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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-25
(45)【発行日】2024-07-03
(54)【発明の名称】油圧ユニット
(51)【国際特許分類】
F15B 11/00 20060101AFI20240626BHJP
【ＦＩ】
F15B11/00 E
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021013382
(22)【出願日】2021-01-29
(65)【公開番号】P2022116949
(43)【公開日】2022-08-10
【審査請求日】2023-09-05
(73)【特許権者】
【識別番号】000002853
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
(74)【代理人】
【識別番号】100183232
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 敏行
(72)【発明者】
【氏名】尾中 正人
【審査官】松浦 久夫
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－３０１１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０３０５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０１２３９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０６８３８９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１５Ｂ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
アクチュエータ(３)に作動油を供給する固定容量型または可変容量型の油圧ポンプ(Ｐ)と、上記油圧ポンプ(Ｐ)を駆動する回転数可変のモータ(Ｍ)と、
上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出圧力を検出する圧力センサ(ＰＳ１)と、
流量指令信号および切替指令信号を主機コントローラから受けると共に、上記流量指令信号および切替指令信号に基づいて、上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御する制御部(１０)と
を備え、
上記制御部(１０)は、上記切替指令信号を受ける前に上記流量指令信号を受けて、上記流量指令信号が示す目標流量に上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出流量を合わせるように、上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御する共に、上記切替指令信号を受けて、上記圧力センサ(ＰＳ１)により検出された現在圧力(ＰＨ０)と目標圧力(ＰＨ)とに応じて上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出流量を上記目標流量に対して下げるように、上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御し、
上記制御部(１０)は、上記切替指令信号を受けると、上記現在圧力(Ｐ Ｈ０ )の増加に従って上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出流量を上記目標流量に対して下げるように、直線で表される圧力－流量特性に従って上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御し、
上記制御部(１０)は、上記切替指令信号を受けると、
【数1】
Ｋ Ｓ ：係数
Ｐ Ｈ ：目標圧力[ｋＰａ]
Ｐ Ｈ０ ：現在圧力[ｋＰａ]
Ｆ ０ ：下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]
で表される圧力－流量特性に従って上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御し、
上記アクチュエータ(３)と上記油圧ポンプ(Ｐ)とを接続するメインラインの一部にホース(Ｈ１,Ｈ２)が用いられているとき、上記係数Ｋ Ｓ は、
【数3】
ｋ：上記ホース(Ｈ１,Ｈ２)の圧縮率[１／ｋＰａ]
ｊ：上記モータ(Ｍ)の回転子の慣性モーメント[ｋｇ・ｍ ２ ]
で表される、油圧ユニット。
【請求項2】
アクチュエータ(３)に作動油を供給する固定容量型または可変容量型の油圧ポンプ(Ｐ)と、上記油圧ポンプ(Ｐ)を駆動する回転数可変のモータ(Ｍ)と、
上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出圧力を検出する圧力センサ(ＰＳ１)と、
流量指令信号および切替指令信号を主機コントローラから受けると共に、上記流量指令信号および切替指令信号に基づいて、上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御する制御部(１０)と
を備え、
上記制御部(１０)は、上記切替指令信号を受ける前に上記流量指令信号を受けて、上記流量指令信号が示す目標流量に上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出流量を合わせるように、上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御する共に、上記切替指令信号を受けて、上記圧力センサ(ＰＳ１)により検出された現在圧力(ＰＨ０)と目標圧力(ＰＨ)とに応じて上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出流量を上記目標流量に対して下げるように、上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御し、
上記制御部(１０)は、上記切替指令信号を受けると、上記現在圧力(Ｐ Ｈ０ )の増加に従って上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出流量を上記目標流量に対して下げるように、曲線で表される圧力－流量特性に従って上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御し、
上記制御部(１０)は、上記切替指令信号を受けると、
【数2】
Ｋ Ｓ ：係数
Ｐ Ｈ ：目標圧力[ｋＰａ]
Ｐ Ｈ０ ：現在圧力[ｋＰａ]
Ｆ ０ ：下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]
で表される圧力－流量特性に従って上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御し、
上記アクチュエータ(３)と上記油圧ポンプ(Ｐ)とを接続するメインラインの一部にホース(Ｈ１,Ｈ２)が用いられているとき、上記係数Ｋ Ｓ は、
【数3】
ｋ：上記ホース(Ｈ１,Ｈ２)の圧縮率[１／ｋＰａ]
ｊ：上記モータ(Ｍ)の回転子の慣性モーメント[ｋｇ・ｍ ２ ]
で表される、油圧ユニット。
【請求項3】
請求項１または２に記載の油圧ユニットにおいて、上記制御部(１０)は、上記切替指令信号を受けるまでは、上記油圧ポンプ(Ｐ)の吐出流量または吐出圧力を一定に保つように上記モータ(Ｍ)の回転数(Ｆ)を制御する、油圧ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、油圧ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、油圧ユニットとしては、工作機械などの油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動する回転数可変のモータとを備えたものがある(例えば、特開２００６－２１４５１１号公報(特許文献１)参照)。
【0003】
上記油圧ユニットでは、油圧シリンダの駆動に先だって油圧シリンダの動作ストロークをモータの回転数に基づいて求めるティーチング動作を行い、油圧シリンダが動作するときに、減速開始位置になるまでモータを第１速度で回転させ、減速開始位置になった後は動作を終了するまでモータを第１速度よりも低い第２速度で回転させることにより、油圧シリンダの動作を緩やかに停止させ、サージ圧の増大を抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００６－２１４５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記油圧ユニットでは、油圧シリンダの駆動前にティーチング動作を行って油圧シリンダの動作範囲を求めて、減速時にモータの回転数を低速にするので、モータの回転数の調整が煩わしいという問題がある。
【0006】
本開示では、煩わしいモータの回転数の調整なしにサージ圧を制御できる油圧ユニットを提案する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の油圧ユニットは、
アクチュエータに作動油を供給する固定容量型または可変容量型の油圧ポンプと、
上記油圧ポンプを駆動する回転数可変のモータと、
上記油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
上記モータの回転数を制御する制御部と
を備え、
上記制御部は、切替指令を受けて、上記圧力センサにより検出された現在圧力と目標圧力とに応じて上記油圧ポンプの吐出流量を目標流量に対して下げるように、上記モータの回転数を制御する。
アクチュエータに作動油を供給する固定容量型または可変容量型の油圧ポンプと、
上記油圧ポンプを駆動する回転数可変のモータと、
上記油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
上記モータの回転数を制御する制御部と
を備え、
上記制御部は、切替指令を受けて、上記圧力センサにより検出された現在圧力と目標圧力とに応じて上記油圧ポンプの吐出流量を目標流量に対して下げるように、上記モータの回転数を制御する。
【0008】
本開示によれば、切替指令を受けた制御部によって、圧力センサにより検出された現在圧力と目標圧力とに応じて油圧ポンプの吐出流量を目標流量に対して下げるように、モータの回転数を制御するので、煩わしい油圧ポンプの回転数の調整なしにアクチュエータが停止したときに不要なサージ圧が発生しないようにできる。したがって、煩わしいモータ回転数の調整なしにサージ圧を制御できる。
【0009】
また、本開示の１つの態様に係る油圧ユニットでは、
上記制御部は、上記切替指令を受けると、上記現在圧力の増加に従って上記油圧ポンプの吐出流量を上記目標流量に対して下げるように、直線で表される圧力－流量特性に従って上記モータの回転数を制御する。
上記制御部は、上記切替指令を受けると、上記現在圧力の増加に従って上記油圧ポンプの吐出流量を上記目標流量に対して下げるように、直線で表される圧力－流量特性に従って上記モータの回転数を制御する。
【0010】
本開示によれば、切替指令を受けた制御部によって、直線で表される圧力－流量特性に従ってモータの回転数を制御して、現在圧力の増加に従って油圧ポンプの吐出流量を目標流量に対して下げるので、スムーズにアクチュエータを減速できる。
【0011】
また、本開示の１つの態様に係る油圧ユニットでは、
上記制御部は、上記切替指令を受けると、
Ｆ：回転数[ｒ／ｍｉｎ]
ＫＳ：係数
ＰＨ：目標圧力[ｋＰａ]
ＰＨ０：現在圧力[ｋＰａ]
Ｆ０：下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]
で表される圧力－流量特性に従って上記モータの回転数を制御する。
上記制御部は、上記切替指令を受けると、
【数1】
ＫＳ：係数
ＰＨ：目標圧力[ｋＰａ]
ＰＨ０：現在圧力[ｋＰａ]
Ｆ０：下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]
で表される圧力－流量特性に従って上記モータの回転数を制御する。
【0012】
本開示によれば、上記式で表される圧力－流量特性に従ってモータの回転数を制御するので、モータの回転数制御が容易にできる。
【0013】
また、本開示の１つの態様に係る油圧ユニットでは、
上記制御部は、上記切替指令を受けると、上記現在圧力の増加に従って上記油圧ポンプの吐出流量を上記目標流量に対して下げるように、曲線で表される圧力－流量特性に従って上記モータの回転数を制御する。
上記制御部は、上記切替指令を受けると、上記現在圧力の増加に従って上記油圧ポンプの吐出流量を上記目標流量に対して下げるように、曲線で表される圧力－流量特性に従って上記モータの回転数を制御する。
【0014】
本開示によれば、切替指令を受けた制御部によって、曲線で表される圧力－流量特性に従ってモータの回転数を制御して、現在圧力の増加に従って油圧ポンプの吐出流量を目標流量に対して下げるので、スムーズにアクチュエータを減速できる。
【0015】
また、本開示の１つの態様に係る油圧ユニットでは、
上記制御部は、上記切替指令を受けると、
Ｆ：回転数[ｒ／ｍｉｎ]
ＫＳ：係数
ＰＨ：目標圧力[ｋＰａ]
ＰＨ０：現在圧力[ｋＰａ]
Ｆ０：下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]
で表される圧力－流量特性に従って上記モータの回転数を制御する。
上記制御部は、上記切替指令を受けると、
【数2】
ＫＳ：係数
ＰＨ：目標圧力[ｋＰａ]
ＰＨ０：現在圧力[ｋＰａ]
Ｆ０：下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]
で表される圧力－流量特性に従って上記モータの回転数を制御する。
【0016】
本開示によれば、上記式で表される圧力－流量特性に従って油圧ポンプの回転数を制御するので、モータの回転数制御が容易にできる。
【0017】
また、本開示の１つの態様に係る油圧ユニットでは、
上記アクチュエータと上記油圧ポンプとを接続するメインラインの一部にホースが用いられているとき、上記係数ＫＳは、
ＶＨ：上記ホースの圧力容積[ｍ３]
ｋ：上記ホースの圧縮率[１／ｋＰａ]
ｊ：上記モータ(Ｍ)の回転子の慣性モーメント[ｋｇ・ｍ２]
で表される。
上記アクチュエータと上記油圧ポンプとを接続するメインラインの一部にホースが用いられているとき、上記係数ＫＳは、
【数3】
ｋ：上記ホースの圧縮率[１／ｋＰａ]
ｊ：上記モータ(Ｍ)の回転子の慣性モーメント[ｋｇ・ｍ２]
で表される。
【0018】
本開示によれば、アクチュエータと油圧ポンプとを接続するメインラインの一部に用いられるホースにおいて蓄積される圧力エネルギーを考慮することで、モータの回転数制御が最適に行える。
【0019】
また、本開示の１つの態様に係る油圧ユニットでは、
上記制御部は、上記切替指令を受けるまでは、上記油圧ポンプの吐出流量または吐出圧力を一定に保つように上記モータの回転数を制御する。
上記制御部は、上記切替指令を受けるまでは、上記油圧ポンプの吐出流量または吐出圧力を一定に保つように上記モータの回転数を制御する。
【0020】
本開示によれば、切替指令を受けるまでは、制御部によって、油圧ポンプの吐出流量または吐出圧力を一定に保つようにモータの回転数を制御するので、切替指令を受けるまでアクチュエータを速く動作させることができ、時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本開示の第１実施形態の油圧ユニットの概略ブロック図である。
【図2】第１実施形態の油圧ユニットの圧力－流量特性を示す図である。
【図3A】第１実施形態の圧力指令が７ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ユニットの圧力－流量特性を示す図である。
【図3B】第１実施形態の圧力指令が５ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ユニットの圧力－流量特性を示す図である。
【図3C】第１実施形態の圧力指令が３ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ユニットの圧力－流量特性を示す図である。
【図4A】第１実施形態の圧力指令が７ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図4B】比較例の圧力指令が７ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図5A】第１実施形態の圧力指令が５ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図5B】比較例の圧力指令が５ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図6A】第１実施形態の圧力指令が３ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図6B】比較例の圧力指令が３ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図7A】第１実施形態の圧力指令が７ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎで負荷があるときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図7B】比較例の圧力指令が７ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎで負荷があるときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図8A】第１実施形態の圧力指令が５ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎで負荷があるときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図8B】比較例の圧力指令が５ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎで負荷があるときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図9A】第１実施形態の圧力指令が３ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎで負荷があるときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図9B】比較例の圧力指令が３ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎで負荷があるときの油圧ポンプの圧力とモータの回転数の変化を示す図である。
【図10】第２実施形態の油圧ユニットの圧力－流量特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、実施形態を説明する。なお、図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さ等の図面上の寸法は、図面の明瞭化と簡略化のために実際の尺度から適宜変更されており、実際の相対寸法を表してはいない。
【0023】
〔第１実施形態〕
図１は、本開示の第１実施形態の油圧ユニット１を用いた油圧装置の概略ブロック図である。この油圧装置は、射出成形機、プレス機、工作機械などの産業機械(主機)に用いられる。
図１は、本開示の第１実施形態の油圧ユニット１を用いた油圧装置の概略ブロック図である。この油圧装置は、射出成形機、プレス機、工作機械などの産業機械(主機)に用いられる。
【0024】
この第１実施形態の油圧装置は、図１に示すように、油圧ユニット１と、方向制御弁２(４ポート３位置)と、アクチュエータの一例としての油圧シリンダ３とを備える。油圧シリンダ３は、片ロッド油圧シリンダであり、ピストン３１と、ピストン３１に一端が接続されたロッド３２と、ヘッド側ポート３ａとロッド側ポート３ｂとを有している。
【0025】
油圧ユニット１は、油圧シリンダ３に作動油を供給する固定容量型の油圧ポンプＰと、油圧ポンプＰを駆動する回転数可変のモータＭと、油圧ポンプＰの吐出圧力を検出する圧力センサＰＳ１と、モータＭの回転数Ｆを制御するコントローラ１０と、作動油を貯めるタンクＴとを備えている。コントローラ１０は、制御部の一例である。なお、この実施形態では、固定容量型の油圧ポンプＰを用いたが、可変容量型の油圧ポンプを用いてもよい。
【0026】
油圧ポンプＰの吐出ポートを、ホースＨ１を介して方向制御弁２のポンプポート２３に接続している。方向制御弁２のタンクポート２４をホースＨ２を介してタンクＴに接続している。また、方向制御弁２の負荷ポート２１を油圧シリンダ３のヘッド側ポート３ａに接続している。また、第２方向制御弁２０の負荷ポート２２を方向制御弁２の負荷ポート２２に接続している。
【0027】
方向制御弁２のソレノイドｓｏｌ１,ｓｏｌ２の両方が非励磁の場合、方向制御弁２は中央の切り換え位置となり、負荷ポート２１,２２とポンプポート２３とタンクポート２４は閉鎖状態となる。一方、方向制御弁２のソレノイドｓｏｌ１を励磁した場合、方向制御弁２は左側の切り換え位置となり、負荷ポート２１とポンプポート２３とが連通し、負荷ポート２２とタンクポート２４とが連通する。他方、方向制御弁２のソレノイドｓｏｌ２を励磁した場合、方向制御弁２は右側の切り換え位置となり、負荷ポート２１とタンクポート２４とが連通し、負荷ポート２２とポンプポート２３とが連通する。
【0028】
この油圧装置では、油圧シリンダ３と油圧ポンプＰとが方向制御弁２を介して接続されたメインラインの一部にホースＨ１,Ｈ２が用いられている。
【0029】
コントローラ１０は、交流電源(２００Ｖ)からの交流電圧を任意の周波数のモータ駆動電圧に変換するインバータ(図示せず)を備える。コントローラ１０は、主機コントローラ(図示せず)からの圧力指令信号,流量指令信号および切替指令信号に基づいてモータＭを制御する。主機コントローラは、例えば、油圧シリンダ３のロッド３２の位置を位置センサ(図示せず)により検出して、ロッド３２の位置が減速開始位置に達したとき、切替指令信号を出力する。
【0030】
上記油圧装置は、油圧シリンダ３のピストン３１が左端にある状態から油圧シリンダ３を駆動するとき、ソレノイドｓｏｌ１を励磁して方向制御弁２は左側の切り換え位置し、モータＭにより油圧ポンプＰを駆動することによりピストン３１を一定速度で右方向に移動させる。次に、コントローラ１０は、切替指令信号を受けて、圧力センサＰＳ１により検出された現在圧力と目標圧力とに応じて油圧ポンプＰの吐出流量を目標流量に対して下げるように、モータＭの回転数Ｆを制御する。そうして、油圧シリンダ３のロッド３２の先端がワークＷに当たって停止する。
【0031】
【0032】
ここで、モータＭの回転数Ｆ[ｒ／ｍｉｎ]は、油圧ポンプＰの吐出流量に比例し、油圧ポンプＰの１回転あたりの吐出流量とモータＭの単位時間あたりの回転数Ｆとの積が、油圧ポンプＰの単位時間あたりの吐出流量となる。以下の説明では、便宜上、モータＭの回転数Ｆ[ｒ／ｍｉｎ]を油圧ポンプＰの吐出流量として取り扱う。
【0033】
油圧ユニット１のコントローラ１０は、図２に示す実線で示す速度一定動作時の圧力－流量特性Ｃ１と、図２に示す点線で示す減速動作時の圧力－流量特性Ｃ２とを切り替える。ここで、モータＭの下限回転数Ｆ０を６００[ｒ／ｍｉｎ]としている。なお、モータＭの下限回転数Ｆ０は、油圧ユニット１が使用される油圧回路などの構成に応じて設定される。
【0034】
＜モータＭの回転数Ｆの制限＞
上記構成の油圧装置において、油圧シリンダ３のロッド３２がワークＷに当たったときに発生するサージ圧は、油圧ユニット１の油圧ポンプＰの運動エネルギーが圧力エネルギーとなることで発生する。
上記構成の油圧装置において、油圧シリンダ３のロッド３２がワークＷに当たったときに発生するサージ圧は、油圧ユニット１の油圧ポンプＰの運動エネルギーが圧力エネルギーとなることで発生する。
【0035】
そして、次の(a)～(d)の過程を経てサージ圧が発生する。
(a) 油圧シリンダ３のロッド３２がワークＷに当たる。
(b) 油圧シリンダ３の圧力が上昇する(油圧ポンプＰの吐出圧が上昇)。
(c) 圧力制御している油圧ユニット１は減速を開始する。
(d) ピストン３１の減速が間に合わず圧力目標を超えて圧力が上昇する(サージ発生)。
(a) 油圧シリンダ３のロッド３２がワークＷに当たる。
(b) 油圧シリンダ３の圧力が上昇する(油圧ポンプＰの吐出圧が上昇)。
(c) 圧力制御している油圧ユニット１は減速を開始する。
(d) ピストン３１の減速が間に合わず圧力目標を超えて圧力が上昇する(サージ発生)。
【0036】
このとき、油圧シリンダ３のロッド３２がワークＷに当たって停止したとき、油圧ポンプＰの運動エネルギーは、モータＭの減速による回生エネルギーと、ホースＨ１,Ｈ２および油圧シリンダ３に発生する圧力エネルギーとの和となる。
【0037】
ホースＨ１,Ｈ２に蓄積される圧力エネルギーＥＨ[ｋＰａ]は、
ＶＨ：圧力容積[ｍ３]
ｋ ：圧縮率[１／ｋＰａ]
ＰＨ：圧力[ｋＰａ]
ＰＨ０：初期圧力[ｋＰａ]
Ｅｍ：モータＭの運動エネルギー
Ｐｍ×ｓ：コントローラ１０で回収するエネルギー[Ｊ]
Ｌｏｓｓ：その他の損失[Ｊ]
で表される。
【数4】
ｋ ：圧縮率[１／ｋＰａ]
ＰＨ：圧力[ｋＰａ]
ＰＨ０：初期圧力[ｋＰａ]
Ｅｍ：モータＭの運動エネルギー
Ｐｍ×ｓ：コントローラ１０で回収するエネルギー[Ｊ]
Ｌｏｓｓ：その他の損失[Ｊ]
で表される。
【0038】
ホースＨ１,Ｈ２の圧力ＰＨ[ｋＰａ]は、
で表される。Ｌｏｓｓ≒０として圧力ＰＨ[ｋＰａ]を簡略化すると、
で表され、係数Ａは、
である。
【数5】
【数6】
【数7】
【0039】
モータＭの回転数Ｆ[ｒ／ｍｉｎ]は、
で表され、係数Ｋｓは、
ｊ：モータＭの回転子の慣性モーメント[ｋｇ・ｍ２]
である。
【数8】
【数9】
である。
【0040】
ここで、モータＭの回転数Ｆ[ｒ／ｍｉｎ]は、ＰＨを目標圧力[ｋＰａ]とし、ＰＨ０を現在圧力[ｋＰａ]とし、下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]をＦ０とすると、
で表され、この式(１)から、サージ圧をゼロとするために制限すべきモータＭの回転数Ｆを求めることによって、図２に示す点線で示す減速動作時の圧力－流量特性Ｃ２を得る。
【数10】
【0041】
油圧ユニット１のコントローラ１０は、速度一定動作時の圧力－流量特性Ｃ１に従ってモータＭの回転数Ｆを制御し、切替指令信号を受けると、圧力センサＰＳ１により検出された現在圧力ＰＨ０と目標圧力ＰＨとに応じて油圧ポンプＰの吐出流量を目標流量に対して下げるように、モータＭの回転数Ｆを制御する。これにより、煩わしい油圧ポンプＰの回転数Ｆの調整なしに油圧ポンプＰが停止したときに不要なサージ圧が発生しないようにできる。したがって、油圧ユニット１は、モータＭの回転数Ｆの調整なしにサージ圧を制御できる。
【0042】
また、切替指令信号を受けたコントローラ１０によって、上記式(１)の曲線で表される圧力－流量特性に従ってモータＭの回転数Ｆを制御して、現在圧力ＰＨ０の増加に従って油圧ポンプＰの吐出流量を目標流量に対して下げるので、スムーズに油圧シリンダ３を減速できる。
【0043】
また、上記式(１)で表される圧力－流量特性Ｃ２に従ってモータＭの回転数Ｆを制御するので、モータＭの回転数制御が容易にできる。
【0044】
また、上記式(１)において係数Ｋｓを、
とすることにより、油圧シリンダ３と油圧ポンプＰとを接続するメインラインの一部に用いられるホースＨ１,Ｈ２において蓄積される圧力エネルギーが考慮されるので、モータＭの回転数制御が最適に行える。
【数11】
【0045】
また、切替指令信号を受けるまでは、図２に示す圧力－流量特性Ｃ１に従って油圧ポンプＰの吐出流量を一定に保つようにモータＭの回転数を制御するので、切替指令信号を受けるまで油圧シリンダ３を速く動作させることができ、時間を短縮できる。なお、切替指令信号を受けるまで、油圧ポンプＰの吐出圧力を一定に保つようにモータＭの回転数を制御する油圧ユニットに、この開示のモータＭの回転数制御を適用してもよい。
【0046】
図３Ａは、圧力指令が７ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ユニット１の圧力－流量特性を示し、図３Ｂは、圧力指令が５ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ユニット１の圧力－流量特性を示し、図３Ｃは、圧力指令が３ＭＰａ、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎのときの油圧ユニット１の圧力－流量特性を示している。
【0047】
油圧ユニット１のコントローラ１０は、図３Ａ～図３Ｃに示すように、圧力指令の圧力値に応じた圧力－流量特性を用いて、モータＭの回転数Ｆを制御する。コントローラ１０は、実線で示す速度一定動作時の圧力－流量特性Ｃ１と、点線で示す減速動作時の圧力－流量特性Ｃ２とを切り替える。
【0048】
図４Ａ,図５Ａ,図６Ａは、第１実施形態の図３Ａ～図３Ｃに示す圧力－流量特性Ｃ２のみを用いた油圧ユニット１の油圧ポンプＰの圧力とモータＭの回転数Ｆの変化を示しており、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎにおいて圧力指令が７ＭＰａ,５ＭＰａ,３ＭＰａのときの圧力と回転数Ｆの変化を示している。
【0049】
これに対して、図４Ｂ,図５Ｂ,図６Ｂは、図３Ａ～図３Ｃに示す圧力－流量特性Ｃ１のみを用いた比較例の油圧ポンプＰの圧力とモータＭの回転数Ｆの変化を示しており、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎにおいて圧力指令が７ＭＰａ,５ＭＰａ,３ＭＰａのときの圧力と回転数Ｆの変化を示している。
【0050】
このように、第１実施形態の油圧ユニット１では、比較例に比べて同じ流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎで動作してもサージ圧が低くなる。
【0051】
また、図７Ａ,図８Ａ,図９Ａは、油圧シリンダ３の負荷がある場合に、図３Ａ～図３Ｃに示す圧力－流量特性Ｃ２のみを用いた油圧ユニット１の油圧ポンプＰの圧力とモータＭの回転数Ｆの変化を示しており、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎにおいて圧力指令が７ＭＰａ,５ＭＰａ,３ＭＰａのときの油圧ポンプＰの圧力とモータＭの回転数Ｆの変化を示している。
【0052】
これに対して、図７Ｂ,図８Ｂ,図９Ｂは、油圧シリンダ３の負荷がある場合に、図３Ａ～図３Ｃに示す圧力－流量特性Ｃ１のみを用いた比較例の油圧ポンプＰの圧力とモータＭの回転数Ｆの変化を示しており、流量指令が２０００ｒ／ｍｉｎにおいて圧力指令が７ＭＰａ,５ＭＰａ,３ＭＰａのときの油圧ポンプＰの圧力とモータＭの回転数Ｆの変化を示している。
【0053】
比較例では、油圧シリンダ３の負荷がある場合、方向制御弁２の閉動作のタイミングで初期圧力が高いためにサージ圧がより高くなるが、そのような負荷がある場合であっても、第１実施形態の油圧ユニット１では、比較例に比べて同じ流量指令(２０００ｒ／ｍｉｎ)で動作してもサージ圧を低くできる。
【0054】
上記第１実施形態の油圧ユニット１では、主機コントローラ側において、動作速度を優先した速度一定制御(圧力－流量特性Ｃ１を用いた制御)と、サージ圧の低下を優先した速度制御(圧力－流量特性Ｃ２を用いた制御)とを選択することができる。
【0055】
〔第２実施形態〕
この第２実施形態の油圧ユニット１は、コントローラ１０の圧力－流量特性を除いて第１実施形態の油圧ユニット１と同一の構成をしている。
この第２実施形態の油圧ユニット１は、コントローラ１０の圧力－流量特性を除いて第１実施形態の油圧ユニット１と同一の構成をしている。
【0056】
【0057】
油圧ユニット１のコントローラ１０は、図１０に示す実線で示す速度一定動作時の圧力－流量特性Ｃ３と、図１０に示す点線で示す減速動作時の圧力－流量特性Ｃ４とを切り替える。ここで、モータＭの下限回転数Ｆ０を６００[ｒ／ｍｉｎ]としている。なお、モータＭの下限回転数Ｆ０は、油圧ユニット１が使用される油圧回路などの構成に応じて設定される。
【0058】
この油圧ユニット１では、コントローラ１０(制御部)は、主機コントローラ(図示せず)からの切替指令信号を受けると、現在圧力ＰＨ０の増加に従って油圧ポンプＰの吐出流量を目標流量に対して下げるように、
Ｆ：回転数[ｒ／ｍｉｎ]
ＫＳ：係数
ＰＨ：目標圧力[ｋＰａ]
ＰＨ０：現在圧力[ｋＰａ]
Ｆ０：下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]
で表される圧力－流量特性Ｃ４に従ってモータＭの回転数Ｆを制御する。
【数12】
ＫＳ：係数
ＰＨ：目標圧力[ｋＰａ]
ＰＨ０：現在圧力[ｋＰａ]
Ｆ０：下限回転数[ｒ／ｍｉｎ]
で表される圧力－流量特性Ｃ４に従ってモータＭの回転数Ｆを制御する。
【0059】
このように、切替指令信号を受けたコントローラ１０によって、上記式(２)の直線で表される圧力－流量特性Ｃ４に従ってモータＭの回転数Ｆを制御して、現在圧力ＰＨ０の増加に従って油圧ポンプＰの吐出流量を目標流量に対して下げるので、スムーズに油圧シリンダ３を減速できる。
【0060】
また、上記式(２)で表される圧力－流量特性Ｃ４に従ってモータＭの回転数Ｆを制御するので、モータＭの回転数制御が容易にできる。
【0061】
また、上記式(２)において係数Ｋｓを、
ＶＨ：ホースＨ１,Ｈ２の圧力容積[ｍ３]
ｋ：ホースＨ１,Ｈ２の圧縮率[１／ｋＰａ]
ｊ：モータＭの回転子の慣性モーメント[ｋｇ・ｍ２]
とすることにより、油圧シリンダ３と油圧ポンプＰとを接続するメインラインの一部に用いられるホースＨ１,Ｈ２において蓄積される圧力エネルギーが考慮されるので、モータＭの回転数制御が最適に行える。
【数13】
ｋ：ホースＨ１,Ｈ２の圧縮率[１／ｋＰａ]
ｊ：モータＭの回転子の慣性モーメント[ｋｇ・ｍ２]
とすることにより、油圧シリンダ３と油圧ポンプＰとを接続するメインラインの一部に用いられるホースＨ１,Ｈ２において蓄積される圧力エネルギーが考慮されるので、モータＭの回転数制御が最適に行える。
【0062】
上記第２実施形態の油圧ユニット１は、第１実施形態の油圧ユニット１と同様の効果を有する。
【0063】
上記第１,第２実施形態では、アクチュエータとして片ロッド型の油圧シリンダ３を用いた油圧装置について説明したが、アクチュエータは、他の構成の油圧シリンダなどでもよい。
【0064】
本開示の具体的な実施の形態について説明したが、本開示は上記第１,第２実施形態に限定されるものではなく、本開示の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１,第２実施形態で記載した内容を適宜組み合わせたものを、本開示の一実施形態としてもよい。
【符号の説明】
【0065】
１…油圧ユニット
２…方向制御弁
３…油圧シリンダ(アクチュエータ)
１０…コントローラ
２１,２２…負荷ポート
２３…ポンプポート
２４…タンクポート
３１…ピストン
３２…ロッド
３ａ…ヘッド側ポート
３ｂ…ロッド側ポート
Ｍ…モータ
Ｐ…油圧ポンプ
ＰＳ１…圧力センサ
ｓｏｌ１,ｓｏｌ２…ソレノイド
Ｔ…タンク
２…方向制御弁
３…油圧シリンダ(アクチュエータ)
１０…コントローラ
２１,２２…負荷ポート
２３…ポンプポート
２４…タンクポート
３１…ピストン
３２…ロッド
３ａ…ヘッド側ポート
３ｂ…ロッド側ポート
Ｍ…モータ
Ｐ…油圧ポンプ
ＰＳ１…圧力センサ
ｓｏｌ１,ｓｏｌ２…ソレノイド
Ｔ…タンク
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】