JP4218261B2 - ポンプユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポンプユニットとしては、図４に示すようなものがある。このポンプユニットは、可変速モータ５１によって回転数が可変駆動される固定容量型ポンプ５２と、上記可変速モータ５１への供給電流の周波数を変えてモータ５１の回転数を制御する制御手段５３とを備える。この制御手段５３は、上記ポンプ５２の吐出ラインの圧力を検出する圧力センサ５４からの信号を受けて、この圧力センサ５４が検出する圧力の値が所定の値になるように、上記可変速モータ５１の回転数を制御して上記ポンプ５２の回転数を制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のポンプユニットは、１つの固定容量型ポンプ５２を可変速モータ５１で駆動しているので、上記固定容量型ポンプ５２の吐出圧力を高圧にするためには、大トルクのモータを用いるか、または、小容量の固定容量型ポンプを用いる必要がある。上記大トルクのモータを用いると、ポンプユニットの大型化とコストアップを招くという問題がある。また、上記小容量の固定容量型ポンプを用いると、大流量運転時にポンプおよびモータの回転数が過大になって、ポンプユニットの騒音と振動が過大になるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、比較的小トルクのモータを用いて、高い吐出圧力を得ることができ、しかも、大流量運転時の騒音・振動を減少できるポンプユニットを提供することにある。
【０００５】
【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の発明のポンプユニットは、大容量の第１固定容量型ポンプと、
小容量の第２固定容量型ポンプと、
上記第１および第２固定容量型ポンプを駆動する可変速モータと、
上記第１固定容量型ポンプの吐出ラインを、上記第２固定容量型ポンプの吐出ラインに合流または分流させる切換弁と、
上記第２固定容量型ポンプの吐出ラインの圧力を検出する圧力センサと、
上記圧力センサからの信号と、上記可変速モータの回転数を表す信号とを受けて、上記切換弁と可変速モータを制御して、上記第１固定容量型ポンプの吐出ラインを分流させて第１固定容量型ポンプをアンロードさせた状態で定馬力運転をする第１のモードと、上記第１固定容量型ポンプの吐出ラインを第２固定容量型ポンプの吐出ラインに合流させた状態で定馬力運転をする第２のモードとで運転を行なわせる制御装置と
を備えることを特徴としている。
【０００６】
請求項１のポンプユニットによれば、上記制御装置によって、第１のモードでは、上記第１固定容量型ポンプの吐出ラインを第２固定容量型ポンプの吐出ラインから分流する状態に切換弁が切換えられて、上記第１固定容量型ポンプがアンロードされる。この状態で、上記圧力センサからの信号と、上記可変速モータの回転数を表す信号とを受けた上記制御装置によって、上記可変速モータが制御されて第１のモードで定馬力運転が行われる。
【０００７】
この第１のモードでは、大容量の第１固定容量型ポンプをアンロードするので、小出力の、つまり小型の可変速モータと、小容量の上記第２固定容量型ポンプによって、小吐出量で、高圧の吐出圧力が得られる。したがって、従来におけるような吐出圧力の高圧化に伴ってモータを大型化する必要が無い。
【０００８】
また、上記制御装置によって、第２のモードでは、上記第１固定容量型ポンプの吐出ラインを第２固定容量型ポンプの吐出ラインに合流させた状態に切換弁が切換えられ、この状態で、上記圧力センサからの信号と、上記可変速モータの回転数を表す信号とを受けた上記制御装置によって、可変速モータが制御されて定馬力運転が行われる。
【０００９】
この第２モードでは、大容量の第１固定容量型ポンプと小容量の第２固定容量型ポンプとが合流されるので、可変速モータの比較的小さい回転数で比較的大きい流量が得られる。したがって、従来におけるように可変速モータや固定容量型ポンプの回転数が過大になって、ポンプユニットの振動や騒音が過大になることが無い。
【００１０】
また、上記第１および第２モードにおいて、上記制御装置によって可変速モータが制御されて定馬力運転が行なわれるので、外部から指令信号を受けることなく吐出圧力および流量が自律的に制御される。したがって、指令のための入力信号線を省略できて配線が簡単になると共に、上記指令信号を入力する操作が不要になってポンプユニットの操作が簡単になる。
【００１１】
請求項２の発明のポンプユニットは、請求項１に記載のポンプユニットにおいて、
上記制御装置は、上記可変速モータの回転数が、予め設定された設定回転数を下回ったときに、上記切換弁を合流状態から分流状態に切換える一方、上記圧力センサが検出する圧力が、予め設定された設定圧力を下回ったときに、上記切換弁を分流状態から合流状態に切換えることを特徴としている。
【００１２】
請求項２のポンプユニットによれば、上記切換弁を合流状態から分流状態に切換える場合は可変速モータの回転数に基く一方、上記切換弁を分流状態から合流状態に切換える場合は圧力センサの検出圧力に基くので、必然的に制御上の不感帯の幅が大きくなって、上記切換弁が合流状態と分流状態との間で不安定になるのが防止される。したがって、ポンプユニットの吐出流体の圧力および流量のハンチングが防止される。
【００１３】
また、上記制御装置によって、定馬力運転が行なわれ、なおかつ、上記モータの回転数および圧力センサの検出値に基いて切換弁が切換えられるので、外部から指令信号を受けることなく、吐出圧力および流量の制御並びに運転モードの切換えが自律的に制御される。したがって、指令のための入力信号線を省略できて配線が簡単になると共に、上記指令信号を入力する操作が不要になってポンプユニットの操作が簡単になる。
【００１４】
請求項３の発明のポンプユニットは、請求項１に記載のポンプユニットにおいて、
上記制御装置は、上記可変速モータの回転数が、予め設定された設定回転数を上回ったときに、上記切換弁を分流状態から合流状態に切換える一方、上記圧力センサが検出する圧力が、予め設定された設定圧力を上回ったときに、上記切換弁を合流状態から分流状態に切換えることを特徴としている。
【００１５】
請求項３のポンプユニットによれば、上記切換弁を分流状態から合流状態に切換える場合は可変速モータの回転数に基く一方、上記切換弁を合流状態から分流状態に切換える場合は圧力センサの検出圧力に基くので、必然的に制御上の不感帯の幅が大きくなって、上記切換弁が合流状態と分流状態との間で不安定になるのが防止される。したがって、ポンプユニットの吐出流体の圧力および流量のハンチングが防止される。
【００１６】
また、上記制御装置によって、定馬力運転が行なわれ、なおかつ、上記モータの回転数および圧力センサの検出値に基いて切換弁が切換えられるので、外部から指令信号を受けることなく、吐出圧力および流量の制御並びに運転モードの切換えが自律的に制御される。したがって、指令のための入力信号線を省略できて配線が簡単になると共に、上記指令信号を入力する操作が不要になってポンプユニットの操作が簡単になる。
【００１７】
請求項４の発明のポンプユニットは、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のポンプユニットにおいて、
上記制御装置は、上記設定回転数および設定圧力を可変に設定入力して、上記第１モードと第２モードとを夫々複数のモードにする設定入力部を備えることを特徴としている。
【００１８】
請求項４のポンプユニットによれば、上記設定入力部によって上記設定回転数および設定圧力が夫々複数個に設定入力されて、上記第１モードと第２モードとが夫々複数のモードにでき、ポンプユニットが流体を供給する機器の特性や運転条件などに適切に対応できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態のポンプユニットを示す図である。このポンプユニットは、タンクＴの作動流体を、図示しない油圧シリンダなどのアクチュエータに供給するポンプユニットである。このポンプユニットは、大容量の第１固定容量型ポンプとしての第１ポンプ１と、この第１ポンプ１に直結された小容量の第２固定容量型ポンプとしての第２ポンプ２を備える。上記第１ポンプ１は、５．５ｃｃ／ｒｅｖのギアポンプからなり、上記第２ポンプ２は、３．５ｃｃ／ｒｅｖのギアポンプからなる。上記第１ポンプ１および第２ポンプ２は可変速モータ３に接続され、この可変速モータ３は制御装置４に電気的に接続されている。上記第１ポンプの吐出ライン５は切換弁６に接続され、この切換弁６で、第２ポンプの吐出ライン８またはタンク１０に至る排出ライン１１に切換え可能になっている。上記第２ポンプの吐出ライン８は、チェック弁付流量制御弁９を介して図示しないアクチュエータに接続している。この吐出ライン８は、所定の漏れ量の作動流体を排出する絞り１３を介して排出ライン１１に接続し、また、上記絞り１３と並列に設けられたリリーフ弁１４を介して上記排出ライン１１に接続している。また、吐出ライン８には、第１および第２ポンプ１，２の吐出圧力を検出する圧力センサ１７が設けられている。一方、上記第１ポンプの吐出ライン５は、リリーフ弁１５を介して排出ライン１１に接続している。上記制御装置４は、電気的に接続された設定入力部１９に、吐出ライン８から吐出される作動流体の最大圧力および最大流量などが設定入力されるようになっている。また、上記制御装置４は、上記圧力センサ１７に電気的に接続していると共に、上記可変速モータ３の回転数を示す信号を受け取り可能に上記モータ３に接続している。
【００２１】
上記制御装置４は、上記可変速モータ３に駆動電流を出力するインバータ部と、マイクロコンピュータで構成されて上記インバータ部の出力電流の周波数を制御する制御部とを備える。この制御部は、上記設定入力部１９を介して入力された情報を用いて、上記第１および第２ポンプ１，２が実行すべき圧力−流量特性を算出する。上記圧力−流量特性と、上記圧力センサ１７からの現在の圧力値および可変速モータ３の現在の回転数とに基いて、上記インバータ部を介して可変速モータ３の回転数を制御すると共に、上記切換弁６の切換状態を制御するようになっている。
【００２２】
本実施形態のポンプユニットでは、上記制御装置４の制御部は、第１のモードと第２のモードとで上記可変速モータ３および切換弁６の制御を行うように形成されている。第１モードでは、上記第１ポンプの吐出ライン５を、第２ポンプの吐出ライン８と分流させて、上記第１ポンプ１をアンロードさせた状態で定馬力運転を行なう。つまり、第２ポンプ２の吐出流体のみを、吐出ライン８を介してアクチュエータに送出する。一方、第２モードでは、上記第１ポンプの吐出ライン５を、第２ポンプの吐出ライン８に合流させた状態で定馬力運転を行なう。つまり、第１および第２ポンプ１，２の両方の吐出流体を、吐出ライン８を介してアクチュエータに送出する。
【００２３】
図２は、上記設定入力部１９から入力された情報に基いて上記制御装置４の制御部が算出した圧力−流量特性の値を、縦軸が流量で横軸が圧力の２次元座標に示した図である。図２に示すように、この圧力−流量特性線は、第１モードの部分と第２モードの部分とが、切換点ＣＰで接続されてなる。上記圧力−流量特性線の第１モードの部分は、第２ポンプ２のみの吐出流体に係る部分であり、最大圧力線ＭＰ１、最大馬力曲線ＭＨＰ１および最大流量線ＭＶ１からなる。上記圧力−流量特性線の第２モードの部分は、第１および第２ポンプ１，２の合流された吐出流体に係る部分であり、最大圧力線ＭＰ２、最大馬力曲線ＭＨＰ２および最大流量線ＭＶ２からなる。
【００２４】
上記構成のポンプユニットが作動すると、上記制御部は、図２の座標において、上記圧力センサ１７が検出した現在の吐出圧力と可変速モータ３の回転数に相当する現在の吐出流量とで定まる現在点をプロットする。この現在点における現在馬力を算出し、上記圧力−流量特性線上の目標馬力との偏差を求める。この偏差を表す制御信号をインバータ部に入力して、上記可変速モータ３の回転数を制御して、現在馬力を目標馬力に一致させる。これによって、上記吐出ライン８からの吐出流体の圧力および流量が、図２の圧力−流量特性線上に載る。その結果、外部からの指令や入力によることなく、ポンプユニットの出力が自律的に最大に制御される。
【００２５】
また、大きな圧力を保持するが流量を必要としない場合、制御装置４は、図２の縦軸に略平行な最大圧力線ＭＰ１上の点の小流量を第２ポンプ２が吐出するように、可変速モータ３を低速で回転させて少ない吐出流量の状態で、圧力を最高設定圧力Ｐｍに保持する。したがって、可変速モータ３および第２ポンプ２は必要以上の回転速度で回転することが無くて、ロス馬力が少なくて省エネルギーを達成でき、かつ、騒音を低減できる。
【００２６】
一方、大きな流量を必要とするが圧力を必要としない場合、図２の横軸（圧力軸）に略平行な最大流量直線ＭＶ２上の点の小さな圧力に第１および第２ポンプ１，２の吐出圧力がなるように、制御装置４はインバータ部を介して可変速モータ３を回転させる。したがって、可変速モータ３並びに第１および第２ポンプ１，２は、必要以上の回転速度で回転することがなくなって、ロス馬力が少なくて省エネルギーを達成でき、かつ、騒音を低減できる。
【００２７】
以上のように、本実施形態のポンプユニットは、上記制御装置４によって可変速モータ３の回転数の制御および切換弁６の切換えが行なわれて、ポンプユニットの外部からの指令によることなく自律的に運転できる。したがって、このポンプユニットは、操作が容易である。また、外部からの指令を受けるための配線等が不要であるので、ポンプユニットの配線が少なくできて、このポンプユニットの設置場所の周りが簡潔に整理でき、また、ポンプユニットの設置作業が簡易にできる。
【００２８】
ここで、第２ポンプ２のみの吐出流体による運転時に、吐出圧力がＰｃよりも低下した場合、上記圧力センサ１７からの信号で吐出圧力の低下を検知した制御装置４は、上記切換弁６を切換える。すなわち、上記切換弁６のソレノイドに所定電圧を印加して弁を駆動させて、第１ポンプ１の吐出ライン５を第２ポンプ２の吐出ライン８に合流させる。そして、制御装置４は、可変速モータ３の回転数を制御して、合流された第１および第２ポンプ１，２の吐出流体が、その出力馬力が図２の最大馬力曲線ＭＨＰ２に載るように制御する。
【００２９】
一方、第１および第２ポンプ１，２の吐出流体による運転時に、吐出流量がＶｃよりも減少した場合、その吐出流量の減少をモータの回転数から検知した制御装置４は、上記切換弁６を切換える。すなわち、上記切換弁６のソレノイドの印加電圧を変更し、弁位置を変更して、上記第１ポンプ１の吐出ライン５を第２ポンプ２の吐出ライン８と分流する。そして、可変速モータ３の回転数を制御して、第１ポンプ１が分流された第２ポンプ２のみの吐出流体が、その出力馬力が図２の最大馬力曲線ＭＨＰ１上に載るように制御する。
【００３０】
本実施形態のポンプユニットは、上記切換弁６の分流状態から合流状態への切換えは吐出ライン８の吐出圧力に基いて行なう一方、合流状態から分流状態への切換えは吐出ライン８の吐出流量に基いて行なっている。すなわち、分流状態から合流状態への切換えと、合流状態から分流状態への切換えとを、互いに異なる検出対象に基いて行なっている。したがって、制御上の不感帯の幅が大きくなるので、この検出対象である圧力および流量が切換え基準値近傍で増減しても、切換弁６が合流と分流との間で頻繁に切換えられて不安定になることがない。その結果、吐出流体の流量および圧力のハンチングが防止できて、ポンプユニットの出力馬力が安定にできる。
【００３１】
本実施形態のポンプユニットは、上記設定入力部１９を介して入力される最大圧力または最大流量などの入力値を変えることによって、図２に示したパターンと異なるパターンの圧力−流量特性に基いて制御できる。図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、最大圧力、最大流量および最大馬力の入力値を変えて入力して得られる圧力−流量特性を例示した図である。この例示では、第１モードの部分と第２モードの部分とで互いに独立して最大馬力の値を設定すると共に、上記第１モードから第２モードに移る圧力値や、第２モードから第１モードに移る流量値などを互いに独立して設定している。このようにして、上記第１および第２モードについて、各々複数のモードが設定できるので、ポンプユニットが作動流体を供給するアクチュエータなどの特性に応じて、吐出流体の圧力−流量特性が適切に設定できる。したがって、このポンプユニットは、特性が異なる複数のアクチュエータに適切な圧力−流量特性で作動流体を供給でき、また、アクチュエータの複数の運転条件に対応できる。
【００３２】
上記実施形態では、可変速モータ３の回転数が、予め設定された設定回転数を下回ったときに、切換弁６を合流状態から分流状態に切換える一方、上記圧力センサ１７が検出する圧力が、予め設定された設定圧力を下回ったときに、上記切換弁６を分流状態から合流状態に切換えたが、この逆に制御されてもよい。すなわち、上記可変速モータ３の回転数が、予め設定された設定回転数を上回ったときに、上記切換弁６を分流状態から合流状態に切換える一方、上記圧力センサ１７が検出する圧力が、予め設定された設定圧力を上回ったときに、上記切換弁６を合流状態から分流状態に切換えてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、第１および第２ポンプ１，２はギヤポンプで構成したが、ギアポンプ以外のトロコイドポンプ、ベーンポンプまたはピストンポンプなどの他のポンプでもよく、固定容量型ポンプであればどのようなポンプでもよい。
【００３４】
上記実施形態では、圧力−流量特性線は、最大流量直線と最大馬力曲線と最高圧力直線とからなるが、最大馬力曲線に代えて斜線あるいは折れ線からなる擬似最大馬力線を用いてもよい。また、上記目標圧力−流量特性線は、動作上最も好ましい任意の曲線あるいは折れ線であってもよい。
【００３５】
また、上記実施形態では、上記設定入力部１９を介して最高設定圧力、最大設定流量、最大設定馬力などを設定するようにしたが、ＥＥＰＲＯＭあるいはフラッシュメモリを用いて、これらに最高設定圧力、最大設定流量、最大設定馬力を出荷後あるいは出荷前に書き込むようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、可変速モータ３の回転数から吐出流体の流量を求めたが、例えば吐出ライン８に流量計を配置して、吐出流体の流量を直接検出してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のポンプユニットによれば、大容量の第１固定容量型ポンプと、小容量の第２固定容量型ポンプと、上記第１および第２固定容量型ポンプを駆動する可変速モータと、上記第１固定容量型ポンプの吐出ラインを、上記第２固定容量型ポンプの吐出ラインに合流または分流させる切換弁と、上記第２固定容量型ポンプの吐出ラインの圧力を検出する圧力センサと、上記圧力センサからの信号と、上記可変速モータの回転数を表す信号とを受けて上記切換弁と可変速モータを制御して、上記第１固定容量型ポンプの吐出ラインを分流させて第１固定容量型ポンプをアンロードさせた状態で定馬力運転をする第１のモードと、上記第１固定容量型ポンプの吐出ラインを第２固定容量型ポンプの吐出ラインに合流させた状態で定馬力運転をする第２のモードとで運転を行なわせる制御装置とを備えるので、第１のモードでは小容量の上記第２固定容量型ポンプによって、比較的高圧の吐出圧力が得られ、第２のモードでは比較的小さい回転で比較的大きい流量が得られるから、従来におけるようなモータの大型化やポンプユニットの振動・騒音の増大が効果的に防止できる。また、上記制御装置によって吐出流体の流量および圧力が自律的に制御されるので、容易に操作でき、また、指令入力用の配線が省略できる。
【００３８】
請求項２の発明のポンプユニットによれば、請求項１に記載のポンプユニットにおいて、上記制御装置は、上記可変速モータの回転数が、予め設定された設定回転数を下回ったときに、上記切換弁を合流状態から分流状態に切換える一方、上記圧力センサが検出する圧力が、予め設定された設定圧力を下回ったときに、上記切換弁を分流状態から合流状態に切換えるので、切換弁の合流状態と分流状態との間で不安定になることが防止されて、作動流体の圧力や流量のハンチングが防止できる。また、上記制御装置によって、吐出流体の流量および圧力の制御と、上記切換弁の制御とが自律的に行なわれるので、ポンプユニットの操作がさらに容易になる。
【００３９】
請求項３の発明のポンプユニットによれば、請求項１に記載のポンプユニットにおいて、上記制御装置は、上記可変速モータの回転数が、予め設定された設定回転数を上回ったときに、上記切換弁を分流状態から合流状態に切換える一方、上記圧力センサが検出する圧力が、予め設定された設定圧力を上回ったときに、上記切換弁を合流状態から分流状態に切換えるので、切換弁の合流状態と分流状態との間で不安定になることが防止されて、作動流体の圧力や流量のハンチングが防止できる。また、上記制御装置によって、吐出流体の流量および圧力の制御と、上記切換弁の制御とが自律的に行なわれるので、ポンプユニットの操作がさらに容易になる。
【００４０】
請求項４の発明のポンプユニットによれば、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のポンプユニットにおいて、上記制御装置は、上記設定回転数および設定圧力を可変に設定入力して、上記第１モードと第２モードとを夫々複数のモードにする設定入力部を備えるので、ポンプユニットが流体を供給する機器の特性や運転条件などに適切に対応して運転できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態のポンプユニットを示す図である。
【図２】 設定入力部１９からの入力情報に基いて算出された圧力−流量特性を２次元座標に示した図である。
【図３】 図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、他の圧力−流量特性を例示した図である。
【図４】 従来のポンプユニットを示す図である。
【符号の説明】
１ 第１ポンプ
２ 第２ポンプ
３ 可変速モータ
４ 制御装置
５ 吐出ライン
６ 切換弁
８ 吐出ライン
１７ 圧力センサ
１９ 設定入力部

Claims (4)

1. 大容量の第１固定容量型ポンプ（１）と、
   小容量の第２固定容量型ポンプ（２）と、
   上記第１および第２固定容量型ポンプ（１，２）を駆動する可変速モータ（３）と、
   上記第１固定容量型ポンプ（１）の吐出ライン（５）を、上記第２固定容量型ポンプ（２）の吐出ライン（５）に合流または分流させる切換弁（６）と、
   上記第２固定容量型ポンプ（２）の吐出ライン（８）の圧力を検出する圧力センサ（１７）と、
   上記圧力センサ（１７）からの信号と、上記可変速モータ（３）の回転数を表す信号とを受けて、上記切換弁（６）と可変速モータ（３）を制御して、上記第１固定容量型ポンプ（１）の吐出ライン（５）を分流させて第１固定容量型ポンプ（１）をアンロードさせた状態で定馬力運転をする第１のモードと、上記第１固定容量型ポンプ（１）の吐出ライン（５）を第２固定容量型ポンプ（２）の吐出ライン（８）に合流させた状態で定馬力運転をする第２のモードとで運転を行なわせる制御装置（４）と
   を備えることを特徴とするポンプユニット。
2. 請求項１に記載のポンプユニットにおいて、
   上記制御装置（４）は、上記可変速モータ（３）の回転数が、予め設定された設定回転数を下回ったときに、上記切換弁（６）を合流状態から分流状態に切換える一方、上記圧力センサ（１７）が検出する圧力が、予め設定された設定圧力（Ｐｃ）を下回ったときに、上記切換弁（６）を分流状態から合流状態に切換えることを特徴とするポンプユニット。
3. 請求項１に記載のポンプユニットにおいて、
   上記制御装置（４）は、上記可変速モータ（３）の回転数が、予め設定された設定回転数を上回ったときに、上記切換弁（６）を分流状態から合流状態に切換える一方、上記圧力センサ（１７）が検出する圧力が、予め設定された設定圧力を上回ったときに、上記切換弁（６）を合流状態から分流状態に切換えることを特徴とするポンプユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のポンプユニットにおいて、
   上記制御装置（４）は、上記設定回転数および設定圧力を可変に設定入力して、上記第１モードと第２モードとを夫々複数のモードにする設定入力部（１９）を備えることを特徴とするポンプユニット。

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