CN103899526A - 液压机和用于调节由液压机产生的转矩的调节方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种液压机（1；4）和用于调节由液压机（1；4）产生的功率的调节方法。液压机（1；4）包括：调节装置（44），用于调节液压装置（35）的输送体积，该液压装置与能旋转的元件（10）耦联；比例方向阀（50），用于借助于比例磁体（52）操控调节装置（44）；转矩传感器（21），用于检测由液压装置（35）产生的转矩；以及调节装置（7），用于如此调节由液压装置（35）产生的转矩，即基于转矩传感器（21）的检测结果来电操控比例磁体（52）。

Description

液压机和用于调节由液压机产生的转矩的调节方法

技术领域

本发明涉及一种液压机和一种用于调节由液压机产生的转矩的调节方法。

背景技术

WO 2011/107190 A1描述了一种压力调节的轴向柱塞机，其中执行一种特殊的算法用于调节液压机的特定的额定转矩。

此外，对申请人来说，液压机的特定的额定转矩通过对特性场的控制进行调节。在此，液压机事先被测量且基于参数、压力、转速、温度和摆动角得到其效率，并将其存储在控制器中。根据额定值要求且基于相应的效率，将液压机的摆动角调节到特定的值。目前为止这一点利用电比例的体积流确立进行。

可选地，申请人已知，效率可以假定为恒定的且可以与额定转矩类似地调节所计算出的额定摆动角。这一点同样可以利用电比例的体积流确立进行。

所有这些目前为止用于调节特定的额定转矩的解决方案的问题在于，例如需要传感装置用于参数、转速、压力、摆动角、温度等。

在根据WO 2011/107190 A1的可能方案中尽管可以省去传感装置，然而需要传感装置用于监控功能。之前描述的第三种可能方案极不精确，因为未考虑效率。即使之前描述的第二可能方案明显比第一可能方案更精确，然而其需要极大的花费，以测量每个液压机的效率特性场。由于未考虑效率，所以之前所述的第三可能方案也极不精确，此外，需要“复杂的”调节算法。因此，客户不能建立自己的转矩调节回路。此外，可用于第二和第三可能方案的可摆动的电比例泵仍不能在市场上获得。

此外，目前没有真正的液压机的转矩调节和/或功率调节可用。之前所述的用于在液压机中调节特定的额定转矩的控制相对于真正的调节来说始终具有一定的不精确性。

此外，设计用于功率调节的解决方案是花费极大的机械的功率调节且仅能实现限定的转矩值。其取决于液压机且必须在订货时确定，因为其取决于在液压机中用于调节摆动角的弹簧的设计。此外，这种解决方案中会引起大的损失，尤其是漏油损失。在机械的功率调节时这可能为多达5l/分钟。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提出一种液压机和用于调节由液压机产生的转矩的调节方法，借助于所述液压机和调节方法能解决之前提到的问题。尤其应该提出一种液压机和用于调节由液压机产生的转矩的调节方法，其中简单且可靠地实现了以高精度来调节期望的转矩。

该目的通过根据权利要求1所述的液压机来实现。液压机包括：调节装置，用于调节液压装置的输送体积，该液压装置与可旋转的元件耦联；比例方向阀，用于借助于比例磁体来操控调节装置；转矩传感器，用于检测由液压装置产生的转矩；以及调节装置，其用于如此调节由液压装置产生的转矩，即基于转矩传感器的检测结果而电操控比例磁体。

借助于液压机实现了更精确的调节，更确切地说是对期望的转矩的调节且进而对由其产生的效率的调节。这例如可用在混合应用中。

在之前所述的液压机中，通过紧凑的、适合移动的且抗振动的测量技术通过叠加的调节回路实现了高精度的转矩调节。此外，根据实施例为此不需要摆动角传感器和/或压力传感器。

此外，在之前所述的液压机中类似的调节器电子装置就足够了，因为不必存储特征曲线族等。

另一个优点在于，客户可以使之前所述的液压机本身利用自身的电子装置运行。不需要复杂的算法。

此外，在之前所述的液压机中，可利用电子装置执行转矩的输入。此外，例如存在用于液压机的电的、尤其是电子的功率调节的可能性。

例如，液压机可以有利地用于移动液压系统，尤其是在能量回收或风扇驱动中。在再生的风扇驱动中例如可以避免，风扇的转速波动大大超过许可。

液压机例如可以是轴向柱塞机，其已经作为系列中的移动组件可用。轴向柱塞机例如可以仅以泵运行模式或者既以泵运行模式也以马达运行模式运行。基于操控信号，轴向柱塞机可以从泵运行模式“转向”至马达运行模式。

在从属权利要求中给出了液压机的有利的其它设计方案。

可旋转的元件可以是具有被磁化的区域的轴，以及转矩传感器可以是磁致伸缩传感器，其在使用磁化的区域的情况下测量作用于轴的转矩。通过转矩传感器的这种实施方案，使得转矩的检测极不易受到外部因素、像温度、撞击、振动等的影响。

转矩传感器可以设计成轴密封件。由此转矩传感器仅有极小的位置需求且仅需密封液压机。

转矩传感器也可以集成在轴密封件中。由此也实现了极小的位置需求和简单的安装。

根据一种实施例，比例方向阀是可电比例调节的阀，其设计成液压机的内部的机械的摆动角调节机构。

比例方向阀可以是输送体积调节阀，其在内部布置在液压机中或者在外部形成在液压机上。

调节装置也可以如此设计用于调节由液压装置产生的效率，即基于转矩传感器的检测结果和转速传感器的检测结果来电操控比例磁体。

转矩传感器可以与用于检测可旋转的元件的转速的转速传感器组合为一个单元。

液压机的可旋转的元件可以是风扇的驱动轴。

此外，所述目的还通过一种根据权利要求10所述的、用于调节由液压机产生的转矩的调节方法实现。所述调节方法具有如下步骤：借助于调节装置来调节用于驱动可旋转的元件的液压装置的输送体积；借助于转矩传感器来检测由液压装置产生的转矩；借助于比例磁体来操控比例方向阀，利用该比例方向阀操控调节装置；通过基于转矩传感器的检测结果而电操控比例磁体，从而在闭合的调节回路中调节产生的转矩。

调节方法实现了与之前关于液压机提到的相同的优点。

本发明的其它可能的实施方案也未详尽包括所述之前或者下文关于实施例描述的特征或实施方案的组合。在此，本领域技术人员也将单个方面作为改进或者补充添加至本发明的相应的基础形式中。

附图说明

下面参考附图且根据实施例详细描述本发明。附图示出：

图1示出了根据第一实施例的液压机的剖视图；

图2示出了根据第一实施例的液压机的液压线路的原理线路图；

图3示出了根据第一实施例的调节方法的流程图；以及

图4示出了根据第二实施例的液压机的液压线路的原理线路图。

具体实施方式

如果没有其它说明的话，在附图中相同的或功能相同的元件具有相同的附图标记。

图1示出了根据第一实施例的形式为轴向柱塞机的液压机1。液压机1通过联接件2与风扇3连接且可以驱动风扇3。液压机1通过极简略地示出的调节装置7来控制。液压机1也可以驱动与风扇3不同的另一种设备，例如钻机、混合机、离心机等。

图1中液压机1具有轴10，该轴也可以称为可旋转的元件10，且具有磁化的区域11。在轴10上安装了形式为环的轴密封件15和用于检测液压机1的转矩和转速的形式为套筒的检测装置20。检测装置20—轴密封件15与该检测装置组合—利用定位螺栓25固定在液压机1的壳体28上。此外，液压机1具有：活塞30，该活塞沿液压机1的轴向方向支承在倾斜的摆动摇架35上；入口液压线路40，其填充有液压介质41，尤其是液压油等；以及出口液压线路42，其同样填充有液压介质41，尤其是液压油等。摆动摇架35随后也被称为液压装置35。

图1的液压机1例如是斜轴式机、斜盘式机等。为了驱动风扇3，轴向柱塞机1可作为液压马达工作。然而，在该实施例中，描述了泵运行模式，尽管下文描述的原理也能用于液压马达。液压机1实施为在两方面可摆动，即对于马达运行模式或泵运行模式。

为数字调节装置的调节装置7在闭合的调节回路中调节轴10的转矩。通过调节转矩，调节装置7设计用于调节轴向柱塞机1的电比例的输送体积。

图1中的检测装置20尤其具有转矩传感器21和转速传感器22。转速传感器22用于检测轴10的转速，即实际转速。转速传感器22可以是通常的转速传感器。在图1中，转速传感器22和转矩传感器21集成为一个单元。

转矩传感器21用于检测作用于轴10上的转矩。在此，使用在轴10上磁化的区域11。转矩传感器21是磁致伸缩传感器，该磁致伸缩传感器在使用磁化的区域11（图1）的情况下测量在轴上起作用的转矩，即实际转矩。在此利用了，由于旋转—该旋转是轴10的机械负荷—出现了轴10的弹性变形，由此磁化的区域11的磁场弹性地变化。尤其在磁化的区域11中存在两个取向相反的磁场，从而实现了差分测量（Differentialmessung）。

在该实施例中，转矩传感器21集成到轴密封件15中。然而也可以将转矩传感器21设计成轴密封件15。在任意情况下，转矩传感器21以与轴10预先确定的距离布置。

图2示出液压线路的结构，该液压线路用于调节液压机1的功率。在泵运行模式中，液压机1由轴10驱动，从而液压机1通过入口液压线路40从容器43中抽吸液压介质41。在轴10上极简化地示出了具有其转矩传感器21和转速传感器22的检测装置20。在图2中S代表液压机1的吸入连接接头。由液压机1抽吸的液压介质41（图1）与设定的输送体积对应地输送至出口液压线路42中，出口液压线路也可以称为工作线路。在图2中B代表液压机1的压力连接接头。此外，液压机1具有漏油连接接头L、L₁、L₂。

图2中示出了在断开的液压循环中的布置。然而，液压机1也可以布置在闭合的循环中。

像图2中示出的那样，液压机1的输送体积可以利用调节装置44来调节。调节装置44包括调节活塞45、调节压力腔室46、回动弹簧47和复位弹簧48。通过取料线路49将液压介质从出口液压线路42引导至比例方向阀50。比例方向阀50如此与调节装置44连接，使得比例方向阀可以调节作用于调节活塞45的调节压力。因此，比例方向阀50可以作为控制压力调节阀起作用。调节活塞45沿一个方向通过复位弹簧48被加载弹簧力。回动弹簧47将取决于调节活塞45的位置的力传输至比例方向阀50的阀活塞。在图2中示出的位置中，比例方向阀50位于调节装置44的静止位置中。在该位置中，取料线路49与调节压力线路51连接。由此在调节压力腔室46中出现了存在于出口液压线路42中的压力。该压力加载调节活塞45连同其朝向调节压力腔室46的活塞面。因此，在图2中调节活塞45向左移动。由于该移动或者调节运动，调节活塞45压缩了复位弹簧48。在调节活塞45反作用于复位弹簧48的力移动或调节运动中，液压机1沿其最小输送体积的方向调整。

从图2中示出的比例方向阀50的静止位置—其为第一终端位置—出发，比例方向阀50可以沿第二终端位置的方向通过比例磁体52被加载一个力。比例方向阀50可在两个终端位置之间无级地调节。由比例磁体52产生的力反作用于回动弹簧47的力。此时，如果比例磁体52通过电线路76被调节装置7加载了一信号，则沿阀活塞的第二终端位置的方向将一力作用到比例方向阀50的阀活塞上。在第二终端位置中调节压力线路51与第一连接线路53连接，在此液压机1沿其最大输送体积的方向调节。在正常运行期间，第一连接线路53通过第二连接线路54与容器43连接，且通过止回阀55与调节压力腔室46连接。仅当容器43中的压力高于调节压力腔室46中的调节压力时，才接通线路53通过止回阀55至调节腔室46的路径。因此，在比例方向阀50的第二终端位置中，调节压力腔室46通过连接线路53和54与容器43连接且调节压力腔室46卸载到容器43中。因此，作用于调节活塞45的活塞面上的力减小，且复位弹簧48如此使调节活塞45运动，即液压机1沿输送体积变大的方向调节。

为了能够调节液压机1的比例调节运动或者比例输送体积，回动弹簧47的力反作用于比例磁体52作用在比例方向阀50的阀活塞上的力。因此，在比例方向阀50的阀活塞上施加了取决于调节活塞45的相应的位置的力。

在该实施例中，比例方向阀50是电比例可调节的阀，该阀布置在液压机1中。比例方向阀50设计成液压机1的内部的机械的摆动角调节装置。

调节装置7具有用于产生轴10的转矩的额定值的额定值产生单元71。轴10的转矩的每个额定值与压力相关地且与另外的影响参量、例如转速和/或温度相关地对应于液压机1的特殊的输送体积。为此特别是，额定值产生单元71由外部—像箭头80示出的那样—获得使用者的输入和/或例如车辆—其中安装了液压机1—的车辆计算机的输入，例如功率额定值或者直接是转矩额定值。在功率额定值的情况下，借助于转速实际值产生转矩额定值。由额定值产生单元71产生的额定值被传递至比较单元72，该比较单元还通过电线路75获得检测装置20的检测结果，即实际转矩和实际转速。比较单元72比较了转矩的额定值和转矩传感器21的实际值。操控单元73根据该比较结果通过电线路76电操控比例磁体52并进而调节转矩。

因此，存在用于调节轴10的转矩且进而调节液压机1的功率的闭合的调节回路。在此，提供了一种由作为液压机1的轴向柱塞机和新型的、适合移动的转矩测量技术的组合，用于调节液压机1的轴10上的转矩。转矩测量技术由液压机1的在区域11中专门磁化的轴10以及形式为转矩传感器21的紧凑的转矩分析电子装置组成。转矩测量技术对温度、振动等不敏感且耐油和耐水且具有直至50mm的位置需求。

额定转矩和实际转矩之间的相应的调节回路利用任意的电子装置构造。在此优选存在标准化的接口，从而客户也可以将自身的调节回路构造在其电子装置中。测量技术在该实施例中完全集成在液压机1中。

图3示出了由调节装置7执行的调节方法的流程，用于调节由液压机1的液压装置35产生的转矩。如果检测转速，则也可以调节由液压装置35产生的功率。

在调节方法开始之后，在步骤S1中设定用于驱动作为可旋转的元件的轴10的液压装置35的输送体积。然后该流程继续进行至步骤S2。

在步骤S2中转矩传感器检测由液压装置35产生的转矩。然后该流程继续进行至步骤S3。

在步骤S3中转速传感器检测作为可旋转的元件的轴10的转速。然后该流程继续进行至步骤S4。

在步骤S4中，调节装置7，更确切地说其比较单元72比较了步骤S2和S3的检测值和由额定值产生单元71产生的额定值。比较单元72将其比较结果发送至操控单元73。然后该流程继续进行至步骤S5。

在步骤S5中，调节装置7，更确切地说其操控单元73操控了比例磁体52，从而比例方向阀50能够移动调节活塞45。因此，通过基于转矩传感器21的检测结果而电操控比例磁体52，从而在闭合的调节回路中调节由液压装置35产生的转矩。可选地，调节装置7也可以通过下述方式在闭合的调节回路中调节由液压装置35产生的功率：基于转矩传感器21的检测结果和转速传感器22的检测结果的乘积而电操控比例磁体52。然后该流程返回至步骤S1。

当切断调节装置7和/或液压机1时，所述调节方法结束。可任意选择步骤S2和S3的顺序。尤其也可以同时或者几乎同时地执行两个步骤S2、S3。

因此，在该实施例中，提供了一种极简单的内部的机械的摆动角调节。因此，实现了受调节的液压机1的更价廉且更简单的制造。

此外，由于较小的调节器轴，所以在液压机1中出现较少的泄漏，从而液压机1具有比现有技术更高的效率。

此外，在液压机1中可以通过叠加的调节回路满足任意的转矩额定值。在该实施例中，回动弹簧47导致，在电流X时出现了摆动角Y。因此，电流例如可以在200mA至600mA的范围内选择。类似于此调节摆动摇架35的摆动角。因此，对每种电流值来说存在一种摆动角值。

图4示出了根据第二实施例的液压机4的液压线路。液压机4基本上具有与在图1中根据第一实施例示出的用于液压机1相同的结构。然而如由图4可看出的那样，根据第二实施例的液压机4的液压线路构造得与根据第一实施例的液压机1的液压线路不同。

在图4中示出的液压线路设置用于调节液压机4的功率或转矩。在泵运行模式中，液压机4被轴10驱动，从而液压机4通过入口液压线路40从容器43中抽吸液压介质41。此处在轴10上同样极简化地示出了具有其转矩传感器21和转速传感器22的检测装置20。在图4中S代表液压机4的吸入连接接头。由液压机4抽吸的液压介质41（图1）与设定的输送体积对应地输送至出口液压线路42中，出口液压线路也可以称为工作线路。在图4中B代表液压机4的压力连接接头。MB代表压力连接接头B的测量连接件，且通过连接线路59与出口液压线路42连接。此外，液压机4具有漏油连接接头L、L₁。

图4中还示出了在断开的液压循环中的布置。然而，液压机4也可以布置在闭合的循环中。

像图4中示出的那样，液压机4的输送体积可以利用调节装置44来调节。调节装置44包括调节活塞45和调节压力腔室46。调节活塞45与摆动摇架35耦联，且摆动角传感器57可以用于测量摆动摇架35的摆动角。然而，摆动角传感器57对液压机4的功能来说不是绝对必要的，且也可以省去。此外，配对调节装置60作用于摆动摇架35。配对调节装置60具有配对活塞61、配对活塞调节压力腔室62和调整弹簧63（Ausstellfeder）。该调整弹簧63具有和根据第一实施例在液压机1中的回动弹簧47相同的功能且在电流最大时导致最大的摆动角。

因此，调节压力腔室46通过连接线路54与比例方向阀50连接。此外，配对活塞调节压力腔室62通过连接线路51与高压线路42连接，该高压线路又利用线路65与比例方向阀50连接。此外，比例方向阀50通过漏油线路58与漏油连接接头L、L₁连接。

调节装置44可以利用比例磁体52和比例方向阀50以及配对调节装置60无级地调节，从而调节活塞45可以无级地调节摆动摇架35的输送体积。这一点与在第一实施例中的描述类似，在图4中示出的静止位置和未示出的第二终端位置之间进行。然而在该实施例中，必须始终以电的方式再调节比例方向阀50的阀活塞。换句话说，在摆动摇架35的摆动角中，比例方向阀50的阀活塞一直处于调节位置中，且因此电流位于需要用于比例方向阀50的中间的阀活塞位置的电流的水平之上。相对地，像之前所述的那样，在第一实施例中，回动弹簧47导致了，电流为X时，摆动角为Y。

因此在该实施例中不像在第一实施例中那样存在内部的机械的摆动角调节，而是通过调节装置7进行调节且因此通过电的方式执行调节。

图4中调节装置7也具有额定值产生单元71、比较单元72和操控单元73，其具有与在第一实施例中相同的功能。

此外，液压机4和其调节装置7以与之前在第一实施例中所述的相同的方式构造。

因此，在该实施例中未提供内部的机械的摆动角调节。因此，相对于第一实施例得到了电控的液压机4的更价廉且更简单的制造，因为仅需要比例方向阀、即比例方向阀50用于调节活塞供给或者说卸载。

此外，在根据本实施例的液压机4中由于小的调节器轴也产生了比第一实施例中更少的泄漏，因此液压机4比根据第一实施例的液压机1具有更高的效率。

在根据本实施例的液压机4中也可以通过叠加的调节回路满足任意的转矩额定值。

所有之前描述的液压机1、4，调节装置7和调节方法的设计方案都可以单独地或者以任意可能的组合使用。尤其可以任意组合之前所述的实施例的所有特征和/或功能。附加地尤其可以设想如下修改。

在附图中示出的部分示意性示出，且只要保证其之前所述的功能，可以在准确的设计方案中与附图中示出的形式有偏差。

即使液压机1、4关于实施例被描述为轴向柱塞机，然而液压机1、4也可以分别是径向柱塞机等。对径向柱塞机情况来说，液压装置35是偏心轮。

轴密封件15可以由塑料制成。轴密封件15不仅可以设计成环—检测装置20与该环一体形成，而且也可以整体设计成套筒。

转矩传感器21也可以布置在液压机1、4外部。

之前所述的液压机1、4中的每个可以如此结合在驱动系统中，即上级的车辆驾驶计算机获得由液压机1、4要求的或反馈的转矩、即实际转矩的可靠的反馈。

Claims (10)

1. 一种液压机（1；4），具有：调节装置（44），用于调节液压装置（35）的输送体积，所述液压装置与能旋转的元件（10）耦联；比例方向阀（50），用于借助于比例磁体（52）操控所述调节装置（44）；转矩传感器（21），用于检测由所述液压装置（35）产生的转矩；以及调节装置（7），用于如此调节由所述液压装置（35）产生的转矩，即基于所述转矩传感器（21）的检测结果能电操控所述比例磁体（52）。

2. 根据权利要求1所述的液压机（1；4），其中所述能旋转的元件（10）是轴，所述轴具有被磁化的区域（11），且其中所述转矩传感器（21）是磁致伸缩传感器，所述磁致伸缩传感器在使用被磁化的区域（11）的情况下测量作用在所述轴（10）上的转矩。

3. 根据权利要求1或2所述的液压机（1；4），其中所述转矩传感器（21）设计成轴密封件（15）。

4. 根据权利要求1或2所述的液压机（1；4），其中所述转矩传感器（21）集成到所述轴密封件（15）中。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的液压机（1；4），其中所述比例方向阀（50）是能电比例调节的阀，其设计成所述液压机（1；4）的内部的机械的摆动角调节机构。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的液压机（1；4），其中所述比例方向阀（50）是输送体积调节阀，其在内部布置在所述液压机（1；4）中或者在外部构造在所述液压机（1；4）上。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的液压机（1；4），其中所述调节装置（7）如此被设计用于调节由所述液压装置（35）产生的功率，即基于所述转矩传感器（21）的检测结果和所述转速传感器（22）的检测结果能电操控所述比例磁体（52）。

8. 根据前述权利要求中任一项所述的液压机（1；4），其中所述转矩传感器（21）与用于检测所述能旋转的元件（10）的转速的转速传感器（22）组合为一个单元。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的液压机（1；4），其中所述能旋转的元件（10）是风扇的驱动轴。

10. 一种用于调节由液压机（1；4）产生的转矩的调节方法，具有如下步骤：

借助于调节装置（44）来调节（S1）用于驱动能旋转的元件（10）的液压装置（35）的输送体积；

借助于转矩传感器（21）来检测（S2）由所述液压装置（35）产生的转矩；

借助于比例磁体（52）来操控（S5）比例方向阀（50），利用所述比例方向阀来操控所述调节装置（44）；

通过基于所述转矩传感器（21）的检测结果而电操控所述比例磁体（52），从而在闭合的调节回路中调节（S4）产生的转矩。

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