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技術 油圧ユニット

出願人 ダイキン工業株式会社
発明者 井上貴仁坂本隆幸
出願日 2015年9月30日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2015-195373
公開日 2017年4月6日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-067024
状態 特許登録済
技術分野 回転型液体ポンプの応用細部 回転型ポンプ(2)
主要キーワード 断面視円形状 理論流量 吸入側流路 端面部材 吐出側流路 製造コスト増 アクチュエータ動作 圧力指令
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年4月6日)のものです。
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図面 (6)

課題

インバータ制御においてベーンが開いたとき流量が急変することで発生するアクチュエータの動作時のショックを、圧縮コイルばね等の部品点数の増加、製造コスト増大なしに抑制する。

解決手段

部装置45に接続される油圧ユニット30において、ベーンポンプ1と、ベーンポンプ1から吐出された油の圧力を検出する圧力検出手段33と、ベーンポンプ1を駆動し、インバータ制御されるモータ32と、圧力指令および流量指令を受け、圧力指令に応じた圧力および流量指令に応じたモータ回転速度になるようにモータ32を制御する制御部34と、を備え、制御部34が、外部装置45からの圧力指令に応じた圧力が第1閾値以下、および外部装置45からの流量指令に応じた流量が第2閾値以下の状態において、圧力検出手段33が検出する油の圧力が第3閾値を超えないときは、ベーンポンプ1のベーンが開くモータ回転速度になるようにモータ32を制御する。

概要

背景

従来、ベーンポンプは、環状のカムリングと、カムリングの内側に配置されたロータと、ロータの外周面に形成された複数のスリットにそれぞれ進退可能に配置され、カムリングの内周面に当接して複数の圧縮室を形成する複数のベーンとを有している。

このベーンポンプでは、モータの回転速度が上昇することによって発生する遠心力や、ベーンポンプの吐出口から発生する圧力を利用することでベーンが開き、カムリングの内周面と密着して油が流れる。ベーンポンプをインバータで制御する油圧ユニットでは低回転時に遠心力が小さく、ベーンが開かないので油が流れない場合がある。この状態からモータの回転速度を上げて油を流すと、 回転速度が一定以上となったときに遠心力によりベーンが開いて油が流れて流量が急変し、アクチュエータの動作にショックが発生する。

このため、例えば特許文献1には、圧縮コイルばねによりベーンをカムリングの内周面に向かって付勢することで、ベーンポンプの低回転時でもベーンを内周面に対して確実に押し付けることができる油圧ユニットが記載されている。

概要

インバータ制御においてベーンが開いたとき流量が急変することで発生するアクチュエータの動作時のショックを、圧縮コイルばね等の部品点数の増加、製造コスト増大なしに抑制する。外部装置45に接続される油圧ユニット30において、ベーンポンプ1と、ベーンポンプ1から吐出された油の圧力を検出する圧力検出手段33と、ベーンポンプ1を駆動し、インバータ制御されるモータ32と、圧力指令および流量指令を受け、圧力指令に応じた圧力および流量指令に応じたモータ回転速度になるようにモータ32を制御する制御部34と、を備え、制御部34が、外部装置45からの圧力指令に応じた圧力が第1閾値以下、および外部装置45からの流量指令に応じた流量が第2閾値以下の状態において、圧力検出手段33が検出する油の圧力が第3閾値を超えないときは、ベーンポンプ1のベーンが開くモータ回転速度になるようにモータ32を制御する。

目的

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ベーンポンプの流量を制御してベーンを開くことでアクチュエータの動作時のショックを抑制し、かつ、部品点数を削減し製造コストを抑制できる油圧ユニットを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

部装置に接続される油圧ユニットにおいて、ベーンポンプと、前記ベーンポンプから吐出された油の圧力を検出する圧力検出手段と、前記ベーンポンプを駆動し、インバータ制御されるモータと、圧力指令および流量指令を受け、前記圧力指令に応じた圧力および前記流量指令に応じたモータ回転速度になるように前記モータを制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記外部装置からの圧力指令に応じた圧力が第1閾値以下、および前記外部装置からの流量指令に応じた流量が第2閾値以下の状態において、前記圧力検出手段が検出する油の圧力が第3閾値を超えないときは、前記ベーンポンプのベーンが開くモータ回転速度になるように前記モータを制御することを特徴とする油圧ユニット。

請求項2

前記制御部は、前記圧力検出手段で検出された油の圧力が第4閾値以上になったときに、前記ベーンポンプが開くモータ回転速度から、前記外部装置からの流量指令に応じたモータ回転速度になるように前記モータを制御することを特徴とする請求項1に記載の油圧ユニット。

技術分野

0001

本発明は、インバータ制御されるベーンポンプを有する油圧ユニットに関する。

背景技術

0002

従来、ベーンポンプは、環状のカムリングと、カムリングの内側に配置されたロータと、ロータの外周面に形成された複数のスリットにそれぞれ進退可能に配置され、カムリングの内周面に当接して複数の圧縮室を形成する複数のベーンとを有している。

0003

このベーンポンプでは、モータの回転速度が上昇することによって発生する遠心力や、ベーンポンプの吐出口から発生する圧力を利用することでベーンが開き、カムリングの内周面と密着して油が流れる。ベーンポンプをインバータで制御する油圧ユニットでは低回転時に遠心力が小さく、ベーンが開かないので油が流れない場合がある。この状態からモータの回転速度を上げて油を流すと、 回転速度が一定以上となったときに遠心力によりベーンが開いて油が流れて流量が急変し、アクチュエータの動作にショックが発生する。

0004

このため、例えば特許文献1には、圧縮コイルばねによりベーンをカムリングの内周面に向かって付勢することで、ベーンポンプの低回転時でもベーンを内周面に対して確実に押し付けることができる油圧ユニットが記載されている。

先行技術

0005

特開2005−351117号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかし特許文献1に記載の油圧ユニットでは、圧縮コイルばねを用いるので部品点数が増加し、製造コストが増大するという問題がある。

0007

そこで、この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ベーンポンプの流量を制御してベーンを開くことでアクチュエータの動作時のショックを抑制し、かつ、部品点数を削減し製造コストを抑制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

0008

第1の発明に係る油圧ユニットは、外部装置に接続される油圧ユニットにおいて、
ベーンポンプと、
前記ベーンポンプから吐出された油の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ベーンポンプを駆動し、インバータ制御されるモータと、
圧力指令および流量指令を受け、前記圧力指令に応じた圧力および前記流量指令に応じたモータ回転速度になるように前記モータを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部が、
前記外部装置からの圧力指令に応じた圧力が第1閾値以下、および前記外部装置からの流量指令に応じた流量が第2閾値以下の状態において、前記圧力検出手段が検出する油の圧力が第3閾値を超えないときは、
前記ベーンポンプのベーンが開くモータ回転速度になるように前記モータを制御する。

0009

この発明では、外部装置からの圧力指令が第1閾値以下、および外部装置からの流量指令が第2閾値以下の状態において、圧力検出手段が検出する油の圧力が第3閾値を超えないときは油が流れていない、すなわちベーンポンプのベーンが開いていないと判断する。このときに、ベーンポンプのベーンが開くモータ回転速度になるようにモータを制御することで、モータ回転速度が上昇して遠心力によりベーンを開くことができる。そしてベーンを開くことで、ベーンポンプから油が流れる準備が整う。あらかじめベーンを開いておくことにより、外部装置側遮断弁を開いてアクチュエータを動作させる際、モータの回転速度が上昇してベーンが開く回転速度になったときにベーンポンプから急に大量の油が供給されることを防止し、流量が急変する際の衝撃を抑制できる。このようにベーンポンプの流量を制御してベーンを開くことで、流量急変によるアクチュエータ動作時のショックを抑制しつつ、部品点数を削減し製造コストを抑制できる。

0010

第2の発明に係る油圧ユニットは、前記制御部は、前記圧力検出手段で検出された油の圧力が第4閾値以上になったときに、前記ベーンポンプが開くモータ回転速度から、前記外部装置からの流量指令に応じたモータ回転速度になるように前記モータを制御する。

0011

この発明では、圧力検出手段で検出した油の圧力が第4閾値以上になったときにベーンポンプが開いたと判断する。この後、外部からの流量指令に基づく流量になるようにモータを制御することで、所望の流量の油を得ることができる。

発明の効果

0012

第1の発明では、外部装置からの圧力指令が第1閾値以下、および外部装置からの流量指令が第2閾値以下の状態において、圧力検出手段が検出する油の圧力が第3閾値を超えないときは油が流れていない、すなわちベーンポンプのベーンが開いていないと判断する。このときに、ベーンポンプのベーンが開くモータ回転速度になるようにモータを制御することで、モータ回転速度が上昇して遠心力によりベーンを開くことができる。そしてベーンを開くことで、ベーンポンプから油が流れる準備が整う。あらかじめベーンを開いておくことにより、外部装置側の遮断弁を開いてアクチュエータを動作させる際、モータの回転速度が上昇してベーンが開く回転速度になったときにベーンポンプから急に大量の油が供給されることを防止し、流量が急変する際の衝撃を抑制できる。このようにベーンポンプの流量を制御してベーンを開くことで、流量急変によるアクチュエータ動作時のショックを抑制しつつ、部品点数を削減し製造コストを抑制できる。

0013

第2の発明では、圧力検出手段で検出した油の圧力が第4閾値以上になったときにベーンポンプが開いたと判断する。この後、外部からの流量指令に基づく流量になるようにモータを制御することで、所望の流量の油を得ることができる。

図面の簡単な説明

0014

本発明の実施形態に係る油圧ユニットを示す概略構成図。
図1のベーンポンプの縦断面図。
図2に示すIII-III線に沿った要部断面図
ベーンポンプを開く制御のフローチャート
(a)は時間とベーンポンプの流量との関係を示すグラフ、(b)は時間とベーンポンプの圧力との関係を示すグラフ、(c)はモータの回転速度と流量との関係を示すグラフ。

実施例

0015

以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。

0016

図1に示すように、油圧ユニット30は、タンク40内の作動流体を例えば油圧シリンダなどのアクチュエータ41に供給する。油圧ユニット30は、ベーンポンプ1とモータ32と圧力センサ圧力検知手段)33とユニット側制御部(制御部)34とを備えている。なお、本実施形態では作動流体として油を用いるが、これに限定されないのは勿論である。

0017

ベーンポンプ1は、タンク40から油を汲み上げ、アクチュエータ41に向かって吐出する。ベーンポンプ1の吸入側は、タンク40に連通する吸入側流路35に接続され、吐出側は、アクチュエータ41に導通する吐出側流路36に接続されている。

0018

図2および図3に示すようにベーンポンプ1は、外側がケーシング2で覆われている。ケーシング2の内部には、軸受2A及び軸受2Bにより回転軸3が回転自在に軸支されている。回転軸3には、キー4を介して円筒状のロータ5が回転軸3と一体的に回転可能に取り付けられている。ロータ5の外周面には、環状に配列された複数のスリット6(この可変ベーンポンプ1では13個)が設けられている。複数のスリット6は、ロータ5を軸方向に貫通し且つ放射方向に沿って設けられており、周方向において略等間隔に配置されている。また、ロータ5の径方向外側には、環状(円環状)のカムリング7が配置されている。

0019

複数のスリット6には、各スリット6内を径方向に進退可能に配置される複数のベーン8(この可変ベーンポンプ1では13個)が配置されている。複数のベーン8は、ロータ5の回転によって発生する遠心力によってカムリング7の内周面に当接して、複数の圧縮室9を形成している。この可変ベーンポンプ1では、隣接する2つのベーン8、ロータ5、カムリング7、及び後述する2つの側板(第1側板21及び第2側板22)により13個の圧縮室9が形成されている。なお、ロータ5、カムリング7、ベーン8等は、ケーシング2の内周面12により形成される断面視円形状の空間に配置されている。また、回転軸3、ロータ5、及びベーン8は、図2の矢印方向に回転する。

0020

カムリング7の径方向外側には、カムリング7の外周面に当接して、カムリング7の径方向外側からカムリング7を押圧する押圧部材10が配置されている。この押圧部材10は、ケーシング2の内周面12から径方向外側に向かって延在した押圧部材収容部13に配置されている。この押圧部材収容部13には、外側空間11内の作動流体(例えば油)を外部に排出する排出孔14が形成されている。

0021

図2に示すように、押圧部材10は、弾性部材15(この可変ベーンポンプ1では、バネ部材)とピストン16により構成されている。また、押圧部材10におけるカムリング7と反対側には、ボルト部材17が配置されている。この可変ベーンポンプ1では、ボルト部材17をロータ5の径方向に沿って変位させることで、ピストン16によりカムリング7に作用する弾性部材15の弾性力が変化し、圧縮室9内から吐出される作動流体の吐出圧力が調整される。この可変ベーンポンプ1では、カムリング7がロータ5に対して押圧部材10と反対側に偏心した位置に配置される。すなわち、カムリング7の中心位置は、ロータ5の中心位置に対して押圧部材10の反対側にある。このとき、カムリング7のうち押圧部材10と反対側の外周面は、ケーシング2の内周面12に当接している。

0022

図3に示すように、カムリング7及びロータ5の両端面には、円筒状の第1側板21(端面部材)及び円筒状の第2側板22が配置されている。第1側板21及び第2側板22の中央には、貫通孔が形成されており、これらの貫通孔には、回転軸3が挿通されている。

0023

第1側板21は、圧縮室9に作動流体(例えば油)を供給する吸入孔23と、圧縮室9内の作動流体を吐出させる吐出孔24と、圧縮室9内の作動流体をカムリング7の径方向外側の外側空間11に排出する連通部31とを有している。吸入孔23は吸入側流路35に接続され、吐出孔24は吐出側流路36に接続されている。

0024

モータ32(図1参照)は、外部装置側制御部43またはユニット側制御部34からの指令によりインバータ制御され、ベーンポンプ1を駆動する。モータ32は、ベーンポンプ1に接続され、かつ、ユニット側制御部34に電気的に接続されている。

0025

圧力センサ33は吐出側流路36に設けられ、ベーンポンプ1から吐出された油の圧力を検知する。圧力センサ33は、一端が吐出側流路36の途中に電気的に接続され、他端はユニット側制御部34に電気的に接続されている。

0026

ユニット側制御部34は、後述する外部装置側制御部43から圧力指令および流量指令を受け、圧力指令に応じた圧力および流量指令に応じたモータ回転速度になるようにモータ32を制御する。ユニット側制御部34は外部装置側制御部43に電気的に接続され、外部装置側制御部43から圧力指令および流量指令を受信する。ユニット側制御部34は外部装置側制御部43からの各指令に基づいてモータ32を駆動する。なお本発明のユニット側制御部34は、外部装置側制御部43からの各指令を受信すると共に、ベーンポンプ1のベーン8を開くために外部制御側制御部43からの指令とは別に独自の指令を用いてモータ32を駆動する。

0027

油圧ユニット30に接続される外部装置45は、外部装置側制御部43と遮断弁46とアクチュエータ41とを備えている。

0028

外部装置側制御部43は、圧力指令および流量指令をユニット側制御部34に送信する。外部装置側制御部43は遮断弁46に電気的に接続され、遮断弁46を開閉する。

0029

遮断弁46は、ベーンポンプ1と、ベーンポンプ1の吐出側に設けられたアクチュエータ41との間に配置され、外部装置側制御部43からの指令により吐出側流路36を開閉する。遮断弁46を開いた状態では、ベーンポンプ1から吐出された油がアクチュエータ41に供給される。一方、遮断弁46を閉じた状態では、ベーンポンプ1から吐出された油がアクチュエータ41に供給されるのを阻止する。また遮断弁46は、外部装置側制御部43に電気的に接続されている。

0030

次に図4を参照して、外部装置側制御部43およびユニット側制御部34によるベーンポンプ1のベーン8を開放する制御について詳述する。

0031

まずステップS1でユニット側制御部34が、外部装置側制御部43からの圧力指令に応じた圧力が第1閾値以下かつ流量指令に応じた流量が第2閾値以下であるか否かを検知する。また一般に、圧力指令に応じた圧力が第1閾値以下かつ流量指令に応じた流量が第2閾値以下であるときには、油圧ユニット30側で仕事をしない待機状態となり、外部装置側制御部43からの指令により遮断弁46を閉じる。起動時はこの待機状態となるため、外部装置側制御部43およびユニット側制御部34によるベーンポンプ1のベーン8を開放する制御をこの待機状態で行うことにより、ベーンポンプ1から油が流れる準備が整う。第1閾値は、省エネ効果を得るため小さい値に設定される。また第2閾値は、保圧時に油圧回路の油の漏れ量を補充するのに十分な値であり、かつ圧力の変化に対して過敏に反応しない小さい値に設定される。

0032

圧力指令に応じた圧力が第1閾値以下かつ流量指令に応じた流量が第2閾値以下であるときにはステップS2に進む。一方、圧力指令に応じた圧力が第1閾値より大きいときには、待機状態での外部装置側制御部43およびユニット側制御部34によるベーンポンプ1のベーン8を開放する制御が既に行われてベーンポンプ1のベーン8が開いていると判断し、ステップS6に進む。ステップS6では、ユニット側制御部34が流量QI1に応じた流量指令を設定する。この後、外部装置側制御部43およびユニット側制御部34によるベーン8の開放制御を終了する。

0033

ステップS2ではユニット側制御部34が、圧力センサ33で検知された油の圧力が第3閾値以下であるか否かを判断する。第3閾値は、回転速度が低下しても吐出圧を利用してベーン8が開いた状態を保持できる値などが設定される。油の圧力が第3閾値以下のときは、ベーン8が閉じていると判断してステップS3に進む。油の圧力が第3閾値より大きいときは、ベーン8が開いていると判断し、ステップS6に進み制御が終了する。

0034

ステップS3では、ユニット側制御部34が流量QI2に応じた流量指令に設定することで、モータ32はベーンポンプ1の流量がQI2になるように駆動する。このとき、モータ32は、ベーンポンプ1のベーン8が開くモータ回転速度になるように制御される。

0035

流量QI2は流量QI1よりも大きい値であり、ベーンポンプ1が開くモータ回転速度とポンプ容量から算出される理論流量である。モータ32を駆動すると図5(a)の時間t1から時間t2の間に示すように、ベーンポンプ1のモータ回転速度とポンプ容量から算出される理論流量が増加する。このとき、ベーン8は開いていないので、実際に油は流れていない。なお図5(a)では、この理論流量を実線L1で、ベーンポンプ1に実際に流れる油の流量を実線L2で、それぞれ示している。また、外部装置側制御部43からの流量指令に応じた流量を一点鎖線で示している。モータ回転速度とポンプ容量から算出される理論流量が増加することで、ベーン8が開く理論流量となる。これにより、時間t2でベーン8が開いて実際に油が流れ始め、ベーンポンプ1の圧力も増加する(図5(b)参照)。なお図5(b)では、圧力センサ33で検知された油の圧力を実線で示している。

0036

次にステップS4ではユニット側制御部34が、圧力センサ33で検知された油の圧力が第4閾値以上であるか否かを判断する(図5(b)の時間t3参照)。第4閾値は、モータ32の回転速度が低下しても吐出圧を利用してベーン8が開いた状態を保持できる値や、ヒステリシスを持たせるために第3閾値よりも少し大きい値などが設定される。油の圧力が第4閾値以上のときは、ベーン8が開いたと判断してステップS5に進む。油の圧力が第4閾値未満のときは、ベーン8が未だ閉じていると判断してステップS3に戻る。

0037

続くステップS5では、ユニット側制御部34が流量QI2に応じた流量指令から流量QI1に応じた流量指令に変更する(図5(a)の時間t3参照)。すなわち、ユニット側制御部34は、ベーンポンプ1が開くモータ回転速度から、外部装置側制御部43からの流量指令に応じたモータ回転速度になるようにモータ32を制御する。このように、外部装置側制御部43からの流量指令に基づく流量QI1に戻してモータ32を制御することで、所望の流量の油を得ることができる。このとき、油が流れて圧力が上がると保圧状態となりモータ32の回転速度が低下するが、吐出圧を利用してベーン8が開き、カムリング7の内周面と密着して油が流れる状態を保持する。そしてベーン8の開放制御が終了する。

0038

本発明のベーンポンプ1の開放制御を行うことで、その後、図5(c)に示すように、モータ32の回転速度を上昇させると、ベーンポンプ1内の流量が比例して上昇することが分かる。

0039

[本実施形態の油圧ユニットの特徴]
本実施形態の油圧ユニット30には以下の特徴がある。

0040

本実施形態の油圧ユニット30では、外部装置45からの圧力指令が第1閾値以下、および外部装置45からの流量指令が第2閾値以下の状態において、圧力センサ33が検出する油の圧力が第3閾値を超えないときは油が流れていない、すなわちベーンポンプ1のベーン8が開いていないと判断する。このときに、ベーンポンプ1のベーン8が開くモータ回転速度になるようにモータ32を制御することで、モータ回転速度が上昇して遠心力によりベーン8を開くことができる。そしてベーン8を開くことで、ベーンポンプ1から油が流れる準備が整う。あらかじめベーン8を開いておくことにより、外部装置45側の遮断弁46を開いてアクチュエータ41を動作させる際、モータ32の回転速度が上昇してベーン8が開く回転速度になったときにベーンポンプ1から急に大量の油が供給されることを防止し、流量が急変する際の衝撃を抑制できる。このようにベーンポンプ1の流量を制御してベーン8を開くことで、流量急変によるアクチュエータ41の動作時のショックを抑制しつつ、部品点数を削減し製造コストを抑制できる。

0041

本実施形態の油圧ユニット30では、圧力センサ33で検出した油の圧力が第4閾値以上になったときにベーンポンプ1が開いたと判断する。この後、外部装置45からの流量指令に基づく流量になるようにモータ32を制御することで、所望の流量の油を得ることができる。

0042

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

0043

1ベーンポンプ
30油圧ユニット
32モータ
33圧力センサ(圧力検知手段)
34ユニット側制御部(制御部)
45 外部装置

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