JP2000186703A - 油圧装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率がよい上に、安価で、応答性のよい油圧
装置を提供すること。 【解決手段】 手動バルブ１５の弁体の変位を変位セン
サー１７で検出する。制御装置２６は、弁体の開度を表
す変位センサー１７の出力に応じた速度指令信号をイン
バータ２５に出力して、交流モータ１２で固定ポンプ１
１を駆動する。したがって、固定ポンプ１１は手動バル
ブ１５の開度に応じた流量の作動油を吐出することにな
って、効率がよくなる。圧力センサーを用いなくて、変
位センサー１７を用いて固定ポンプ１１の回転速度を制
御するから、安価になり、また、フィードバック制御を
しないから、圧力および流量の応答性がよくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建設機械、産業
機械、車両等に使用されて、固定容量形油圧ポンプの回
転速度を調整して無駄に作動油を吐出しないようにして
効率の向上を図った油圧装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の油圧装置としては、図５
に示すものがある（特開平４−３５８７８０号公報）。
この油圧装置は固定容量形油圧ポンプ（以下、固定ポン
プという）１を可変速電動機２にて駆動して、この固定
ポンプ１のポンプライン３の圧力を圧力センサー５で検
知している。そして、この圧力センサー５の出力を受け
る制御装置６は、ポンプライン３の圧力が所定値よりも
低下したときに、可変速電動機２の回転速度を増大させ
て、固定ポンプ１の吐出量を増大させて、必要量のみの
作動油を固定ポンプ１から吐出するようにして、省エネ
を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の油圧装置では、固定ポンプ１の回転速度を制御する
ために、ポンプライン３の圧力を圧力センサー５で検知
しなければならないため、高価な圧力センサー５が必要
となってコストが高くなるという問題がある。

【０００４】さらに、上記従来の油圧装置では、ポンプ
ライン３の圧力の低下を圧力センサー５で検知して制御
装置６で可変速電動機２の回転速度を増大させて固定ポ
ンプ１からの吐出流量を増大させるというフィードバッ
ク制御をしているため、どうしても圧力および流量の制
御の応答性が悪いという問題がある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、圧力センサー
を用いることなく、安価な構成で固定ポンプの吐出流量
を制御でき、しかも、圧力および流量の制御の応答性の
よい油圧装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明の油圧装置は、アクチュエータの作
動を制御する操作バルブと、上記操作バルブに作動油を
供給する固定ポンプと、上記固定ポンプを駆動する可変
速電動機と、上記可変速電動機を駆動する可変速駆動装
置と、上記操作バルブの弁体あるいは操作部材の変位を
検出する変位センサーと、上記変位センサーから操作バ
ルブの弁体あるいは操作部材の変位を表す変位信号を受
けて、上記変位に応じた回転速度で可変速電動機を駆動
するように可変速駆動装置に速度指令信号を出力する制
御装置とを備えたことを特徴としている。

【０００７】請求項１の油圧装置によれば、上記変位セ
ンサーは操作バルブの弁体あるいは操作部材の変位を検
出し、制御装置はこの変位センサーからの変位信号に基
づいて変位センサーの変位に応じた回転速度で可変速電
動機を駆動するように速度指令信号を可変速駆動装置に
出力する。したがって、この油圧装置によれば、フィー
ドバック制御ではなくて、変位センサーの出力すなわち
操作バルブの開度に応じた信号に基づいて、制御装置は
可変速駆動装置、可変速電動機を介して固定ポンプの回
転速度を制御するから、固定ポンプが無駄な流量を吐出
しなくて効率がよい上に、応答性よく、圧力および流量
を制御することができる。

【０００８】さらに、この油圧装置は、変位センサーで
バルブの開度を弁体あるいは操作部材の変位を介して検
出するもので、圧力センサーで作動油の圧力を検出する
ものではないから、安価である。この変位センサーは、
例えばポテンショメーターなどの安価なもので構成する
ことができる。

【０００９】請求項２の油圧装置は、請求項１に記載の
油圧装置において、上記固定ポンプと操作バルブとの間
に圧力調整弁を設け、上記操作バルブは、弁体あるいは
操作部材が一定ストロークまではバルブ開度が徐々に増
大し、その一定ストロークを越えるとバルブ開度が急激
に増大して、所定範囲のストロークではバルブ開度が全
開になることを特徴としている。

【００１０】請求項２の油圧装置によれば、上記操作バ
ルブの弁体あるいは操作部材が一定ストロークまでの変
位をしたバルブ開度の小さいときは、固定ポンプから吐
出された少量の流体のうちの一部を圧力調整弁からタン
クに排出する。このように操作バルブの開度が小さく
て、固定ポンプからの吐出流量が少ないときは、一時的
でかつそのストロークの範囲も狭いものであるから、圧
力調整弁から流体を外部に逃がし、かつ、操作バルブで
開度を小さく絞っていても、動力損失の程度は少ない。

【００１１】一方、上記一定ストロークを越えてバルブ
開度が大きくなる範囲または全開になる範囲において
は、固定ポンプは、制御装置、可変速駆動装置および可
変速電動機を介して、変位センサーの出力に応じた回転
速度で回転して、余分の流量を吐出することなく、操作
バルブの開度に応じた必要流量の作動油を吐出して、ア
クチュエータに供給することになる。このようにして、
バルブ開度が大きい範囲または全開の範囲においては、
固定ポンプの回転速度が流量の決定の大きな要因となっ
て、操作バルブによる絞り作用が小さく、かつ、圧力調
整弁から作動油を殆どタンクに排出しないから、効率が
良い。

【００１２】したがって、操作バルブの開度の小さい範
囲から全開範囲に亘って効率のよい油圧装置が得られ
る。

【００１３】請求項３の油圧装置は、請求項１または２
に記載の油圧装置において、上記操作バルブの操作部材
は、バルブ開度が全開になった後でもさらに全開にした
方向に変位できて、上記制御装置は、バルブ開度が全開
になった後でも、変位センサーの出力に基づいて操作部
材の変位に応じて可変速電動機の回転速度を増大させる
ように速度指令信号を出力することを特徴としている。

【００１４】請求項３の油圧装置によれば、操作バルブ
が全開になった後でも操作バルブの操作部材が全開にし
た方向に変位して、その操作部材の変位を検出する変位
センサーの出力に基づいて、制御装置が可変速電動機の
回転速度を増大させるように速度指令信号を可変速駆動
装置に出力する。したがって、操作バルブのバルブ開度
が全開状態であってもさらに操作バルブの操作部材を全
開にした方向に変位させることによって、固定ポンプか
らの吐出流量を操作バルブの全開状態においても操作部
材の操作によって固定ポンプからの吐出流量をさらに増
大することができる。

【００１５】請求項４の油圧装置は、請求項１または２
に記載の油圧装置において、上記制御装置は、上記操作
バルブの操作部材がバルブ開度が全開状態で停止してい
ても、時間の経過につれて可変速電動機の回転速度を増
大させるように速度指令信号を出力することを特徴とし
ている。

【００１６】請求項４の油圧装置によれば、操作バルブ
の操作部材がバルブ開度が全開状態で停止していても、
制御装置から時間の経過につれて可変速電動機の回転速
度が増大するように速度指令信号が出力される。したが
って、オペレータが操作部材を全開状態で保持している
と、固定ポンプの回転速度が増大して吐出流量が増大す
るから、作業者の操作感覚が向上する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施形態
により詳細に説明する。

【００１８】図１に示すように、固定ポンプ１１を可変
速電動機の一例としての交流モータ１２によって駆動す
る。上記固定ポンプ１１の吐出ライン１３には、チェッ
ク弁１４を介して操作バルブの一例としての手動バルブ
１５を接続している。この手動バルブ１５は、操作部材
の一例としての操作レバー１６によって、図示しないス
プールからなる弁体を進退作動させるようにしている。
この弁体の変位は例えばポテンショメータからなる変位
センサー１２で検出している。上記手動バルブ１５の操
作によってアクチュエータ２１の作動方向が制御され
る。また、上記吐出ライン１３には圧力調整弁（リリー
フ弁）２２を接続している。

【００１９】一方、上記交流モータ１２は、可変速駆動
装置の一例としてのインバータ２５によって回転速度を
制御する。上記インバータ２５は、変位センサー１７か
らの変位信号を受ける制御装置２６からの速度指令信号
によって出力周波数を制御するようにしている。上記制
御装置２６はマイクロコンピュータからなり、変位セン
サー１７からの変位信号すなわち弁体のストローク（変
位）に応じて、交流モータ１２の回転速度（単位時間あ
たりの回転数）が図２に一点鎖線で示すように増大させ
る速度指令信号を、内蔵したテーブルから読み出してイ
ンバータ２５に出力する。上記手動バルブ１５は弁体の
ストロークに関してバルブ開度が図２において実線で示
すように変化するようになっている。すなわち、この手
動バルブ１５は、図２中の点Ａまでの弁体の初めのスト
ロークでは閉鎖したままで、さらに弁体が点Ａから点Ｂ
までストロークする間は徐々にバルブ開度が大きくな
り、点Ｂよりもさらに弁体がストロークするとバルブ開
度が急激に増大して、直ちに全開状態となり、そしてこ
の全開状態は点Ｃまで維持されるようになっている。こ
のような手動バルブ１５の特性は、そのスプールからな
る弁体のランドの端にノッチを設けたり、あるいはラン
ドのコーナ部をテーパにしたりして得られる。

【００２０】上記構成の油圧装置によれば、手動バルブ
１５の操作レバー１６を僅かに操作して、弁体が僅かし
かストロークしていない図２の点Ａ〜Ｂに示す領域にお
いては、バルブ開度はストロークの増大に応じて徐々に
増大する。このとき、変位センサー１７の出力を受け
て、制御装置２６は、このバルブ開度において要求され
る流量よりも若干多い流量の作動油を固定ポンプ１１が
吐出するように、インバータ２５に速度指令信号を出力
して、交流モータ１２を駆動する。固定ポンプ１１から
余分に吐出された僅かな量の作動油は圧力調整弁２２か
らタンクに排出される。

【００２１】この手動バルブ１５の弁体のストロークが
図２の点Ａ〜Ｂに至る領域は使用領域としては狭く、か
つ一時的なものであり、かつ吐出流量も少ないものであ
るから、圧力調整弁２２から余分な作動油がタンクに排
出されても、全体的に見た場合には、動力損失はそれ程
大きなものではない。

【００２２】さらに、手動バルブ１５の操作レバー１６
を操作して、図２においてストロークが点Ｂ〜Ｃの領域
になったとする。このとき、変位センサー１７は、操作
レバー１６の操作量に応じた弁体のストロークを検出し
て、変位信号を制御装置２６に出力する。そうすると、
上記制御装置２６は変位センサー１７からの変位信号に
応じて、交流モータ１２の回転速度（単位時間あたりの
回転数）を図２に一点鎖線で示すように増大させる速度
指令信号をインバータ２５に出力する。

【００２３】図２において、点Ｂ〜Ｃの領域はバルブ開
度が急激に増大する領域と全開になった領域で、固定ポ
ンプ１２の回転速度で定まる吐出流量が、手動バルブ１
５からアクチュエータ２１に供給される流量の決定的な
要因となる。この油圧装置を使用する多くの場合におい
て、点Ｂ〜Ｃの領域で操作バルブ１５が使用されるので
あるが、この点Ｂ〜Ｃの領域においては手動バルブ１５
によって固定ポンプ１２からの作動油は殆ど絞られるこ
とがないので（抵抗が少ないので）、動力損失が少な
く、かつ、圧力調整弁２２からタンクに排出される作動
油がないか、少ないので、効率が良い。したがって、こ
の油圧装置は点Ａ〜Ｃの全領域で効率が良いのである。

【００２４】また、上記油圧装置は、手動バルブ１５の
弁体の開度を変位センサー１７で検出して、制御装置２
６によってインバータ２５と交流モータ１２を介して固
定ポンプ１１の回転速度を制御して、吐出流量を制御す
るもので、フィードバック制御するものではないから、
圧力および流量の制御の応答性が良い。

【００２５】また、上記油圧装置は、ポテンショメータ
からなる変位センサー１７を用いて、圧力センサーを用
いていないから、安価に製造できる。

【００２６】図３は他の実施形態の制御装置の動作を説
明するグラフである。この実施形態は、制御装置および
手動バルブの内部構造と変位センサー以外は、基本的に
は、図１の実施形態と同様であるので、変位センサー以
外は図１を援用する。

【００２７】手動バルブ１６は弁体が全開状態でそれ以
上ストロークすることができないが、操作レバー１６が
さらに変位できるようになっている。例えば、弁体と操
作レバー１６をスプリングで連結し、弁体がストローク
エンドの全開状態であっても、操作レバー１６がスプリ
ングを変形させてさらに変位できるようになっている。
ポテンショメータからなる変位センサー（図示せず）は
操作レバー１６自体の変位を検出し、弁体がストローク
エンドで全開状態で停止してから（図３の点Ｅに示す状
態）、操作レバー１６がさらに変位すると、制御装置２
６は固定ポンプ１１の回転数をさらに増大させる図３中
に一点鎖線で示す速度指令信号を出力して、インバータ
２５を介して交流モータ１２の回転速度を増大させる。

【００２８】したがって、この実施形態によれば、手動
バルブ１５の弁体がストロークエンドで全開状態で停止
していても、さらに操作レバー１６を操作して固定ポン
プ１１からの吐出流量を増大させることができ、操作感
覚（フィーリング）が向上する。

【００２９】図４は制御装置の変形例の動作を示す説明
図である。この制御装置は、手動バルブが全開状態（図
４の点Ｅに示す。）で停止してから、全開になったこと
をあらわす変位センサーの出力に基づき、所定時間の
間、内蔵したカウンタで時間を計時して、時間の経過に
つれて交流モータの回転速度を増大させるような速度指
令信号をインバータに出力して、固定ポンプの回転速度
を増大させる。

【００３０】したがって、オペレータが手動バルブの操
作レバーを全開状態に保持していても、所定時間の間、
固定ポンプの回転速度が増大してポンプ流動が増大する
ことになるから、オペレータの操作感覚が向上する。

【００３１】上記実施形態では可変速電動機として交流
モータを使用したが、これに限らないのは勿論である。
また、操作バルブとして手動バルブを用いたが、手動バ
ルブに限らず、フートバルブや電磁弁や電磁パイロット
弁などを用いてもよい。アクチュエータは油圧シリンダ
に限らず、油圧モータであっても良いのは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明の油圧装置は、バルブの弁体あるいは操作部材の変位
を変位センサーで検出し、この変位センサーからの信号
を受ける制御装置によって上記変位に応じた回転速度で
可変速電動機を駆動するように可変速駆動装置に速度指
令信号を出力して、固定ポンプの回転速度をバルブ開度
に応じて制御して、バルブ開度に応じた流量の作動油を
固定ポンプから吐出するので、省エネを達成することが
できる上に、圧力センサーを用いないからコストダウン
を達成することができ、しかも、フィードバック制御を
しないから圧力および流量の応答性が良いという利点を
有する。

【００３３】請求項２の発明の油圧装置は、請求項１の
油圧装置において、圧力調整弁を設け、操作バルブは一
定ストロークまではバルブ開度が徐々に増大し、その一
定ストロークを超えるとバルブ開度が急激に増大して所
定の範囲のストロークではバルブ開度が全開になるの
で、上記操作バルブの弁体あるいは操作部材が一定スト
ロークまでの変位をしたバルブ開度の小さいときは、固
定ポンプから吐出された少量の流体のうちの一部を圧力
調整弁からタンクに排出するようにして、操作バルブで
開度を小さく絞っていても、動力損失を少なくでき、ま
た、上記一定ストロークを越えてバルブ開度が大きくな
る領域または全開になる領域においては、固定ポンプ
は、制御装置、可変速駆動装置および可変速電動機を介
して、変位センサーの出力に応じた回転速度で回転し
て、余分の流量を吐出することなく、操作バルブの開度
に応じた必要流量の作動油を吐出するようにでき、した
がって、バルブ開度が大きい領域または全開の領域にお
いては、固定ポンプの回転速度が流量の決定の大きな要
因となって、操作バルブによる絞り作用が小さく、か
つ、圧力調整弁から作動油を殆どタンクに排出しないよ
うにでき、したがって、操作バルブの開度の小さい領域
から全開領域に亘って効率をよくすることができる。

【００３４】請求項３の発明の油圧装置においては、操
作バルブのバルブ開度が全開なった後でも、操作部材を
全開にした方向にさらに変位でき、制御装置はこの操作
部材のさらなる変位に応じて可変速電動機の回転速度を
さらに増大させる速度指令信号を可変速駆動装置に出力
するので、操作レバーの操作に応じて固定ポンプから吐
出流量を増大させることができ、オペレータにとって操
作感覚がよくなる。

【００３５】請求項４の発明の油圧装置では、操作バル
ブの操作部材がバルブ開度が全開状態で停止していて
も、時間の経過につれて可変速電動機の回転速度を増大
させるように速度指令信号が制御装置から出力されるの
で、オペレータに操作感覚がよくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施形態の回路図である。

【図２】 手動バルブの弁体のストロークに対するバル
ブ開度およびモータの回転速数の関係を示すグラフであ
る。

【図３】 他の実施形態の動作の特性を示すグラフであ
る。

【図４】 他の実施形態の動作を示すグラフである。

【図５】 従来の油圧装置の回路図である。

【符号の説明】

１１ 固定ポンプ、 １２ 交流モータ、 １３ ポンプライン、 １５ 手動バルブ、 １６ 操作レバー、 １７ 変位センサー ２１ 油圧シリンダ、 ２５ インバータ、 ２６ 制御装置。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H076 BB21 BB32 CC07 CC98 3H089 BB14 CC01 DA02 DA14 DB03 DB33 DB46 DB49 EE31 FF05 FF12 GG02 GG07 JJ01 JJ03 JJ04 JJ05 JJ06 JJ07 JJ12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータ（２１）の作動を制御す
   る操作バルブ（１５）と、 上記操作バルブ（１５）に作動油を供給する固定容量形
   油圧ポンプ（１１）と、 上記固定容量形油圧ポンプ（１１）を駆動する可変速電
   動機（１２）と、 上記可変速電動機（１２）を駆動する可変速駆動装置
   （２５）と、 上記操作バルブ（１５）の弁体あるいは操作部材（１
   ６）の変位を検出する変位センサー（１７）と、 上記変位センサー（１７）から操作バルブ（１５）の弁
   体あるいは操作部材（１６）の変位を表す変位信号を受
   けて、上記変位に応じた回転速度で可変速電動機（１
   ２）を駆動するように可変速駆動装置（２５）に速度指
   令信号を出力する制御装置（２６）とを備えたことを特
   徴とする油圧装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の油圧装置において、上
   記固定容量形油圧ポンプ（１１）と操作バルブ（１５）
   との間に圧力調整弁（２２）を設け、上記操作バルブ
   （１５）は、弁体あるいは操作部材（１６）が一定スト
   ロークまではバルブ開度が徐々に増大し、その一定スト
   ロークを越えるとバルブ開度が急激に増大して、所定範
   囲のストロークではバルブ開度が全開になることを特徴
   とする油圧装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の油圧装置にお
   いて、上記操作バルブ（１５）の操作部材（１６）は、
   バルブ開度が全開になった後でもさらに全開にした方向
   に変位できて、上記制御装置（２６）は、バルブ開度が
   全開になった後でも、変位センサー（１７）の出力に基
   づいて操作部材（１６）の変位に応じて可変速電動機
   （１２）の回転速度を増大させるように速度指令信号を
   出力することを特徴とする油圧装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の油圧装置にお
   いて、上記制御装置は、上記操作バルブの操作部材がバ
   ルブ開度が全開状態で停止していても、時間の経過につ
   れて可変速電動機の回転速度を増大させるように速度指
   令信号を出力することを特徴とする油圧装置。