JP4900366B2

JP4900366B2 - 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自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置

Info

Publication number: JP4900366B2
Application number: JP2008293243A
Authority: JP
Inventors: 哲雄仲田; 靖人柳田; 良行越智
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP2009052749A

Description

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。

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。

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。

特開２００２−６１６１１号公報実願昭５９−５１７４１号（実開昭６０−１６５５５８号）のマイクロフィルム実願昭５２−１２０９２５号（実開昭５４−４６９９０号）のマイクロフィルム

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。

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。

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。

この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、油温センサを設けることなく、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自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置を提供することを目的としている。

この発明にかかる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（１０）により制御されるモータ（１１）により固定容量油圧ポンプ（３）を駆動し、固定容量油圧ポンプ（３）により吐出される油の循環流路の所定位置に放熱手段（６）を設けてなる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したことに応答して、放熱手段を昇温させることを特徴とする。

そして油温の検出は、その第１の態様では圧力制御時のモータ（１１）の回転数から推定することにより、第２の態様では流量制御時の圧力から推定することにより、それぞれ行われる。

この発明にかかる自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法の第３の態様は、その第１乃至第２の態様のいずれかであって、前記放熱手段（６）はラジエータ（６）であり、前記放熱手段の昇温は、ラジエータファン（７）を制御してラジエータ（６）の放熱効率を低下させることにより行う。

この発明にかかる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（１０）により制御されるモータ（１１）により固定容量油圧ポンプ（３）を駆動し、固定容量油圧ポンプ（３）により吐出される油の循環流路の所定位置に放熱手段（６）を設けてなる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（１５）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（１５）と、該判定手段（１５）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、放熱手段（６）を昇温させる昇温手段（１６）とを含むことを特徴とする。

この発明にかかる自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置の第３の態様は、その第１乃至第２の態様のいずれかであって、前記放熱手段（６）はラジエータ（６）であり、前記昇温手段（１６）は、ラジエータファン（７）を制御するラジエータファン制御手段（１６）であり、前記判定手段（１５）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、ラジエータ（６）の放熱効率を低下させるべくラジエータファン（７）を制御する。

この発明にかかる自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法の第１の態様及び第２の態様によれば、油温センサを設けることなく、放熱手段を昇温させることによって油温を迅速に昇温させることができる。

この発明にかかる自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御方法の第３の態様によれば、ラジエータファンを制御する簡単な制御を行うことにより、その第１の態様及び第２の態様と同様の作用を達成することができる。

この発明にかかる自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置の第１の態様及び第２の態様によれば、油温センサを設けることなく、放熱手段を昇温させることによって油温を迅速に昇温させることができる。

この発明にかかる自律型インバータ駆動油圧ユニットの昇温制御装置の第３の態様によれば、ラジエータファンを制御する簡単な制御を行うことにより、その第１の態様及び第２の態様と同様の作用を達成することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

第１の油温推定部２１における作用は次のとおりである。

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。

第２の油温推定部２２における作用は次のとおりである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

従来の油圧ユニットの構成を示す概略図である。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。昇温制御部の構成を詳細に示すブロック図である。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

インバータ（１０）により制御されるモータ（１１）により固定容量油圧ポンプ（３）を駆動し、固定容量油圧ポンプ（３）により吐出される油の循環流路の所定位置に放熱手段（６）を設けてなる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、圧力制御時のモータ（１１）の回転数から油の温度を推定することにより検出し、
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、放熱手段を昇温さ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。
インバータ（１０）により制御されるモータ（１１）により固定容量油圧ポンプ（３）を駆動し、固定容量油圧ポンプ（３）により吐出される油の循環流路の所定位置に放熱手段（６）を設けてなる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、流量制御時の圧力から油の温度を推定することにより検出し、
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、放熱手段を昇温さ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。
前記放熱手段（６）はラジエータ（６）であり、前記放熱手段の昇温は、ラジエータファン（７）を制御してラジエータ（６）の放熱効率を低下させることにより行う請求項１または請求項２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。
インバータ（１０）により制御されるモータ（１１）により固定容量油圧ポンプ（３）を駆動し、固定容量油圧ポンプ（３）により吐出される油の循環流路の所定位置に放熱手段（６）を設けてなる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、圧力制御時のモータ（１１）の回転数から推定することにより検出する油温検出手段（１５）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（１５）と、
該判定手段（１５）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、放熱手段（６）を昇温させる昇温手段（１６）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。
インバータ（１０）により制御されるモータ（１１）により固定容量油圧ポンプ（３）を駆動し、固定容量油圧ポンプ（３）により吐出される油の循環流路の所定位置に放熱手段（６）を設けてなる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、流量制御時の圧力から推定することにより検出する油温検出手段（１５）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（１５）と、
該判定手段（１５）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、放熱手段（６）を昇温させる昇温手段（１６）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。
前記放熱手段（６）はラジエータ（６）であり、
前記昇温手段（１６）は、ラジエータファン（７）を制御するラジエータファン制御手段（１６）であり、
前記判定手段（１５）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、ラジエータ（６）の放熱効率を低下させるべくラジエータファン（７）を制御する請求項４または請求項５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。