JP5062492B2 - 流体モーターとポンプの正味変位制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁を含むタイプの回転型流体圧力装置に関し、より特徴的には、このような回転型流体圧力装置の正味変位の制御方法に関する。

本発明は、様々なポンプやモーター構成に合わせて利用でき、これには様々なタイプの流体変位機構が含まれ、例えば、アキシャルピストンタイプ、ラジアルピストンタイプ、カムローブタイプ、及びベーンタイプが非限定的に含まれるが、特に、ジェロータータイプの流体変位機構を有する流体モーターを用いる時に効果的である。従って、以下、ジェロータータイプの流体変位機構を有する流体モーターに合わせて、本発明について説明するが、これは、本発明の範囲を制限するものではない。

流体圧力を回転出力に変換するジェローター変位機構を用いるタイプの流体モーターは、様々な、低速度で、高トルクの商業分野で幅広く用いられている。典型的に、このタイプの流体モーターでは、ジェローター機構は、固定された内歯付き部材（リング）と、このリング内で偏心配置されて、このリングに対して相対的に軌道及び回転移動を行う外歯付き部材（スター）を含む。この相対的な軌道及び回転移動によって、ジェローター機構内に複数の容積チャンバが定められ、これらは連続して膨張と縮小を行う。典型的に、スプールとディスクのような通常の弁手段を介して、これら容積チャンバに対して流体が流通する。これら通常の弁手段は、流体入口、流体出口、及び容積チャンバの間で、流通を提供する。容積チャンバが連続して膨張と縮小を行う間、流体入口は膨張する容積チャンバと流通し、流体出口は縮小する容積チャンバと流通する。

特許文献１には、異なる弁手段が開示されている。この特許文献１では、電磁弁は、流体入口と膨張する容積チャンバと、流体出口と縮小する容積チャンバの間で流通を提供している。従って、この特許文献１に開示された発明では、通常の弁手段で用いられているように、弁の同じ一連のパターンを用いている。

この弁の一連のパターンを用いる弁手段はかなり効果的で、多くの商業分野で成功しているものの、このタイプの弁手段には一つの問題があって、一定の流体状態で、出力トルクと出力速度に変化をもたらしている。そこで、スキッドステアローダ、ミニショベルやエアシーダを非制限的に含む、様々なオフハイウェイ（公道外）構造や農業車両の操作中に、作業性と快適性を向上させるため、このような車両の多くの製造者は、現在、一定の状態で変化を最小にするように、トルクと流体出力を提供できる、流体モーターを必要としている。
米国特許第４,７６７,２９２号公報

従って、本発明は、上記従来技術の問題点を克服するように、回転型流体圧力装置の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、回転型流体圧力装置の正味変位制御方法を提供するが、この装置は、流体入口と流体出口を含み、第一部材とこの第一部材と操作可能なように関連付けられる第二部材を有する流体エネルギー変換用変位アセンブリを含む。この流体エネルギー変換用変位アセンブリの第一部材と第二部材は相対移動を行って、内側から係合して前記相対移動に応じて複数の膨張と縮小を行う流体容積チャンバを定める。さらに複数の制御弁の各々により、複数の容積チャンバのいずれかと流体入口と流体出口の間で選択的な流通を提供し、これら複数の制御弁の各々は、制御手段によって生じる電気信号に電気的に応答する。

この回転型流体圧力装置の正味変位制御の第一の方法では、現在のサンプル時間で所望の入力パラメータを得て、流体エネルギー変換用変位アセンブリの第一部材と第二部材の相対位置を検出する。流体エネルギー変換用変位アセンブリの相対位置に基づき、複数の容積チャンバの各々の第一出力値を決定し、容積チャンバの各々を流体入口と流通させる。流体エネルギー変換用変位アセンブリの相対位置に基づき、複数の容積チャンバの各々の第二出力値を決定し、容積チャンバの各々を流体出口と流通させる。さらに、複数の制御弁構造の各々の全出力値を計算する。そして、全出力値を所望の入力パラメータと比較する。そして、全出力値が前記所望のパラメータと近似した制御弁構造を選択する。そして、これに続き、選択した制御弁構造に従って、各制御弁を作動させる、各ステップを有することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の他の実施形態では、他の、回転型流体圧力装置の正味変位制御方法を提供する。この回転型流体圧力装置の正味変位制御の他の方法では、現在のサンプル時間で所望の入力パラメータを得て、流体エネルギー変換用変位アセンブリの第一部材と第二部材の相対位置を検出する（第一の方法と同様）。この流体エネルギー変換用変位アセンブリの所望の入力パラメータと前記相対位置とを、制御弁構造のルックアップテーブルに入力して、ここから最適の制御弁構造を選択する。そして、選択した制御弁構造に従って、各制御弁を作動させる、各ステップを有することを特徴とする。

以下、図面を参照して説明するが、これらは本発明を制限することを意図したものではない。図１には、符号１１で概略的に示しているように、電気‐油圧システムのブロックダイアグラムが示されている。この電気‐油圧システム１１は、回転型流体圧力装置１３と、符号１５で概略的に示しているように、複数の電気作動型制御弁と、符号１９で概略的に示しているように、複数の電気制御信号を出力する電気制御ユニット（“ＥＣＵ”）１７と、このＥＣＵ１７によって夫々受取られる位置入力値２１と所望の入力パラメータ２３と、流体入口２５と、流体出口２７とを含む。回転型流体圧力装置１３は、流体ポンプ又は流体モーターとして利用できるが、以下の説明では、流体モーターとして詳細に説明する。但し、これは、本発明を制限することを何ら意図したものではない。

図２には、電気‐油圧システム１１の油圧経路が概略的に示されているが、この際、回転型流体圧力装置１３は流体モーターとして示されている。電気‐油圧システム１１はさらに、固定の変位ポンプとして示されている流体ポンプ２９と、リザーバー３１を含む。流体モーターは、符号３３で概略的に示しているように、ジェロータータイプの流体変位機構を含む。しかしながら、当該技術分野における当業者ならば理解できるように、本発明は、ジェロータータイプの流体変位機構３３に制限されない。本発明は、他のタイプの流体変位機構３３を用いることもでき、これには、アキシャルピストンタイプ、ラジアルピストンタイプ、カムローブタイプ、又はベーンタイプが含まれるが、これらに限定されない。

ジェローター変位機構３３は、当該技術分野で良く知られているので、ここでは簡単にだけ説明する。より特徴的には、本実施形態では、ジェローター変位機構３３は、ジェロラー（Geroler）（登録商標）変位機構であって、内歯付きアセンブリ３５を含み、これは、以下、“リングアセンブリ”としても参照される。このリングアセンブリ３５は、複数の略半円筒形状の開口部３９を定める、固定リング部材３７を含む。半円筒形状の開口部３９の各々内には円筒形状の部材４１が回転可能なように設けられるが、これは、以下、“ローラー”としても参照される。このリングアセンブリ３５内には、外歯付きローター部材４３が偏心配置されるが、これは、以下、“スター”としても参照される。本実施形態では、例示的にのみ示すが、スター４３はローラー４１よりも一つだけ少ない数の歯を有し、これによって、リングアセンブリ３５に対してスター４３が相対的に軌道及び回転移動を行えるようにする。リングアセンブリ３５とスター４３の間の相対的な軌道及び回転移動は、符号４５で概略的に示しているように、複数Nの膨張と縮小する容積チャンバを定める。スター４３のこの中心に関する回転角度、φ、とスター４３のリングアセンブリ３５の中心に関する軌道角度、β、の関係は、次の回転角度の式４６から得ることができる。
φ（ｔ）＝‐（１／Ｎ‐１）×β（ｔ） （４６）
尚、φ（ｔ）は、サンプル時間ｔにおけるスター４３のこの中心に関する回転角度であり、Ｎは、容積チャンバ４５の数であり、β（ｔ）は、サンプル時間ｔにおけるスター４３のリングアセンブリ３５の中心に関する軌道角度である。本実施形態では、例示的にのみ示すと、スター４３は６つの外歯を有し、ジェローター変位機構は７つの容積チャンバ４５を定める。従って、スター４３のこの中心に関する完全な回転の各々で、スター４３はリングアセンブリ３５の中心に関して６回軌道移動する。

複数の制御弁１５も当該技術分野で公知であるので、ここでは簡単にだけ説明する。本実施形態では、例示的にのみ示すと、複数の制御弁１５の各々は、２位置３方弁であって、個々に制御可能である。しかしながら、当該技術分野における当業者ならば、複数位置の制御弁、例示的にのみ示すと３位置４方弁も、本発明で利用可能であることを理解するであろう。複数の制御弁１５の各々は、電気的に作動されて、複数の容積チャンバ４５のいずれかと、システムの流体入口２５又は流体出口２７の間で流通を提供する。この電気的な作動は、位置入力値２１と所望の入力パラメータ２３に基づいて、ＥＣＵ１７によって生じる電気信号１９によって行われる。

ここで図２と３を参照すると、本発明は、複数のサンプル時間ｔの各々で、流体変位機構３３の正味変位を制御するために、ＥＣＵ１７によって用いられる制御方法４７を提供する。この正味変位制御方法４７を用いることで、ＥＣＵ１７は、サンプル時間ｔの各々で所望の入力パラメータ２３を得るため、どの容積チャンバ４５が流体入口２５と流通し、どの容積チャンバ４５が流体出力２７と流通すべきかを決定する。ここで、流体モーター１３の出力トルク又は出力速度を制御するために、正味変位制御方法４７を用いることができる場合において、あるサンプル時間で流体モーター１３の出力トルクの制御を行う例に関して正味変位制御方法４７について詳細に説明する。尚、当該技術分野における当業者であれば、流体モーター１３の出力トルクの制御を行う例は、単に例示的に示したものであって、本発明を何ら限定することを意図したものではないことを理解できるであろう。

ＥＣＵ１７は、ステップ４９で、所望の入力パラメータ２３を受取る。この所望の入力パラメータ２３は様々な源から生じることができるが、非限定的な例として、入力制御器、例えば、ジョイスティック、キーボード又はコンピュータがある。ＥＣＵ１７は、ステップ５１で、流体変位機構３３の位置入力値２１を受取る。本実施形態では、例示的にのみ示すと、位置入力値２１は、リングアセンブリ３５に関するスター４３の相対位置に相当する。出力軸（図示せず）を、主駆動軸（図示せず）を介して、スター４３と連結するタイプの流体モーターでは、位置入力値２１は、シャフトエンコーダーを用いて流体モーター１３の出力軸（図示せず）の位置を感知することで得ることができる。しかしながら、ジェローター位置を感知できる様々な方法があるように、当該技術分野における当業者であれば、正味変位制御方法４７は、シャフトエンコーダーを用いる場合に限定されないことを理解するであろう。また、当該技術分野における当業者であれば、ステップ５１に関するステップ４９での順序は、正味変位制御方法４７にとって重要でないことを理解するであろう。

正味変位制御方法４７のステップ５３と５５は、容積チャンバ４５と流通し得る、異なる流体源の流体状態で評価される、各々の個々の容積チャンバ４５用の出力値の決定を要する。本実施形態では、例示的にのみ示すと、各容積チャンバ４５は、流体入口２５又は流体出口２７のいずれかからの加圧流体と流通する。従って、本実施形態では、各容積チャンバ４５は、二つの可能な出力値を有する。例示的にのみ示すと、個々の容積チャンバ４５のトルク出力は、以下のトルクの式５７を用いて計算できる。
Ｔ_jc（φ）＝Ｐ_jc×（ｄＶ_jc（φ）／ｄφ） （５７）
尚、Ｔ_jc（φ）は、スター４３の与えられた回転角度、φ（ｔ）、における容積チャンバｊｃの瞬間的なトルクの分であり、ｄＶ_jc（φ）／ｄφは、スター４３の回転角度、φ（ｔ）、の増分の変化に関するチャンバｊｃの容積の増分の変化であり、Ｐ_jcは、容積チャンバｊｃの流体圧力である。ステップ５３では、トルクの式５７は、Ｐ_jcを、流体入口２５の流体圧力と等しくするように計算し、ステップ５５では、トルクの式５７は、Ｐ_jcを、流体出口２７の流体圧力と等しくするように計算する。

尚、ｄＶ_jc（φ）／ｄφの値は、様々な仕方で計算することができ、一つの仕方では、スター４３の形状（プロファイル）に関する情報を含む式の解答を含む。例示的にのみ示すと、ｄＶ_jc（φ）／ｄφは、次の容積の式５９を用いて計算できる。

尚、Ｌ_Mは、ジェローター変位機構３３の厚さであり、ｅ_cは、スター４３の中心とリングアセンブリ３５の中心の間の距離であり、ｒ_rは、ローラー４１の中心を通って形成される円の半径であり、ｒ_gは、ローラー４１の半径である。容積の式５９は、上述したパラメータに基づく理論式であるが、当該技術分野における当業者ならば、この容積の式５９は、様々なパラメータに合わせて変えることができることを理解するであろう。容積チャンバ４５の個々の分を計算するために様々に異なる式があるように、当該技術分野における当業者ならば、本発明は、上述した式を用いる場合に限定されないことを理解するであろう。

引き続き図２と３を参照すると、ステップ６１では、スター４３の回転角度、φ（ｔ）、における全出力値が、複数の制御弁構造６３の各々用に計算される。複数の制御弁構造６３の各々は独自であって、複数の制御弁１５の各々用の作動位置を含む。本実施形態では、例示的にのみ示すと、複数の制御弁１５の各々は、二つの作動位置を有し、一方の作動位置では、流体入口２５と対応する容積チャンバ４５の間で流通を提供し、他方の作動位置では、対応する容積チャンバ４５と流体出口２７の間で流通を提供する。例示的にのみ、以下に表を示すが、これは複数の制御弁構造６３の略したサンプルを提供している。この制御弁構造の表では、複数の制御弁１５の各々用に、流体入口２５又は流体出口２７のいずれかと容積チャンバ４５の各々との間の流通に対応する数字の表示を割り当てている。この際、数字“１”は、流体入口２５と容積チャンバ４５の間で流通を提供する制御弁１５の作動位置を示すために用いられており、数字“０”は、流体出口２７と容積チャンバ４５の間で流通を提供する制御弁１５の作動位置を示すために用いられている。また、以下の表では、３つの制御弁構造６３ａ、６３ｂ、６３ｃだけが示されているが、本実施形態では、例示的にのみ示すと、２^N又は１２８の潜在的な制御弁構造６３があり得るが、この理由は、各制御弁１５は、流体入口２５又は流体出口２７の、二つ（２）の可能な源から、容積チャンバ４５の各々へ流通を可能にしており、７つの容積チャンバ４５（Ｎ＝７）があるためである。しかしながら、全ての制御弁１５が流体入口２５に接続される制御弁構造６３と、全ての制御弁１５が流体出口２７に接続される制御弁構造は、同じ全出力値となり、１２７の独自の全出力値が利用可能となる。複数の制御弁構造６３の各々用の全出力値は、制御弁構造６３内に定められる各容積チャンバ４５と流通する流体源の流体状態で複数の容積チャンバ４５の各々に関する出力値を合計することで計算できる。例示的にのみ示すと、スター４３の所定の回転角度、φ（ｔ）、における、流体モーター１３の出力トルクの制御用の全出力値は、以下、“全出力トルク”と参照するが、複数の制御弁構造６３の各々用の次の全出力トルクの式６５を用いて計算できる。

従って、本実施形態では、例示的にのみ示すと、（以下の表に示すように）制御弁構造６３ａにおける全出力トルクは、次の出力値、つまり、（１）制御弁１５ａを介して流体出口と流通した容積チャンバ４５ａの出力値、（２）制御弁１５ｂを介して流体入口と流通した容積チャンバ４５ｂの出力値、（３）制御弁１５ｃを介して流体入口と流通した容積チャンバ４５ｃの出力値、（４）制御弁１５ｄを介して流体入口と流通した容積チャンバ４５ｄの出力値、（５）制御弁１５ｅを介して流体出口と流通した容積チャンバ４５ｅの出力値、（６）制御弁１５ｆを介して流体入口と流通した容積チャンバ４５ｆの出力値、（７）制御弁１５ｇを介して流体出口と流通した容積チャンバ４５ｇの出力値、を加えることで計算できる。図４を参照すると、複数の制御弁構造６３の各々の流体モーター１３の全出力トルクに対するスター４３の回転角度φ（ｔ）のグラフが示されている。しかしながら、当該技術分野における当業者ならば、図４のグラフは、例示的にのみ示されたものであって、スター４３の形状、可能な流体源、制御弁１５の数を含む様々なパラメータの変化に基づいて変えることができ、また、これらパラメータは上の例に限定されないことを理解するであろう。

再度、図２と３を参照すると、正味変位制御方法４７のステップ６７では、複数の制御弁構造６３の各々の全出力値と、所望の入力パラメータ２３の間で比較がなされる。ステップ６９では、サンプル時間ｔにおけるスター４３の特定の回転角度φ（ｔ）にて、対応する全出力値と所望の入力パラメータ２３の間を最小の差にするように、制御弁構造６３が選ばれる。ステップ７１では、ＥＣＵ１７は、選択された制御弁構造６３に従って、制御弁１５を作動させる。例示的にのみ示すが、図５は、スター４３の特定の回転角度φ（ｔ）が３５°に対応する全出力トルク値のグラフである。所望の入力パラメータ２３は、三角形としてグラフ上に示されている。上の表からの制御弁構造６３ａ、６３ｂ、６３ｃに対応する全出力トルク値も、図５に示されている。所望の入力パラメータ２３が６，０００in-lbsの場合、この所望の入力パラメータ２３と、複数の制御弁構造の各々の全出力トルクとの間で比較がなされる。この例では、制御弁構造６３ｂは、所望の入力パラメータ２３に最も近い全出力トルクに対応する。制御弁構造６３ｂを選択すると、ＥＣＵ１７は、この制御弁構造６３ｂに従って、電気信号１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇを夫々、制御弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇに送信する。従って、この例では、ＥＣＵ１７は、電気信号１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、及び１９ｇを送って、制御弁１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、及び１５ｇを作動させて、容積チャンバ４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、及び４５ｇを流体入口２５と流通させる。また、ＥＣＵ１７は、電気信号１９ａ、１９ｅ、及び１９ｆを送って、制御弁１５ａ、１５ｅ、及び１５ｆを作動させて、容積チャンバ４５ａ、４５ｅ、及び４５ｆを流体出口２７と流通させる。

ここで図２と６を参照すると、上記正味変位制御方法４７よりも制御弁１５をスイッチするのに電気エネルギーをより要しない、他の正味変位制御方法１０１が示されているが、この理由は、この他の正味変位制御方法１０１では、制御弁１５の全てを作動する必要がないためである。この他の正味変位制御方法１０１は、ラッチ弁タイプの制御弁１５と共に用いることができる。この他の正味変位制御方法１０１において、上記正味変位制御方法４７におけるものと同じ方法のステップは、同じ参照番号で示し、詳細な説明は行わない。しかしながら、これら方法のステップの相違するものについては、“１００”を超える参照番号で示し、詳細な説明を行う。

この他の正味変位制御方法１０１では、ステップ６９で制御弁構造６３を選択した後、ステップ１０３でこの選択した制御弁構造６３を前のサンプル時間の制御弁構造６３と比較する。ステップ１０５で、ＥＣＵ１７は、選択した制御弁構造６３からの位置と異なる前のサンプル時間からの位置の制御弁１５だけを作動する。例示的にのみ示すと、前の時間のステップからの制御弁構造６３が、流体入口２５と容積チャンバ４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ、及び４５ｇとの間で流通を提供するために制御弁１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、及び１５ｇを要し、また、容積チャンバ４５ａ、４５ｅ、及び４５ｆと流体出口２７との間で流通を提供するために制御弁１５ａ、１５ｅ、及び１５ｆを要すると仮定する。現在のサンプル時間の制御弁構造が、流体入口２５と容積チャンバ４５ｃ、４５ｄ、４５ｅ、及び４５ｇとの間で流通を提供するために制御弁１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、及び１５ｇを要し、また、容積チャンバ４５ａ、４５ｂ、及び４５ｆと流体出口２７との間で流通を提供するために制御弁１５ａ、１５ｂ、及び１５ｆを要する場合、ＥＣＵ１７は、制御弁１５ｂと１５ｅに電気信号１９ｂと１９ｅだけを送る。換言すると、上の例では、ＥＣＵ１７は、前のサンプル時間からの流体源と異なる流体源からの容積チャンバ４５に流通を提供することを現在必要としている制御弁１５に電気信号１９を送るだけでよい。

高性能ＥＣＵsの計算能力では、高いサンプル時間率で正味変位制御方法４７、１０１を評価できるが、標準的な工業用ＥＣＵsの計算能力では、このような高い割合に適応できない場合がある。従って、標準的な工業用ＥＣＵsの計算能力で利用できるように、他の正味変位制御方法２０１を提供することが望ましい。

図２と７を参照すると、流体変位機構３３の正味変位を制御するために、各サンプル時間ｔでＥＣＵ１７によって用いられる他の正味変位制御方法２０１が示されている。この他の正味変位制御方法２０１では、上記正味変位制御方法４７におけるものと同じ方法のステップは、同じ参照番号で示し、詳細な説明は行わない。しかしながら、これら方法のステップの相違するものについては、“２００”を超える参照番号で示し、詳細な説明を行う。

ステップ２０３では、ステップ４９と５１で得られた位置入力値２１と所望の入力パラメータ２３とが制御弁構造のルックアップテーブルに入力される。この制御弁構造のルックアップテーブルは、図４に含まれるものと似た情報、すなわち、複数の制御弁構造６３を備えている。ステップ２０５では、このルックアップテーブルから所望の入力パラメータ２３と位置入力値２１に最も近似して対応する制御弁構造６３を得る。ステップ２０７では、ＥＣＵ１７は、このように得た制御弁構造６３に従って、制御弁１５を作動させる。

図２と８を参照すると、上記正味変位制御方法２０１よりも制御弁１５をスイッチする電気エネルギーを要しない他の正味変位制御方法３０１が示されているが、この理由は、この他の正味変位制御方法３０１では、制御弁１５の全てを作動させることを要しないためである。この他の正味変位制御方法３０１では、ラッチ弁タイプの制御弁１５を用いることができる。この他の正味変位制御方法３０１では、上述した方法のステップと同じ方法のステップは、同じ参照番号で示している。

この他の正味変位制御方法３０１では、ステップ２０５で制御弁構造６３を得た後、選択された制御弁構造６３がステップ１０３での前のサンプル時間の制御弁構造６３と比較される。ステップ１０５では、ＥＣＵ１７は、前のサンプル時間からの制御弁１５の位置が、選択された制御弁構造６３からの制御弁１５の位置と相違する制御弁１５だけを作動する。

上述した正味変位制御方法４７、１０１、２０１、３０１は、低速度の操作中、回転型流体圧力装置１３の正味変位を効率的に制御できるが、上述した正味変位制御方法４７、１０１、２０１、３０１に備えられた制御弁構造６３の多くは、回転型流体圧力装置１３の高速度の操作中、効率的でない場合がある。上述した正味変位制御方法４７、１０１、２０１、３０１では、独自の制御構造６３の多くが、流体変位機構３３の膨張する容積チャンバ４５は流体出口と流通する。回転型流体圧力装置１３の高速度の操作中、膨張する容積チャンバ４５には流体出口と流通する、これら制御弁構造６３は、上記膨張する容積チャンバ４５内にキャビテーションを引き起こして、潜在的に流体変位機構３３に機械的損傷を与えることが起こり得る。しかしながら、膨張する容積チャンバ４５に流体入口が流通することだけで、流体変位機構３３の膨張する容積チャンバ４５内におけるキャビテーションのリスクをかなり減らすことができる。従って、高速度の正味変位制御方法４０１は、後述するように、回転型流体圧力装置１３の高速度の操作を制御できる。この高速度の正味変位制御方法４０１において、上述した正味変位制御方法４７、１０１、２０１、３０１のものと同じ方法のステップは、同じ参照番号で示し、詳細な説明は行わない。しかしながら、これら方法のステップの相違するものについては、“４００”を超える参照番号で示し、詳細な説明を行う。

図２と９を参照すると、高速度の正味変位制御方法４０１のステップ４９と５１では、所望の入力パラメータ２３と位置入力値２１が得られる。上述した正味変位制御方法４７、１０１、２０１及び３０１のように、ステップ４９と５１で行われる順番は、高速度の正味変位制御方法４０１では重要でない。

ステップ４０３では、流体変位機構３３のどの容積チャンバ４５が膨張し、どの容積チャンバ４５が縮小するのかが決定される（以下の説明と添付した特許請求の範囲では、複数の容積チャンバ４５の“膨張状態”のように参照する）。当該技術分野における当業者には公知なように、複数の容積チャンバ４５の各々の膨張状態を決定する仕方には様々なものがある。この決定を行う一つの仕方では、例示的にのみ示すと、複数の容積チャンバ４５の各々用に、容積内の変化の瞬間的な割合、dV/dt、を評価する。ここで、膨張する容積チャンバ４５は、容積内の瞬間的な変化の割合がゼロより大きい、dV/dt＞０、容積チャンバ４５として定めることができる。他の仕方では、例示的にのみ示すと、ルックアップテーブルに、位置入力値２１と回転型流体圧力装置１３の回転方向を入力することで、これら入力に基づいて、複数の容積チャンバ４５の各々の膨張状態を提供する。当該技術分野における当業者であれば、複数の容積チャンバ４５の膨張状態を決定するのに用いることができる仕方には様々あり、本発明は、上述した仕方に限定されないことを理解するであろう。

ステップ４０５では、各々の膨張する容積チャンバ４５の出力値が、流体入口と流通して決定される。ステップ４０７と４０９は、正味変位制御方法４７のステップ５３と５５に非常に類似するが、ステップ４０７と４０９では、縮小する容積チャンバ４５にだけ出力値が決定される。当該技術分野における当業者であれば、ステップ４０５、４０７、及び４０９が行われる順番は、高速度の正味変位制御方法４０１では重要でないことを理解するであろう。

図９に示している、高速度の正味変位制御方法４０１における残りのステップは、上記正味変位制御方法４７で上述したものと類似するので、残りのステップについては、ここでは詳細に説明しない。しかしながら、高速度の正味変位制御方法４０１における残りのステップと、上記正味変位制御方法４７のものとの間には一つの重要な相違があって、高速度の正味変位制御方法４０１における制御弁構造４６３の総数は、正味変位制御方法４７における制御弁構造６３の総数よりもかなり少ない。高速度の正味変位制御方法４０１では、正味変位制御方法４７と比べて、制御弁構造４６３の総数が減少する理由は、高速度の正味変位制御方法４０１では、全ての膨張する容積チャンバ４５が、流体入口と流通して流体が供給されるからである。正味変位制御方法４７の制御弁構造６３は、他方で、膨張する容積チャンバ４５に、流体入口又は流体出口が流通して流体を供給している。

ここで図１０を参照すると、制御弁１５をスイッチするのに、高速度の正味変位制御方法４０１のものよりも少ない電気エネルギーを要する、他の高速度の正味変位制御方法５０１が示されているが、この理由は、この他の高速度の正味変位制御方法５０１では、制御弁１５の全てを作動する必要がないためである。この他の高速度の正味変位制御方法５０１では、ラッチ弁タイプの制御弁１５を用いることができる。図１０に示すように、この他の高速度の正味変位制御方法５０１に関連するステップの全ては、上述した正味変位制御方法４７、他の正味変位制御方法１０１、及び高速度の正味変位制御方法４０１で詳述しているので、これらステップについては、詳細な説明は行わない。

図７と８を参照すると、高速度で操作される回転型流体圧力装置１３に対して、他の正味変位制御方法２０１、３０１を利用することができる。回転型流体圧力装置１３を効率的に高速度で制御して、流体変位機構３３の膨張する容積チャンバ４５内のキャビテーションのリスクを減らすための、他の正味変位制御方法２０１、３０１の唯一のさらなる要求は、制御弁構造のルックアップテーブルに備えられた制御弁構造４６３が、膨張する容積チャンバ４５を流体入口に流通させて流体を供給させることである。

以上、上述した正味変位制御方法４７、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１では、現在のサンプル時間ｔで決定されるスター４３の回転角度、φ（ｔ）、を用いる。従って、選択された制御弁構造６３は、詳述したように、この現在の時間のステップｔに基づく。しかしながら、この選択された制御弁構造６３は、現在のサンプル時間ｔと次のサンプル時間の間の時間間隔中に生じることがある、スター４３の回転を計上しない。続くサンプル時間の間の間隔が重要な場合、選択された制御弁構造６３がこの間隔を計上しないため、所望の入力パラメータ２３からの全出力値の急な収束が起こり得る。この急な収束を最小にするためには、現在のサンプル時間ｔでのスター４３の測定された回転角度、φ（ｔ）、ではなく、現在のサンプル時間ｔと次のサンプル時間の間の幾らかの時間間隔で決定される、スター４３の予測された回転角度、φ_p（ｔ）、に関して、正味変位制御方法４７、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１を用いることが有利な場合がある。このスター４３の予測された回転角度、φ_p（ｔ）、は、次の予測された回転角度の式６０３を用いて計算できる。
φ_p（ｔ）＝φ（ｔ）＋ｋ・ω・Δｔ （６０３）
尚、φ（ｔ）は、現在のサンプル時間ｔにおけるスター４３の回転角度であり、ωは、スター４３の角速度であり、Δｔは、現在のサンプル時間と前のサンプル時間の間の時間間隔であり、ｋは、０と１の間のサンプル時間の予測定数である。例示的にのみ示すと、現在のサンプル時間と次のサンプル時間の間の間隔の半分のサンプル時間におけるスター４３の回転角度、φ_p（ｔ）、を予測するためには、ｋは１/２に等しくする。スター４３の回転角度、φ_p（ｔ）、を予測するためには様々に異なる式があるため、当該技術分野における当業者であれば、本発明は、上述した式を用いる場合に制限されないことを理解するであろう。

以上、上述した実施形態に関して本発明について詳述したが、この実施形態を読み、理解することで、当該技術分野における当業者ならば、本発明の様々な変更や修正について理解することができるであろう。このような修正や変更の全ては、添付した特許請求の範囲に含まれる限り、本発明に含まれることを理解されたい。

本発明に従って形成される電気‐油圧システムのブロックダイアグラムを示した図である。 本発明に従って形成される電気‐油圧システムの油圧経路を概略的に示した図である。 本発明に従う方法のフローダイアグラムを示した図である。 本実施形態における全出力トルク値に対するスターの回転角度をプロットした図である。 図４の５−５線から得られた、スターの回転角度における、本実施形態における全出力トルク値をプロットした図である。 本発明に従う他の方法のフローダイアグラムを示した図である。 本発明に従う他の方法のフローダイアグラムを示した図である。 本発明に従う他の方法のフローダイアグラムを示した図である。 本発明に従う方法のフローダイアグラムを示した図である。 本発明に従う他の方法のフローダイアグラムを示した図である。

Claims (29)

1. 回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）であって、流体入口（２５）と流体出口（２７）を含み、第一部材（４３）とこの第一部材（４３）と操作可能なように関連付けられる第二部材（３５）を有する流体エネルギー変換用変位アセンブリ（３３）を含み、前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）は相対移動を行って、内側から係合して前記相対移動に応じて複数Ｎの膨張と縮小を行う流体容積チャンバ（４５）を定め、さらに複数Ｎの個々の制御可能な制御弁（１５）を含み、前記複数の制御弁（１５）の各々が前記複数の容積チャンバ（４５）のいずれかと前記流体入口（２５）と前記流体出口（２７）の間で選択的な流通を提供し、前記複数の制御弁（１５）の各々は電気制御信号（１９）に電気的に応答して、前記電気制御信号（１９）を制御手段（１７）によって生じさせ、さらに、前記方法は、
   （ａ）現在のサンプル時間で所望の入力パラメータ（２３）を得て、
   （ｂ）前記流体エネルギー変換用変位アセンブリ（３３）の前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）の相対位置（２１）を検出し、
   （ｃ）前記相対位置（２１）に基づいた前記複数の容積チャンバ（４５）の各々の第一出力値を決定し、該第一出力値は、対応する制御弁（１５）によって流体入口と流通する容積チャンバにおける該容積チャンバの流体出力値であり、
   （ｄ）前記相対位置（２１）に基づいた前記複数の容積チャンバ（４５）の各々の第二出力値を決定し、該第二出力値は、対応する制御弁（１５）によって流体出口と流通する容積チャンバにおける該容積チャンバの流体出力値であり、
   （ｅ）複数の制御弁構造（６３）の各々の全出力値を計算し、前記各制御弁構造は、各制御弁の作動位置の特定の組み合わせで構成され、該作動位置は、対応する容積チャンバが流体入口に流通する第一位置と、対応する容積チャンバが流体出口に流通する第二位置とを含み、各制御弁構造の各々の全出力値は、各制御弁構造に提供された各制御弁の作動位置に対応した各容積チャンバの流体出力値を加算することによって計算され、
   （ｆ）各制御弁構造（６３）の各々の前記全出力値を前記所望の入力パラメータ（２３）と比較し、
   （ｇ）前記各制御弁構造（６３）のうち、前記全出力値が前記所望の入力パラメータ（２３）と近似した前記制御弁構造（６３）を選択し、
   （ｈ）前記選択した制御弁構造（６３）に従って、前記制御弁（１５）を作動させる、各ステップを有することを特徴とする方法。
2. 前記相対位置は、出力軸エンコーダーから得ることを特徴とする、請求項１に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）。
3. 前記ステップ（ｂ）における相対位置（２１）は、前記現在のサンプル時間で決定されることを特徴とする、請求項１に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）。
4. 前記ステップ（ｂ）における相対位置（２１）は、前記現在のサンプル時間と続くサンプル時間の間の時間間隔で予測される、前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）の予測された相対位置（２１）であることを特徴とする、請求項１に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）。
5. 前記流体変位機構はジェローター変位機構であることを特徴とする、請求項１に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）。
6. 前記第一出力値は瞬間的なトルク出力値であることを特徴とする、請求項１に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）。
7. 前記第二出力値は瞬間的なトルク出力値であることを特徴とする、請求項６に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）。
8. 前記全出力値は全トルク出力値であることを特徴とする、請求項６に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）。
9. 前記制御弁（１５）を作動する前記ステップ（ｈ）は、前記複数の制御弁（１５）の各々を作動させることを含むことを特徴とする、請求項１に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４７）。
10. 前記制御弁（１５）はラッチ弁タイプであることを特徴とする、請求項１に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（１０１）。
11. 前記制御弁（１５）を作動する前記ステップ（ｈ）は、
    （ｈ１）前記制御弁構造（６３）を、直前の前記制御弁構造（６３）と比較するステップと、
    （ｈ２）直前の前記制御弁構造（６３）と合わない前記制御弁（１５）だけを作動するステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（１０１）。
12. 回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（２０１）であって、流体入口（２５）と流体出口（２７）を含み、第一部材（４３）とこの第一部材（４３）と操作可能なように関連付けられる第二部材（３５）を有する流体エネルギー変換用変位アセンブリ（３３）を含み、前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）は相対移動を行って、内側から係合して前記相対移動に応じて複数Ｎの膨張と縮小を行う流体容積チャンバ（４５）を定め、さらに複数Ｎの個々の制御可能な制御弁（１５）を含み、前記複数の制御弁（１５）の各々が前記複数の容積チャンバ（４５）のいずれかと前記流体入口（２５）と前記流体出口（２７）の間で選択的な流通を提供し、前記複数の制御弁（１５）の各々は電気制御信号（１９）に電気的に応答して、前記電気制御信号（１９）を制御手段（１７）によって生じさせ、さらに、前記方法は、
    （ａ）現在のサンプル時間で所望の入力パラメータ（２３）を得て、
    （ｂ）前記流体エネルギー変換用変位アセンブリ（３３）の前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）の相対位置（２１）を検出し、
    （ｃ）前記所望の入力パラメータ（２３）と前記相対位置（２１）を、複数の制御弁構造を備えた制御弁構造のルックアップテーブルに入力し、ここで、複数の制御弁構造は、各制御弁の作動位置の特定の組み合わせで構成され、該作動位置は、対応する容積チャンバが流体入口に流通する第一位置と、対応する容積チャンバが流体出口に流通する第二位置とを含み、
    （ｄ）前記所望の入力パラメータ（２３）と前記相対位置（２１）に基づいて前記ルックアップテーブルから前記所望の入力パラメータ（２３）と全出力値とが近似する制御弁構造（６３）を得て、
    （ｅ）前記得た制御弁構造（６３）に従って、前記制御弁（１５）を作動させる、各ステップを有することを特徴とする方法。
13. 前記相対位置は、出力軸エンコーダーから得ることを特徴とする、請求項１２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（２０１）。
14. 前記ステップ（ｂ）における相対位置（２１）は、前記現在のサンプル時間で決定されることを特徴とする、請求項１２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（２０１）。
15. 前記ステップ（ｂ）における相対位置（２１）は、前記現在のサンプル時間と続くサンプル時間の間の時間間隔で予測される、前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）の予測された相対位置（２１）であることを特徴とする、請求項１２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（２０１）。
16. 前記流体変位機構（３３）はジェローター変位機構（３３）であることを特徴とする、請求項１２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（２０１）。
17. 前記制御弁（１５）を作動させる前記ステップ（ｅ）は、前記複数の制御弁（１５）の各々を作動させることを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（２０１）。
18. 前記制御弁構造（４６３）は、前記複数の膨張する容積チャンバ（４５）の各々が、前記対応する制御弁により流体入口と流通することを特徴とする、請求項１２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（２０１）。
19. 前記制御弁（１５）はラッチ弁タイプであることを特徴とする、請求項１２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（３０１）。
20. 前記制御弁（１５）を作動する前記ステップ（ｅ）は、
    （ｅ１）前記制御弁構造（６３）を、直前の前記制御弁構造（６３）と比較するステップと、
    （ｅ２）直前の前記制御弁構造（６３）と合わない前記制御弁（１５）だけを作動するステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１９に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（３０１）。
21. 前記制御弁構造（４６３）は、前記複数の膨張する容積チャンバ（４５）の各々が、前記対応する制御弁により流体入口と流通することを特徴とする、請求項２０に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（３０１）。
22. 回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４０１）であって、流体入口（２５）と流体出口（２７）を含み、第一部材（４３）とこの第一部材（４３）と操作可能なように関連付けられる第二部材（３５）を有する流体エネルギー変換用変位アセンブリ（３３）を含み、前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）は相対移動を行って、内側から係合して前記相対移動に応じて複数Ｎの膨張と縮小を行う流体容積チャンバ（４５）を定め、さらに複数Ｎの個々の制御可能な制御弁（１５）を含み、前記複数の制御弁（１５）の各々が前記複数の容積チャンバ（４５）のいずれかと前記流体入口（２５）と前記流体出口（２７）の間で選択的な流通を提供し、前記複数の制御弁（１５）の各々は電気制御信号（１９）に電気的に応答して、前記電気制御信号（１９）を制御手段（１７）によって生じさせ、さらに、前記方法は、
    （ａ）現在のサンプル時間で所望の入力パラメータ（２３）を得て、
    （ｂ）前記流体エネルギー変換用変位アセンブリ（３３）の前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）の相対位置（２１）を検出し、
    （ｃ）前記複数の容積チャンバ（４５）の各々の膨張状態を検出し、
    （ｄ）前記相対位置（２１）に基づいた前記複数の膨張する容積チャンバ（４５）の各々の第一出力値を決定し、該第一出力値は、対応する制御弁（１５）によって流体入口と流通する膨張する容積チャンバにおける該容積チャンバの流体出力値であり、
    （ｅ）前記相対位置（２１）に基づいた前記複数の縮小する容積チャンバ（４５）の各々の第一出力値を決定し、該第一出力値は、対応する制御弁（１５）によって流体入口と流通する縮小する容積チャンバにおける該容積チャンバの流体出力値であり、
    （ｆ）前記相対位置（２１）に基づいた前記複数の縮小する容積チャンバ（４５）の各々の第二出力値を決定し、該第二出力値は、対応する制御弁（１５）によって流体出口と流通する縮小する容積チャンバにおける該容積チャンバの流体出力値であり、
    （ｇ）複数の制御弁構造（４６３）の各々の全出力値を計算し、前記各制御弁構造は、各容積チャンバに対応する各制御弁の作動位置の組み合わせで構成され、該作動位置は、対応する容積チャンバが流体入口に流通する第一位置と、対応する容積チャンバが流体出口に流通する第二位置とを含み、各制御弁構造は、流体入口に流通した膨張する容積チャンバと、流体入口または流体出口と流通する縮小する容積チャンバとを有し、各制御弁構造の各々の全出力値は、各制御弁構造に提供された各制御弁の作動位置に対応した各容積チャンバの流体出力値を加算することによって計算され、
    （ｈ）各制御弁構造（４６３）の各々の前記全出力値を前記所望の入力パラメータ（２３）と比較し、
    （ｉ）前記各制御弁構造（４６３）のうち、前記全出力値が前記所望の入力パラメータ（２３）と近似した前記制御弁構造（４６３）を選択し、
    （ｊ）前記選択した制御弁構造（４６３）に従って、前記制御弁（１５）を作動させる、各ステップを有することを特徴とする方法。
23. 前記相対位置（２１）は、出力軸エンコーダーから得ることを特徴とする、請求項２２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４０１）。
24. 前記ステップ（ｂ）における相対位置（２１）は、前記現在のサンプル時間で決定されることを特徴とする、請求項２２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４０１）。
25. 前記ステップ（ｂ）における相対位置（２１）は、前記現在のサンプル時間と続くサンプル時間の間の時間間隔で予測される、前記第一部材（４３）と前記第二部材（３５）の予測された相対位置（２１）であることを特徴とする、請求項２２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４０１）。
26. 前記流体変位機構はジェローター変位機構であることを特徴とする、請求項２２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４０１）。
27. 前記制御弁（１５）を作動させる前記ステップ（ｊ）は、前記複数の制御弁（１５）の各々を作動させることを含むことを特徴とする、請求項２２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（４０１）。
28. 前記制御弁（１５）はラッチ弁タイプであることを特徴とする、請求項２２に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（５０１）。
29. 前記制御弁（１５）を作動する前記ステップ（ｊ）は、
    （ｊ１）前記制御弁構造（４６３）を、直前の前記制御弁構造（４６３）と比較するステップと、
    （ｊ２）直前の前記制御弁構造（４６３）と合わない前記制御弁（１５）だけを作動するステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項２８に記載の、回転型流体圧力装置（１３）の正味変位制御方法（５０１）。

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