講師： ⼤⾒康生
（⼤⾒技術⼠事務所 代表） IFPEX2014 日本フルードパワーシステム学会セミナー 2014.09.19油圧ポンプ／モータの最新技術動向
目 次
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒⾳化
４．最新の技術動向
５．まとめ
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒音化
４．最新の技術動向
５．まとめ
１．はじめに
フルードパワーと電動パワー
油圧ﾓｰﾀ ｺﾝﾄﾛｰﾙﾊﾞﾙﾌﾞ 油圧ﾎﾟﾝﾌﾟ 大型産業機械用 ｼｽﾃﾑ 電動ｻｰﾎﾞﾓｰﾀ 各種ｺﾝﾄﾛｰﾗ 電動化製品 電油ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ機器 ⻑所・⽋点を補完 高ﾊﾟﾜｰﾚｰﾄ ⾼出⼒密度 制御性ｴﾈﾙｷﾞｰ変換の容易さ フルードパワー 電動パワー省エネ・⾼機能化・対環境性
省エネ・⾼機能化・対環境性
目 次
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒音化
４．最新の技術動向
５．まとめ
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒音化
４．最新の技術動向
５．まとめ
１） ﾋﾟｽﾄﾝ形
油圧ポンプ／モータの形式と分類
２．油圧の特徴 ﾗｼﾞｱﾙ形 回転ｼﾘﾝﾀﾞ 固定ｼﾘﾝﾀﾞ 単⾏程形 ｼﾘﾝﾀﾞ回転形 ｶﾑ回転形 多⾏程形 斜軸式 斜板式 ﾛｯﾄﾞ駆動式 自在継手駆動式 ｱｷｼｬﾙ形 油圧 ﾎﾟﾝﾌﾟ･ﾓｰﾀ油圧ポンプ／モータの形式と分類
２．油圧の特徴・ﾗｼﾞｱﾙ形
低速・⾼出⼒ﾄﾙｸﾓｰﾀ。⽤途によっては、減速機が不要。 ﾄﾙｸ変動、回転変動等の大きいのが欠点。昔は、 油圧ｼｮﾍﾞﾙにも使用されたが、現在は使用されていない。・斜軸形
ﾋﾟｽﾄﾝまたは、ｺﾈｸﾃｨﾝｸﾞﾛｯﾄﾞがｼﾘﾝﾀﾞを駆動。高傾角、 高速回転が可能。斜板形に⽐べ⾼効率と評価された 時代もあったが、現在、建機用では斜板形が主流。・斜板形
容量制御を斜板の傾角制御で⾏うため、制御性が良く 軽量でｺﾝﾊﾟｸﾄ。⾞載に有利なため、建機をはじめ、 産業分野でも広く使用されている。目 次
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒⾳化
４．最新の技術動向
５．まとめ
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒⾳化
４．最新の技術動向
５．まとめ
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒⾳化
・ 出⼒ - 質量
1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+041.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04
出 ⼒ Ｐ w ( k W ) 質量Ｍ（kg） ﾗｼﾞｱﾙ M 斜軸 M 斜軸 M BR 斜板 M 斜板 P ACﾓｰﾀ ∝ M4/3 ∝ M2/3 ３．改良のﾎﾟｲﾝﾄ
・ 出⼒密度 - 質量
1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01
1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04
出 ⼒ 密 度 P d e n （ kW / K g ） 質量 Ｍ（kg） ﾗｼﾞｱﾙ M 斜軸 M 斜軸 M BR 斜板 M 斜板 P ACﾓｰﾀ ∝ M1/3 ∝ M-1/3
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒⾳化
３．改良のﾎﾟｲﾝﾄ・ 出⼒密度
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 1960 1970 1980 1990 2000 2010 西暦（年） 相 対 比 （ 初 期 開 発 製 品 比 ） 容量/質量 定格圧力比 動力/質量 (A) (B) (Ｃ) (Ｄ) Pden : 出⼒密度（kW/kg） Pd : 吐出圧⼒（MPa） Qth : 吐出容量（cm3） N : 回転数（min-1） W : 質量（kg） Pden ＝ Pd × Qth × N W × 60,000 斜板ﾎﾟﾝﾌﾟの ｼﾘｰｽﾞ開発 バルブプレート 斜板支持台 軸受メタル シリンダブッシュ シリンダブロック α dp Ｄc Pd （吐出圧⼒）→ 高圧化 Qth（吐出容量）→ 高傾角化 N （回転数） → 高速化 W （質量） → 軽量化 ２）⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒⾳化
３．改良のﾎﾟｲﾝﾄ高圧化 高傾角化 高速化 軽量化 摺動部の耐焼付き性向上（材料・表⾯改質技術） 部品寸法精度向上（幾何公差・表⾯粗度・形状） ﾛｰﾀﾘｰの油圧ﾊﾞﾗﾝｽ設計 球面ﾊﾞﾙﾌﾞﾌﾟﾚｰﾄによる自吸性能向上 斜板⽀持構造の改良 シリーズ (A) シリーズ (C)(D) 技術課題 対 策 ロータリー部の改良 斜板⽀持構造の改良 シリーズ (A) シリーズ (B) シリーズ (C)(D)
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒⾳化
３．改良のﾎﾟｲﾝﾄ・ 2005年頃より、燃費向上・省エネ志向が強まる
ポンプ効率＝ 容積効率 × 機械効率 容積効率：損失流量（外部漏れ・内部漏れ・圧縮損失）の低減 機械効率：損失ﾄﾙｸ（摺動部摩擦・撹拌抵抗）の低減 解析ﾓﾃﾞﾙの構築 実現象の把握 改良案 検証 性能向上 計測技術 損失量の詳細計測 解析技術 損失量の理論的説明⾼出⼒密度化
・
⾼効率化
・低騒音化
３．改良のﾎﾟｲﾝﾄ・ 効率予測
バルブプレート 斜板支持台 軸受メタル シリンダブッシュ シリンダブロック α dp Ｄc 80 85 90 95 K3V63 K7V63 K3V112 K5V140 K7VG265 ポ ン プ 効 率 [% ] 予測値 実測値 ﾎﾟﾝﾌﾟ(A) (B) (C) (D) (E)⾼出⼒密度化
・
⾼効率化
・低騒音化
３．改良のﾎﾟｲﾝﾄ ロータリー構成部品の諸元から、 効率予測が可能 斜板形ポンプの最⾼効率：90%以上 損失トルクと損失流量は、相互に影響 モータでは、高速性能にも影響 75 80 85 90 95 0 10 20 30 40 有効差圧 [MPa] ポ ン プ 効 率 [ % ] 2011年 2010年 現行 ﾎ ﾟ ﾝ ﾌ ﾟ 効率 η 現在 2010年 2005年 ポンプ容量(qth)固定 qth＝f (dp,Dc) シリンダの強度他の限界 → 実現可能な dp,Dcの範囲 ポンプ運転条件(回転数他)固定 最⾼ポンプ効率ηpの推定 ηp＝g (dp,Dc) 騒音の計測方法 音響ﾊﾟﾜｰﾚﾍﾞﾙ(SPL)の計測 振動計測 ﾚｰｻﾞｰﾄﾞｯﾌﾟﾗｰ振動計 による構造体の振動解析 昇降圧ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ 構造体､ﾛｰﾀﾘｰの振動解析 ﾚｰｻﾞｰﾄﾞｯﾌﾟﾗｰ振動計 ３．改良のﾎﾟｲﾝﾄ・ ⻑年の課題
ポンプ周辺の音場 f=900Hz マイク計測点 20ヶ所 P 1.2ｍ P マイク計測点 20ヶ所 P 1.2ｍ P P 1.2ｍ P SPLの計測 (JIS Z 8732 に準拠) 振動解析 剛性解析 ３）⾼出⼒密度化
・
⾼効率化
・
低騒音化
目 次
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒音化
４．最新の技術動向
５．まとめ
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒音化
４．最新の技術動向
５．まとめ
小型化・⾼速化・⼤容量化
４．最新の技術動向・ 出⼒ - 質量
1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+041.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04
出 ⼒ Ｐ w ( k W ) 質量Ｍ（kg） ﾗｼﾞｱﾙ M 斜軸 M 斜軸 M BR 斜板 M 斜板 P ACﾓｰﾀ ∝ M4/3 ∝ M2/3 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04
1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04
出⼒ Ｐw ( k W ) 質量Ｍ（kg） ﾗｼﾞｱﾙ M ﾗｼﾞｱﾙ P/Mnew 斜軸 M 斜軸 M BR 斜板 M 斜板 M new 斜板 P 斜板 P new ACﾓｰﾀ 斜板 P ﾏｲｸﾛ ∝ M4/3 ∝ M2/3 斜板形 小型ﾎﾟﾝﾌﾟ 斜板形 高速ﾓｰﾀ 斜板形 大型ﾎﾟﾝﾌﾟ ﾗｼﾞｱﾙ形 超大型ﾓｰﾀ
４．最新の技術動向
・ 斜板形小型ﾎﾟﾝﾌﾟ
従来から、⼩型領域での 油圧ﾎﾟﾝﾌﾟ/ﾓｰﾀ開発への期待 があった。 下図小型ﾎﾟﾝﾌﾟｼﾘｰｽﾞが、 2006年 上市された。 球面V/Pを採用 質量(kg) 2.3, 1.9, 0.96, 0.43, 0.27 (0.4cmTFH-0403)小型化・⾼速化・⼤容量化
４） ５） ４．最新の技術動向・ 斜板形小型ﾎﾟﾝﾌﾟ
小型化・⾼速化・⼤容量化
介護機器、医療機器 ロボット、産業⾞両分野 などへの適用が期待される。 仕様上、高速側回転数 には 余裕あり。 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+041.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04
出⼒ Ｐw ( k W ) 質量 Ｍ（kg） ﾗｼﾞｱﾙ M ﾗｼﾞｱﾙ P/Mnew 斜軸 M 斜軸 M BR 斜板 M 斜板 M new 斜板 P 斜板 P new ACﾓｰﾀ 斜板 P ﾏｲｸﾛ ∝ M4/3 ∝ M2/3 斜板形 小型ﾎﾟﾝﾌﾟ 斜板形 小型ﾎﾟﾝﾌﾟ 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04
1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04
出⼒ Ｐw ( k W ) 質量 Ｍ（kg） ﾗｼﾞｱﾙ M ﾗｼﾞｱﾙ P/Mnew 斜軸 M 斜軸 M BR 斜板 M 斜板 M new 斜板 P 斜板 P new ACﾓｰﾀ 斜板 P ﾏｲｸﾛ ∝ M4/3 ∝ M2/3 斜板形 小型ﾎﾟﾝﾌﾟ 小型HMAとしての適用 小型ｱｷｼｬﾙﾎﾟﾝﾌﾟﾕﾆｯﾄ ８）
４．最新技術動向
・斜板形高速モータ
従来､高速回転が必要な用途には､斜軸形モータの使用が一般的。 ⽣産量で優位にある、斜板形ロータリーを用いた高速モータが開発 されている。 高速仕様への対策 ・ 新設計ﾛｰﾀﾘｰによるｼﾘﾝﾀﾞ姿勢の安定化 ・ 放熱に配慮した設計 高速仕様への対策 ・ 新設計ﾛｰﾀﾘｰによるｼﾘﾝﾀﾞ姿勢の安定化 ・ 放熱に配慮した設計小型化・
高速化・⼤容量化
８） 斜板形高速モータの仕様 ４．最新技術動向・ 大型鍛造プレス/産業機械用 大型斜板ポンプ
従来、大型産業機械向けには、斜軸形ポンプが使用されてきた。 最新の設計技術を駆使し、大型設備の過酷な使用条件下でも ⻑寿命と⾼い信頼性を持つ⼤型斜板ポンプが開発された。 タンデム化や、両傾転での使用 も可能で、適用範囲の拡大が 期待される。 主要仕様 ・容量 ： 500cm3 ・定格圧⼒ ： 45MPa ・最⾼圧⼒ ： 50MPa ・定格回転数 ： 1200min-1 主要仕様 ・容量 ： 500cm3 ・定格圧⼒ ： 45MPa ・最⾼圧⼒ ： 50MPa ・定格回転数 ： 1200min-1小型化・高速化・
⼤容量化
大型斜板ポンプ ６）４．最新技術動向
・ 風⼒発電設備⽤ 超大型ラジアル形P/M
増速機と発電機、昇圧ﾄﾗﾝｽを用いる 増速機方式 が、一般的。 大型化のネックとなっていた増速機やインバータを使用しない 油圧ドライブ方式 の開発が進⾏中。小型化・高速化・
⼤容量化
（DDT） （DDT） （DDT） DDT：ﾃﾞｼﾞﾀﾙ可変容量制御動力伝達機構 風車とﾅｾﾙ ７） ４．最新技術動向・風⼒発電設備⽤
超大型ラジアル形P/M
NEDO・三菱重⼯が、7MW級の風⾞を開発中。 超大型ﾗｼﾞｱﾙﾎﾟﾝﾌﾟ／ﾓｰﾀから成るｼｽﾃﾑ (Digital Displacement P/M)小型化・高速化・
⼤容量化
油圧モータ(DDM) 油圧ポンプ(DDP) DDT：ﾃﾞｼﾞﾀﾙ可変容量制御動力伝達機構 ７）目 次
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒音化
４．最新の技術動向
５．まとめ
１．はじめに
２．油圧の特徴
油圧ポンプ／モータの形式と分類・特徴
３．改良のポイント
⾼出⼒密度化・⾼効率化・低騒音化
４．最新の技術動向
５．まとめ
・油圧ポンプ／モータの形式分類と特徴、その改良の要点を
述べた。
・各形式の油圧ポンプ／モータは、用途別 に、使い分けられて
いるが、今⽇、量的には、斜板形が主流となっている。
・油圧技術は、歴史も古く、枯れた技術ではあるが、変化する
社会ニーズに応えるべく、新発想による新製品も生まれ
つつある。
・⾼度な計測技術と解析技術を駆使し、油圧技術の本質を
掘り下げ、 他技術とのハイブリッド化を⾏えば、更に⼤きな
付加価値の創造が期待できる。
まとめ
１）JFPA：実用油圧ﾎﾟｹｯﾄﾌﾞｯｸ ２）⼤⾒康⽣，建設機械⽤油圧ﾎﾟﾝﾌﾟの⾼出⼒密度化,油圧技,Vol.47,No.7, （2008） ３）⼤⻄正貴他,建機用油圧ﾎﾟﾝﾌﾟ K7Vｼﾘｰｽﾞの開発,川崎重工技報,168号, 2009年2月 ４）田中豊,ﾌﾙｰﾄﾞﾊﾟﾜｰ機器の小形,⾼効率,省ｴﾈ,環境に関する動向, ﾌﾙｰﾄﾞﾊﾟﾜｰｼｽﾃﾑ,39巻,5号,（2008） ５）⼩曽⼾博,超小形ﾎﾟﾝﾌﾟ・ﾓｰﾀ,油空圧技術，Vol.50,No.12 ６）桑野博明,超大型鍛造ﾌﾟﾚｽ油圧ｼｽﾃﾑの概要,JFPSｳｲﾝﾀｰｾﾐﾅｰ,2014年2月 ７）NEDO資料, 洋上風⼒発電技術研究開発に係るNEDOの取り組み, 2013年 1月 ８）三菱重⼯業 （株）HP,（株）ﾀｶｺ HP, 川崎重工業（株）HP等
