JP4341232B2 - 自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法およびその装置 - Google Patents

自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法およびその装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法およびその装置に関し、さらに詳細にいえば、圧力油を動力源とする工作機械等の油圧駆動装置において、モータに接続された固定容量ポンプを制御して油圧および流量を制御可能とする自律型インバータ駆動油圧ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧ユニットは、例えば、図１に示すように、モータに直結された油圧ポンプを電源のＯＮ/ＯＦＦによって発停する構成を採用している。そして、制御の簡単化のために、ラジエータファンを発停と連動させるようにしている。
【０００３】
また、回転数を上げて流量を増加させ、リリーフ弁もしくは油圧駆動装置から油をタンクに戻し、圧損によって油温を上昇させることも考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前者の構成を採用した場合には、電源がＯＮされると、無条件にラジエータファンが起動するので、油温が低い場合であって、油温を迅速に上昇させたい場合であっても、所要時間が著しく長くなってしまう。
【０００５】
また、後者の構成を採用する場合であって、油圧ポンプが可変容量形の場合には、負荷圧力に応じて流量が自動的に変化するため、別途昇温のための油圧回路が必要になり、また、可変容量ポンプの特性上、負荷圧が上がると流量が減少し、昇温回路のリリーフ弁の圧力設定値を高くできないので、ここでの圧力損失による油温の上昇はあまり期待できず、この結果、ラジエータファンとの相乗効果で油温の上昇に必要な時間が長くなる。また、温度センサ等の構成要素が多くなり、コストアップを招いてしまう。
【０００６】
さらに、後者の構成を採用する場合であって、油圧ポンプが固定容量形の場合には、回転子に永久磁石を装着してなるモータで油圧ポンプを駆動しようとすれば、速度起電圧が電源電圧より大きくなると、モータ電流を流し込むことができなくなり、高速で運転することが困難になるので、リリーフ弁での圧力損失による油温の上昇はあまり期待できず、この結果、可変容量ポンプと同様に、ラジエータファンとの相乗効果で油温の上昇に必要な時間が長くなる。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、油圧ポンプを駆動源とする油圧ユニットが最適な状態で動作できる油温にまで迅速に昇温させることができる自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法およびその装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法は、インバータにより制御され、固定容量油圧ポンプと一体化されたモータにより前記固定容量油圧ポンプを駆動するよう構成した自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法であって、循環流路を流れる油の温度を検出し、検出された油温が所定の基準温度以下であるか否かを判定し、油温が所定の基準温度以下であると判定されたことに応答して、モータの発熱を増加させるべく、電流位相を最適電流位相からずらせる方法である。
【００１４】
請求項２の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法は、請求項１記載の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法であって、モータとしてブラシレスＤＣモータを採用し、電流位相を最適電流位相からずらせる処理を、最高回転数を増加させるべく電流位相を速度起電圧より進み位相側にずらせることにより行う方法である。
【００２０】
請求項３の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置は、インバータにより制御され、固定容量油圧ポンプと一体化されたモータにより前記固定容量油圧ポンプを駆動するよう構成した自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置であって、循環流路を流れる油の温度を検出する油温検出手段と、検出された油温が所定の基準温度以下であるか否かを判定する判定手段と、該判定手段により油温が所定の基準温度以下であると判定されたことに応答して、モータの発熱を増加させるべく、電流位相を最適電流位相からずらせる電流位相制御手段とを含むものである。
【００２１】
請求項４の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置は、請求項３記載の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置であって、モータとしてブラシレスＤＣモータを採用し、電流位相制御手段として、電流位相を最適電流位相からずらせる処理を、最高回転数を増加させるべく電流位相を速度起電圧より進み位相側にずらせることにより行うものを採用するものである。
【００２２】
【作用】
請求項１の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法であれば、インバータにより制御され、固定容量油圧ポンプと一体化されたモータにより固定容量油圧ポンプを駆動するよう構成した自律型インバータ駆動油圧ユニットにおいて、循環流路を流れる油の温度を検出し、検出された油温が所定の基準温度以下であるか否かを判定し、油温が所定の基準温度以下であると判定されたことに応答して、モータの発熱を増加させるべく、電流位相を最適電流位相からずらせるのであるから、無効電流を増加させてモータ発熱を増加させ、ひいては油温を迅速に昇温させることができる。
【００２８】
請求項２の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法であれば、モータとしてブラシレスＤＣモータを採用し、電流位相を最適電流位相からずらせる処理を、最高回転数を増加させるべく電流位相を速度起電圧より進み位相側にずらせることにより行うのであるから、ブラシレスＤＣモータを高速回転させて流速を増加させ、油温を一層迅速に昇温させることができる。
【００３５】
請求項３の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置であれば、インバータにより制御され、固定容量油圧ポンプと一体化された一体型のモータにより固定容量油圧ポンプを駆動するよう構成した自律型インバータ駆動油圧ユニットにおいて、油温検出手段により、循環流路を流れる油の温度を検出し、判定手段により、検出された油温が所定の基準温度以下であるか否かを判定し、判定手段により油温が所定の基準温度以下であると判定されたことに応答して、電流位相制御手段により、モータの発熱を増加させるべく、電流位相を最適電流位相からずらせることができる。
【００３６】
したがって、無効電流を増加させてモータ発熱を増加させ、ひいては油温を迅速に昇温させることができる。
【００３７】
請求項４の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置であれば、モータとしてブラシレスＤＣモータを採用し、電流位相制御手段として、電流位相を最適電流位相からずらせる処理を、最高回転数を増加させるべく電流位相を速度起電圧より進み位相側にずらせることにより行うものを採用するのであるから、ブラシレスＤＣモータを高速回転させて流速を増加させ、油温を一層迅速に昇温させることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法およびその装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００３９】
図２はこの発明の昇温制御方法の一実施形態が適用される自律型インバータ駆動油圧ユニットの構成を示す概略図である。
【００４０】
この自律型インバータ駆動油圧ユニットは、タンク１からオイルフィルタ２を通して固定容量ポンプ３により油を吸引し、吐出口を通して圧力油を吐出するようにしている。そして、吐出圧力が所定圧力を超えないようにリリーフ弁４を設けているとともに、吐出される圧力油の一部を絞り５およびラジエータ６を通してタンク１に戻すようにしている。また、ラジエータ６において油の冷却を促進するためのラジエータファン７を設けている。なお、７ａはラジエータファン７を駆動するファンモータである。
【００４１】
また、吐出圧力−吐出流量特性（Ｐ−Ｑ特性）に基づいて速度指令を出力するＰ−Ｑ制御部８と、速度指令および現在速度を入力として速度制御演算を行い、電流指令を出力する速度制御部９と、供給電源を入力とし、かつ電流指令に基づいて動作するインバータ部１０と、インバータ部１０からの交流電圧を受けて動作するとともに、固定容量ポンプ３を駆動するモータ１１と、モータ１１と接続されてパルス信号を出力するパルスジェネレータ１２と、パルスジェネレータ１２から出力されるパルス信号を入力として、パルス信号どうしの間隔を測定することによりモータ１１の速度を検出する速度検出部１３と、吐出される圧力油の圧力を検出する圧力センサ１４と、現在速度および現在圧力を入力として所定の処理を行って第１のスイッチ指令を出力する昇温制御部１５と、第１のスイッチ指令により制御されてファンモータ７ａへの供給電源のＯＮ/ＯＦＦを制御するスイッチ部１６とを有している。
【００４２】
図３は昇温制御部１５の構成を詳細に示すブロック図である。
【００４３】
この昇温制御部１５は、現在速度を入力として、圧力一定制御下での油の温度を推定する第１の油温推定部２１と、現在圧力を入力として、流量一定制御下での油の温度を推定する第２の油温推定部２２と、現在圧力を入力として、Ｐ−Ｑ特性に基づいて圧力一定制御状態か流量一定制御状態かを判定し、判定結果に対応する第２のスイッチ指令を出力する圧力制御モード判定部２３と、第２のスイッチ指令により動作されて第１の油温推定部２１からの推定油温、または第２の油温推定部２２からの推定油温を選択するスイッチ部２４と、選択された油温を入力として、基準温度との大小を判定し、判定結果に応じて第１のスイッチ指令を出力する昇温制御判定部２５とを有している。
【００４４】
第１の油温推定部２１における作用は次のとおりである。
【００４５】
油圧を一定の圧力に制御する場合、負荷の油圧回路の状態が変わらなければ、固定容量ポンプ３の回転数は圧力が設定圧力になるように制御される。また、油温が低下すると油の粘度も低下し、ポンプ効率が上昇するため、回転数が下がることになる。したがって、一定圧力で運転した状態での回転数から油温を推定することが可能となる。
【００４６】
第２の油温推定部２２における作用は次のとおりである。
【００４７】
油圧を一定の流量に制御する場合、負荷の油圧回路の状態が変わらなければ、固定容量ポンプ３の回転数は流量が設定流量になるように制御される。また、油温が低下すると油の粘度も低下し、ポンプ効率が上昇するため、圧力が上がることになる。したがって、一定流量で運転した状態での圧力から油温を推定することが可能となる。
【００４８】
上記の構成の自律型インバータ駆動油圧ユニットの作用は次のとおりである。
【００４９】
Ｐ−Ｑ特性を保持するＰ−Ｑ制御部８から出力される速度指令と現在速度との差に基づいて速度制御部９において速度制御を行って電流指令を出力し、インバータ部１０を制御する。そして、インバータ部１０から出力される交流電圧をモータ１１に供給し、モータ１１により固定容量ポンプ３を駆動する。
【００５０】
固定容量ポンプ３はオイルフィルタ２を通してタンク１から油を吸引して吐出する。そして、油の一部は絞り５とラジエータ６との直列回路を流れる。
【００５１】
昇温制御部１５には、現在速度および現在圧力が供給されており、圧力制御モード判定部２３によって、圧力一定制御状態か流量一定制御状態かを判定し、判定結果に対応する第２のスイッチ指令を出力するので、スイッチ部２４により、第１の油温推定部２１からの推定油温、または第２の油温推定部２２からの推定油温を選択する。
【００５２】
そして、選択された推定油温が基準温度よりも高ければ、スイッチ部１６をＯＮにすることを指示する第１のスイッチ指令を昇温制御判定部２５から出力する。したがって、この場合には、ラジエータファン７が動作してラジエータ６からの放熱を促進する。
【００５３】
逆に、選択された推定油温が基準温度よりも低ければ、スイッチ部１６をＯＦＦにすることを指示する第１のスイッチ指令を昇温制御判定部２５から出力する。したがって、この場合には、ラジエータファン７が停止してラジエータ６からの放熱を抑制する。この結果、油の昇温を迅速にすることができる。換言すれば、所定温度への昇温所要時間を短縮することができる。
【００５４】
ただし、昇温所要時間が多少長くなってもよい場合には、ラジエータファン７を停止させる代わりに、回転数を低くするようにしてもよい。
【００５５】
図４はこの発明の昇温制御方法の他の実施形態が適用される自律型インバータ駆動油圧ユニットの構成を示す概略図である。
【００５６】
この自律型インバータ駆動油圧ユニットは、ＡＣ電源を入力として直流電圧を出力するコンバータ部３１と、直流電圧を入力として交流電圧を出力し、ブラシレスＤＣモータ３３に供給するインバータ部３２と、ブラシレスＤＣモータ３３と連結され、ブラシレスＤＣモータ３３により駆動される固定容量ポンプ３４とを有している。なお、ブラシレスＤＣモータ３３は、固定容量ポンプ３４と一体化されている。
【００５７】
そして、設定圧力、設定流量、および設定馬力を入力として吐出圧力−吐出流量特性（Ｐ−Ｑ特性）を生成し、現在の吐出圧力および現在速度を入力として回転数指令を出力するＰ−Ｑ制御部３５と、回転数指令および現在速度を入力として回転数制御演算を行って電流指令を出力する回転数制御部３６と、電流指令および電流位相指令を入力として電流制御演算を行ってデューティ指令を出力する電流制御部３７と、電流指令毎の回転数に対する電流位相のマップを保持し、電流指令および現在速度を入力として該当するマップ電流位相を出力する位相マップ部３８と、電流指令および現在速度を入力として昇温のために設定されるべき昇温用電流位相（マップ電流位相からある程度ずれた電流位相）を出力する昇温用電流位相出力部３９と、マップ電流位相または昇温用電流位相の一方を選択して電流位相指令として出力する第３のスイッチ部４０と、ポンプ２からの吐出圧力を検出する圧力センサ４１と、モータ３３と連結されたパルスジェネレータ４２と、パルスジェネレータ４２からのパルスを入力として、パルス間隔に基づいて現在の速度を検出する速度検出部４３と、現在速度および現在圧力を入力として油温を推定し、推定油温と所定の基準温度との大小を判定し、判定結果に応じてスイッチ指令を生成して第３のスイッチ部４０に供給する昇温制御部４４とを有している。
【００５８】
なお、昇温制御部４４の構成は上記の昇温制御部１５と同様である。また、昇温用電流位相出力部３９は、電流指令および現在速度に応じて予め設定されている電流位相を出力するものであってもよいが、電流指令および現在速度に基づいて所定の演算を行って電流位相を算出し、出力するものであってもよい。
【００５９】
上記の構成の自律型インバータ駆動油圧ユニットの作用は次のとおりである。
【００６０】
現在圧力および現在速度に応じてＰ−Ｑ制御部３５から回転数指令を出力し、回転数指令および現在速度に基づいて回転数制御部３６により回転数制御演算を行って電流指令を出力し、電流指令および電流位相指令に基づいて電流制御部３７により電流制御演算を行ってデューティー指令をインバータ部３２に供給し、インバータ部３２からの出力によってブラシレスＤＣモータ３３を駆動し、固定容量ポンプ３４を駆動して圧力油を吐出することができる。
【００６１】
この場合において、油温が基準温度よりも高ければ、マップ電流位相を電流位相指令とすべく第３のスイッチ部４０を動作させるので、効率が最適になるようにブラシレスＤＣモータ３３を駆動することができ、モータ発熱を大幅に抑制することができる。
【００６２】
逆に、油温が基準温度よりも低ければ、昇温用電流位相を電流位相指令とすべく第３のスイッチ部４０を動作させるので、無効電流が増加し、これによりモータ発熱が増加するので、固定容量ポンプ３４に伝わり、油温を迅速に上昇させることができる。
【００６３】
また、モータ電流位相を速度起電圧に対して進み位相側にずらせることが可能であり、この場合には、ブラシレスＤＣモータの回転子磁束をモータコイルで発生する磁束で弱めるように制御して速度起電圧の上昇を抑制し、高速回転を達成することができる。この結果、流量が増加し、一部の油をリリーフ弁等を通してタンクに戻し、圧損によって油温を迅速に上昇させることができる。
【００６４】
もちろん、この実施形態に対して、ラジエータファンの制御を付加することが可能であり、この場合には、油温を一層迅速に上昇させることができる。
【００６５】
また、上記の実施形態と同様の処理をコンピュータプログラムなどにより達成することが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、無効電流を増加させてモータ発熱を増加させ、ひいては油温を迅速に昇温させることができるという特有の効果を奏する。
【００７１】
請求項２の発明は、ブラシレスＤＣモータを高速回転させて流速を増加させ、油温を一層迅速に昇温させることができるという特有の効果を奏する。
【００７６】
請求項３の発明は、無効電流を増加させてモータ発熱を増加させ、ひいては油温を迅速に昇温させることができるという特有の効果を奏する。
【００７７】
請求項４の発明は、ブラシレスＤＣモータを高速回転させて流速を増加させ、油温を一層迅速に昇温させることができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の油圧ユニットの構成を示す概略図である。
【図２】この発明の昇温制御方法の一実施形態が適用される自律型インバータ駆動油圧ユニットの構成を示す概略図である。
【図３】昇温制御部の構成を詳細に示すブロック図である。
【図４】この発明の昇温制御方法の他の実施形態が適用される自律型インバータ駆動油圧ユニットの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
３、３４ 固定容量ポンプ ６ ラジエータ
７ ラジエータファン １０、３２ インバータ部
１１、３３ モータ １５、４４ 昇温制御部
１６ スイッチ部

Claims (4)

  1. インバータ（３２）により制御され、固定容量油圧ポンプ（３４）と一体化された一体型のモータ（３３）により前記固定容量油圧ポンプを駆動するよう構成した自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法であって、
    循環流路を流れる油の温度を検出し、
    検出された油温が所定の基準温度以下であるか否かを判定し、
    油温が所定の基準温度以下であると判定したことに応答して、モータ（３３）の発熱を 増加させるべく、電流位相を最適電流位相からずらせる
    ことを特徴とする自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法。
  2. 前記モータがブラシレスＤＣモータ（３３）であり、電流位相を最適電流位相からずらせる処理を、最高回転数を増加させるべく電流位相を速度起電圧より進み位相側にずらせることにより行う請求項１に記載の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法。
  3. インバータ（３２）により制御され、固定容量油圧ポンプ（３４）と一体化された一体型のモータ（３３）により前記固定容量油圧ポンプを駆動するよう構成した自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置であって、
    循環流路を流れる油の温度を検出する油温検出手段（４４）と、
    検出された油温が所定の基準温度以下であるか否かを判定する判定手段（４４）と、
    該判定手段（４４）により油温が所定の基準温度以下であると判定されたことに応答して、モータの発熱を増加させるべく、電流位相を最適電流位相からずらせる電流位相制御手段（３９）と
    を含むことを特徴とする自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置。
  4. 前記モータがブラシレスＤＣモータ（３３）であり、前記電流位相制御手段（３９）は、電流位相を最適電流位相からずらせる処理を、最高回転数を増加させるべく電流位相を速度起電圧より進み位相側にずらせることにより行うものである請求項３に記載の自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置。
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