特開 2024-170970 油圧ユニット

(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】P2024170970

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】油圧ユニット

(51)【国際特許分類】

   F04B 49/06 20060101AFI20241204BHJP

【ＦＩ】

F04B49/06 321A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087770

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100176072

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 功

(74)【代理人】

【識別番号】100169225

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 明

(72)【発明者】

【氏名】高崎 博

【テーマコード（参考）】

3H145

【Ｆターム（参考）】

3H145AA04

3H145AA12

3H145AA24

3H145AA33

3H145AA42

3H145BA12

3H145BA33

3H145CA03

3H145CA09

3H145DA05

3H145DA49

3H145EA13

3H145EA17

3H145GA02

3H145GA04

(57)【要約】

【課題】油圧ユニットの消費電力を抑制する。
【解決手段】油圧ユニット１は、モータ３と、油圧を吐出する可変容量型の油圧ポンプ２であり、吐出圧力が所定値以上となった場合に、吐出圧力を利用して吐出流量を減少させる油圧ポンプ２と、モータ３に流れる電流の値を検出する電流センサ５と、吐出流量が最大の場合の電流の値を上限、吐出圧力がフルカットオフ圧力である場合の電流の値を下限とした範囲内で第一閾値が設定されており、電流の値が第一閾値より低くなった場合、モータ３の回転数を低下させるコントローラ６とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータと、
前記モータにより回転駆動されて油圧を吐出する可変容量型の油圧ポンプであり、吐出圧力が所定値以上となった場合に、前記吐出圧力を利用して吐出流量を減少させる油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを前記回転駆動している状態において前記モータに流れる電流の値を検出する電流センサと、
前記吐出流量が最大の場合の前記電流の値を上限、前記吐出圧力がフルカットオフ圧力である場合の前記電流の値を下限とした範囲内で第一閾値が設定されており、前記電流の値が前記第一閾値より低くなった場合、前記油圧ポンプを前記回転駆動している状態から前記モータの回転数を低下させるコントローラと、
を備える油圧ユニット。

【請求項2】

前記コントローラは、前記回転数を所定の変化率で低下させる請求項１に記載の油圧ユニット。

【請求項3】

前記コントローラは、前記回転数を前記油圧ポンプの定格の下限まで低下させる請求項１又は２に記載の油圧ユニット。

【請求項4】

前記コントローラは、前記回転数を低下させた後に、前記電流の値が前記範囲内で設定された第二閾値より高くなった場合に、前記回転数を増加させる請求項１又は２に記載の油圧ユニット。

【請求項5】

前記範囲内において、前記第一閾値は、前記第二閾値よりも大きい請求項４に記載の油圧ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

アクチュエータ等を作動させるために、油圧ユニットが用いられる。油圧ユニットでは、油圧ポンプで作動油を昇圧してアクチュエータ等へ供給する。

【0003】

例えば、固定容量型油圧ポンプを用いるものでは、モータの回転数を制御して油圧ポンプの出力を調整している。例えば特許文献１においては、可変容量型油圧ポンプを用いて油圧ポンプの出力を調整している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－１７２３０２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来方法における油圧ポンプを有する油圧ユニットの制御では、大きな消費電力を要する傾向にある。

【0006】

上記課題に鑑み、本発明は、消費電力を抑制することができる油圧ユニット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】

上記課題を解決するために、本発明に係る油圧ユニットは、モータと、前記モータにより回転駆動されて油圧を吐出する可変容量型の油圧ポンプであり、吐出圧力が所定値以上となった場合に、前記吐出圧力を利用して吐出流量を減少させる油圧ポンプと、前記油圧ポンプを前記回転駆動している状態において前記モータに流れる電流の値を検出する電流センサと、前記吐出流量が最大の場合の前記電流の値を上限、前記吐出圧力がフルカットオフ圧力である場合の前記電流の値を下限とした範囲内で第一閾値が設定されており、前記電流の値が前記第一閾値より低くなった場合、前記油圧ポンプを前記回転駆動している状態から前記モータの回転数を低下させるコントローラと、を備える。

【0008】

また、前記コントローラは、前記回転数を所定の変化率で低下させる。

【0009】

また、前記コントローラは、前記回転数を前記油圧ポンプの定格の下限まで低下させる。

【0010】

また、前記コントローラは、前記回転数を低下させた後に、前記電流の値が前記範囲内で設定された第二閾値より高くなった場合に、前記回転数を増加させる。

【0011】

また、前記範囲内において、前記第一閾値は、前記第二閾値よりも大きい。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る油圧ユニットによれば、消費電力を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る油圧ユニットの構成の一例を示す図である。

【図2】油圧ポンプの吐出圧力に対する吐出流量及び負荷電流の特性を示す図である。

【図3】図２の特性において第一閾値と第二閾値を示す図である。

【図4】油圧ユニットの動作の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては極力同一の符号を付して、重複する説明は適宜省略する。

【0015】

＝＝＝実施形態＝＝＝
≪油圧ユニットの構成≫
図１は、本発明の実施形態（以下、「本実施形態」と記載）に係る油圧ユニット１の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、油圧ユニット１は、油圧ポンプ２と、モータ３と、インバータ４と、電流センサ５と、コントローラ６とを主に備えている。例えば、インバータ４とコントローラ６は制御パネル７等に格納されている。本実施形態では、油圧ユニット１による油圧の供給先をアクチュエータとして説明するが、油圧が供給される対象装置としてはアクチュエータに限定されない。

【0016】

油圧ポンプ２は、可変容量型の油圧ポンプ２である。容量可変型とは、容量が可変な機構を有する油圧ポンプ２であり、例えば、可変容量ピストンポンプや、可変容量ベーンポンプ等である。具体的には、本実施形態では、油圧ポンプ２は、斜板式可変容量ピストンポンプを一例として説明する。

【0017】

油圧ポンプ２は、モータ３により駆動してオイルタンク８から作動油を吸い込み、昇圧して、油圧を吐出してアクチュエータ側に供給する。アクチュエータでは、供給された油圧によって負荷に対して所望の動作を行う。

【0018】

油圧ポンプ２は、調整機構９が設けられている。すなわち、油圧ポンプ２が、調整機構９の機能を有している。調整機構９とは、油圧ポンプ２の吐出圧力が所定値以上となった場合に、吐出圧力を利用して吐出流量を減少させる機械的な圧力調整機構である。所定値とはカットオフ開始圧力である。すなわち調整機構９ではカットオフ制御を行っている。例えば、斜板式可変容量型ピストンポンプでは、吐出圧力がバネ１０で付勢された圧力調節ネジ１１で設定された圧力、すなわちカットオフ開始圧力に達すると、吐出力（油圧の力）に基づいて吐出量可変要素である斜板の位置が機械的に制御される。そして、吐出圧力と吐出流量が機械的に制御される。なお、油圧ポンプ２が可変容量ベーンポンプである場合には、吐出量可変要素はカムリングである。

【0019】

すなわち、調整機構９では、作動油が昇圧されてカットオフ開始圧力に達すると、吐出量可変要素が吐出力によって位置が機械的に制御され、ポンプ押しのけ容量を減少させ、吐出流量を減少させつつ、吐出圧力を調整する。このように、油圧ポンプ２に調整機構９が設けられていることで、カットオフ開始圧力以上の領域では、調整機構９の機械的な動作により、吐出流量は減少する。そして、吐出圧力がフルカットオフ圧力で吐出流量が零となる。

【0020】

モータ３は、可変速モータであり、油圧ポンプ２を回転駆動する。モータ３は、インバータ４により回転数（周波数）が制御される。

【0021】

インバータ４は、モータ３を回転駆動する。モータ３はインバータ４の出力周波数に基づいて回転し、これに連動して油圧ポンプ２が回転する。

【0022】

電流センサ５は、負荷電流としてモータ３に流れる電流の値（電流値）を検出する。具体的には、電流センサ５は、モータ３が油圧ポンプ２を回転駆動している状態において、インバータ４からモータ３へ流れる電流を負荷電流として検出している。検出した負荷電流の電流値は、コントローラ６へ出力される。

【0023】

コントローラ６は、インバータ４を制御する。具体的には、コントローラ６は、インバータ４へ回転数指令を出力し、これによりモータ３及び油圧ポンプ２を制御している。

【0024】

特に、コントローラ６は、カットオフ開始圧力以上の領域において、電流センサ５で検出した電流値に基づくモータ３の回転数制御を行う。具体的には、電流センサ５で検出した電流値を参照して、電流値が閾値より低くなった場合に、モータ３の回転数を低下させる制御を実行する。この閾値は、第一閾値ともいう。

【0025】

図２を用いて、コントローラ６による制御の詳細を説明する。図２は、油圧ポンプ２の圧力変化に対する負荷電流の特性を示す図である。図２では、横軸を吐出圧力、縦軸を吐出流量及び負荷電流としている。図２において、吐出流量の特性をＬ１として示し、負荷電流の電流値の特性をＬ２として示している。また、カットオフ開始圧力をＰ１とし、フルカットオフ圧力をＰ２として示している。すなわち、Ｐ１は油圧ポンプ２が備える調整機構９の作動点となる。なお、図２の流量特性と負荷電流特性は、回転数が一定（最大）の場合の特性を示している。

【0026】

Ｌ１として示すように、吐出流量は、吐出圧力が低い領域においては、吐出圧力の増加と共に、徐々に減少する。そして、吐出圧力がカットオフ開始圧力であるＰ１に達すると、調整機構９が作動して、Ｐ１以上の領域においては、吐出流量が減少していく。そして、吐出流量が零となり、フルカットオフ圧力に至る。

【0027】

吐出流量に対応して、負荷電流も変動する。具体的には、Ｐ１としてのカットオフ開始圧力未満の領域においては、吐出圧力の増加と共に負荷電流も増加する。そして、吐出圧力がカットオフ開始圧力であるＰ１に達すると、調整機構９が動作して、負荷電流が減少していく。

【0028】

すなわち、吐出圧力がカットオフ開始圧力以上となり調整機構９が動作すると、吐出流量と負荷電流の両方が減少する。特に、Ｐ２として示すフルカットオフ圧力においては、負荷電流は、ＩＬまで低下することとなる。コントローラ６では、この特性を利用して、負荷電流の電流値に基づいて、吐出圧力がフルカットオフ圧力に近いことを検知する。

【0029】

ここで、Ｌ２として示す負荷電流の特性において、ＩＨとＩＬで示す範囲がフルカットオフ圧力に近いこととなる。このため、ＩＨとＩＬの間を所定範囲Ｒとする。なお、所定範囲Ｒでは、ＩＨとＩＬの値を含む。所定範囲Ｒは、フルカットオフ圧力に達する直前の圧力状態に対応する負荷電流の値と言える。

【0030】

このため、この所定範囲Ｒの中で、閾値Ａ１を設定する。閾値Ａ１は、前述の第一閾値である。すなわち、コントローラ６では、電流センサ５で検出した負荷電流の電流値が閾値Ａ１より低くなった場合に、モータ３の回転数を低下させる制御を実行する。閾値Ａ１より低くなった場合とは、閾値Ａ１より大きかった負荷電流が、閾値Ａ１以下となった場合や、閾値Ａ１未満となった場合である。例えば、コントローラ６は、所定の低速用回転数まで、回転数を低下させる。低速用回転数は、例えば、油圧ポンプ２の定格の下限の回転数である。一例としては、油圧ポンプ２が定格の上限の回転数で運転されている場合には、油圧ポンプ２の定格の下限の回転数へ回転数を低下させる。油圧ポンプ２の定格の上限の回転数（周波数）は、例えば６０Ｈｚである。

【0031】

所定範囲Ｒの上限であるＩＨは、吐出流量が最大の場合の負荷電流の電流値である。すなわち、ＩＨは、油圧ポンプ２による油圧の供給先の対象装置としてのアクチュエータが無負荷状態であり、油圧ポンプ２の吐出流量が最大のときの負荷電流の電流値となる。無負荷状態のため、吐出流量は最大となる。換言すると、ＩＨは、カットオフ開始圧力未満の領域において、負荷電流が最小となる値とも言える。なお、負荷電流はカットオフ開始圧力で最大となる。

【0032】

所定範囲Ｒの下限であるＩＬは、吐出圧力がフルカットオフ圧力である場合の負荷電流の電流値である。すなわち、ＩＬは、吐出流量が零であり、油圧ポンプ２の吐出圧力が設定圧力に達してフルカットオフ状態である場合の負荷電流の電流値となる。換言すると、ＩＬは、カットオフ開始圧力以上の領域において、負荷電流が最小となる値とも言える。

【0033】

このように、所定範囲Ｒの上限及び下限を設定してこの範囲内で閾値を設定することで、フルカットオフ圧力の近くまで吐出圧力が低下したことを検知することができる。そして、検知した場合には、回転数を低下させることで、消費電力を抑制することが可能となる。なお、吐出圧力を直接センサで検出する場合と比較して、圧力センサを不要とすることも可能であり、システムの簡略化を図ることも可能である。

【0034】

図３は、図２の所定範囲Ｒの周りを拡大した図である。図３に示すように、所定範囲Ｒ内で第二閾値として閾値Ａ２を設定してもよい。すなわち、コントローラ６では、上記の回転数を低下させる処理を行った後に、電流センサ５で検出した負荷電流の電流値が閾値Ａ２より高くなった場合に、モータ３の回転数を増加させる制御を実行することとしてもよい。閾値Ａ２より高くなった場合とは、閾値Ａ２より小さかった負荷電流が、閾値Ａ２以上となった場合や、閾値Ａ２より大きくなった場合である。例えば、コントローラ６は、所定の増加用回転数まで、回転数を増加させる。増加用回転数は、例えば、油圧ポンプ２の定格の上限の回転数である。例えば、回転数を増加させる処理を行うと、回転数を低下させる処理を行う前の回転数へ戻る。

【0035】

なお、所定範囲Ｒ内において、第一閾値である閾値Ａ１は、第二閾値である閾値Ａ２よりも大きいことが好ましい。特に、所定範囲Ｒ内において、所定範囲Ｒの中間よりも上限側に閾値Ａ１が設定され、中間よりも下限側に閾値Ａ２が設定されることが好ましい。このように閾値設定をするとシステムが安定化し易くなる。なお、閾値Ａ１と閾値Ａ２を等しく設定してもよいし、閾値Ａ１は閾値Ａ２よりも小さいこととしてもよい。

【0036】

図４は、油圧ユニット１の動作の一例を示す図である。図４では、横軸を時間として、縦軸を、吐出圧力、吐出流量、負荷電流、回転数（周波数）のそれぞれとしている。

【0037】

Ｔ１から立ち上がりが開始し、インバータ４により回転数が増加される。これにより、吐出圧力、吐出流量、負荷電流は増加し、吐出圧力は作動圧であるフルフロー圧力へ上昇する。そしてＴ２ではＲ１として示す所定の回転数（６０Ｈｚ）として一定とし、吐出圧力はフルフロー圧力、負荷電流はフルフロー流量となる。ここで、動作状況により、Ｔ３でカットオフ開始圧力となり、調整機構９が動作し、吐出流量が減少する。

【0038】

調整機構９が動作した後、負荷電流も減少していき、Ｔ４で閾値Ａ１より低くなる。コントローラ６では電流センサ５により負荷電流を監視しており、Ｔ４で負荷電流が閾値Ａ１より低くなったことを検知する。すなわち、吐出圧力が増加してフルカットオフ圧力に近づいていることを検知する。これに伴って、回転数を低下させる制御を実行する。このため、Ｔ４以降では、回転数が減少する。この回転数の低下は、所定の変化率で低下させる。すなわち、Ｔ４からＴ５の時間（Ｔ５－Ｔ４）をかけて、回転数を低速用回転数であるＲ２へ低下させる。Ｔ５で回転数がＲ２に達すると、回転数は維持される。

【0039】

ここで、運転状況により、Ｔ６において負荷電流が閾値Ａ２より高くなったとする。運転状況により吐出圧力が低下してこれに伴って負荷電流が増加する。コントローラ６は負荷電流が閾値Ａ２より高くなったことを検知して、回転数を増加させる処理を行う。これにより、Ｔ６以降は、回転数が所定の変化率で増加する。すなわち、Ｔ６からＴ７の時間（Ｔ７－Ｔ６）をかけて、回転数を増加用回転数として例えば６０Ｈｚへ増加させる。Ｔ４からＴ５のように回転数を低下させる場合の変化率は、Ｔ６からＴ７のように回転数を増加させる場合の変化率よりも小さいこととしてもよい。すなわち、回転数を低下させる場合の方が回転数の変化がなだらかとなる。

【0040】

≪作用効果≫
以上、本実施形態において、油圧ユニット１は、モータ３と、モータ３により回転駆動されて油圧を吐出する可変容量型の油圧ポンプ２であり、吐出圧力が所定値以上となった場合に、吐出圧力を利用して吐出流量を減少させる油圧ポンプ２と、油圧ポンプ２を回転駆動している状態においてモータ３に流れる電流の値を検出する電流センサ５と、吐出流量が最大の場合の電流の値を上限、吐出圧力がフルカットオフ圧力である場合の電流の値を下限とした所定範囲Ｒ内で第一閾値である閾値Ａ１が設定されており、電流の値が閾値Ａ１より低くなった場合、油圧ポンプ２を回転駆動している状態からモータ３の回転数を低下させるコントローラ６と、を備える。

【0041】

この構成によれば、モータ３に流れる電流が閾値Ａ１より低くなった場合にモータ３の回転数を低下させることで、電流により吐出圧力がフルカットオフ圧力に近づいていることを検知して回転数を低下させる。このため、フルカットオフ圧力の付近で余分に回転数が高い状態を回避することができ、消費電力を抑制することができる。特に、所定範囲Ｒは、吐出流量が最大の場合の電流の値を上限、吐出圧力がフルカットオフ圧力である場合の電流の値を下限とすることで、吐出圧力がフルカットオフ圧力に近いことを検出することができる。

【0042】

また、本実施形態では、コントローラ６は、回転数を所定の変化率で低下させる。

【0043】

この構成によれば、所定の変化率で回転数を低下させることで、安定性を保ちつつ回転率変更をすることができる。

【0044】

また、本実施形態では、コントローラ６は、回転数を油圧ポンプ２の定格の下限まで低下させる。

【0045】

この構成によれば、油圧ポンプ２の定格の下限まで低下させることで、消費電力の抑制効果を高めることができる。

【0046】

また、本実施形態では、コントローラ６は、回転数を低下させた後に、電流の値が所定範囲Ｒ内で設定された第二閾値である閾値Ａ２より高くなった場合に、回転数を増加させる。

【0047】

この構成によれば、回転数を低下した後に吐出圧力の低下を検知し、再度油圧ポンプの２出力を増加させてアクチュエータへ油圧を供給することができる。

【0048】

また、本実施形態では、所定範囲Ｒ内において、第一閾値である閾値Ａ１は、第二閾値である閾値Ａ２よりも大きい。

【0049】

この構成によれば、油圧ポンプ２の動作安定性を向上させることができる。

【0050】

＝＝＝変形例＝＝＝
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、上述した具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、上記実施形態及び下記変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

【0051】

上記実施形態では、油圧ポンプ２として斜板式可変容量ピストンポンプを一例として説明したが、調整機構９を有している油圧ポンプであれば、斜板式可変容量ピストンポンプに限定されない。

【符号の説明】

【0052】

１：油圧ユニット、２：油圧ポンプ、３：モータ、５：電流センサ、６：コントローラ、９：調整機構、Ａ１：閾値（第一閾値）、ＩＨ：上限、ＩＬ：下限、Ｒ：所定範囲、Ｐ１：所定値（カットオフ開始圧力）、Ｐ２：フルカットオフ圧力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】