CN104100508A - 将由马达驱动的、转速可变的液压泵作为流体静力的传动装置的应用 - Google Patents

Abstract

一种用于对由马达（10）驱动的液压泵（20）进行调节的调节装置（30）和一种调节方法。所述调节装置（30）为了对所述液压泵（20）进行压力调节或者对液压缸进行力调节或者位置调节而包括用于对所述转速（n）和所述液压泵（20）的排量（V_h）进行调整的调整机构（35）。在此，所述液压泵（20）的排量（V_h）要么静态地通过对于所述液压泵（20）的摆动角（α）的调节要么动态地在被调节的运行中通过在调节运行中对于所述液压泵（20）的摆动角（α）的以及对于所述马达（10）的转速（n）的动态的调整来得到调整。所述由液压泵（20）、马达（10）和传动调速器或者调节装置（30）构成的单元在此用作用于对系统效率进行优化的、电子液压的传动装置。

Description

将由马达驱动的、转速可变的液压泵作为流体静力的传动装置的应用

技术领域

本发明涉及一种用于对由马达驱动的、转速可变的液压泵进行调节的一种调节装置和一种调节方法，其中所述马达-泵组件用作具有可变的并且适应地修正的（nachgeführt）传动比的传动装置。所述传动比在此根据工作点和优化目标、尤其是动力、能效等等来定义并且自动地由系统来设定。

背景技术

转速可变的液压机用在许多的技术应用领域。在这里一般要求所述液压机的、较高的定位精度以及最小的能耗。此外，首先在安静的工作环境中，经常预先给定较小的、通过所述液压机引起的噪声污染，从而对于所述环境来说将噪声负荷保持在尽可能小的程度上。

在这里成问题的是，应该以降低的马达动力在由所述马达驱动的液压系统中获得足够的动力。尤其所述动力在这样的情况中在传统的液压机的上功率范围内还是不够的。

目前对于有些液压机来说在这方面经常需要液压蓄能器或者液压储存器。所述液压蓄能器或者液压储存器一方面使所述液压机变得昂贵并且另一方面为此对所述液压机的能耗的水平具有并非无关紧要的影响。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供用于对由马达驱动的、转速可变的液压泵进行调节的一种调节装置和一种调节方法，利用所述调节装置和所述调节方法可以解决前面提到的问题。尤其应该提供用于对由马达驱动的、转速可变的液压泵进行调节的一种调节装置和一种调节方法，其中可以成本低廉地降低液压泵和马达的能量损耗和噪声并且尤其可以在上功率范围内获得动力提升效果。

该任务通过一种按权利要求1所述的、用于对由马达驱动的、转速可变的液压泵进行调节的调节装置得到解决。

所述装置的、其它有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。

在权利要求中所说明的调节装置可以是液压机的一部分，所述液压机此外包括用于驱动马达的液压泵。所述马达尤其可以是由变频器或者伺服驱动装置调节器来操控的电动机。

此外，所述任务通过一种按权利要求10所述的、用于对由马达驱动的、转速可变的液压泵进行调节的调节方法得到解决。

利用在权利要求中所说明的调节装置和在权利要求中所说明的调节方法，对于转速可变的液压泵来说不仅可以将所述转速用作用于对于所述液压泵的压力调节的调节量，而且可以改变所连接的液压泵的排量，从而拥有两个用于在所述系统中进行动力及功率调整的调节量。在此区分以下基本原理：

多参量调节：在调节运行中对于转速和泵排量（摆动角）的动态的调整；

功率调整：对于转速和泵排量（摆动角）的静态的调整，用于进行功率调整和系统优化。

在权利要求中所说明的调节装置和在权利要求中所说明的调节方法相应地能够在所述系统中的功率要求较低时降低所述马达的转速或者所述泵排量（摆动角）。这一点尤其对于所述液压机的较长的稳压时间或者停止状态时有意义。

此外，由此可以在部分负载运行中以更低的转速来降低所述液压泵的及所述马达的能量损耗和噪声。作为部分负载运行，是指所述液压机的一种运行，其中在所述液压泵的稳压运行中降低了所述马达的功率，也就是说仅仅需要较小的液压的输出功率。在这种情况下，在所述部分负载运行中可以按照控制法则并且借助于马达-泵模型来对实际转速和摆动角进行调整。

本发明的其它可能的实施方式也包括前面或者下面关于实施例所描述的特征或者实施方式的、未明确提到的组合。在此，本领域的技术人员也会将单个方面作为改进方案或者补充方案来添加到本发明的相应的基本形式中。

附图说明

下面参照附图并且借助于实施例来对本发明进行详细说明。附图示出：

图1是按第一种实施例的、具有调节装置的液压机的方框图；并且

图2是按所述第一种实施例的液压机的、状态参量的时间曲线图表。

在附图中，只要未作其它说明，相同的或者功能相同的元件设有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出一种液压机1，该液压机具有马达10、转速可变的液压泵20、调节装置30和放大器40。所述马达10驱动着所述液压泵20，其中所述液压泵20由所述调节装置30来调节。在调节时使用所述放大器40。

所述马达10尤其是电动机。所述马达10通过传动轴11与所述液压泵20相耦合。所述马达10以实际上的转速或者实际转速n_IST转动着所述传动轴11。所述实际转速n_IST可以用转速传感器12来测量，或者不过在无传感器的运行中用马达模型在所测量的电流实际值的基础上来估算所述实际转速n_IST。将测量结果、也就是所述实际转速n_IST输入到所述调节装置30中。

所述液压泵20可以驱动着比如注塑模具、压力机、铸印机、升降台等等的形式的负载。所述液压泵20拥有摆动盘21，该摆动盘借助于调节机构22、比如比例阀等等能够以能够调节的摆动角α为幅度来偏转。通过所述摆动盘21的偏转，能够调节所述液压泵20的液压介质的体积流量Q和压力p。所述液压介质比如可以是液压油等等。利用摆动角传感器23可以检测所述摆动盘21的、实际上的摆动角或者实际摆动角α_IST。在图1中仅仅勾画出所述摆动角传感器23。作为替代方案，对于具有压力传感器和同步电机的系统来说，也可以在测量值的基础上用模型计算来求得所述摆动角α。利用压力传感器24，可以检测所述液压泵20的液压介质的、实际上的压力或者实际压力p_IST。

所述调节装置30具有三个用于电信号的输入端31、32、33。所述输入端31、32也可以称为模拟输入端。此外，所述调节装置30拥有一个用于模拟的电信号的输出端34。该输出端34也可以称为模拟输出端。此外，所述调节装置30在所述输入端31、32中的每个输入端上并且必要时在所述输入端33都拥有模数转换器A/D。在所述输出端34上，所述调节装置30拥有数模转换器D/A。由此所述调节装置30可以如后面还要更为详细地描述的那样相应地以数字的方式用调整机构35对所述信号进行处理。

更详细地说，所述调节装置30拥有实际摆动角模拟输入端31，将所述液压泵20的摆动盘21的、由所述摆动角传感器23所检测到的实际摆动角α_IST输入到所述实际摆动角模拟输入端31中。除此以外，所述调节装置30拥有实际压力模拟输入端32，将所述液压泵20的液压介质的、由所述压力传感器23所检测到的实际压力p_IST输入到所述实际压力模拟输入端32中。将所述液压泵20的摆动盘21的、由所述转速传感器14所检测到的实际摆动角α_IST输入到所述调节装置30的实际转速模拟输入端33中。所述调节装置30从额定摆动角模拟输出端34中输出所述液压泵20的摆动盘21的额定摆动角α_SOLL。

如可以从图1中看出的那样，以模拟的电信号的形式将所述液压泵20的、摆动盘21的额定摆动角α_SOLL输入到所述放大器40中。所述放大器40又将调节值x_IST尤其以电压U_AUS等等的形式输出给所述调节机构22。根据所述调节值x_IST，所述调节机构22根据预先给定的额定摆动角α_SOLL来使所述液压泵10的摆动盘21偏转或者对其进行调节。作为结果，又可以将所述调节机构22的实际调节值尤其以实际电压U_IST等等的形式输送给所述放大器40。

图2关于时间t示出了在所述液压机1的稳压运行中所述液压泵20的实际压力p_IST的、体积流量Q_pumpe的、排量体积V_pumpe的以及转矩M_pumpe的曲线的图表。在所述稳压运行中，所述实际压力p_IST是恒定的。在此，在图2中的线条50的左边，示出了在图1的液压机1的标准运行中也就是在所述调节装置30不工作时所述液压泵20的实际压力p_IST的、体积流量Q_pumpe的、排量体积V_pumpe的以及转矩M_pumpe的曲线。在图2中的线条50的右边，则示出了在图1的液压机1的目标运行中所述液压泵20的实际压力p_IST的、体积流量Q_pumpe的、排量体积V_pumpe的以及转矩M_pumpe的曲线，其中在用所述调节装置30调节时实现所述目标运行。

对于所述液压机1来说，通过对于摆动角α的调整用所述调节装置30、尤其是用其调整机构35来对所述液压泵20进行压力调节和体积流量调节。在所述液压机1的、与在稳压运行中降低了的功率相对应的部分负载运行中，用所述调节装置30来对所述马达10的转速n进行调整。由此将在所述液压机1的系统中的损失降低到最低限度并且降低所述马达10的转矩M，用于保持所述压力p。由此对于所述转速可变的液压泵20来说，不仅将所述转速n用作用于所述液压泵20的压力调节的调节量，而且改变所述液压泵20的排量。

所述调整机构35尤其构造用于：在所述液压泵20的被调节的运行中调整所述摆动角α和马达转速n，用于对由所述液压机1操纵的缸进行压力调节、力调节或者位置调节。

在所述第一种实施例中，借助于所述调整机构35来局部地对所述摆动角α进行调整。在这种情况下，在“压力形成”阶段中根据压力来操控所述摆动角α，用于尽最大可能恒定地控制（fahren）所述马达10的力矩M。在“压力保持”阶段中，将所述摆动角α降低到最小值，用于将所述马达10的力矩M降低到最低限度。所述“压力形成”阶段相应于所述液压机1的压力形成运行。所述“压力保持”阶段则相应于所述液压机1的稳压运行。

也可以在没有传感器的情况下在现存的测量值的基础上按照以下方程式（1）来计算所述实际摆动角α_IST：

在该方程式中，α代表着实际摆动角α_IST，M_pumpe代表着所述液压泵20的转矩，n代表着所述传动轴11的转速，p代表着压力，并且V_h代表着在α=100%时所述液压泵20的最大的排量体积。

在所述稳压运行中，所述液压泵20的转矩M泵通过将所述方程式（1）转换为以下方程式（2）这种方式来算出：

由此为了调节所述摆动角α而通过所述模拟输出端34来将所述摆动角额定值α_SOLL传输给所述液压泵20并且由此调节所述液压泵20的体积流量Q，该体积流量也可以称为Q_pumpe。所述体积流量Q_pumpe从以下方程式中算出：

其中n_mot相应于所述马达10的转速n_IST并且V_pumpe视为等于V_h。所述转速n_mot或者n_IST会在这种情况下保持恒定并且仅仅在部分负载运行中得到调整。

用前面所说明的、在现存的测量变量的基础上计算当前的摆动角α的方法，可以谈及无传感器的调节。

前面所说明的、分阶段的、对于所述转速可变的液压泵20的泵排量V_h的调整方案形成两点调节器（2-Punkt Regelr），利用所述两点调节器通过对于所述转速可变的液压泵20的摆动角α的调节来对所述液压泵20的泵排量V_h进行静态的调整。

利用所述调节装置30，对于图1的液压机1来说，所述马达10的必需的转矩下降。由此在部分负载运行中马达损失也降低。由此所述液压机1拥有更高的能效。此外，在上功率范围内出现动力提升。对于所述马达10来说，由此仅仅需要具有比在无所描述的、用调节装置30进行调节的功能的液压机上低的功率的标准马达，由此可以将用于按照这种实施例的液压机1的成本保持在较低的程度上，因为在许多应用情况中可以将所述马达10以及传动调速器设计得更小。在所述液压泵20的、最小的与最大的排量之间的切换在此自动地根据所需要的液压的功率来进行。对于较小的液压的功率、也就是较小的泵转速来说，用最小的排量来工作并且对于较大的功率来说则用最大的排量来工作。

对于所述液压机1来说，在调压中作为切换标准使用调压偏差dp或者所述液压泵20的实际转速n_IST。如果dp_max是所述最大的调压偏差，则适用：

调压偏差＞dp_max→最大的排量起作用;

调压偏差≤dp_max→最小的排量起作用。

按照第二种实施例，对于所述转速可变的液压泵20来说，在图1的液压机1的、被调节的运行中借助于所述调整机构35来动态地调整所述泵排量V_h。由此在该实施例中，在调节运行中通过对于所述液压泵20的摆动角α的以及所述马达10的转速n的动态的调整来执行多参量调节。这样的调节的优点，相对于现有技术在于在进行并行可能的转速调整的同时通过快速的摆动角调节获得的更高的调节动力，由此可以实现更高的体积流量变化dQ/dt。这首先对于较大的功率进而对于较大马达10的较大功率来说是有利的。

在其它方面，按照该实施例的液压机1以与关于所述第一种实施例所说明的情况相同的方式来构成。

在所述第一种和第二种实施例中所说明的调节装置30用于对由马达10驱动的、转速可变的液压泵20进行调节并且包括用于对所述转速n和所述泵20的排量V_h进行调整的调整机构35，用于由此实现一种电液的传动装置，对于该电液的传动装置来说比如可以实现前面所描述的两种实施方式：

A）具有两个不同的换转级（最小的和最大的泵排量）的变速器；

B）作为无级的、具有对于传动比的连续的调整功能的自动变速器。

按照第三种实施例，也可以这样安排：如果不需要将所述液压泵10的摆动盘10的实际摆动角α_IST输入到所述调节装置30中，那就取消所述调节装置30的输入端34。在这种情况下，也可以取消所述摆动角传感器23。由此也不用将所述摆动角传感器23连接到所述调节装置30上。由此还可以更加成本低廉地实现所述调节装置30。在其它方面，所述第二种实施例与所述第一种实施例相同地构成。

总之，在前面所描述的实施例中，提供用于对由马达10驱动的液压泵20进行调节的一种调节装置30和一种调节方法。所述调节装置30为了对所述液压泵20进行压力调节或者为了对液压缸进行力调节或者位置调节而包括用于对所述转速n和所述液压泵20的排量V_h进行调整的调整机构35，所述液压缸没有未出并且尤其能够用所述液压机1来操纵。在此所述液压泵20的排量V_h或者静态地通过对于所述液压泵20的摆动角α的调节，或者动态地在被调节的运行中通过在调节运行中对于所述液压泵20的摆动角α的或者所述马达10的转速n的动态的调整来得到调整。所述由液压泵20、马达10和传动调速器或者调节装置30所构成的单元在此用作用于对系统效率进行优化的、电液的传动装置。

所述液压机1连同其调节装置30及其调节方法的、所有前面所描述的设计方案都可以单个地使用或者在所有可能的组合中使用。尤其前面所描述的实施例的、所有特征和/或功能都可以任意地组合。尤其可以额外地设想以下改动方案。

在附图中示出的部件示意性地示出并且只要保证了其前面所描述的功能，就可以在精确的设计方案中有别于在附图中示出的形状。

通过所述调节装置30与标准变频器的连接，可以实现一种动态的并且经济的、用于对所述液压机1、尤其是液压泵20的油量和压力进行控制的解决方案。所述调节装置30尤其可以布置在伺服驱动装置或者变频器中。

所述液压机1的、相同的机械的和电的接口、尤其是数据总线接口（总线接口）允许取代一个制造商的不同的机组。

Claims (10)

1.用于对由马达（10）驱动的、转速可变的液压泵（20）进行调节的调节装置（30），所述调节装置具有用于对所述液压泵（20）的转速（n）和排量（V_h）进行调整的调整机构（35），以便由此实现一种电子液压的传动装置。

2.按权利要求1所述的调节装置，其中所述调整机构（35）构造用于在所述马达（10）的所测量的实际转速（n_IST）、所述液压泵（20）的所测量的实际转矩（M_IST）以及所述液压泵（20）的所测量的实际压力（p_IST）的基础上对所述液压泵（20）的摆动角（α）进行调整，并且其中所述调整机构（35）构造用于在所述液压泵（20）的被调节的运行中对所述摆动角（α）和马达转速（n）进行调整，以便对缸（20）进行压力调节、力调节或者位置调节。

3.按权利要求2所述的调节装置，其中所述调整机构（35）构造用于在所述液压泵（20）的稳压运行中将所述摆动角（α）降低到最小值，以便将所述马达（10）的实际转矩（M_IST）进而将系统损失降低到最低限度。

4.按权利要求1到3中任一项所述的调节装置，其中所述调整机构（35）构造用于在所述液压泵（20）的压力形成运行中根据压力来计算所述摆动角（α），以便将所述马达（10）的实际转矩（M_IST）恒定地保持在最大可能的数值上。

5.按前述权利要求中任一项所述的调节装置，其中所述调整机构（35）构造用于在部分负载运行中如此改变所述摆动角（α），从而按照控制法则并且借助于马达-泵模型来调整所述实际转速和所述摆动角（α），其中在所述部分负载运行中在所述液压泵（20）的稳压运行中降低了所述马达（10）的功率。

6.按前述权利要求中任一项所述的调节装置，其中所述调整机构（35）构造用于或者静态地通过对于所述液压泵（20）的摆动角（α）的调节，或者动态地在被调节的运行中通过在调节运行中对于所述液压泵（20）的摆动角（α）和对于所述马达（10）的转速（n）的动态的调整来调整所述液压泵（20）的排量（V_h）。

7.按权利要求6所述的调节装置，其中所述调整机构（35）在静态地调整所述液压泵（20）的排量（V_h）时作为两点调节器来工作。

8.按前述权利要求中任一项所述的调节装置，此外具有用于将所述摆动角作为模拟信号（α）输出给所述液压泵（20）的模拟输出端（34），和/或用于将作为模拟信号的实际摆动角（α_IST）由所述液压泵（20）输入的实际摆动角模拟输入端（31），和/或用于将作为模拟信号的实际压力（p_IST）由所述液压泵（20）输入的实际压力模拟输入端（32），和/或用于将作为信号的实际转速（n_IST）由所述液压泵（20）和/或由驱动用的马达（10）输入的实际转速输入端（33）。

9.液压机（1），其具有能够由马达（10）驱动的液压泵（20）以及按前述权利要求中任一项所述的调节装置（30），其中所述调节装置（30）布置在伺服驱动装置或者变频器中。

10.用于对由马达（10）驱动的、转速可变的液压泵（20）进行调节的调节方法，所述方法具有以下步骤：为了对液压的系统进行压力调节、力调节以及位置调节而利用调整机构（35）对所述液压泵（20）的转速（n）和排量（V_h）进行调整。