JPH01312203A

JPH01312203A - 同期運転アクチュエータ

Info

Publication number: JPH01312203A
Application number: JP14044688A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 寛佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1989-12-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、広くはアクチュエータのコントロールシステ
ムに間するものであり、特に油圧ポンプのごとき液体圧
ポンプを回転させる回転駆動源を電気的回転制御器で制
御する電気的制御のアクチュエータに関するものである
。

就中、これを複数使用しそれらを同期運転するアクチュ
エータのコントロールシステムに関するものである。

［従来の技術］非圧縮性の液体圧を利用した液圧制御機器（以下油圧と
称す）において、機械的出力を得るためのアクチュエー
タの駆動方式は種々考案されている。その中で複数のア
クチュエータを同期運転するということは最も高級な制
御技術に属するものである。

また、この場合第３図に示すごとくにサーボ弁を使った
サーボコントロール方式が大部分をしめている。

すなわち、１台の原動１１１（電気モータ・内燃機関・
外燃機関等）に連結された油圧ポンプを油圧供給源とし
て、それにサーボ弁・アクチュエータ・運動量センサ（
変位・回転角・速度・加速度等）・加算器・サーボ増幅
器とから構成されるサーボコントロールユニットを複数
組接続し、それぞれ出力Ｐ０の運動量を検出して入力Ｅ
１と比較し、サーボ弁でアクチュエータに加えられる油
量および方向を制御する方式である。

これで判るように油圧供給源は１台で、それにより発生
した油圧を複数のサーボコントロールユニットに分配す
る方式となっている。また、油圧ポンプは常時定速で運
転し、サーボコントロールユニットを迅速に応答させる
ために油圧Ｐ、と油量ｑ、を常に発生させている。

［発明が解決しようとする課題］このために、サーボコントロールユニットが休止状態の
時は、原動機から加えられたエネルギーは全て無駄に捨
てられていることになる。

サーボ弁を使った制御方式は応答性が良好で、然も精密
な変位の制御も可能である。然しその反面、油の清浄度
（コンタミネーション）はＮＡＳ　Ｔ級程度を要求され
るので、運転前のフラッシング作業を欠かすことが出来
ない。

効率の面からは通常の使用状態では２０％程度であると
言われている。したがって、仕事に供されない残りの約
８０％のエネルギーは油温上昇のために使われ、そのた
めの放熱対策が必要となって来る。

［課題を解決するための手段］本発明にかかる同期運転アクチュエータは、以上の問題
点に鑑みて、そのサーボ弁に代えて電気的制御と成した
。さらに、それを複数台使用し、その同期運転が可能な
ように、その第１と第２および第５の発明は後のコント
ロールユニットの基本制御信号に先のコントロールユニ
ットの位置センサからの位置信号を用いたものであり、
その第３と第４および第６の発明は後のコントロールユ
ニットの基本制御信号に先のコントロールユニットのア
クチュエータと後のコントロールユニットのアクチュエ
ータとの間に設けられた傾斜センサからの傾斜信号を用
いたものである。

以下に、本発明にかかる同期運転アクチュエータの具体
的な構成を詳細に述べる。

まず、その第１の発明であるが、これは以下のコントロ
ールユニットからなる第１のコントロールユニットと、
同様に以下のコントロールユニットから成る第２のコン
トロールユニットとから成るものである。そして、第２
のコントロールユニットの基本制御信号は、第１のコン
トロールユニットの位置センサからの位置信号を用いた
ものである。

しかして、上記のコントロールユニットは以下のごとく
である。まず、加算器がある。この加算器は、基本制御
信号と後述の位置センサからの位置信号とを入力するも
のである。つぎに、電気的回転制御器がある。この電気
的回転制御器は、上記の加算器からの出力を入力するも
のである。そして、回転駆動源がある。この回転駆動源
は、上記の電気的回転制御器により制御されるものであ
る。さらに、両方向型液体圧ポンプがある。この両方向
型液体圧ポンプは、上記の回転駆動源により回転される
ものである。しかして、この両方向型液体圧ポンプに代
えて一方向型液体圧ポンプと液流方向切替弁であって上
記の電気的回転制御器により制御されているものとして
もよい。

さらに、アクチュエータがある。このアクチュエータは
、上記の液流切替弁または上記の両方向型液体圧モータ
からの液流で駆動されるものである。最後に、回転角度
センサまたは変位センサー等の位置センサがある。この
位置センサは、上記のアクチュエータに設けられたもの
である。

つぎに、その第２の発明の構成は、以下の点を除き上記
の第１の発明と同一である。したがって、以下の点以外
の構成は上記の第１の発明の詳細な説明をここに援用す
る。

すなわち、上記の第１の発明の電気的回転制御器はサー
ボ増幅器である。そして、回転駆動源はサーボモータで
ある。さらに、このサーボモータによめ回転されるポン
プは両方向型液体圧ポンプになっている。

そして、その第３の発′明の構成は、以下の点を除き上
記の第１の発明と同一である。したがって、以下の点以
外の構成は上記の第１の発明の詳細な説明をここに援用
する。

すなわち、その第２のコントロールユニットの基本制御
信号は、第１のコントロールユニットのアクチュエータ
と第２のコントロールユニットのアクチュエータとの間
に設けられた傾斜センサからの傾斜信号等の第１のコン
トロールユニットのアクチュエータと第２のコントロー
ルユニットのアクチュエータとの出力の運動量の偏差信
号を用いたものである。

さらに、その第４の発明の構成は、以下の点を除き上記
の第３の発明と同一である。したがって、以下の点以外
の構成は上記の第３の発明の詳細な説明をここに援用す
る。

すなわち、上記の第３の発明の電気的回転制御器はサー
ボ増幅器である。そして、回転駆動源はサーボモータで
ある。さらに、このサーボモータにより回転されるポン
プは両方向型液体圧ポンプになっている。

そして、その第５の発明の構成は、その液体圧ポンプに
可変容量型のものを用いた点を除き上記の第１の発明と
同一である。したがって、その点以外の構成は上記の第
１の発明の詳細な説明をここに援用する。

最後に、その第６の発明の構成は、その液体圧ポンプに
可変容量型のものを用いた点を除き上記の第３の発明と
同一である。したがって、その点以外の構成は上記の第
３の発明の詳細な説明をここに援用する。

［作　用］以下に、本発明にかかる同期運転アクチュエータの作用
を述べる。

しかして、その第１の発明の作用は、まず第２のコント
ロールユニットの基本制御信号は、第１のコントロール
ユニットの位置センサからの位置信号である。

しかして、上記のコントロールユニットは以下のごとく
に働く。すなわち、まず加算器が、基本制御信号と後述
の位置センサからの位置信号とを入力する。つぎに、電
気的回転制御器が、上記の加算器からの出力を入力する
。そして、回転駆動源が、上記の電気的回転制御器によ
り制御される。

さらに、両方向型液体圧ポンプが、上記の回転駆動源に
より回転される。しかして、この両方向型液体圧ポンプ
に代えて、一方向型液体圧ポンプと液流方向切替弁であ
って上記の電気的回転制御器により制御されているもの
としても同じ作用がなされる。さらに、アクチュエータ
が、上記の液流切替弁または上記の両方向型液体圧モー
タからの液流で駆動される。最後に、回転角度センサま
たは変位センサ等の位置センサが、上記のアクチュエー
タに設けられ、その位置信号を上記の加算器に入力する
。

つぎに、その第２の発明の作用は、以下の点を除き上記
の第１の発明と同一である。したがって、以下の点以外
の作用は上記の第１の発明の詳細な説明をここに援用す
る。

すなわち、上記の第１の発明の電気的回転制御器はサー
ボ増幅器であり、その回転駆動源はサーボモータである
ゆえに、サーボ制御となる。さらに、このサーボモータ
により回転されろポンプは両方向型液体圧ポンプになっ
ているゆえに、その液体流の方向がこの段階で決まる。

そして、その第３の発明の作用は、以下の点を除き上記
の第１の発明と同一である。したがって、以下の点以外
の作用は上記の第１の発明の詳細な説明をここに援用す
る。

すなわち、その第２のコントロールユニットの基本制御
信号は、第１のコントロールユニットのアクチュエータ
と第２のコントロールユニットのアクチュエータとの間
に設けられた傾斜センサからの傾斜信号等の第１のコン
トロールユニットのアクチュエータと第２のコントロー
ルユニットのアクチュエータとの出力の運動量の偏差信
号である。

ぎらに、その第４の発明の作用゛は、以下の点を除き上
記の第４の発明と同一である。したがって、以下の点以
外の作用は上記の第１の発明の詳細な説明をここに援用
する。

すなわち、上記の第３の発明の電気的回転制御器はサー
ボ増幅器であり、その回転駆動源はサーボモータである
ゆえに、サーボ制御となる。さらに、このサーボモータ
により回転されるポンプは両方向型液体圧ポンプになっ
ているゆえに、その液体流の方向がこの段階で決まる。

そして、その第５の発明の作用は、その液体圧ポンプに
可変容量型のものを用いた点を除き上記の第１の発明と
同一である。したがって、その点以外の作用は上記の第
１の発明の詳細な説明をここに援用する。

すなわち、その液体圧ポンプに可変容量型のものを用い
ているゆえに、そのポンプが無断変速となる。

最後に、その第６の発明の作用は、その液体圧ポンプに
可変容量型のものを用いた点を除き上記の第３の発明と
同一である。したがって、その点以外の作用は上記の第
３の発明の詳細な説明をここに援用する。

［実施例］以下に、本発明にかかる同期運転アクチュエータをその
一実施例を用いて添付の図面と共に詳細に説明する。

第１図は、本発明にかかる同期運転アクチュエータの一
実施例の油回路図である。

まず、前述のサーボ弁による欠点をなくすために以下の
方式を考えた。それは第２図のように加算器１１と２ト
サ一ボ増幅器１２と２２・サーボモータ１３と２３・油
圧ポンプ１４と２４・油圧モータ１５と２５またはシリ
ンダ等のアクチュエータ・運動量センサ１６と２６とか
ら構成される。

そして、これに電気信号入力Ｅ１をそれぞれの加算器１
】と２１にパラレルに印加し、それぞれサーボ増幅器１
２と２２を経由してそれぞれサーボモータ１３と２３を
駆動する。それぞれのサーボモータ１３と２３でそれぞ
れ油圧ポンプ１５と２５を駆動し、それぞれ得られた油
圧Ｐ、と曲選ｑ、によりｌ対ｌ　で配管されたアクチュ
エータを直接駆動する。

さらに、それぞれのアクチュエータからの機械的出力ｐ
、ｉとＰ、２をそれぞれの運動量センサ（変位・回転角
・速度・加速度等）１６と２６で検出し、それぞれの信
号をそれぞれ上記の加算器１１と２１へフィードバック
する。

このようにすることにより電気信号入力Ｅｌに比例した
機械出力Ｐ０を得ることが出来る。そして、そのセンサ
の出力を揃えることにより複数の出力Ｐ０は全て同じ働
きをすることになる。これはすわち、複数の機械的出力
が全て同期運転されたことになる。一方、アクチュエー
タが停止状態の時は油圧ポンプも停止しているために、
エネルギーの損失は無い。ただし、アクチュエータに静
止荷重がかかっている時はサーボモータも静止トルク　
（ＳＴＡＬＬ　ＴＯＲＱＵＥ）を発生している。

さらに、この油圧ポンプ１４と２４を可変容量型にする
と第４図と等価であると考えてよい。すなわち、サーボ
モータの出力を無段変速機にて変速して出力Ｐ０となし
たものと全く同じことである。その上、その配管を可撓
性のホースとすることによって、自由に曲げることの出
来るユニバーサルジョイン）Ｕまで兼ね備えた機械出力
軸とすることが出来る。ざらに、サーボモータの回転速
度の可変範囲と油圧ポンプの可変容量範囲は次式の如く
掛算で利いてくるため、非常に広範囲の油ｆｔ　ｏ、を
得ることが出来る。

これはすなわちアクチュエータを油圧モータとすると、
出力軸の回転速度を大幅に変化させることが出来る。こ
れは非常に広範囲な変速比を有する無段変速機である。

これにより出力軸の回転速度に関係無くサーボモータの
出力を常に一定にすることが可能となった。すなわち定
出力運転である。

同期をとる第２の方式は、第５図のごと＜Ｐ０！の運動
量を第１のセンサ１６により検出して第１１、−４　　
　　の加算器１１ヘフイードバツクすることは第１の方
式と同様である。そして、この信号を同時に第２の加算
器２１へ加える。つぎに、Ｐ、２の運動量をセンサ２で
検出し、これもこの加算器２１ヘフイードバツクする。

このようにすることによりこの第２の加算器２１は、機
械出力Ｐ、１とＰ、２の運動量を比較することになる。

したがって、制御信号入力Ｅｉに比例したＰｏｌとなり
、そのＰｏｔに追従してＰ、２が動き、結果的に同期運
転が行なわれたことになる。

第１、第２の方式は複数の出力軸それぞれに運動量セン
サを取り付け、それぞれの動きの絶対値制御を行なうこ
とである。

同期運転を必要とする場合必ずしも絶対値（ＡＨ５ＯＬ
ＵＴＥ）を必要とせず相対値（、ＩＮｃＲＥＭＥＮＴ）
制御ですませることもある。たとえば、可動橋の開閉の
ように開閉角度の精度はあまり必要としないが橋桁の水
平だけは正確に保ちたいという時は、開閉角度はマニュ
アルまたはリミットスイッチ程度の精度で設定し、橋桁
は２台のアクチュエータを精密に同期運転をして平衡を
保たせる場合を想定する。この問題を解決する為の方式
を説明する。

まず、第１図のように油圧ポンプとシリンダをそれぞれ
直結し各ロッドと橋桁を連結する。そして、入力Ｅｉに
よりシリンダＳ１を駆動する。すると、シリンダＳ１の
動きにつれて橋桁が傾斜する（または、そのシリンダロ
ッドと橋桁の角度が変化する）それを傾斜角センサ３６
（又は角度センサ）で検出し第２の加算器２１へ加える
。

これで、シリンダＳ１とＳｌのロッドの位置のずれを検
出したことになる。この傾斜センサの代わりに、シリン
ダのロッドとはり（桁）の角度を測定するセンサを用い
てもよい。これは、すなわち、Ｓｌと５２のロッドの突
き出し量の偏差分を検出することになる。斯様にして、
第２のサーボモータ２３は回転し、シリンダＳ２を駆動
してこの位置ずれを補正し終わると停止する。この場合
、このモータの制御はサーボ方式で説明したが、これは
通常の電動機と開閉器の組み合わせでもよい。

要するに、シリンダＳ１とＳｌの位置ずれを補正するた
めのフィードバックが成されていればよいことである。

以上説明したことは、−次元即ち一軸の制御と考えてよ
い。これを２つ用意して、二次元（２軸）制御とするこ
とも可能である。すなわち、平面を４分割しそれぞれの
対辺を２軸制御することによって平面のロールとピッチ
の平衡を保つことも出来る。

この応用例としては、ａ）プレスブレーキの金型の平行度を保つＨａｂ）船、
バス、車両等の交通様間のキャビンの平衡を保つ装置Ｃ）可動橋等の橋桁の平衡を保つ装置等がある。

今までは第６図のごとく電気モータで油圧ポンプを駆動
し、油圧ポンプとアクチュエータを２本の配管で接続し
た方式で説明して来たが、これは基本形を示したもので
あり、次に示す形のものでも動作は同じである。

すなわち、第７図に示す回路図のごとく、一方向吐出の
油圧ポンプと方向切換弁を組み合わせ、油圧ポンプ４ａ
の回転速度に比例した油量と、切換弁７によりその方向
を決定してもよい。

しかして、油圧ポンプは第６図と第７図共に定容量型で
も可変容量型でもよい。これを可変容量型にすると、動
力源の回転速度の変化分以上に油量の変動幅を拡大する
ことができる。電気モータに関しては、サーボ増幅機と
サーボモータの絹合せでモータの回転速度および方向を
制御する方式は基本形式である。これをインバータと交
流誘導モータに置き喚えても同じことである。

また、電気モータの代わりに内燃機関や外燃機関等の動
力源を使用してもよい。この時はアクチュエータの機械
的出力Ｐ。の運動量（変位・回転角・速度・加速度等）
をセンサにより検出し、加算機にフィードバックし、そ
れにより動力源の回転速度・出力等を制御することにな
る。

［発明の効果コ本発明にかかる同期運転アクチュエータは、以上のごと
き構成になしたゆえに、アクチュエータの同門運転が効
率よくてきた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の同期運転アクチュエータの一実施例
の油回路図である。第２図は、その別の発明の一実施例の油回路図である。第３図は、サーボ弁使用の従来のコントロールユニット
の油回路図である。第４図は、その別な実施例の一部油回路図を示したもの
である。第５図は、本発明の同期運転アクチュエータの別な発明
の一実施例の油回路図を示したものである。第６図は、そのサーボモータ付近の油回路図を示したも
のである。第７図は、その別な発明のサーボモータ付近の油回路図
である。１１１２・・・加算器１２．２２・・・サーボアンプｌ３．２３・・・サーボモータ１４．２４・・・油圧ポンプ１５．２５・・・油圧モータ１６．２６・・・センサＳｌ、Ｓ２・・・油圧シリンダ４ａ・・・一方向吐出の油圧ポンプ７・・・方向切換弁

Claims

【特許請求の範囲】

（１）以下のコントロールユニットからなる第１のコン
トロールユニットと、同様に以下のコントロールユニッ
トから成る第２のコントロールユニットとから成るもの
であつて、第２のコントロールユニットの基本制御信号
は第１のコントロールユニットの位置センサからの位置
信号を用いたもの、より構成されることを特徴とした同
期運転アクチュエータ。上記のコントロールユニットは；基本制御信号と後述の
位置センサからの位置信号とを入力する加算器、該加算
器からの出力を入力する電気的回転制御器、該電気的回
転制御器により制御される回転駆動源、該回転駆動源に
より回転される両方向型液体圧ポンプまたは一方向型液
体圧ポンプと液流方向切替弁であって上記の電気的回転
制御器により制御されているもの、該液流切替弁または
上記の両方向型液体圧モータからの液流で駆動されるア
クチュエータ、該アクチュエータに設けられた回転角度
センサまたは変位センサ等の位置センサ；より成る。
（２）以下のコントロールユニットからなる第１のコン
トロールユニットと、同様に以下のコントロールユニッ
トから成る第２のコントロールユニットとから成るもの
であって、第２のコントロールユニットの基本制御信号
は第１のコントロールユニットの位置センサからの位置
信号を用いたもの、より構成されることを特徴とした同
期運転アクチュエータ。上記のコントロールユニットは；基本制御信号と後述の
位置センサからの位置信号とを入力する加算器、該加算
器からの出力を入力するサーボ増幅器、該サーボ増幅器
により制御されるサーボモータ、該サーボモータにより
回転される両方向型液体圧ポンプ、該両方向型液体圧モ
ータからの液流で駆動されるアクチュエータ、該アクチ
ュエータに設けられた回転角度センサまたは変位センサ
等の位置センサ；より成る。
（３）以下のコントロールユニットからなる第１のコン
トロールユニットと、同様に以下のコントロールユニッ
トから成る第２のコントロールユニットとから成るもの
であって、第２のコントロールユニットの基本制御信号
は第１のコントロールユニットのアクチュエータと第２
のコントロールユニットのアクチュエータとの間に設け
られた傾斜センサからの傾斜信号等の第１のコントロー
ルユニットのアクチュエータと第２のコントロールユニ
ットのアクチュエータとの出力の運動量の偏差信号を用
いたもの、より構成されることを特徴とした同期運転アクチュエー
タ。上記のコントロールユニットは；基本制御信号と後述の
位置センサからの位置信号とを入力する加算器、該加算
器からの出力を入力する電気的回転制御器、該電気的回
転制御器により制御される回転駆動源、該回転駆動源に
より回転される両方向型液体圧ポンプまたは一方向型液
体圧ポンプと液流方向切替弁であって上記の電気的回転
制御器により制御されているもの、該液流切替弁または
上記の両方向型液体圧モータからの液流で駆動されるア
クチュエータ、該アクチュエータに設けられた回転角度
センサまたは変位センサ等の位置センサ；より成る。
（４）以下のコントロールユニットからなる第１のコン
トロールユニットと、同様に以下のコントロールユニッ
トから成る第２のコントロールユニットとから成るもの
であって、第２のコントロールユニットの基本制御信号
は第１のコントロールユニットのアクチュエータと第２
のコントロールユニットのアクチュエータとの間に設け
られた傾斜センサからの傾斜信号等の第１のコントロー
ルユニットのアクチュエータと第２のコントロールユニ
ットのアクチュエータとの出力の運動量の偏差信号を用
いたもの、より構成されることを特徴とした同期運転アクチュエー
タ。上記のコントロールユニットは；基本制御信号と後述の
位置センサからの位置信号とを入力する加算器、該加算
器からの出力を入力するサーボ増幅器、該サーボ増幅器
により制御されるサーボモータ、該サーボモータにより
回転される両方向型液体圧ポンプ、該両方向型液体圧モ
ータからの液流で駆動されるアクチュエータ、該アクチ
ュエータに設けられた回転角度センサまたは変位センサ
等の位置センサ；より成る。
（５）以下のコントロールユニットからなる第１のコン
トロールユニットと、同様に以下のコントロールユニッ
トから成る第２のコントロールユニットとから成るもの
であって、第２のコントロールユニットの基本制御信号
は第１のコントロールユニットの位置センサからの位置
信号を用いたもの、より構成されることを特徴とした同
期運転アクチュエータ。上記のコントロールユニットは；基本制御信号と後述の
位置センサからの位置信号とを入力する加算器、該加算
器からの出力を入力する電気的回転制御器、該電気的回
転制御器により制御される回転駆動源、該回転駆動源に
より回転される可変容量型の両方向型液体圧ポンプまた
は可変容量型の一方向型液体圧ポンプと液流方向切替弁
であって上記の電気的回転制御器により制御されている
もの、該液流切替弁または上記の両方向型液体圧モータ
からの液流で駆動されるアクチュエータ、および該アク
チュエータに設けられた回転角度センサまたは変位セン
サ等の位置センサ；より成る。
（６）以下のコントロールユニットからなる第１のコン
トロールユニットと、同様に以下のコントロールユニッ
トから成る第２のコントロールユニットとから成るもの
であって、第２のコントロールユニットの基本制御信号
は第１のコントロールユニットのアクチュエータと第２
のコントロールユニットのアクチュエータとの間に設け
られた傾斜センサからの傾斜信号を用いたもの、より構
成されることを特徴とした同期運転アクチュエータ。上記のコントロールユニットは；基本制御信号と後述の
位置センサからの位置信号とを入力する加算器、該加算
器からの出力を入力する電気的回転制御器、該電気的回
転制御器により制御される回転駆動源、該回転駆動源に
より回転される可変容量型の両方向型液体圧ポンプまた
は可変容量型の一方向型液体圧ポンプと液流方向切替弁
であって上記の電気的回転制御器により制御されている
もの、該液流切替弁または上記の両方向型液体圧モータ
からの液流で駆動されるアクチュエータ、および該アク
チュエータに設けられた回転角度センサまたは変位セン
サ等の位置センサ；より成る。