特開 2024-156272 コントローラおよびポンプシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024156272

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】コントローラおよびポンプシステム

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20241029BHJP

【ＦＩ】

F04B49/06 321A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023070599

(22)【出願日】2023-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 哲弘

(72)【発明者】

【氏名】片岡 洋佑

(72)【発明者】

【氏名】梅川 淳

【テーマコード（参考）】

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H145AA04

3H145AA12

3H145AA24

3H145AA33

3H145AA42

3H145AA44

3H145BA12

3H145CA21

3H145DA04

3H145EA20

3H145EA34

3H145GA02

(57)【要約】

【課題】液圧ポンプの最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量を正確に設定することができるコントローラを提供する。
【解決手段】一実施形態に係るコントローラ３は、指令電流が大きくなるほど一回転あたりの吐出量である吐出容量が増大する液圧ポンプ２へ指令電流を送給するものである。コントローラ３には、液圧ポンプ２の前記指令電流と前記吐出容量との実際の関係を示す実測データ、または所定回転数と当該所定回転数における液圧ポンプ２の前記指令電流と吐出流量との実際の関係を示す実測データが入力されるとともに、前記液圧ポンプの最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量が入力される。コントローラ３は、前記実測データを使用して前記最小使用吐出容量または前記最小使用吐出流量に対応する最小使用電流を決定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

指令電流が大きくなるほど一回転あたりの吐出量である吐出容量が増大する液圧ポンプへ指令電流を送給するコントローラであって、
前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出容量との実際の関係を示す実測データ、または所定回転数と当該所定回転数における前記液圧ポンプの前記指令電流と吐出流量との実際の関係を示す実測データが入力されるとともに、前記液圧ポンプの最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量が入力され、前記実測データを使用して前記最小使用吐出容量または前記最小使用吐出流量に対応する最小使用電流を決定する、コントローラ。

【請求項2】

前記液圧ポンプの前記最小使用吐出容量または前記最小使用吐出流量は、前記コントローラと電気的に接続された入力装置を介して前記コントローラへ入力される、請求項１に記載のコントローラ。

【請求項3】

指令電流が大きくなるほど一回転あたりの吐出量である吐出容量が増大する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプへ指令電流を送給する請求項１または２に記載のコントローラと、
前記液圧ポンプの表面に表示された、前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出容量との実際の関係を示す実測データ、もしくは前記所定回転数と前記所定回転数における前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出流量との実際の関係を示す実測データ、または前記実測データの保存先情報を格納するシンボルと、
前記シンボルを撮像することで前記実測データを取得し、取得した前記実測データを無線通信を介して前記コントローラへ送信する携帯端末と、
を備える、ポンプシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、液圧ポンプ用のコントローラと、前記コントローラを含むポンプシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

建設機械や産業機械などの機械では、液圧アクチュエータへ作動液を供給する液圧ポンプとして、指令電流が大きくなるほど一回転あたりの吐出量である吐出容量が増大する液圧ポンプが採用されることがある。例えば、特許文献１参照。この場合、ポンプがコントローラにより、液圧アクチュエータの作動速度が速くなるほど液圧ポンプの吐出容量が増大するように制御される。

【0003】

具体的に、コントローラには、液圧アクチュエータを作動させるための操作装置の操作量に対応する操作信号が入力される。操作装置は、当該操作装置の操作量によって液圧アクチュエータの作動速度を決定するためのものである。コントローラからポンプへは、操作信号に応じた指令電流が送給される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－２１０９７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、液圧ポンプに対しては、搭載される機械によって異なる最小吐出容量が要求される。指令電流が大きくなるほど吐出容量が増大する液圧ポンプであれば、機械的な最小容量以上の最小使用吐出容量を電気的に設定することが可能である。このように最小使用吐出容量を設定すれば、要求される最小吐出容量が異なる機械に対して同じ液圧ポンプを用いることができる。

【0006】

しかし、液圧ポンプには、指令電流と吐出容量との関係であるＩ－ｑ特性に個体差によるばらつきがある。このため、最小使用吐出容量に対応する最小使用電流を設計上の性能特性に基づいて決定すると、最小使用吐出容量が設定すべき値からずれることがある。

【0007】

液圧ポンプに対しては、最小吐出容量の代わりに、基準回転数における最小吐出流量が要求されることがある。この場合には、上記と同様に前記基準回転数における最小使用吐出流量を電気的に設定することが可能であるが、最小使用吐出流量に対応する最小使用電流を設計上の性能特性に基づいて決定すると、上記と同様の理由で最小使用吐出流量が設定すべき値からずれることがある。

【0008】

そこで、本開示は、液圧ポンプの最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量を正確に設定することができるコントローラを提供すること、および前記コントローラを含むポンプシステム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】

【0009】

本開示は、一つの側面から、指令電流が大きくなるほど一回転あたりの吐出量である吐出容量が増大する液圧ポンプへ指令電流を送給するコントローラであって、前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出容量との実際の関係を示す実測データ、または所定回転数と当該所定回転数における前記液圧ポンプの前記指令電流と吐出流量との実際の関係を示す実測データが入力されるとともに、前記液圧ポンプの最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量が入力され、前記実測データを使用して前記最小使用吐出容量または前記最小使用吐出流量に対応する最小使用電流を決定する、コントローラを提供する。

【0010】

本開示は、別の側面から、指令電流が大きくなるほど一回転あたりの吐出量である吐出容量が増大する液圧ポンプと、前記液圧ポンプへ指令電流を送給する上記のコントローラと、前記液圧ポンプの表面に表示された、前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出容量との実際の関係を示す実測データ、もしくは前記所定回転数と前記所定回転数における前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出流量との実際の関係を示す実測データ、または前記実測データの保存先情報を格納するシンボルと、前記シンボルを撮像することで前記実測データを取得し、取得した前記実測データを無線通信を介して前記コントローラへ送信する携帯端末と、を備える、ポンプシステムを提供する。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、液圧ポンプの最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量を正確に設定することができるコントローラ、および前記コントローラを含むポンプシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係るコントローラを含むポンプシステムの概略構成図である。

【図2】液圧ポンプおよび前記コントローラを含む液圧システムの概略構成図である。

【図3】液圧ポンプの指令電流と吐出容量との関係を示すグラフである。

【図4】最小使用電流の決定方法を説明するための図である。

【図5】最小使用電流の別の決定方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１に、液圧ポンプ２と、液圧ポンプ２用の一実施形態に係るコントローラ３を含むポンプシステム１を示す。また、図２に、液圧ポンプ２、液圧アクチュエータ９２およびコントローラ３を含む液圧システム１０を示す。液圧システム１０で用いられる作動液は、典型的には油である。

【0014】

まず、図２を参照して液圧システム１０について説明する。液圧システム１０は、例えば、油圧ショベルや油圧クレーンなどの建設機械、またはプレス機械などの産業機械に搭載される。

【0015】

液圧ポンプ２は、可変容量型のポンプである。本実施形態では、液圧ポンプ２が斜板ポンプや斜軸ポンプなどのアキシャルピストンポンプである。ただし、液圧ポンプ２はベーンポンプなどの他の形式のポンプであってもよい。

【0016】

液圧ポンプ２は、原動機８により駆動される。原動機８は、エンジンであってもよいし電動機であってもよい。

【0017】

液圧ポンプ２の一回転あたりの吐出量である吐出容量ｑは、当該液圧ポンプ２に設けられたレギュレータ２１により変更される。レギュレータ２１には、コントローラ３から指令電流Ｉが送給される。例えば、液圧ポンプ２が斜板ポンプである場合、レギュレータ２１は、液圧ポンプ２の斜板と連結されたサーボピストンに作用する液圧を電気的に変更するものであってもよいし、液圧ポンプ２の斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。

【0018】

液圧ポンプ２の吐出容量ｑは、機械的な最小容量ｑminと最大容量ｑmaxとの間で指令電流Ｉに応じて変化する。指令電流Ｉと吐出容量ｑとの関係であるＩ－ｑ特性は、図３に示す通りである。指令電流ＩがＩａ以下のとき吐出容量ｑが最小容量ｑminであり、指令電流ＩがＩｂ以上のとき吐出容量ｑが最大容量ｑmaxであり、指令電流ＩがＩａとIｂの間のとき指令電流Ｉが大きくなるほど吐出容量ｑが増大する。

【0019】

図２に戻って、液圧ポンプ２は、方向切換弁９１を介して液圧アクチュエータ９２へ作動液を供給する。液圧アクチュエータ９２の数は単数であっても複数であってもよい。本実施形態では、液圧アクチュエータ９２が双方向に作動する複動シリンダまたは液圧モータである。

【0020】

また、液圧システム１０は、液圧アクチュエータ９２を作動させるための操作装置３１を含む。操作装置３１は、当該操作装置３１の操作量に応じた操作信号を出力する。本実施形態では、操作装置３１が、操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックである。操作装置３１から出力される操作信号は、コントローラ３へ入力される。

【0021】

なお、液圧システム１０が搭載される機械が無人機械の場合、操作装置３１は省略可能である。この場合、コントローラ３がカメラにより撮像される画像などに基づいて操作信号を自ら作成してもよい。

【0022】

本実施形態では、上述した方向切換弁９１が一対のパイロットポートを有し、これらのパイロットポートに電磁比例弁が接続される。コントローラ３は、操作装置３１の操作量が大きくなるほど方向切換弁９１の開口面積が大きくなるように、電磁比例弁を介して方向切換弁９１を制御する。このため、操作装置３１の操作量が大きくなるほど液圧アクチュエータ９２の作動速度が速くなる。

【0023】

ただし、操作装置３１は、方向切換弁９１のパイロットポートにパイロット圧を出力するパイロット操作弁であってもよい。パイロット操作弁から出力されるパイロット圧は、当該パイロット操作弁である操作装置３１の操作量が大きくなるほど高くなる。操作装置３１がパイロット操作弁である場合、操作装置３１から出力されるパイロット圧が圧力センサにより検出されて操作信号としてコントローラ３へ入力される。あるいは、方向切換弁９１は、コントローラ３により直接的に制御される電磁弁であってもよい。

【0024】

コントローラ３は、操作信号に応じた指令電流Ｉをレギュレータ２１へ送給する。指令電流Ｉは、操作装置３１の操作量が大きくなるほど大きくなる。このため、液圧ポンプ２の吐出容量ｑは、操作装置３１の操作量が大きくなるほど増大する。

【0025】

次に、図１を参照してポンプシステム１について説明する。コントローラ３に関し、本明細書で開示する要素の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路、ユニット、または手段は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路、手段、またはユニットはハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび/またはプロセッサの構成に使用される。

【0026】

コントローラ３には、入力装置４が電気的に接続されている。入力装置４は、液圧ポンプ２の最小使用吐出容量ｑ０の入力を受け付ける。液圧ポンプ２の最小使用吐出容量ｑ０は入力装置４を介してコントローラ３へ入力される。

【0027】

最小使用吐出容量ｑ０は、図３に示すように、液圧ポンプ２が機械に搭載されたときの吐出容量ｑの使用範囲の下限を規定するものである。最小使用吐出容量ｑ０は、機械的な最小容量ｑminと同じであってもよいし、最小容量ｑminよりも大きくてもよい。

【0028】

最小使用吐出容量ｑ０が機械的な最小容量ｑminと同じ場合には、液圧ポンプ２が機械に搭載されたときの吐出容量ｑの使用範囲は図３中の範囲Ａとなるとともに、指令電流Ｉの使用範囲は図３中の範囲Ｃとなる。一方、最小使用吐出容量ｑ０が機械的な最小容量ｑminよりも大きい場合には、液圧ポンプ２が機械に搭載されたときの吐出容量ｑの使用範囲は図３中の範囲Ｂとなるとともに、指令電流Ｉの使用範囲は図３中の範囲Ｄとなる。

【0029】

図１に戻って、ポンプシステム１は、液圧ポンプ２およびコントローラ３に加えて、コントローラ３と無線通信を介して通信可能な携帯端末６を含む。本実施形態では、コントローラ３に無線ＬＡＮルータ５が有線で接続されており、携帯端末６が無線ＬＡＮルータ５と無線通信を行う。ただし、コントローラ３が無線通信モジュールを含み、携帯端末６がコントローラ３と直接的に無線通信を行ってもよい。

【0030】

液圧ポンプ２の表面にはシンボル７が表示されている。液圧ポンプ２の表面へのシンボル７の表示に関しては、シンボル７が銘板や表示板などのプレートに印刷され、そのプレートが液圧ポンプ２の表面に取り付けられてもよい。あるいは、シンボル７は液圧ポンプ２の表面に直接印刷されてもよい。

【0031】

本実施形態では、シンボル７が、液圧ポンプ２の実際のＩ－ｑ特性を示す実測データを格納する。実際のＩ－ｑ特性は、液圧ポンプ２に対して性能確認試験を行ったときの試験結果である。例えば、シンボル７はマトリクス型の二次元コード（ＱＲコード（登録商標））である。ただし、シンボル７は、ＩＣ（Integrated Circuit）タグやＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグなどのタグであってもよい。

【0032】

携帯端末６は、シンボル７を撮像可能なカメラを含む。携帯端末６は、カメラがシンボル７を撮像することで当該シンボル７に格納されている液圧ポンプ２の実測データを取得する。携帯端末６は、取得した実測データを無線通信および無線ＬＡＮルータ５を介してコントローラ３へ送信する。これにより、コントローラ３に液圧ポンプ２の実測データが入力される。このため、実測データを簡単にコントローラ３へ入力することができる。

【0033】

コントローラ３は、入力された液圧ポンプ２の実測データを記憶する。そして、コントローラ３は、Ｉ－ｑ特性の個体差によるばらつきを電子的にキャリブレーションする。具体的には、コントローラ３が、操作信号に対応する設定吐出容量が得られるように、液圧ポンプ２へ送給する指令電流Ｉを調整する。

【0034】

さらに、本実施形態では、コントローラ３が、記憶した実測データを使用して、最小使用吐出容量ｑ０に対応する最小使用電流Ｉ０を決定する。最小使用電流Ｉ０の決定方法としては、例えば、図４に示す方法と、図５に示す方法がある。

【0035】

図４に示す方法では、液圧ポンプ２の実測データのうちの最小使用吐出容量ｑ０に最も近いデータ点の指令電流（図４ではＩ８）を最小使用電流Ｉ０とする。図５に示す方法では、液圧ポンプ２の実測データのうちの最小使用吐出容量ｑ０の両側に位置するデータ点を直線で結び、その直線から最小使用吐出容量ｑ０に対応する最小使用電流Ｉ０を算出する。

【0036】

以上説明したように、本実施形態のコントローラ３では、実測データを使用して最小使用電流Ｉ０が決定されるので、液圧ポンプ２の最小使用吐出容量ｑ０を正確に設定することができる。

【0037】

また、本実施形態では、液圧ポンプ２の最小使用吐出容量ｑ０が入力装置４を介してコントローラ３へ入力されるので、液圧ポンプ２およびコントローラ３の使用者が最小使用吐出容量ｑ０を任意の値に設定することができる。

【0038】

＜変形例＞
本開示は上述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0039】

例えば、シンボル７は、液圧ポンプ２の実測データを格納する代わりに、その実測データの保存先情報を格納してもよい。保存先情報は、例えば、保存先であるサーバのＩＰ（Internet Protocol）アドレス、またはそのサーバの特定の階層のＵＲＬ（Uniform Resource Locator）である。この場合、シンボル７は文字列であってもよい。

【0040】

コントローラ３へは、最小使用吐出容量ｑ０の代わりに、基準回転数Ｎｒにおける最小使用吐出流量Ｑ０が入力装置４を介して入力されてもよい。この構成であれば、液圧ポンプ２およびコントローラ３の使用者が基準回転数Ｎｒにおける最小使用吐出流量Ｑ０を任意の値に設定することができる。

【0041】

コントローラ３に基準回転数Ｎｒにおける最小使用吐出流量Ｑ０が入力される場合、コントローラ３は、最小使用吐出流量Ｑ０を基準回転数Ｎｒで除算して最小使用吐出容量ｑ０を算出し、実際のＩ－ｑ特性を示す実測データを使用して最小使用吐出容量ｑ０に対応する最小使用電流Ｉ０を決定する。このように実測データを使用して最小使用電流Ｉ０が決定されれば、液圧ポンプ２の基準回転数Ｎｒにおける最小使用吐出流量Ｑ０を正確に設定することができる。

【0042】

また、実測データは、実際のＩ－ｑ特性を示すものではなく、所定回転数Ｎｐと、所定回転数Ｎｐにおける液圧ポンプ２の指令電流Ｉと吐出流量Ｑとの実際の関係、すなわち実際のＩ－Ｑ特性を示すものであってもよい。

【0043】

実測データが所定回転数Ｎｐと所定回転数Ｎｐにおける実際のＩ－Ｑ特性を示すものである場合であって、コントローラ３に基準回転数Ｎｒにおける最小使用吐出流量Ｑ０が入力される場合、例えば、コントローラ３は、最小使用吐出流量Ｑ０にＮｐ／Ｎｒを乗算して換算流量を算出し、実測データを使用して換算流量に対応する最小使用電流Ｉ０を決定する。

【0044】

あるいは、実測データが所定回転数Ｎｐと所定回転数Ｎｐにおける実際のＩ－Ｑ特性を示すものである場合であって、コントローラ３に最小使用吐出容量ｑ０が入力される場合、例えば、コントローラ３は、最小使用吐出容量ｑ０に所定回転数Ｎｐを乗算して所定回転数Ｎｐにおける最小使用吐出流量を算出し、実測データを使用して最小使用吐出流量に対応する最小使用電流Ｉ０を決定する。

【0045】

＜まとめ＞
第１の態様として、本開示は、一つの側面から、指令電流が大きくなるほど一回転あたりの吐出量である吐出容量が増大する液圧ポンプへ指令電流を送給するコントローラであって、前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出容量との実際の関係を示す実測データ、または所定回転数と当該所定回転数における前記液圧ポンプの前記指令電流と吐出流量との実際の関係を示す実測データが入力されるとともに、前記液圧ポンプの最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量が入力され、前記実測データを使用して前記最小使用吐出容量または前記最小使用吐出流量に対応する最小使用電流を決定する、コントローラを提供する。

【0046】

上記の構成によれば、実測データを使用して最小使用電流が決定されるので、液圧ポンプの最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量を正確に設定することができる。

【0047】

第２の態様として、第１の態様において、前記液圧ポンプの前記最小使用吐出容量または前記最小使用吐出流量は、前記コントローラと電気的に接続された入力装置を介して前記コントローラへ入力されてもよい。この構成によれば、液圧ポンプおよびコントローラの使用者が最小使用吐出容量または基準回転数における最小使用吐出流量を任意の値に設定することができる。

【0048】

第３の態様として、本開示は、別の側面から、指令電流が大きくなるほど一回転あたりの吐出量である吐出容量が増大する液圧ポンプと、前記液圧ポンプへ指令電流を送給する上記のコントローラと、前記液圧ポンプの表面に表示された、前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出容量との実際の関係を示す実測データ、もしくは前記所定回転数と前記所定回転数における前記液圧ポンプの前記指令電流と前記吐出流量との実際の関係を示す実測データ、または前記実測データの保存先情報を格納するシンボルと、前記シンボルを撮像することで前記実測データを取得し、取得した前記実測データを無線通信を介して前記コントローラへ送信する携帯端末と、を備える、ポンプシステムを提供する。

【0049】

上記の構成によれば、実測データを簡単にコントローラへ入力することができる。

【符号の説明】

【0050】

１ ポンプシステム
２ 液圧ポンプ
３ コントローラ
４ 入力装置
６ 携帯端末
７ シンボル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】