流体圧ユニット
【課題】電動流体圧ポンプのモータをインバータ回路で速度制御する流体圧ユニットにおいて、回生抵抗の小型化を図る。
【解決手段】流体のタンク（16）、インバータ回路（31）、電動流体圧ポンプ（11）を備えた油圧ユニットにおいて、電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）からタンク（16）に繋がるバイパスライン（101）を設ける。バイパスライン（101）には、絞り弁（103）、及び吐出ポート（D）とタンク（16）間の流体の流れを、吐出ポート（D）が正圧の場合は阻止し、吐出ポート（D）が負圧の場合はタンク（16）から吐出ポート（D）に向かう流れを、連通もしくは、阻止の選択を行う機能を有する制御弁（102,104）を設け、流体エネルギーに変換された運動エネルギーの一部もしくは全量を、絞り弁（103）での圧力損失により熱変換する。
【解決手段】流体のタンク（16）、インバータ回路（31）、電動流体圧ポンプ（11）を備えた油圧ユニットにおいて、電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）からタンク（16）に繋がるバイパスライン（101）を設ける。バイパスライン（101）には、絞り弁（103）、及び吐出ポート（D）とタンク（16）間の流体の流れを、吐出ポート（D）が正圧の場合は阻止し、吐出ポート（D）が負圧の場合はタンク（16）から吐出ポート（D）に向かう流れを、連通もしくは、阻止の選択を行う機能を有する制御弁（102,104）を設け、流体エネルギーに変換された運動エネルギーの一部もしくは全量を、絞り弁（103）での圧力損失により熱変換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータなどの負荷を駆動する作動流体を供給する流体圧ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流体圧ポンプによって流体を圧送してアクチュエータを駆動させる流体圧ユニットが知られている。この種の流体圧ユニットとして、例えば特許文献１に油圧ユニットが開示されている。この油圧ユニットは、油圧ポンプ（流体圧ポンプ）と、油圧シリンダ（アクチュエータ）と、タンクとを備えている。油圧ポンプは、可変速のモータによって駆動されることにより、タンクから作動油を吸入して油圧シリンダへ圧送する。これにより、油圧シリンダが駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１４５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、油圧ユニットには、油圧ポンプ用のモータをインバータ回路で駆動するものがある。このような油圧ユニットでは、アクチュエータ（負荷）を減速する際に、該負荷の慣性による運動エネルギーによってモータの速度が目標速度を上回る状態（いわゆる自走状態）となることがある。自走状態では、油圧ポンプの吐出圧力は負圧となる。そして、自走状態では、モータは、回転方向に対して負のトルクを発生させる必要が生じて回生運転を行う。モータが回生運転を行うと、モータは発電機として機能し、電力を発生する。そのため、モータをインバータ回路で速度制御する油圧ユニットには、過電圧からインバータ回路などを保護するために、回生抵抗によって電力を消費させるものがある。この回生抵抗は、回生運転時に非常に大きな熱を発生させる。
【０００５】
上述の回生抵抗は油圧ユニット用の制御盤内に設置させることが多く、制御盤内の温度を上昇させ、他の部品へ熱の影響が及ぶ可能性がある。そのため、回生抵抗の周囲には他の部品を配置しないようにして空間を開けておく必要があり、そのような配置は、装置の大型化の要因になる。また、比較的慣性が大きな負荷を油圧ユニットに接続するためには、回生抵抗もそれに応じて大型化する必要があり、この点も装置の大型化の要因になる。
【０００６】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、モータをインバータ回路で駆動する流体圧ユニットにおいて、回生抵抗の小型化を図ることを目的としている。
【０００７】
また、コンバータ回路は交流電源から得た電力を直流に変換する機能のみを有するものが一般的であるが、直流母線の電圧が上昇した場合に、直流から交流への逆変換を行い交流電源に電力を回生する機能を有するものがある（以降、簡略化のため、電源回生付コンバータと記する）。このようなコンバータを使用する場合、モータの回生運転により発生する最大電力を電源に回生するだけの容量を有している必要がある。しかしながら、モータから最大電力が回生される頻度が低い場合では、電源に回生される実電力量は少なくなり、コストパフォーマンスの悪いシステムとなっている。
【０００８】
本発明は、このような問題においても、電源回生付コンバータの最大回生電力容量の低いものを適用することを可能とし、装置の小型化およびコストパフォーマンスの向上させることも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、第１の発明は、
流体のタンク（16）と、
電力を出力するインバータ回路（31）と、
前記インバータ回路（31）の電力で速度制御され、前記タンク（16）から流体を吸入して吐出し、該流体の圧力で負荷を駆動する電動流体圧ポンプ（11）と、
前記電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）から前記タンク（16）に繋がるバイパスライン（101）とを備え、
前記バイパスライン（101）には、絞り弁（103）、及び前記吐出ポート（D）と前記タンク（16）間の流体の流れを、吐出ポート（D）が正圧の場合は阻止し、吐出ポート（D）が負圧の場合はタンク（16）から吐出ポート（D）に向かう流れを、連通もしくは、阻止の選択を行う機能を有する制御弁（102,104）が設けられており、流体エネルギーに変換された運動エネルギーの一部もしくは全量を、前記絞り弁（103）での圧力損失により熱変換することを特徴とする。
【００１０】
この構成では、吐出ポート（D）が正圧の場合は、回生アシスト油圧回路（100）は作動しない。負荷の減速などにより吐出ポート（D）が負圧になった時、流体動力は、タンク（16）から回生アシスト油圧回路（100）を経由して供給される流れと、電動流体圧ポンプ（11）を経由して供給される流れとに分配される。回生アシスト油圧回路（100）では、圧力損失により流体動力は熱変換され、電動流体圧ポンプ（11）では回転力に変換された後に、電動流体圧ポンプ（11）のモータ（12）を通じて発電され、回生抵抗（24）で熱変換して消費される。
【００１１】
また、第２の発明は、
第１の発明の流体圧ユニットにおいて、
前記制御弁（102,104）は、チェックバルブ（102）又は電磁弁（104）であることを特徴とする。
【００１２】
この構成では、例えば、電磁弁（104）が必要に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御され、電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）と前記タンク（16）間の流体の流れを制御する。
【００１３】
また、第３の発明は、
第１の発明の流体圧ユニットにおいて、
前記バイパスライン（101）は、複数設けられ、
それぞれのバイパスライン（101）に、前記絞り弁（103）及び前記制御弁（104）が設けられ、
それぞれの制御弁（104）は、開閉制御可能であることを特徴とする。
【００１４】
この構成では、複数のバイパスライン（101）を使い分けることで、アシスト量（後述）を調整することが可能になる。
【００１５】
また、第４の発明は、
第１の発明の流体圧ユニットにおいて、
前記絞り弁（103）は、絞り量が可変であることを特徴とする。
【００１６】
この構成では、絞り弁（103）の絞り量を調整することでアシスト量（後述）を調整することが可能になる。
【００１７】
また、第５の発明は、
第４の発明の流体圧ユニットにおいて、
電磁比例絞り弁（105）で、前記制御弁（104）と前記絞り弁（103）の両者を兼ねることを特徴とする。
【００１８】
この構成では、１つの電磁比例絞り弁（105）を油圧配管（14）で接続することで回生アシスト油圧回路（100）が構成される。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、回生抵抗（24）の小型化、もしくは電源回生付コンバータの容量低減が可能になる。
【００２０】
また、第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、例えば、前記制御弁（102,104）として電磁弁（104）を採用した場合には、該電磁弁（104）によって、必要に応じて回生アシスト油圧回路の作動の有無を選択することが可能になる。
【００２１】
また、第３、４の発明によれば、それぞれ、アシスト量を調整できるので、回生電力量に応じた最適なアシスト量で、回生アシスト油圧回路（100）を動作させることが可能になる。
【００２２】
また、第５の発明によれば、簡単な構成で、アシスト量が可能な回生アシスト油圧回路（100）を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る油圧ユニットの全体構成を示す油圧回路図である。
【図２】図２は、実施形態１における電力供給部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施形態２における回生アシスト油圧回路の構成を示す図である。
【図４】図４は、実施形態２のコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施形態２における回生アシスト油圧回路の動作を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、実施形態３における回生アシスト油圧回路の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施形態３におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施形態３における回生アシスト油圧回路の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、実施形態４における回生アシスト油圧回路の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態４におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、実施形態４における回生アシスト油圧回路の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は、油圧ポンプの吐出圧力を加味して回生アシストの要否判定を行うシステムの回生アシスト油圧回路の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２５】
《発明の実施形態１》
以下の各実施形態では、本発明の流体圧ユニットの例として、油圧ユニットを説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る油圧ユニット（10）の全体構成を示す油圧回路図である。この油圧ユニット（10）は、例えばマシニングセンタ等の工作機械に用いられる。工作機械は、図示しないが、例えばチャック、心押台クランプ、刃物台クランプ等のように、ワークや工具を固定する複数の固定装置（駆動対象）を有し、これら固定装置をアクチュエータ（後述の油圧シリンダ（13））で駆動する。なお、ここでは、ワークをチャッキングするチャックを駆動するものとして説明するが、他の心押台クランプ等を駆動する場合でも同様の動作および制御が行われる。
【００２６】
図１に示すように、油圧ユニット（10）は、油圧ポンプ（11）、モータ（12）、方向切換弁（15）、油タンク（16）、リリーフ弁（25）、回生アシスト油圧回路（100）、主機制御盤（20）、及びコントローラ（21）を備え、油圧シリンダ（13）に接続されている。なお、油圧シリンダ（13）は、工作機械のチャックを駆動するもので、油圧ポンプ（11）から吐出された作動油が供給されて駆動する流体圧アクチュエータの一例である。この油圧シリンダ（13）は、ピストンによって区画されたヘッド室（13a）およびロッド室（13b）を有している。油圧シリンダ（13）のヘッド室（13a）およびロッド室（13b）と、油圧ポンプ（11）の吐出側および油タンク（16）とは、油圧配管（14）によって接続されている。そして、油圧シリンダ（13）は、ヘッド室（13a）に作動油が供給されると、伸長動作してチャックを閉じる動作を行う。また、油圧シリンダ（13）は、ロッド室（13b）に作動油が供給されると、収縮動作してチャックを開く動作を行う。
【００２７】
油圧ポンプ（11）は、流体としての作動油を油タンク（16）から吸入して吐出する電動流体圧ポンプを構成している。この油圧ポンプ（11）は、例えばギアポンプ、トロコイドポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ等の固定容量型ポンプで構成されている。
【００２８】
モータ（12）は、油圧ポンプ（11）を駆動する可変速モータである。このモータ（12）は、自身に内蔵されている回転速度制御用エンコーダ（図示せず）により油圧ポンプ（11）の吐出流量に相当する回転速度を検出している。
【００２９】
方向切換弁（15）は、油圧配管（14）の途中に設けられ、該油圧配管（14）を連通状態と遮断状態とに切り換えるように構成されている。この方向切換弁（15）は、第１および第２の２つの電磁ソレノイド（15a,15b）を有する４ポート３位置スプリングセンタ式電磁切換弁である。方向切換弁（15）は、４ポートのうち、Ａポートが油圧シリンダ（13）のヘッド室（13a）に、Ｂポートが油圧シリンダ（13）のロッド室（13b）に、Ｐポートが油圧ポンプ（11）の吐出側に、Ｒポートが油タンク（16）にそれぞれ油圧配管（14）を介して連通している。
【００３０】
方向切換弁（15）は、各電磁ソレノイド（15a,15b）のＯＮ／ＯＦＦ動作によって、中立位置と第１位置と第２位置とに切り換わる。方向切換弁（15）は、中立位置では４つのポートが互いに遮断状態になり、第１位置ではＰポートとＡポートが連通し且つＢポートとＲポートが連通し、第２位置ではＰポートとＢポートが連通し且つＡポートとＲポートが連通する。
【００３１】
リリーフ弁（25）は、油圧ポンプ（11）の吐出側の油圧配管（14）と油タンク（16）との間に設けられ、油圧ポンプ（11）の吐出圧力が所定値以上になると、油圧ポンプ（11）が吐出した作動油を油タンク（16）に戻すようになっている。
【００３２】
回生アシスト油圧回路（100）は、バイパスライン（101）、チェックバルブ（102）、及び絞り弁（103）を備えている。バイパスライン（101）は、電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）に繋がる油圧配管（14）から、タンク（16）に繋がる油圧配管である。このバイパスライン（101）の途中には、チェックバルブ（102）と絞り弁（103）とが設けられている。チェックバルブ（102）は、吐出ポート（D）からタンク（16）への作動油の逆流を防止するものである。このチェックバルブ（102）は、本発明の制御弁の一例である。
【００３３】
主機制御盤（20）は、工作機械を制御するためのもので、方向切換弁（15）を切換制御してチャックを動作させるものである。つまり、主機制御盤（20）は、加工状況に応じて方向切換弁（15）の各電磁ソレノイド（15a,15b）を駆動制御する。これにより、方向切換弁（15）が各位置（中立位置、第１位置、第２位置）に切り換わる。
【００３４】
コントローラ（21）は、インバータ制御部（22）、電力供給部（23）、及び回生抵抗（24）を備えている。
【００３５】
図２は、本実施形態における電力供給部（23）の構成を示すブロック図である。図２に示すように、電力供給部（23）は、コンバータ回路（30）とインバータ回路（31）を備えている。コンバータ回路（30）は、交流電源（例えば２００Ｖの三相交流）に接続され、交流を直流に変換する。インバータ回路（31）は、コンバータ回路（30）の出力をインバータ制御部（22）の制御に応じた電力に変換してモータ（12）に供給する。また、電力供給部（23）は、モータ（12）に制動を加えた際に、該モータ（12）から電力が回生されるようになっている。回生された電力は、コンバータ回路（30）（例えば平滑コンデンサ）で回生できる量は、該コンバータ回路（30）に回生する。また、電力供給部（23）には、回生抵抗（24）が接続されている。回生抵抗（24）は、コンバータ回路（30）に回生できない電力を熱に変換する。
【００３６】
インバータ制御部（22）は、負荷状態に合わせて、モータ（12）を駆動制御する。具体的には、インバータ回路（31）に対して回転数指令（S0）を出力して、インバータ回路（31）の出力周波数を制御する。
【００３７】
〈油圧ユニットの動作〉
ここでは、工作機械のチャックを閉じ動作させて加工物等を固定し（掴み）、チャックを開き動作させて加工物等を放す動作を例として説明する。
【００３８】
インバータ制御部（22）は、油圧ポンプ（11）の吐出圧力が予め定めた設定圧力、設定流量になるように、モータ（12）の回転数を駆動制御する。待機状態では方向切換弁（15）は中立状態にあり、油圧ポンプ（11）の回転数は油圧回路の漏れ流量を補う程度の低い状態であり、吐出圧力は設定圧力で保圧されている。
【００３９】
チャックを閉じる時、方向切換弁（15）が第１位置に切り換わり、油圧ポンプ（11）から油圧シリンダ（13）のヘッド室（13a）に作動油が供給される。油圧ポンプ（11）の吐出圧力は急激に低下する一方、油圧ポンプ（11）の運転回転数は、設定流量まで急速に急激に増大した後、設定流量で駆動されることで油圧シリンダ（13）は一定速度で駆動される。そして、チャックが加工物を掴んだことで、シリンダの動きは停止し、油圧ポンプ（11）の吐出圧力は設定圧力まで上昇し、この圧力を維持するように油圧ポンプ（11）の回転数は低下し、待機状態と同様に保圧状態となる。この状態での油圧ポンプ（11）の吐出圧力は正圧である。
【００４０】
また、チャックを開く時、上記状態から方向切換弁（15）が第２位置に切り換わり、油圧ポンプ（11）から油圧シリンダ（13）のヘッド室(13b)に作動油が供給され、シリンダは後退方向に移動を開始する。シリンダ停止までの油圧ポンプ（11）の作動については、チャック閉の場合と同様である。
【００４１】
−油圧シリンダ制動時の動作−
例えば、チャックを開状態から閉状態にする際、加工物に傷をつけないようにソフトに掴む必要がある場合などにおいては、加工物近くまでは時間短縮のため高速に移動し、チャックを低速で加工物に触れされる必要がある。このような場合、油圧シリンダ（13）の作動開始時の作動は前述と同様である。しかし、ソフトタッチのために油圧シリンダ（13）が目標位置（すなわちチャックの開位置）に近づくと、インバータ制御部（22）は、インバータ回路（31）より出力する周波数を低下させる。
【００４２】
これにより、モータ（12）の回転速度は減速してゆく。すなわち、モータ（12）は、インバータ回路（31）の電力で駆動されている。このとき、モータ（12）は、油圧シリンダ（13）の慣性による運動エネルギーによって、速度が目標速度を上回る状態（いわゆる自走状態）となることがある。モータ（12）が自走状態の場合は、油圧ポンプ（11）の吐出圧力は負圧となる。そして、自走状態では、モータ（12）は、回転方向に対して負のトルクを発生させる必要が生じて回生運転を行う。すなわち、このときのモータ（12）は発電機として機能し、モータ（12）で発電した電力が電力供給部（23）に回生される。電力供給部（23）に回生された電力は、コンバータ回路（30）に回生され、コンデンサなどによって吸収されるが、直流母線の電圧が規定値以上になった場合、回生抵抗（24）へ通電させることにより、熱変換されて消費される。
【００４３】
一方、回生アシスト油圧回路（100）では、油圧ポンプ（11）の吐出圧力が負圧となったことによって、油タンク（16）の作動油が、バイパスライン（101）の絞り弁（103）とチェックバルブ（102）を経由して油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）側の油圧配管（14）に引き込まれる。このように、作動油が絞り弁（103）を通過することによって、作動油の運動エネルギーが熱に変わる。つまり、負荷の慣性による運動エネルギーが、ここでも熱に変換されたことになる。
【００４４】
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態では、負荷の減速時に、回生抵抗（24）と回生アシスト油圧回路（100）が分担して運動エネルギーの熱変換を行う。したがって、本実施形態では、回生抵抗（24）の小型化、もしくは削除が可能になる。
【００４５】
また、電源回生付コンバータを適用したシステムにおいては、コンバータの回生容量の低減が可能となる。
【００４６】
《発明の実施形態２》
実施形態２の油圧ユニット（10）は、コントローラ（21）、及び回生アシスト油圧回路（100）の構成が実施形態１とは異なっている。なお、以下では、説明の便宜のため、回生運転時の運動エネルギーを熱に変換することを回生制動という。
【００４７】
〈回生アシスト油圧回路（100）の構成〉
図３は、実施形態２における回生アシスト油圧回路（100）の構成を示す図である。図３に示すように、この回生アシスト油圧回路（100）は、バイパスライン（101）、絞り弁（103）、及び電磁弁（104）を備えている。絞り弁（103）と電磁弁（104）は、何れもバイパスライン（101）の途中に設けられている。すなわち、本実施形態の回生アシスト油圧回路（100）は、実施形態１の回生アシスト油圧回路（100）におけるチェックバルブ（102）を電磁弁（104）に代えたものである。
【００４８】
電磁弁（104）は、コントローラ（21）（詳しくは後述の回生アシスト駆動部（113））によって、開閉が制御される。油圧ポンプ（11）の吐出圧力が負圧、かつ電磁弁（104）が開状態の場合に回生制動が行われ、閉の場合には回生制動は行われない。この電磁弁（104）は、本発明の制御弁の一例である。
【００４９】
〈コントローラ（21）の構成〉
図４は、実施形態２のコントローラ（21）の構成を示すブロック図である。このコントローラ（21）は、実施形態１のコントローラ（21）に、駆動頻度検出部（110）、回生負荷状態検出部（111）、回生アシスト判断部（112）、及び回生アシスト駆動部（113）を追加したものである。
【００５０】
駆動頻度検出部（110）は、回生抵抗（24）による回生制動の頻度（回生抵抗駆動頻度）を検出するようになっている。
【００５１】
回生負荷状態検出部（111）は、前記回生抵抗駆動頻度、及び回生抵抗（24）の温度に基づいて、回生抵抗（24）が過負荷状態か否かを判定する。回生負荷状態検出部（111）は、判定結果を示す信号（過負荷状態信号（S2））を回生アシスト判断部（112）に出力する。具体的には、回生抵抗（24）の温度が所定閾値を超えた場合や、前記回生抵抗駆動頻度が所定閾値を超えた場合などに回生抵抗（24）が過負荷状態であると判断する。なお、回生抵抗（24）の温度は、例えばサーミスタやバイメタルなどで検出する。
【００５２】
インバータ制御部（22）は、モータの目標回転数と現在回転数の関係、もしくはモータトルクの指令状態などを元に、回生アシスト判断部（112）に回生運転状態情報（回生電力量など）を出力する。
【００５３】
コンバータ回路（30）は、通常は交流電源を整流平滑してインバータ回路へ直流電力を供給している。モータが回生運転して回生電力の発生時はコンバータ回路（30）に内蔵されているコンデンサによって吸収し、次のモータ力行時に電力を再利用することで省電力化を図る。しかしながら、直流母線の電圧が規定値以上になった場合、回生抵抗（24）へ通電させることにより、熱変換して消費する。
【００５４】
また、コンバータ回路（30）が電源回生付コンバータである場合、電源回生可能な電力量の情報を回生アシスト判断部（112）に出力している。
【００５５】
回生アシスト駆動部（113）は、回生アシスト判断部（112）の判断結果に応じて電磁弁（104）を駆動するようになっている。
【００５６】
〈油圧シリンダ制動時の動作〉
本実施形態では、一般的なコンバータ回路（電源回生が無いもの）を例にあげると、回生アシスト判断部（112）は、インバータ制御部（22）からの回生運転情報が回生電力発生となった場合に回生アシスト駆動部（113）に指令し、回生アシスト油圧回路（100）の電磁弁を励磁させることでアシスト回生アシスト油圧回路（100）を連通させて、回生制動を行わせる。
【００５７】
また、電源回生付コンバータを適用している場合においては、インバータ制御部（22）からの回生運転情報から得られる回生電力量がコンバータ回路（30）の電源回生容量を超えると判断した時に、回生アシスト駆動部（113）に指令し、回生アシスト油圧回路（100）の電磁弁を励磁させることでアシスト回路を連通させて、回生制動を行わせる。
【００５８】
図５は、本実施形態における回生アシスト油圧回路（100）の動作を説明するフローチャートである。同図に示すように、コントローラ（21）は、まず、ステップＳＴ０１の処理を行う。ステップＳＴ０１では、駆動頻度検出部（110）が、回生抵抗（24）の負荷状態を検出する。ステップＳＴ０２では、回生アシスト判断部（112）がインバータ制御部（22）からの回生運転情報の１つである回生電力量が０以下（回生状態でない）の場合にはステップＳＴ０６の処理に移行する。ステップＳＴ０６では、回生アシスト判断部（112）が、回生アシスト駆動部（113）を介して、回生アシスト油圧回路（100）の電磁弁（104）を閉状態にする。これにより、回生アシスト油圧回路（100）は回生制動を行わない。
【００５９】
また、ステップＳＴ０２において回生電力量＞０（回生電力あり）の場合は、ステップＳＴ０３に移行する。
【００６０】
ステップＳＴ０３では、回生電力量とコンバータ回路（30）の電源回生可能電力との比較が行われ、回生電力の全てが電源回生可能であると判断された場合は、ステップＳＴ０６に移行し、回生アシスト油圧回路（100）は回生制動を行わない。また、回生電力の全てを電源回生できないと判断された場合は、ステップＳＴ０４に移行する。
【００６１】
ここで、電源回生機能を有しないコンバータ回路を使用している場合は、電源回生可能電力＝０として取り扱うことで、同じフローチャートを使用することができる。
【００６２】
ステップＳＴ０４では、ステップＳＴ０１で取得した回生抵抗の状態が過負荷状態であった場合、ステップＳＴ０７に移行し、そうでない場合はステップＳＴ０５に移行する。
【００６３】
ステップＳＴ０５では、回生抵抗が通電状態であればステップＳＴ０７に移行し、そうでない場合はステップＳＴ０６に移行して回生アシスト油圧回路（100）は回生制動を行わない。
【００６４】
ステップＳＴ０７では、回生アシスト駆動部（113）を介して電磁弁（104）を駆動し、回生アシスト油圧回路（100）を連通させる。これにより、油タンク（16）の作動油が、電磁弁（104）と絞り弁（103）を経由して油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）側の油圧配管（14）に引き込まれる。このように、作動油が絞り弁（103）を通過することによって、作動油の運動エネルギーが熱に変わる。つまり、負荷の慣性による運動エネルギーが、熱変換される。
【００６５】
〈本実施形態における効果〉
実施形態１では、回生アシスト油圧回路（100）の作動は油圧ポンプ（11）の吐出圧力(D)によって決定され、吐出圧力(D)が負圧となった場合は、常に慣性による運動エネルギーを回生アシスト油圧回路（100）で熱変換して消費する。本実施形態では、コンバータ部(30)に内蔵されるコンデンサで吸収可能な限りは、モータ（12）を介して発電して電力として蓄積した上で次のモータ（12）の力行において再利用し、それを超えて回生抵抗で熱変換される状態になった場合のみ回生アシスト油圧回路（100）により消費させることが可能となり、第１の実施形態での回生抵抗（24）の小型化のメリットはそのままに省エネ性が増すことが可能である。
【００６６】
《発明の実施形態３》
実施形態３の油圧ユニット（10）は、コントローラ（21）、及び回生アシスト油圧回路（100）の構成が実施形態２とは異なっている。
【００６７】
〈回生アシスト油圧回路の構成〉
図６は、実施形態３における回生アシスト油圧回路（100）の構成を示す図である。図６に示すように、本実施形態の回生アシスト油圧回路（100）は、複数のバイパスライン（101）を備えている。図６は、２つのバイパスライン（101）を設けた例である。それぞれのバイパスライン（101）の途中には、電磁弁（104）と絞り弁（103）が設けられている。本実施形態では、これらの絞り弁（103）は、異なる絞り径を有しており、回生アシストの必要量に応じて、いずれかの電磁弁が通電される。なお、両方の電磁弁を同時に通電することで更にもう１つの絞り径として取り扱うことも可能である。
【００６８】
〈コントローラ（21）の構成〉
図７は、本実施形態におけるコントローラ（21）の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のコントローラ（21）は、実施形態２のコントローラ（21）に回生アシスト量演算部（114）を追加したものである。回生アシスト量演算部（114）は、前記回生抵抗駆動頻度、回生抵抗（24）の温度、回生電力量と回生可能電力量に基づいて、回生アシスト油圧回路（100）で回生すべきエネルギー量（アシスト量）を算出する。回生アシスト量演算部（114）は、求めたアシスト量に該当する数の電磁弁（104）を選択し、その選択情報を回生アシスト駆動部（113）に出力する。本実施形態の回生アシスト駆動部（113）は、回生アシスト量演算部（114）が選択した電磁弁（104）を開状態にして、選択した電磁弁（104）に係るバイパスライン（101）において回生制動を行わせる。
【００６９】
〈油圧シリンダ制動時の動作〉
図８は、実施形態３における、回生アシスト油圧回路（100）の動作を説明するフローチャートである。同図に示すように、本実施形態では、図５に示したステップＳＴ０７に代えて、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３３を有している。すなわち、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３３は、回生アシスト油圧回路（100）で回生制動を行う場合に行われる処理である。
【００７０】
本実施形態では、ステップＳＴ０４，ＳＴ０５の何れかで、回生アシストが必要であると判断された場合には、ステップＳＴ３１の処理が行われる。ステップＳＴ３１では、回生アシスト量演算部（114）が、回生アシスト油圧回路（100）で回生すべきエネルギー量（アシスト量）を算出し、ステップＳＴ３２の処理に移行する。
【００７１】
ステップＳＴ３２では、回生アシスト量演算部（114）は、求めたアシスト量の該当する数の電磁弁（104）を選択する。例えば、回生アシスト油圧回路（100）の２つの絞り弁（103）の開度を２５％、５０％とした場合、電磁弁（104）を１つまたは２つ作動させることで、０％，２５％，５０％，７５％の組合せを生成することが可能である。回生アシスト量演算部（114）は、その選択情報を回生アシスト駆動部（113）に出力する。
【００７２】
次に、コントローラ（21）は、ステップＳＴ３３の処理を行う。ステップＳＴ３３では、回生アシスト駆動部（113）は、選択された電磁弁（104）を開状態にする。これにより、油タンク（16）の作動油が、選択された電磁弁（104）と絞り弁（103）を経由して油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）側の油圧配管（14）に引き込まれる。このように、作動油が選択された絞り弁（103）を通過することによって、作動油の運動エネルギーが熱に変わる。つまり、負荷の慣性による運動エネルギーが、ここでも熱に変換されたことになる。
【００７３】
〈本実施形態における効果〉
以上のように本実施形態によれば、回生抵抗（24）の状態や、回生電力量に応じた最適なアシスト量で、回生アシスト油圧回路（100）を動作させることが可能になる。
【００７４】
《発明の実施形態４》
実施形態４の油圧ユニット（10）は、コントローラ（21）、及び回生アシスト油圧回路（100）の構成が実施形態２とは異なっている。
【００７５】
〈回生アシスト油圧回路の構成〉
図９は、実施形態４における回生アシスト油圧回路（100）の構成を示す図である。図９に示すように、本実施形態の回生アシスト油圧回路（100）は、バイパスライン（101）の途中に、電磁比例絞り弁（105）を備えている。電磁比例絞り弁（105）は、ソレノイドで駆動される絞り弁であり、比例流量制御を行うことができるようになっている。この電磁比例絞り弁（105）は、閉状態にも制御することができる。本実施形態では、電磁比例絞り弁（105）で、電磁弁（104）（制御弁）と絞り弁（103）の両者を兼ねている。
【００７６】
〈コントローラ（21）の構成〉
図１０は、本実施形態におけるコントローラ（21）の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のコントローラ（21）は、実施形態３のコントローラ（21）に開度演算部（115）を追加したものである。開度演算部（115）は、回生アシスト量演算部（114）が求めたアシスト量に応じて、電磁比例絞り弁（105）の開度を求めるようになっている。電磁比例絞り弁（105）の開度は、例えば、回生アシストが不要場合には全閉になる。
【００７７】
〈油圧シリンダ制動時の動作〉
図１１は、実施形態４における回生アシスト油圧回路（100）の動作を説明するフローチャートである。同図に示すように、本実施形態では、図５に示したステップＳＴ０７に代えて、ステップＳＴ３１，ＳＴ４１，ＳＴ４２を有している。すなわち、ステップＳＴ３１，ＳＴ４１，ＳＴ４２は、回生アシスト油圧回路（100）で回生制動を行う場合に行われる処理である。
【００７８】
ステップＳＴ０４，ＳＴ０５の何れかで、回生アシストが必要であると判断された場合には、ステップＳＴ３１の処理が行われる。ステップＳＴ３１では、回生アシスト量演算部（114）が、回生アシスト油圧回路（100）で回生すべきエネルギー量（アシスト量）を算出し、ステップＳＴ４１の処理に移行する。
【００７９】
ステップＳＴ４１では、開度演算部（115）は、求めたアシスト量に該当する、電磁比例絞り弁（105）の開度を算出する。開度演算部（115）は、その開度情報を回生アシスト駆動部（113）に出力する。
【００８０】
次に、コントローラ（21）は、ステップＳＴ４２の処理を行う。ステップＳＴ４２では、回生アシスト駆動部（113）は、前記開度情報に応じて、電磁比例絞り弁（105）の開度を調整する。これにより、油タンク（16）の作動油が、電磁比例絞り弁（105）を経由して油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）側の油圧配管（14）に引き込まれる。このように、作動油が電磁比例絞り弁（105）を通過することによって、作動油の運動エネルギーが熱に変わる。つまり、負荷の慣性による運動エネルギーが、ここでも熱に変換されたことになる。
【００８１】
〈本実施形態における効果〉
以上のように本実施形態においても、回生抵抗（24）の状態や、回生電力量に応じた最適なアシスト量で、回生アシスト油圧回路（100）を動作させることが可能になる。
【００８２】
《実施形態４の変形例》
実施形態４で説明した過負荷状態や回生電力量などのパラメータに加え、油圧ポンプ（11）の吐出圧力を判定に用いることで、より正確な回生アシスト量を求めることが可能になる。図１２は、油圧ポンプ（11）の吐出圧力を加味して回生アシストの要否判定を行うシステムの構成例である。この例では、実施形態２の回生アシスト油圧回路（100）に圧力センサ（116）を付加している。詳しくは、図１２に示すように、油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）に繋がる油圧配管（14）に圧力センサ（116）を設けてある。
【００８３】
《その他の実施形態》
なお、回生アシストの要否判断に用いるパラメータ（回生抵抗（24）の温度、回生電力量など）は例示である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、アクチュエータなどの負荷を駆動する作動流体を供給する流体圧ユニットとして有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 油圧ユニット（流体圧ユニット）
１１ 油圧ポンプ（電動流体圧ポンプ）
１６ 油タンク（タンク）
３１ インバータ回路
１０１ バイパスライン
１０２ チェックバルブ（制御弁）
１０３ 絞り弁
１０４ 電磁弁（制御弁）
１０５ 電磁比例絞り弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータなどの負荷を駆動する作動流体を供給する流体圧ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、流体圧ポンプによって流体を圧送してアクチュエータを駆動させる流体圧ユニットが知られている。この種の流体圧ユニットとして、例えば特許文献１に油圧ユニットが開示されている。この油圧ユニットは、油圧ポンプ（流体圧ポンプ）と、油圧シリンダ（アクチュエータ）と、タンクとを備えている。油圧ポンプは、可変速のモータによって駆動されることにより、タンクから作動油を吸入して油圧シリンダへ圧送する。これにより、油圧シリンダが駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１４５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、油圧ユニットには、油圧ポンプ用のモータをインバータ回路で駆動するものがある。このような油圧ユニットでは、アクチュエータ（負荷）を減速する際に、該負荷の慣性による運動エネルギーによってモータの速度が目標速度を上回る状態（いわゆる自走状態）となることがある。自走状態では、油圧ポンプの吐出圧力は負圧となる。そして、自走状態では、モータは、回転方向に対して負のトルクを発生させる必要が生じて回生運転を行う。モータが回生運転を行うと、モータは発電機として機能し、電力を発生する。そのため、モータをインバータ回路で速度制御する油圧ユニットには、過電圧からインバータ回路などを保護するために、回生抵抗によって電力を消費させるものがある。この回生抵抗は、回生運転時に非常に大きな熱を発生させる。
【０００５】
上述の回生抵抗は油圧ユニット用の制御盤内に設置させることが多く、制御盤内の温度を上昇させ、他の部品へ熱の影響が及ぶ可能性がある。そのため、回生抵抗の周囲には他の部品を配置しないようにして空間を開けておく必要があり、そのような配置は、装置の大型化の要因になる。また、比較的慣性が大きな負荷を油圧ユニットに接続するためには、回生抵抗もそれに応じて大型化する必要があり、この点も装置の大型化の要因になる。
【０００６】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、モータをインバータ回路で駆動する流体圧ユニットにおいて、回生抵抗の小型化を図ることを目的としている。
【０００７】
また、コンバータ回路は交流電源から得た電力を直流に変換する機能のみを有するものが一般的であるが、直流母線の電圧が上昇した場合に、直流から交流への逆変換を行い交流電源に電力を回生する機能を有するものがある（以降、簡略化のため、電源回生付コンバータと記する）。このようなコンバータを使用する場合、モータの回生運転により発生する最大電力を電源に回生するだけの容量を有している必要がある。しかしながら、モータから最大電力が回生される頻度が低い場合では、電源に回生される実電力量は少なくなり、コストパフォーマンスの悪いシステムとなっている。
【０００８】
本発明は、このような問題においても、電源回生付コンバータの最大回生電力容量の低いものを適用することを可能とし、装置の小型化およびコストパフォーマンスの向上させることも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため、第１の発明は、
流体のタンク（16）と、
電力を出力するインバータ回路（31）と、
前記インバータ回路（31）の電力で速度制御され、前記タンク（16）から流体を吸入して吐出し、該流体の圧力で負荷を駆動する電動流体圧ポンプ（11）と、
前記電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）から前記タンク（16）に繋がるバイパスライン（101）とを備え、
前記バイパスライン（101）には、絞り弁（103）、及び前記吐出ポート（D）と前記タンク（16）間の流体の流れを、吐出ポート（D）が正圧の場合は阻止し、吐出ポート（D）が負圧の場合はタンク（16）から吐出ポート（D）に向かう流れを、連通もしくは、阻止の選択を行う機能を有する制御弁（102,104）が設けられており、流体エネルギーに変換された運動エネルギーの一部もしくは全量を、前記絞り弁（103）での圧力損失により熱変換することを特徴とする。
【００１０】
この構成では、吐出ポート（D）が正圧の場合は、回生アシスト油圧回路（100）は作動しない。負荷の減速などにより吐出ポート（D）が負圧になった時、流体動力は、タンク（16）から回生アシスト油圧回路（100）を経由して供給される流れと、電動流体圧ポンプ（11）を経由して供給される流れとに分配される。回生アシスト油圧回路（100）では、圧力損失により流体動力は熱変換され、電動流体圧ポンプ（11）では回転力に変換された後に、電動流体圧ポンプ（11）のモータ（12）を通じて発電され、回生抵抗（24）で熱変換して消費される。
【００１１】
また、第２の発明は、
第１の発明の流体圧ユニットにおいて、
前記制御弁（102,104）は、チェックバルブ（102）又は電磁弁（104）であることを特徴とする。
【００１２】
この構成では、例えば、電磁弁（104）が必要に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御され、電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）と前記タンク（16）間の流体の流れを制御する。
【００１３】
また、第３の発明は、
第１の発明の流体圧ユニットにおいて、
前記バイパスライン（101）は、複数設けられ、
それぞれのバイパスライン（101）に、前記絞り弁（103）及び前記制御弁（104）が設けられ、
それぞれの制御弁（104）は、開閉制御可能であることを特徴とする。
【００１４】
この構成では、複数のバイパスライン（101）を使い分けることで、アシスト量（後述）を調整することが可能になる。
【００１５】
また、第４の発明は、
第１の発明の流体圧ユニットにおいて、
前記絞り弁（103）は、絞り量が可変であることを特徴とする。
【００１６】
この構成では、絞り弁（103）の絞り量を調整することでアシスト量（後述）を調整することが可能になる。
【００１７】
また、第５の発明は、
第４の発明の流体圧ユニットにおいて、
電磁比例絞り弁（105）で、前記制御弁（104）と前記絞り弁（103）の両者を兼ねることを特徴とする。
【００１８】
この構成では、１つの電磁比例絞り弁（105）を油圧配管（14）で接続することで回生アシスト油圧回路（100）が構成される。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、回生抵抗（24）の小型化、もしくは電源回生付コンバータの容量低減が可能になる。
【００２０】
また、第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、例えば、前記制御弁（102,104）として電磁弁（104）を採用した場合には、該電磁弁（104）によって、必要に応じて回生アシスト油圧回路の作動の有無を選択することが可能になる。
【００２１】
また、第３、４の発明によれば、それぞれ、アシスト量を調整できるので、回生電力量に応じた最適なアシスト量で、回生アシスト油圧回路（100）を動作させることが可能になる。
【００２２】
また、第５の発明によれば、簡単な構成で、アシスト量が可能な回生アシスト油圧回路（100）を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る油圧ユニットの全体構成を示す油圧回路図である。
【図２】図２は、実施形態１における電力供給部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、実施形態２における回生アシスト油圧回路の構成を示す図である。
【図４】図４は、実施形態２のコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、実施形態２における回生アシスト油圧回路の動作を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、実施形態３における回生アシスト油圧回路の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施形態３におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図８】図８は、実施形態３における回生アシスト油圧回路の動作を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、実施形態４における回生アシスト油圧回路の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態４におけるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、実施形態４における回生アシスト油圧回路の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は、油圧ポンプの吐出圧力を加味して回生アシストの要否判定を行うシステムの回生アシスト油圧回路の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２５】
《発明の実施形態１》
以下の各実施形態では、本発明の流体圧ユニットの例として、油圧ユニットを説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る油圧ユニット（10）の全体構成を示す油圧回路図である。この油圧ユニット（10）は、例えばマシニングセンタ等の工作機械に用いられる。工作機械は、図示しないが、例えばチャック、心押台クランプ、刃物台クランプ等のように、ワークや工具を固定する複数の固定装置（駆動対象）を有し、これら固定装置をアクチュエータ（後述の油圧シリンダ（13））で駆動する。なお、ここでは、ワークをチャッキングするチャックを駆動するものとして説明するが、他の心押台クランプ等を駆動する場合でも同様の動作および制御が行われる。
【００２６】
図１に示すように、油圧ユニット（10）は、油圧ポンプ（11）、モータ（12）、方向切換弁（15）、油タンク（16）、リリーフ弁（25）、回生アシスト油圧回路（100）、主機制御盤（20）、及びコントローラ（21）を備え、油圧シリンダ（13）に接続されている。なお、油圧シリンダ（13）は、工作機械のチャックを駆動するもので、油圧ポンプ（11）から吐出された作動油が供給されて駆動する流体圧アクチュエータの一例である。この油圧シリンダ（13）は、ピストンによって区画されたヘッド室（13a）およびロッド室（13b）を有している。油圧シリンダ（13）のヘッド室（13a）およびロッド室（13b）と、油圧ポンプ（11）の吐出側および油タンク（16）とは、油圧配管（14）によって接続されている。そして、油圧シリンダ（13）は、ヘッド室（13a）に作動油が供給されると、伸長動作してチャックを閉じる動作を行う。また、油圧シリンダ（13）は、ロッド室（13b）に作動油が供給されると、収縮動作してチャックを開く動作を行う。
【００２７】
油圧ポンプ（11）は、流体としての作動油を油タンク（16）から吸入して吐出する電動流体圧ポンプを構成している。この油圧ポンプ（11）は、例えばギアポンプ、トロコイドポンプ、ベーンポンプ、ピストンポンプ等の固定容量型ポンプで構成されている。
【００２８】
モータ（12）は、油圧ポンプ（11）を駆動する可変速モータである。このモータ（12）は、自身に内蔵されている回転速度制御用エンコーダ（図示せず）により油圧ポンプ（11）の吐出流量に相当する回転速度を検出している。
【００２９】
方向切換弁（15）は、油圧配管（14）の途中に設けられ、該油圧配管（14）を連通状態と遮断状態とに切り換えるように構成されている。この方向切換弁（15）は、第１および第２の２つの電磁ソレノイド（15a,15b）を有する４ポート３位置スプリングセンタ式電磁切換弁である。方向切換弁（15）は、４ポートのうち、Ａポートが油圧シリンダ（13）のヘッド室（13a）に、Ｂポートが油圧シリンダ（13）のロッド室（13b）に、Ｐポートが油圧ポンプ（11）の吐出側に、Ｒポートが油タンク（16）にそれぞれ油圧配管（14）を介して連通している。
【００３０】
方向切換弁（15）は、各電磁ソレノイド（15a,15b）のＯＮ／ＯＦＦ動作によって、中立位置と第１位置と第２位置とに切り換わる。方向切換弁（15）は、中立位置では４つのポートが互いに遮断状態になり、第１位置ではＰポートとＡポートが連通し且つＢポートとＲポートが連通し、第２位置ではＰポートとＢポートが連通し且つＡポートとＲポートが連通する。
【００３１】
リリーフ弁（25）は、油圧ポンプ（11）の吐出側の油圧配管（14）と油タンク（16）との間に設けられ、油圧ポンプ（11）の吐出圧力が所定値以上になると、油圧ポンプ（11）が吐出した作動油を油タンク（16）に戻すようになっている。
【００３２】
回生アシスト油圧回路（100）は、バイパスライン（101）、チェックバルブ（102）、及び絞り弁（103）を備えている。バイパスライン（101）は、電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）に繋がる油圧配管（14）から、タンク（16）に繋がる油圧配管である。このバイパスライン（101）の途中には、チェックバルブ（102）と絞り弁（103）とが設けられている。チェックバルブ（102）は、吐出ポート（D）からタンク（16）への作動油の逆流を防止するものである。このチェックバルブ（102）は、本発明の制御弁の一例である。
【００３３】
主機制御盤（20）は、工作機械を制御するためのもので、方向切換弁（15）を切換制御してチャックを動作させるものである。つまり、主機制御盤（20）は、加工状況に応じて方向切換弁（15）の各電磁ソレノイド（15a,15b）を駆動制御する。これにより、方向切換弁（15）が各位置（中立位置、第１位置、第２位置）に切り換わる。
【００３４】
コントローラ（21）は、インバータ制御部（22）、電力供給部（23）、及び回生抵抗（24）を備えている。
【００３５】
図２は、本実施形態における電力供給部（23）の構成を示すブロック図である。図２に示すように、電力供給部（23）は、コンバータ回路（30）とインバータ回路（31）を備えている。コンバータ回路（30）は、交流電源（例えば２００Ｖの三相交流）に接続され、交流を直流に変換する。インバータ回路（31）は、コンバータ回路（30）の出力をインバータ制御部（22）の制御に応じた電力に変換してモータ（12）に供給する。また、電力供給部（23）は、モータ（12）に制動を加えた際に、該モータ（12）から電力が回生されるようになっている。回生された電力は、コンバータ回路（30）（例えば平滑コンデンサ）で回生できる量は、該コンバータ回路（30）に回生する。また、電力供給部（23）には、回生抵抗（24）が接続されている。回生抵抗（24）は、コンバータ回路（30）に回生できない電力を熱に変換する。
【００３６】
インバータ制御部（22）は、負荷状態に合わせて、モータ（12）を駆動制御する。具体的には、インバータ回路（31）に対して回転数指令（S0）を出力して、インバータ回路（31）の出力周波数を制御する。
【００３７】
〈油圧ユニットの動作〉
ここでは、工作機械のチャックを閉じ動作させて加工物等を固定し（掴み）、チャックを開き動作させて加工物等を放す動作を例として説明する。
【００３８】
インバータ制御部（22）は、油圧ポンプ（11）の吐出圧力が予め定めた設定圧力、設定流量になるように、モータ（12）の回転数を駆動制御する。待機状態では方向切換弁（15）は中立状態にあり、油圧ポンプ（11）の回転数は油圧回路の漏れ流量を補う程度の低い状態であり、吐出圧力は設定圧力で保圧されている。
【００３９】
チャックを閉じる時、方向切換弁（15）が第１位置に切り換わり、油圧ポンプ（11）から油圧シリンダ（13）のヘッド室（13a）に作動油が供給される。油圧ポンプ（11）の吐出圧力は急激に低下する一方、油圧ポンプ（11）の運転回転数は、設定流量まで急速に急激に増大した後、設定流量で駆動されることで油圧シリンダ（13）は一定速度で駆動される。そして、チャックが加工物を掴んだことで、シリンダの動きは停止し、油圧ポンプ（11）の吐出圧力は設定圧力まで上昇し、この圧力を維持するように油圧ポンプ（11）の回転数は低下し、待機状態と同様に保圧状態となる。この状態での油圧ポンプ（11）の吐出圧力は正圧である。
【００４０】
また、チャックを開く時、上記状態から方向切換弁（15）が第２位置に切り換わり、油圧ポンプ（11）から油圧シリンダ（13）のヘッド室(13b)に作動油が供給され、シリンダは後退方向に移動を開始する。シリンダ停止までの油圧ポンプ（11）の作動については、チャック閉の場合と同様である。
【００４１】
−油圧シリンダ制動時の動作−
例えば、チャックを開状態から閉状態にする際、加工物に傷をつけないようにソフトに掴む必要がある場合などにおいては、加工物近くまでは時間短縮のため高速に移動し、チャックを低速で加工物に触れされる必要がある。このような場合、油圧シリンダ（13）の作動開始時の作動は前述と同様である。しかし、ソフトタッチのために油圧シリンダ（13）が目標位置（すなわちチャックの開位置）に近づくと、インバータ制御部（22）は、インバータ回路（31）より出力する周波数を低下させる。
【００４２】
これにより、モータ（12）の回転速度は減速してゆく。すなわち、モータ（12）は、インバータ回路（31）の電力で駆動されている。このとき、モータ（12）は、油圧シリンダ（13）の慣性による運動エネルギーによって、速度が目標速度を上回る状態（いわゆる自走状態）となることがある。モータ（12）が自走状態の場合は、油圧ポンプ（11）の吐出圧力は負圧となる。そして、自走状態では、モータ（12）は、回転方向に対して負のトルクを発生させる必要が生じて回生運転を行う。すなわち、このときのモータ（12）は発電機として機能し、モータ（12）で発電した電力が電力供給部（23）に回生される。電力供給部（23）に回生された電力は、コンバータ回路（30）に回生され、コンデンサなどによって吸収されるが、直流母線の電圧が規定値以上になった場合、回生抵抗（24）へ通電させることにより、熱変換されて消費される。
【００４３】
一方、回生アシスト油圧回路（100）では、油圧ポンプ（11）の吐出圧力が負圧となったことによって、油タンク（16）の作動油が、バイパスライン（101）の絞り弁（103）とチェックバルブ（102）を経由して油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）側の油圧配管（14）に引き込まれる。このように、作動油が絞り弁（103）を通過することによって、作動油の運動エネルギーが熱に変わる。つまり、負荷の慣性による運動エネルギーが、ここでも熱に変換されたことになる。
【００４４】
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態では、負荷の減速時に、回生抵抗（24）と回生アシスト油圧回路（100）が分担して運動エネルギーの熱変換を行う。したがって、本実施形態では、回生抵抗（24）の小型化、もしくは削除が可能になる。
【００４５】
また、電源回生付コンバータを適用したシステムにおいては、コンバータの回生容量の低減が可能となる。
【００４６】
《発明の実施形態２》
実施形態２の油圧ユニット（10）は、コントローラ（21）、及び回生アシスト油圧回路（100）の構成が実施形態１とは異なっている。なお、以下では、説明の便宜のため、回生運転時の運動エネルギーを熱に変換することを回生制動という。
【００４７】
〈回生アシスト油圧回路（100）の構成〉
図３は、実施形態２における回生アシスト油圧回路（100）の構成を示す図である。図３に示すように、この回生アシスト油圧回路（100）は、バイパスライン（101）、絞り弁（103）、及び電磁弁（104）を備えている。絞り弁（103）と電磁弁（104）は、何れもバイパスライン（101）の途中に設けられている。すなわち、本実施形態の回生アシスト油圧回路（100）は、実施形態１の回生アシスト油圧回路（100）におけるチェックバルブ（102）を電磁弁（104）に代えたものである。
【００４８】
電磁弁（104）は、コントローラ（21）（詳しくは後述の回生アシスト駆動部（113））によって、開閉が制御される。油圧ポンプ（11）の吐出圧力が負圧、かつ電磁弁（104）が開状態の場合に回生制動が行われ、閉の場合には回生制動は行われない。この電磁弁（104）は、本発明の制御弁の一例である。
【００４９】
〈コントローラ（21）の構成〉
図４は、実施形態２のコントローラ（21）の構成を示すブロック図である。このコントローラ（21）は、実施形態１のコントローラ（21）に、駆動頻度検出部（110）、回生負荷状態検出部（111）、回生アシスト判断部（112）、及び回生アシスト駆動部（113）を追加したものである。
【００５０】
駆動頻度検出部（110）は、回生抵抗（24）による回生制動の頻度（回生抵抗駆動頻度）を検出するようになっている。
【００５１】
回生負荷状態検出部（111）は、前記回生抵抗駆動頻度、及び回生抵抗（24）の温度に基づいて、回生抵抗（24）が過負荷状態か否かを判定する。回生負荷状態検出部（111）は、判定結果を示す信号（過負荷状態信号（S2））を回生アシスト判断部（112）に出力する。具体的には、回生抵抗（24）の温度が所定閾値を超えた場合や、前記回生抵抗駆動頻度が所定閾値を超えた場合などに回生抵抗（24）が過負荷状態であると判断する。なお、回生抵抗（24）の温度は、例えばサーミスタやバイメタルなどで検出する。
【００５２】
インバータ制御部（22）は、モータの目標回転数と現在回転数の関係、もしくはモータトルクの指令状態などを元に、回生アシスト判断部（112）に回生運転状態情報（回生電力量など）を出力する。
【００５３】
コンバータ回路（30）は、通常は交流電源を整流平滑してインバータ回路へ直流電力を供給している。モータが回生運転して回生電力の発生時はコンバータ回路（30）に内蔵されているコンデンサによって吸収し、次のモータ力行時に電力を再利用することで省電力化を図る。しかしながら、直流母線の電圧が規定値以上になった場合、回生抵抗（24）へ通電させることにより、熱変換して消費する。
【００５４】
また、コンバータ回路（30）が電源回生付コンバータである場合、電源回生可能な電力量の情報を回生アシスト判断部（112）に出力している。
【００５５】
回生アシスト駆動部（113）は、回生アシスト判断部（112）の判断結果に応じて電磁弁（104）を駆動するようになっている。
【００５６】
〈油圧シリンダ制動時の動作〉
本実施形態では、一般的なコンバータ回路（電源回生が無いもの）を例にあげると、回生アシスト判断部（112）は、インバータ制御部（22）からの回生運転情報が回生電力発生となった場合に回生アシスト駆動部（113）に指令し、回生アシスト油圧回路（100）の電磁弁を励磁させることでアシスト回生アシスト油圧回路（100）を連通させて、回生制動を行わせる。
【００５７】
また、電源回生付コンバータを適用している場合においては、インバータ制御部（22）からの回生運転情報から得られる回生電力量がコンバータ回路（30）の電源回生容量を超えると判断した時に、回生アシスト駆動部（113）に指令し、回生アシスト油圧回路（100）の電磁弁を励磁させることでアシスト回路を連通させて、回生制動を行わせる。
【００５８】
図５は、本実施形態における回生アシスト油圧回路（100）の動作を説明するフローチャートである。同図に示すように、コントローラ（21）は、まず、ステップＳＴ０１の処理を行う。ステップＳＴ０１では、駆動頻度検出部（110）が、回生抵抗（24）の負荷状態を検出する。ステップＳＴ０２では、回生アシスト判断部（112）がインバータ制御部（22）からの回生運転情報の１つである回生電力量が０以下（回生状態でない）の場合にはステップＳＴ０６の処理に移行する。ステップＳＴ０６では、回生アシスト判断部（112）が、回生アシスト駆動部（113）を介して、回生アシスト油圧回路（100）の電磁弁（104）を閉状態にする。これにより、回生アシスト油圧回路（100）は回生制動を行わない。
【００５９】
また、ステップＳＴ０２において回生電力量＞０（回生電力あり）の場合は、ステップＳＴ０３に移行する。
【００６０】
ステップＳＴ０３では、回生電力量とコンバータ回路（30）の電源回生可能電力との比較が行われ、回生電力の全てが電源回生可能であると判断された場合は、ステップＳＴ０６に移行し、回生アシスト油圧回路（100）は回生制動を行わない。また、回生電力の全てを電源回生できないと判断された場合は、ステップＳＴ０４に移行する。
【００６１】
ここで、電源回生機能を有しないコンバータ回路を使用している場合は、電源回生可能電力＝０として取り扱うことで、同じフローチャートを使用することができる。
【００６２】
ステップＳＴ０４では、ステップＳＴ０１で取得した回生抵抗の状態が過負荷状態であった場合、ステップＳＴ０７に移行し、そうでない場合はステップＳＴ０５に移行する。
【００６３】
ステップＳＴ０５では、回生抵抗が通電状態であればステップＳＴ０７に移行し、そうでない場合はステップＳＴ０６に移行して回生アシスト油圧回路（100）は回生制動を行わない。
【００６４】
ステップＳＴ０７では、回生アシスト駆動部（113）を介して電磁弁（104）を駆動し、回生アシスト油圧回路（100）を連通させる。これにより、油タンク（16）の作動油が、電磁弁（104）と絞り弁（103）を経由して油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）側の油圧配管（14）に引き込まれる。このように、作動油が絞り弁（103）を通過することによって、作動油の運動エネルギーが熱に変わる。つまり、負荷の慣性による運動エネルギーが、熱変換される。
【００６５】
〈本実施形態における効果〉
実施形態１では、回生アシスト油圧回路（100）の作動は油圧ポンプ（11）の吐出圧力(D)によって決定され、吐出圧力(D)が負圧となった場合は、常に慣性による運動エネルギーを回生アシスト油圧回路（100）で熱変換して消費する。本実施形態では、コンバータ部(30)に内蔵されるコンデンサで吸収可能な限りは、モータ（12）を介して発電して電力として蓄積した上で次のモータ（12）の力行において再利用し、それを超えて回生抵抗で熱変換される状態になった場合のみ回生アシスト油圧回路（100）により消費させることが可能となり、第１の実施形態での回生抵抗（24）の小型化のメリットはそのままに省エネ性が増すことが可能である。
【００６６】
《発明の実施形態３》
実施形態３の油圧ユニット（10）は、コントローラ（21）、及び回生アシスト油圧回路（100）の構成が実施形態２とは異なっている。
【００６７】
〈回生アシスト油圧回路の構成〉
図６は、実施形態３における回生アシスト油圧回路（100）の構成を示す図である。図６に示すように、本実施形態の回生アシスト油圧回路（100）は、複数のバイパスライン（101）を備えている。図６は、２つのバイパスライン（101）を設けた例である。それぞれのバイパスライン（101）の途中には、電磁弁（104）と絞り弁（103）が設けられている。本実施形態では、これらの絞り弁（103）は、異なる絞り径を有しており、回生アシストの必要量に応じて、いずれかの電磁弁が通電される。なお、両方の電磁弁を同時に通電することで更にもう１つの絞り径として取り扱うことも可能である。
【００６８】
〈コントローラ（21）の構成〉
図７は、本実施形態におけるコントローラ（21）の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のコントローラ（21）は、実施形態２のコントローラ（21）に回生アシスト量演算部（114）を追加したものである。回生アシスト量演算部（114）は、前記回生抵抗駆動頻度、回生抵抗（24）の温度、回生電力量と回生可能電力量に基づいて、回生アシスト油圧回路（100）で回生すべきエネルギー量（アシスト量）を算出する。回生アシスト量演算部（114）は、求めたアシスト量に該当する数の電磁弁（104）を選択し、その選択情報を回生アシスト駆動部（113）に出力する。本実施形態の回生アシスト駆動部（113）は、回生アシスト量演算部（114）が選択した電磁弁（104）を開状態にして、選択した電磁弁（104）に係るバイパスライン（101）において回生制動を行わせる。
【００６９】
〈油圧シリンダ制動時の動作〉
図８は、実施形態３における、回生アシスト油圧回路（100）の動作を説明するフローチャートである。同図に示すように、本実施形態では、図５に示したステップＳＴ０７に代えて、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３３を有している。すなわち、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３３は、回生アシスト油圧回路（100）で回生制動を行う場合に行われる処理である。
【００７０】
本実施形態では、ステップＳＴ０４，ＳＴ０５の何れかで、回生アシストが必要であると判断された場合には、ステップＳＴ３１の処理が行われる。ステップＳＴ３１では、回生アシスト量演算部（114）が、回生アシスト油圧回路（100）で回生すべきエネルギー量（アシスト量）を算出し、ステップＳＴ３２の処理に移行する。
【００７１】
ステップＳＴ３２では、回生アシスト量演算部（114）は、求めたアシスト量の該当する数の電磁弁（104）を選択する。例えば、回生アシスト油圧回路（100）の２つの絞り弁（103）の開度を２５％、５０％とした場合、電磁弁（104）を１つまたは２つ作動させることで、０％，２５％，５０％，７５％の組合せを生成することが可能である。回生アシスト量演算部（114）は、その選択情報を回生アシスト駆動部（113）に出力する。
【００７２】
次に、コントローラ（21）は、ステップＳＴ３３の処理を行う。ステップＳＴ３３では、回生アシスト駆動部（113）は、選択された電磁弁（104）を開状態にする。これにより、油タンク（16）の作動油が、選択された電磁弁（104）と絞り弁（103）を経由して油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）側の油圧配管（14）に引き込まれる。このように、作動油が選択された絞り弁（103）を通過することによって、作動油の運動エネルギーが熱に変わる。つまり、負荷の慣性による運動エネルギーが、ここでも熱に変換されたことになる。
【００７３】
〈本実施形態における効果〉
以上のように本実施形態によれば、回生抵抗（24）の状態や、回生電力量に応じた最適なアシスト量で、回生アシスト油圧回路（100）を動作させることが可能になる。
【００７４】
《発明の実施形態４》
実施形態４の油圧ユニット（10）は、コントローラ（21）、及び回生アシスト油圧回路（100）の構成が実施形態２とは異なっている。
【００７５】
〈回生アシスト油圧回路の構成〉
図９は、実施形態４における回生アシスト油圧回路（100）の構成を示す図である。図９に示すように、本実施形態の回生アシスト油圧回路（100）は、バイパスライン（101）の途中に、電磁比例絞り弁（105）を備えている。電磁比例絞り弁（105）は、ソレノイドで駆動される絞り弁であり、比例流量制御を行うことができるようになっている。この電磁比例絞り弁（105）は、閉状態にも制御することができる。本実施形態では、電磁比例絞り弁（105）で、電磁弁（104）（制御弁）と絞り弁（103）の両者を兼ねている。
【００７６】
〈コントローラ（21）の構成〉
図１０は、本実施形態におけるコントローラ（21）の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態のコントローラ（21）は、実施形態３のコントローラ（21）に開度演算部（115）を追加したものである。開度演算部（115）は、回生アシスト量演算部（114）が求めたアシスト量に応じて、電磁比例絞り弁（105）の開度を求めるようになっている。電磁比例絞り弁（105）の開度は、例えば、回生アシストが不要場合には全閉になる。
【００７７】
〈油圧シリンダ制動時の動作〉
図１１は、実施形態４における回生アシスト油圧回路（100）の動作を説明するフローチャートである。同図に示すように、本実施形態では、図５に示したステップＳＴ０７に代えて、ステップＳＴ３１，ＳＴ４１，ＳＴ４２を有している。すなわち、ステップＳＴ３１，ＳＴ４１，ＳＴ４２は、回生アシスト油圧回路（100）で回生制動を行う場合に行われる処理である。
【００７８】
ステップＳＴ０４，ＳＴ０５の何れかで、回生アシストが必要であると判断された場合には、ステップＳＴ３１の処理が行われる。ステップＳＴ３１では、回生アシスト量演算部（114）が、回生アシスト油圧回路（100）で回生すべきエネルギー量（アシスト量）を算出し、ステップＳＴ４１の処理に移行する。
【００７９】
ステップＳＴ４１では、開度演算部（115）は、求めたアシスト量に該当する、電磁比例絞り弁（105）の開度を算出する。開度演算部（115）は、その開度情報を回生アシスト駆動部（113）に出力する。
【００８０】
次に、コントローラ（21）は、ステップＳＴ４２の処理を行う。ステップＳＴ４２では、回生アシスト駆動部（113）は、前記開度情報に応じて、電磁比例絞り弁（105）の開度を調整する。これにより、油タンク（16）の作動油が、電磁比例絞り弁（105）を経由して油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）側の油圧配管（14）に引き込まれる。このように、作動油が電磁比例絞り弁（105）を通過することによって、作動油の運動エネルギーが熱に変わる。つまり、負荷の慣性による運動エネルギーが、ここでも熱に変換されたことになる。
【００８１】
〈本実施形態における効果〉
以上のように本実施形態においても、回生抵抗（24）の状態や、回生電力量に応じた最適なアシスト量で、回生アシスト油圧回路（100）を動作させることが可能になる。
【００８２】
《実施形態４の変形例》
実施形態４で説明した過負荷状態や回生電力量などのパラメータに加え、油圧ポンプ（11）の吐出圧力を判定に用いることで、より正確な回生アシスト量を求めることが可能になる。図１２は、油圧ポンプ（11）の吐出圧力を加味して回生アシストの要否判定を行うシステムの構成例である。この例では、実施形態２の回生アシスト油圧回路（100）に圧力センサ（116）を付加している。詳しくは、図１２に示すように、油圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）に繋がる油圧配管（14）に圧力センサ（116）を設けてある。
【００８３】
《その他の実施形態》
なお、回生アシストの要否判断に用いるパラメータ（回生抵抗（24）の温度、回生電力量など）は例示である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、アクチュエータなどの負荷を駆動する作動流体を供給する流体圧ユニットとして有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１０ 油圧ユニット（流体圧ユニット）
１１ 油圧ポンプ（電動流体圧ポンプ）
１６ 油タンク（タンク）
３１ インバータ回路
１０１ バイパスライン
１０２ チェックバルブ（制御弁）
１０３ 絞り弁
１０４ 電磁弁（制御弁）
１０５ 電磁比例絞り弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体のタンク（16）と、
電力を出力するインバータ回路（31）と、
前記インバータ回路（31）の電力で速度制御され、前記タンク（16）から流体を吸入して吐出し、該流体の圧力で負荷を駆動する電動流体圧ポンプ（11）と、
前記電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）から前記タンク（16）に繋がるバイパスライン（101）とを備え、
前記バイパスライン（101）には、絞り弁（103）、及び前記吐出ポート（D）と前記タンク（16）間の流体の流れを、吐出ポート（D）が正圧の場合は阻止し、吐出ポート（D）が負圧の場合はタンク（16）から吐出ポート（D）に向かう流れを、連通もしくは、阻止の選択を行う機能を有する制御弁（102,104）が設けられており、流体エネルギーに変換された運動エネルギーの一部もしくは全量を、前記絞り弁（103）での圧力損失により熱変換することを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項２】
請求項１の流体圧ユニットにおいて、
前記制御弁（102,104）は、チェックバルブ（102）又は電磁弁（104）であることを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項３】
請求項１の流体圧ユニットにおいて、
前記バイパスライン（101）は、複数設けられ、
それぞれのバイパスライン（101）に、前記絞り弁（103）及び前記制御弁（104）が設けられ、
それぞれの制御弁（104）は、開閉制御可能であることを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項４】
請求項１の流体圧ユニットにおいて、
前記絞り弁（103）は、絞り量が可変であることを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項５】
請求項４の流体圧ユニットにおいて、
電磁比例絞り弁（105）で、前記制御弁（104）と前記絞り弁（103）の両者を兼ねることを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項１】
流体のタンク（16）と、
電力を出力するインバータ回路（31）と、
前記インバータ回路（31）の電力で速度制御され、前記タンク（16）から流体を吸入して吐出し、該流体の圧力で負荷を駆動する電動流体圧ポンプ（11）と、
前記電動流体圧ポンプ（11）の吐出ポート（D）から前記タンク（16）に繋がるバイパスライン（101）とを備え、
前記バイパスライン（101）には、絞り弁（103）、及び前記吐出ポート（D）と前記タンク（16）間の流体の流れを、吐出ポート（D）が正圧の場合は阻止し、吐出ポート（D）が負圧の場合はタンク（16）から吐出ポート（D）に向かう流れを、連通もしくは、阻止の選択を行う機能を有する制御弁（102,104）が設けられており、流体エネルギーに変換された運動エネルギーの一部もしくは全量を、前記絞り弁（103）での圧力損失により熱変換することを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項２】
請求項１の流体圧ユニットにおいて、
前記制御弁（102,104）は、チェックバルブ（102）又は電磁弁（104）であることを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項３】
請求項１の流体圧ユニットにおいて、
前記バイパスライン（101）は、複数設けられ、
それぞれのバイパスライン（101）に、前記絞り弁（103）及び前記制御弁（104）が設けられ、
それぞれの制御弁（104）は、開閉制御可能であることを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項４】
請求項１の流体圧ユニットにおいて、
前記絞り弁（103）は、絞り量が可変であることを特徴とする流体圧ユニット。
【請求項５】
請求項４の流体圧ユニットにおいて、
電磁比例絞り弁（105）で、前記制御弁（104）と前記絞り弁（103）の両者を兼ねることを特徴とする流体圧ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１３２４８２（Ｐ２０１２−１３２４８２Ａ）
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８３０１３（Ｐ２０１０−２８３０１３）
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１２日（２０１２．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２０日（２０１０．１２．２０）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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