
M16

LH

361.5

エアブリーザ（注油後取付）

吊りボルト
M10

排油口
（G1/4）

LB

4-M14×24
LA

UPW-2A-35V＊＊C＊-10（垂直設置）
361.5

LA

LB

LH

1,058

228

326

UPW-2A-35V75

1,103

273

326

UPW-2A-35V11K

1,134

304

344358形式
UPW-2A-35V55

エアブリーザ取付口兼タンク注油口（RC1）

エアブリーザ（注油後取付）吊りナット
M10
4-M14×24

Bポート（φ36）
SAE J518-1（6,000psi形）

排油口（G1/2）

210

吊りボルト
M10

250

LA

4-φ34×1座グリφ18トオシ（座グリ面高サ18）

Aポート（φ36）
SAE J518-1（6,000psi形）

LB

吊りフック
M16320

LH

360

29

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B4

Components
省エネ・高精度・コンパクトな電子制御可変システム「パワーエクシード」

UPW-2A-35L＊＊C＊-10（油圧タンク別置）
LB

LH

UPW-2A-35L55

724.5（779.5）

228

326

UPW-2A-35V75

769.5（824.5）

273

326

UPW-2A-35L11K

800.5（855.5） 304

344

ポンプ注油口
（G3/8）
250
Aポート（φ36）
SAE J518-1（6,000psi形））寸法は回路オプション“C”付の場合の寸法を示す。

210360LA320（形式

ドレン口1（G1/2）
358

吊りボルト
M10Bポート（φ36）
SAE J518-1（6,000psi形）

吊りフック
M16

4-φ34×1座グリφ18トオシ（座グリ面高サ18）

361.5

4-M14×24

INポート（φ38）
SAE J518-1（3,000psi形）

LH

ドレン口2（G1/2）

4-M12×20

LBLA

8. まとめ用語解説

本稿では新たに商品化した電子制御可変システム

EtherNet/IPTMは、ODVAの登録商標または商標。

「パワーエクシード」の構成と特長を紹介した。

参考文献

従来の「パワーマイスター」の高圧・大流量、省エネ、

１）久保 光生・山田 健治：省エネ・高精度なコンパクト油圧システム「パワーマイスター」
NACHI TECHNICAL REPORT Vol.1
２）高嶋 明・久保 光生：さらに省エネ・コンパクトになった油圧システム「パワーマイスター」
NACHI TECHNICAL REPORT Vol.27３）
堀内 学・鈴木 健吾・古谷 一輝：さらなる大流量への対応で生産性向上に貢献
パワーマイスター用油圧ユニット「UPS-2A」
NACHI TECHNICAL REPORT Vol.39４）
吉田 圭佑・石崎 優：ネットワーク通信対応サーボコントローラ「EPX-10」NACHI TECHNICAL REPORT Vol.41５）
海老原 康晶：電磁比例弁用デジタルコントロールアンプ内蔵DINコネクタ「EDX-10」NACHI TECHNICAL REPORT Vol.40

高精度制御、コンパクト、低騒音、低発熱、作動油量低減（省資源）などの特長を継承しつつ、お客様の機械の負荷にあわせた制御を追加することで更なるコンパクト化を実現した。これらの特長をより多くのお客様に実感いただくために、今後さらに使いやすくなるように改良をすすめていく。

NACHI TECHNICAL REPORT Vol. 41 B430