サーボモータ一体型電動油圧ポンプを用いた高効率フルードパワーシステムの構築

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25420083
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 佐藤 恭一 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (30262405)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: メカトロニクス / フルードパワーシステム / 電機駆動 / ポンプ / 流体制御 / 動力伝達

Research Abstract

各種産業機械のモーションコントロールにおいて，従来，油圧・空気圧動力を利用した流体駆動式アクチュエータは，その機能が電気駆動式へと移行が進んでいる．一方では，大型プレス機械，大型建設機械など，油圧による流体駆動式アクチュエータでなければ成立しない大出力領域も依然存在する．当研究では，高度な制御には欠かせないがパワーロスの要因でもある油圧制御弁を排除し，高速・高精度制御が可能なサーボモータを駆動源とする油圧ポンプの流量制御により直接油圧アクチュエータの運動を制御する高効率流体動力伝達系を構築する．これにより，きわめて高い省エネルギー性能と大出力の高速・高精度制御性能を両立した流体駆動系を実現し，産業機械の課題であるエネルギー効率向上の技術発展に寄与することを目的とする．
平成25年度では，サーボモータ一体型電動ポンプを設計，試作と，駆動システムを構築を計画し，モータ回転子とポンプ要素が一体化したモータ一体型電動ポンプの設計を実施し，電磁気学と流体工学による設計アプローチにより，モータ回転子－インペラ一体型のターボ形ポンプの設計と試作を行うとともに，モータ回転子－シリンダブロック一体型の容積形ポンプの基本設計を行った．
ポンプの駆動制御系は，Switched Reluctance Motor（SRM）の駆動原理のもとづく回転子（インぺラまたはシリンダブロック）の回転角度位置の検出を必要とする方法を適用し，回転数，トルク制御ができる駆動制御系を構築した．以上の成果を踏まえ，平成26年度は，必要な圧力，流量に合わせてポンプ回転数，駆動トルクを制御するオンデマンド駆動システムを構築する計画である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

平成25年度に計画したモータ一体型電動ポンプを設計，試作において，モータ回転子－インペラ一体型のターボ形ポンプの設計と試作を行うとともに，その駆動制御系の構築を行い，予定していた研究計画をすべて遂行することができた．さらに，モータ回転子－シリンダブロック一体型の容積形ポンプの基本設計も実施し，平成26年度研究計画につながる準備研究も実施することができた．

Strategy for Future Research Activity

平成26年度は，平成25年度に設計，試作を行ったモータ回転子－インペラ一体型のターボ形ポンプと基本設計を行ったモータ回転子－シリンダブロック一体型の容積形ポンプをもとに，必要な圧力，流量に合わせてポンプ回転数，駆動トルクを制御するオンデマンド駆動システムを構築する．さらに，センサレス駆動制御の安定性を高め，外乱に強い頑健なポンプ駆動システムを構築する．
平成27年度（最終年度）では，サーボモータ一体型電動油圧ポンプと油圧シリンダから成るバルブレスサーボシリンダシステムを構成し，従来油圧システムと比較，評価し，高応答性と省エネ性について有効であることを確認する．さらに，建設機械の作業機のモーションコントロールに適用し，実機試験を行って建機作業における省エネ性能を調べ，建設機械の燃費性能，エミッション等，環境負荷低減の観点からの評価を行う．