液压驱动装置的制作方法

专利名称：液压驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合用于例如注塑成型机、机床、建筑设备等的液压驱 动装置。
背景技术：
以往，作为液压驱动装置，存在以下装置利用伺服电机驱动一个 固定容量式液压泵，同时由控制器根据压力检测值、流量检测值、压力
指令值和流量指令值控制所述伺服电机(日本专利公开第2000—320466 号公报)。
但是，在上述以往的液压驱动装置中，由于利用伺服电机驱动一个 固定容量式液压泵，所以该伺服电机所需要的轴扭矩与负荷压力和固定 容量式液压泵的容量成正比。因此，在需要大流量时，使用大容量的固 定容量式液压泵，则负荷压力升高，伺服电机所需要的轴扭矩、驱动电 流变得极大，相应地伺服电机和控制器变得体积非常大价格又昂贵。
另一方面，在需要高压时，使用小容量的固定容量式液压泵来减小 伺服电机所需要的轴扭矩，则在需要大流量时将不能满足其要求。
这样，在上述以往的液压驱动装置中，存在不能利用体积小且价格 低廉的结构实现高压控制和大流量控制的问题。

发明内容
本发明的课题是提供一种可以利用体积小且价格低廉的结构实现高 压控制和大流量控制的液压驱动装置。
为了解决上述课题，本发明的液压驱动装置的特征在于，该液压驱
动装置具有
轴互相连接的双联式中等容量的第1固定容量式液压泵和比所述中
4等容量小的小容量的第2固定容量式液压泵；
四端口三位置式电磁切换阀，其具有与所述第1固定容量式液压泵 的排出口连接的第1输入端口、与所述第2固定容量式液压泵的排出口 连接的第2输入端口、与负荷管路连接的输出端口和与油箱连接的返回 端口，而且具有使所述第1和第2输入端口与输出端口连通、并使返 回端口关闭的第1位置，使所述第1输入端口与输出端口连通、并使所 述第2输入端口与返回端口连通的第2位置，和使所述第1输入端口与 返回端口连通、并使所述第2输入端口与输出端口连通的第3位置；
伺服电机，其驱动所述第1固定容量式液压泵和第2固定容量式液 压泵；
压力传感器，其直接或间接检测所述负荷管路的压力；
流量检测用传感器，其检测所述伺服电机的旋转位置或速度；以及
控制器，其接受所述压力传感器和流量检测用传感器的输出，并且 接受压力指令和流量指令，控制所述伺服电机使所述负荷管路的压力和 流量成为与所述压力指令和流量指令对应的压力及流量。
根据上述结构的液压驱动装置，在进行低压大流量的控制时，所述 控制器使所述四端口三位置式电磁切换阀位于第1位置。
这样，从所述中等容量的第1固定容量式液压泵流入电磁切换阀的 第1输入端口的中等流量的液体、与从小容量的第2固定容量式液压泵 流入电磁切换阀的第2输入端口的小流量的液体合流，从输出端口向负 荷管路提供大流量的液体。
此时，所述控制器根据表示低压的压力指令、表示大流量的流量指 令、来自压力传感器的信号和来自流量检测用传感器的信号，控制所述 伺服电机的旋转速度，使负荷管路的压力和流量达到所述低压和大流量。
这样，在所述电磁切换阀位于第1位置时，对负荷管路进行低压大 流量的控制。
另一方面，在进行中压中等流量的控制时，所述控制器使所述电磁 切换阀位于第2位置。
这样，从所述小容量的第2固定容量式液压泵流入电磁切换阀的第2输入端口的小流量的液体，被从返回端口排出到油箱中，第2固定容量
式液压泵卸荷。但是，从所述第1固定容量式液压泵流入电磁切换阀的 第l输入端口的中等流量的液体，被从输出端口提供给负荷管路。
此时，所述控制器根据表示中压的压力指令、表示中等流量的流量 指令、来自压力传感器的信号和来自流量检测用传感器的信号，控制所 述伺服电机的旋转速度，使负荷管路的压力和流量达到所述中压和中等
这样，在所述电磁切换阀位于第2位置时，对负荷管路进行中压中 等流量的控制。
并且，在进行高压小流量的控制时，所述控制器使所述电磁切换阀 位于第3位置。
这样，从所述中等容量的第1固定容量式液压泵流入电磁切换阀的 第1输入端口的中等流量的液体，被从返回端口排出到油箱中，第1固 定容量式液压泵卸荷。但是，从所述第2固定容量式液压泵流入电磁切 换阀的第2输入端口的小流量的液体，被从输出端口提供给负荷管路。
此时，所述控制器根据表示高压的压力指令、表示小流量的流量指 令、来自压力传感器的信号和来自流量检测用传感器的信号，控制所述 伺服电机的旋转速度，使负荷管路的压力和流量达到所述高压和小流量。
这样，在所述电磁切换阀位于第3位置时，对负荷管路进行高压小 流量的控制。
这样，只使用一个四端口三位置式电磁切换阀和上述的连接结构， 即可选择低压大流量、中压中等流量、高压小流量这三种阶段的运转模 式，并可减小伺服电机所需要的轴扭矩。
因此，根据本发明，可以实现高压控制和大流量控制，而且可以减 小伺服电机和控制器所需要的电流值，可以使伺服电机和控制器小型化、 低造价。
另外，例如在注塑成型机和冲压机械的液压驱动装置等中，具有想 要在高压下长时间保持压力的需求，但是，以往伺服电机和控制器由于 较大电流使得发热增大，存在不能满足这种需求的问题。但是，在上述
6结构的液压驱动装置中，由于电流值减小，所以能够在高压下长时间保 持压力。
一种实施方式的液压驱动装置具有
第1单向阀，其连接于所述第1固定容量式液压泵的排出口和所述 电磁切换阀的第1输入端口之间与所述负荷管路之间，用于使朝向所述 负荷管路的流动成为正向；
第2单向阀，其连接于所述第2固定容量式液压泵的排出口和所述 电磁切换阀的第2输入端口之间与所述负荷管路之间，用于使朝向所述 负荷管路的流动成为正向。
根据上述实施方式，假设电磁切换阀例如由于尘埃等被锁住，而停 止在第1位置和第2位置之间或者第1位置和第3位置之间，使得第1 输入端口和第2输入端口与输出端口之间关闭时，可以使来自第1和第2 固定容量式液压泵的液体在所述电磁切换阀旁通，通过第1单向阀和第2 单向阀提供给负荷管路。这样，在所述电磁切换阀故障时，可以利用所 述第1单向阀和第2单向阀在电磁切换阀旁通，所以能够防止配管管路 和液压设备等破损。
此外， 一种实施方式的液压驱动装置具有与所述负荷管路连接的溢 流阀。
根据上述实施方式，在由于从所述第1和第2单向阀提供的液体使
得负荷管路的压力将要过大时，可以利用所述溢流阀将液体释放到油箱
中，可以防止压力过大，并防止设备破损。
此外，在一种实施方式的液压驱动装置中，所述控制器具有 压力控制部，其接受所述压力指令和来自所述压力传感器的压力检
测信号，根据所述压力指令与所述压力检测信号之间的偏差输出压力控
制信号；
限制部，其接受来自所述压力控制部的压力控制信号和流量指令， 输出对所述压力控制信号施加与所述流量指令对应的限制而生成的限制 控制信号；以及
旋转速度控制部，其根据来自所述限制部的限制控制信号和来自所述流量检测用传感器的流量检测用信号，生成用于把所述负荷管路的压 力和流量控制为与所述压力指令和流量指令对应的压力和流量的旋转速 度控制信号，并输出给所述伺服电机。
根据上述实施方式，通过限制部对从所述压力控制部输出的基于压 力指令与压力检测信号之间的偏差的压力控制信号，施加与流量指令对 应的限制(进行限制控制)，而生成限制控制信号。并且，旋转速度控制 部根据该限制控制信号和来自流量检测用传感器的流量检测用信号，生 成用于把负荷管路的压力和流量控制成为与压力指令和流量指令对应的 压力和流量的旋转速度控制信号，并输出给伺服电机。
这样，由限制部对压力控制信号施加与流量指令对应的限制并生成 限制控制信号，根据该限制控制信号来控制压力和流量，所以能够准确 且顺畅地进行压力控制和流量控制。
根据本发明，可以提供一种液压驱动装置，其能够利用体积小且价 格低廉的结构将电机轴扭矩和控制器输出电流抑制得比较小，从而可以 实现高压控制和大流量控制。


图1是本发明的一种实施方式的液压驱动装置的回路图。
具体实施例方式
以下，参照图示的实施方式具体说明本发明。
如图1所示，该液压驱动装置具有轴互相连接的双联式第1固定 容量式液压泵1和第2固定容量式液压泵2;驱动该第1和第2固定容量 式液压泵l、 2的伺服电机3;控制来自所述第1和第2固定容量式液压 泵l、 2的工作油的四端口三位置式电磁切换阀5;和控制所述伺服电机
3的控制器6。
另外，第1和第2固定容量式液压泵1、 2是第1和第2固定容量式 液压泵的一例。
所述第1固定容量式液压泵1是中等容量，第2固定容量式液压泵2是比第1固定容量式液压泵1的中等容量小的小容量。
所述电磁切换阀5具有第1输入端口 Pl、第2输入端口 P2、输出端 口 A和返回端口 R。
并且，所述电磁切换阀5具有使所述第1和第2输入端口P1、 P2 与输出端口A连通、并使返回端口R封闭的第1位置S1;使所述第l输 入端口 Pl与输出端口 A连通、并使所述第2输入端口 Pl与返回端口 R 连通的第2位置S2;和使所述第1输入端口P1与返回端口R连通、并 使所述第2输入端口 P2与输出端口 A连通的第3位置S3。
另外，所述电磁切换阀5具有电磁线圈a、 b，在将电磁线圈a、 b 消磁时，所述电磁切换阀5位于中立位置即第1位置S1，在只对电磁线 圈a励磁时，所述电磁切换阀5位于第2位置S2，在只对电磁线圈b励 磁时，所述电磁切换阀5位于第3位置S3。
所述第1固定容量式液压泵1的排出口经由第1排出管路11与电磁 切换阀3的第1输入端口 Pl连接，所述第2固定容量式液压泵2的排出 口经由第2排出管路12与电磁切换阀3的第2输入端口 P2连接。另夕卜， 所述电磁切换阀5的输出端口 A与负荷管路15连接，该负荷管路15通 到主机液压回路16。所述电磁切换阀5的返回端口 R与油箱T连接。
在所述第1排出管路11和负荷管路15之间连接有第1单向阀21 ， 用于使朝向该负荷管路15的流动成为正向。并且，在所述第2排出管路 12和负荷管路15之间连接有第2单向阀22，用于使朝向该负荷管路15 的流动成为正向。另外，在所述负荷管路15上连接有溢流阀23。
并且，在所述负荷管路15上连接有压力传感器25，利用该压力传 感器25直接检测负荷管路15的压力。
另一方面，在所述伺服电机3上设置有由检测该伺服电机3的旋转 位置的编码器构成的位置检测器26。该位置检测器26用于间接检测双联 式第1和第2固定容量式液压泵1、 2的流量，是流量检测用传感器的一 例。
并且，所述控制器6接受所述压力传感器25和位置检测器26的输 出，同时接受压力指令和流量指令，来控制所述伺服电机3，以使所述负荷管路15的压力和流量成为与所述压力指令和流量指令对应的压力及流
具体地讲，所述控制器6包括压力控制部31、限制部32和旋转速 度控制部33。这些压力控制部31、限制部32和旋转速度控制部33由微 型计算机的软件、硬件等构成。
所述压力控制部31接受所述压力指令和来自所述压力传感器25的 压力检测信号Pf，输出基于所述压力指令与所述压力检测信号Pf之间的 偏差的压力控制信号Vp。该压力控制部31通过所谓PID (比例/积分/微 分)控制，把压力偏差转换为压力控制信号。
所述限制部32具有与限制电路相同的功能，接受来自所述压力控制 部31的压力控制信号Vp和流量指令，在所述压力控制信号Vp大于与 流量指令对应的预定值时，施加与所述流量指令对应的限制，生成并输 出与所期望的旋转速度对应的限制控制信号VL。
所述控制器6未图示，其按照预先设定的基准确定流量指令表示大 流量、中等流量或小流量中的哪一种流量，然后，根据该确定的大流量、 中等流量和小流量，向电磁线圈a、 b输出用于使电磁切换阀5位于第1 位置S1、第2位置S2和第3位置S3的控制信号。
并且，所述旋转速度控制部33例如根据每单位时间内从位置检测器 26接受到的检测信号的数量、即伺服电机3的旋转速度、和由所述控制 信号所确定的电磁切换阀5的位置Sl、 S2或S3、即伺服电机3的每一 定旋转角度时提供给负荷管路15的工作油量，来检测流量。
另外，所述旋转速度控制部33生成旋转速度控制信号，并输出给所 述伺服电机3，把所述负荷管路15的压力和流量控制为与所述压力指令 和流量指令对应的压力和流量，其中，该旋转速度控制信号对应于和所 期望流量对应的来自限制部32的限制控制信号VL与上述检测出的流量 之间的偏差。该旋转速度控制部33具有作为驱动器的功能，所述旋转速 度控制信号是交流电机控制电流。
上述结构的液压驱动装置按照下面所述动作。
现在，设为根据压力指令和流量指令进行低压大流量的控制。此时，所述控制器6使所述四端口三位置式电磁切换阀5位于第1位置Sl。
这样，从中等容量的第1固定容量式液压泵1流入电磁切换阀5的
第1输入端口 Pl的中等流量的工作油、与从小容量的第2固定容量式液
压泵2流入电磁切换阔5的第2输入端口 P2的小流量的工作油合流，从
输出端口 A向负荷管路15提供大流量的液体。
此时，所述控制器6根据表示低压的压力指令、表示大流量的流量
指令、来自压力传感器25的信号和来自位置检测器26的信号，控制所
述伺服电机3的旋转速度，以使负荷管路15的压力和流量达到所述低压
和大流量。
这样，在所述电磁切换阀5位于第1位置Sl时，对负荷管路15进 行低压大流量的控制。
具体地讲，通过限制部32对从所述控制器6的压力控制部31输出 的、基于压力指令与压力检测信号之间的偏差的压力控制信号Vp，施加 与流量指令对应的限制，而生成限制控制信号VL。并且，旋转速度控制 部33根据该限制控制信号VL、和利用来自位置检测器26的信号及表示 所述第1位置Sl的控制信号计算出的流量，生成用于把负荷管路15的 压力和流量控制成为与压力指令和流量指令对应的压力和流量的旋转速 度控制信号，并输出给伺服电机3。
这样，由限制部32对压力控制信号Vp施加与流量指令对应的限制 而生成限制控制信号VL，根据该限制控制信号VL来控制压力和流量， 所以能够准确且顺畅地进行压力控制和流量控制。
接着，设为根据压力指令和流量指令进行中压中等流量的控制。
此时，所述控制器6使所述四端口三位置式电磁切换阀5位于第2 位置S2。
这样，从中等容量的第1固定容量式液压泵1流入电磁切换阀5的 第1输入端口 Pl的中等流量的工作油被从输出端口 A提供给负荷管路 15，而从小容量的第2固定容量式液压泵2流入电磁切换阀5的第2输 入端口 P2的小流量的工作油，被从返回端口 R排出到油箱T中，第2 固定容量式液压泵2卸荷。
ii此时，所述控制器6根据表示中压的压力指令、表示中等流量的流
量指令、来自压力传感器25的信号和来自位置检测器26的信号，控制 所述伺服电机3的旋转速度，以使负荷管路15的压力和流量达到所述中 压和中等流量。
这样，在所述电磁切换阀5位于第2位置S2时，对负荷管路15进 行中压中等流量的控制。
具体地讲，通过限制部32对从所述控制器6的压力控制部31输出 的、基于压力指令与压力检测信号之间的偏差的压力控制信号Vp，施加 与流量指令对应的限制，而生成限制控制信号VL。并且，旋转速度控制 部33根据该限制控制信号VL、和利用来自位置检测器26的信号及表示 所述第2位置S2的控制信号计算出的流量，生成用于把负荷管路15的 压力和流量控制成为与压力指令和流量指令对应的中等压力和中等流量 的旋转速度控制信号，并输出给伺服电机3。
这样，由限制部32对压力控制信号Vp施加与流量指令对应的限制 而生成限制控制信号VL，根据该限制控制信号VL来控制压力和流量， 所以能够准确且顺畅地进行压力控制和流量控制。
接着，设为根据压力指令和流量指令进行高压小流量的控制。
此时，所述控制器6使所述四端口三位置式电磁切换阀5位于第3 位置S3。
这样，从中等容量的第1固定容量式液压泵1流入电磁切换阀5的 第1输入端口 Pl的中等流量的工作油，被从返回端口 R排出到油箱T 中，第1固定容量式液压泵1卸荷，而从小容量的第2固定容量式液压 泵2流入电磁切换阀5的第2输入端口 P2的小流量的工作油，被从输出 端口 A提供给负荷管路15。
此时，所述控制器6根据表示高压的压力指令、表示小流量的流量 指令、来自压力传感器25的信号和来自位置检测器26的信号，控制所 述伺服电机3的旋转速度，以使负荷管路15的压力和流量达到所述髙压 和小流量。
这样，在所述电磁切换阔5位于第3位置S3时，对负荷管路15进行高压小流量的控制。
具体地讲，通过限制部32对从所述控制器6的压力控制部31输出
的、基于压力指令与压力检测信号之间的偏差的压力控制信号Vp,施加 与流量指令对应的限制，而生成限制控制信号VL。并且，旋转速度控制 部33根据该限制控制信号VL、和利用来自位置检测器26的信号及表示 所述第3位置S3的控制信号计算出的流量，生成用于把负荷管路15的 压力和流量控制成为与压力指令和流量指令对应的压力和流量的旋转速 度控制信号，并输出给伺服电机3。
这样，由限制部32对压力控制信号Vp施加与流量指令对应的限制 而生成限制控制信号VL，根据该限制控制信号VL来控制压力和流量， 所以能够准确且顺畅地进行压力控制和流量控制。
这样，只使用一个四端口三位置式电磁切换阀5和上述的连接结构， 即可选择低压大流量、中压中等流量、高压小流量这三种阶段的运转模 式，使两个泵适当地卸荷、合流，由此减小伺服电机3所需要的轴扭矩。
因此，根据该液压驱动装置，可以实现高压控制和大流量控制，而 且可以减小伺服电机3和控制器6所需要的电流值，可以使伺服电机3 和控制器6小型化、低造价。
另外，在上述液压驱动装置中，由于电流值减小，所以在选择高压 小容量的控制时，能够在高压下长时间保持压力。
接着，设为所述电磁切换阀5例如由于尘埃等被锁住，而停止在第 1位置Sl和第2位置S2之间或者第1位置Sl和第3位置S3之间，使 得第i输入端口 Pl和第2输入端口 P2与输出端口 A和返回端口 R之间 被关闭。
此时，排出管路11、 12的压力将要上升，但第1单向阀21和第2 单向阀22开放，来自第1和第2固定容量式液压泵1、 2的工作油在所 述电磁切换阀5旁通，而提供给负荷管路15。这样，在所述电磁切换阀 5故障时，工作油通过第1单向阀21和第2单向阀22在电磁切换阀5旁 通，所以能够防止配管管路和液压设备等破损。
另外，在由于从所述第1和第2单向阀21、 22提供的工作油使得负荷管路15的压力将要过大时，可以利用溢流阀23将工作油释放到油箱T 中，可以防止压力过大，并防止设备破损。
在上述实施方式中，利用压力传感器25直接检测负荷管路15的压 力，但也可以利用电流传感器检测流向伺服电机3的电流值，根据该电 流值间接检测压力。
另外，在上述实施方式中，作为流量检测用传感器的一例使用位置 检测器，根据伺服电机3的旋转位置和时间来检测出流量，但也可以直 接检测伺服电机3的旋转速度来检测流量。
另外，本发明使用的控制器不限于上述实施方式的控制器6，例如 也可以是日本专利公开第2000—320466号公报的图4记载的具有差分选 择部的控制器，只要能够根据压力指令和流量指令来控制压力和流量， 则可以是任何方式的控制器。
权利要求
1. 一种液压驱动装置，其特征在于，该液压驱动装置具有轴互相连接的双联式中等容量的第1固定容量式液压泵(1)和比所述中等容量小的小容量的第2固定容量式液压泵(2)；四端口三位置式电磁切换阀(5)，其具有与所述第1固定容量式液压泵(1)的排出口连接的第1输入端口(P1)、与所述第2固定容量式液压泵(2)的排出口连接的第2输入端口(P2)、与负荷管路(15)连接的输出端口(A)和与油箱(T)连接的返回端口(R)，而且具有使所述第1和第2输入端口(P1、P2)与输出端口(A)连通、并使返回端口(R)关闭的第1位置(S1)，使所述第1输入端口(P1)与输出端口(A)连通、并使所述第2输入端口(P2)与返回端口(R)连通的第2位置(S2)，和使所述第1输入端口(P1)与返回端口(R)连通、并使所述第2输入端口(P2)与输出端口(A)连通的第3位置(S3)；伺服电机(3)，其驱动所述第1固定容量式液压泵(1)和第2固定容量式液压泵(2)；压力传感器(25)，其直接或间接检测所述负荷管路(15)的压力；流量检测用传感器(26)，其检测所述伺服电机(3)的旋转位置或速度；以及控制器(6)，其接受所述压力传感器(25)和流量检测用传感器(26)的输出，并且接受压力指令和流量指令，控制所述伺服电机(3)使所述负荷管路(15)的压力和流量成为与所述压力指令和流量指令对应的压力及流量。
2. 根据权利要求l所述的液压驱动装置，其特征在于，该液压驱动 装置具有-第1单向阀(21)，其连接于所述第1固定容量式液压泵(1)的排 出口和所述电磁切换阀(5)的第l输入端口 (Pl)之间与所述负荷管路 (15)之间，用于使朝向所述负荷管路(15)的流动成为正向；第2单向阀(22)，其连接于所述第2固定容量式液压泵(2)的排出口和所述电磁切换阀(5)的第2输入端口 (P2)之间与所述负荷管路 (15)之间，用于使朝向所述负荷管路(15)的流动成为正向。
3. 根据权利要求1或2所述的液压驱动装置，其特征在于，该液压 驱动装置具有与所述负荷管路(15)连接的溢流阀(23)。
4. 根据权利要求1或2所述的液压驱动装置，其特征在于，所述控 制器(6)具有压力控制部(31)，其接受所述压力指令和来自所述压力传感器的压 力检测信号，根据所述压力指令与所述压力检测信号之间的偏差输出压 力控制信号(Vp);限制部(32)，其接受来自所述压力控制部(31)的压力控制信号和 流量指令，输出对所述压力控制信号施加与所述流量指令对应的限制而 生成的限制控制信号(VL);以及旋转速度控制部(33)，其根据来自所述限制部(32)的限制控制信 号和来自所述流量检测用传感器(26)的流量检测用信号，生成用于把 所述负荷管路(15)的压力和流量控制为与所述压力指令和流量指令对 应的压力和流量的旋转速度控制信号，并输出给所述伺服电机(3)。
全文摘要
提供一种可以利用体积小且价格低廉的结构来实现高压控制和大流量控制的液压驱动装置。该液压驱动装置利用伺服电机(3)驱动双联式中等容量的第1固定容量式液压泵(1)和小容量的第2固定容量式液压泵(2)，利用四端口三位置式电磁切换阀(5)控制来自第1和第2固定容量式液压泵(1、2)的工作油。电磁切换阀(5)具有使第1和第2输入端口(P1、P2)与输出端口(A)连通、并使返回端口(R)关闭的第1位置(S1)；使第1输入端口(P1)与输出端口(A)连通、并使所述第2输入端口(P2)与返回端口(R)连通的第2位置(S2)；和使第1输入端口(P1)与返回端口(R)连通、并使所述第2输入端口(P2)与输出端口(A)连通的第3位置(S3)。
文档编号F04B49/06GK101473138SQ20078002229
公开日2009年7月1日 申请日期2007年6月20日 优先权日2006年6月30日
发明者宫城淳一 申请人:大金工业株式会社