JP2022539184A - 機械用電気油圧駆動システム、電気油圧駆動システムを伴う機械、および電気油圧駆動システムを制御するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み入れられる、2019年8月14日に出願された米国仮特許出願第62/886,419号明細書の優先権を主張する。
Claims (20)
- 油圧システムであって、
シリンダ、および前記シリンダ内にスライド可能に適合されたピストンを備える油圧シリンダアクチュエータであって、前記ピストンは、ピストンヘッド、および前記ピストンヘッドから伸展する棒を備え、前記ピストンヘッドは、前記シリンダの内部空間を分割して第1のチャンバおよび第2のチャンバにし、前記油圧シリンダアクチュエータは、前記ピストンを所与の方向に駆動するために前記第1のチャンバまたは前記第2のチャンバに提供される流体の第1の流体流量が、前記ピストンが動くときに他方のチャンバから放出される流体の第2の流体流量と異なるように不平衡である油圧シリンダアクチュエータと、
前記油圧シリンダアクチュエータの前記第1のチャンバまたは前記第2のチャンバに流体流を提供して前記ピストンを駆動するために、第1の電気モータにより反対の回転方向に駆動される双方向流体流供給源になるように構成された第1のポンプと、
ブースト流体流を提供するように、または前記第1の流体流量と第2の流体流量の差を備える過剰な流体流を受け取るように構成されたブースト流管路と、
油圧モータアクチュエータと、
前記油圧モータアクチュエータに流体流を提供するために第2の電気モータにより駆動される、前記第2の電気モータにより反対方向に回転可能な対応する前記双方向流体流供給源になるように構成された第2のポンプであって、前記ブースト流管路に流体で連結されて、前記油圧シリンダアクチュエータに前記ブースト流体流を提供する第2のポンプと
を備える油圧システム。 - 前記第1のポンプは、(i)第1の流体流の管路を介して前記第1のチャンバに流体で連結された第1のポンプポート、および(ii)第2の流体流の管路を介して前記第2のチャンバに流体で連結された第2のポンプポートを有し、前記油圧システムは、
(i)前記第1の流体流の管路に流体で連結された第1のパイロットポート、(ii)前記第2の流体流の管路に流体で連結された第2のパイロットポート、および(iii)前記ブースト流管路に流体で連結されたブーストポートを有する逆シャトル弁であって、前記第1の流体流の管路と前記第2の流体流の管路の間の圧力差に応答する逆シャトル弁
をさらに備える、
請求項1に記載の油圧システム。 - 前記第1の流体流の管路内の圧力レベルが前記第2の流体流の管路内の圧力レベルよりも高いとき、前記逆シャトル弁のシャトル要素は中で移動して、前記第2のパイロットポートに前記ブーストポートを流体で連結して、前記第2の流体流の管路に前記ブースト流体流を提供し、
前記第2の流体流の管路内の前記圧力レベルが前記第1の流体流の管路内の前記圧力レベルよりも高いとき、前記逆シャトル弁の前記シャトル要素は中で移動して、前記ブーストポートに前記第1のパイロットポートを流体で連結して、前記第1の流体流の管路から前記ブースト流管路に前記過剰な流体流を提供する、
請求項2に記載の油圧システム。 - 前記第1のポンプポートと前記油圧シリンダアクチュエータの前記第1のチャンバの間で前記第1の流体流の管路内に配置された第1の荷重保持弁であって、作動するまで前記第1のチャンバから前記第1のポンプポートに至る流体流を遮断している間、前記第1のポンプポートから前記第1のチャンバに至る流体流を可能にするように構成された第1の荷重保持弁と、
前記第2のポンプポートと前記油圧シリンダアクチュエータの前記第2のチャンバの間で前記第2の流体流の管路内に配置された第2の荷重保持弁であって、作動するまで前記第2のチャンバから前記第2のポンプポートに至る流体流を遮断している間、前記第2のポンプポートから前記第2のチャンバに至る流体流を可能にするように構成された第2の荷重保持弁と
をさらに備える、請求項2に記載の油圧システム。 - ワークポート圧力逃し弁組立体であって、(i)前記第1のチャンバ内の流体の圧力レベルがしきい圧力値を超えたときに前記第1のチャンバから前記ブースト流管路に至る流体の流路を提供するように構成された、前記第1の荷重保持弁と前記第1のチャンバの間に配置された第1の圧力逃し弁、および(ii)前記第2のチャンバ内の流体の圧力レベルが前記しきい圧力値を超えるときに前記第2のチャンバから前記ブースト流管路に至る対応する流体の流路を提供するように構成された、前記第2の荷重保持弁と前記第2のチャンバの間に配置された第2の逃し弁を備えるワークポート圧力逃し弁組立体
をさらに備える、請求項4に記載の油圧システム。 - ポンプ圧力逃し弁組立体であって、(i)前記第1のポンプポートでの流体の圧力レベルがしきい圧力値を超えたときに前記第1のポンプポートから前記ブースト流管路に至る流体の流路を提供するように構成された、前記第1のポンプポートと前記第1の荷重保持弁の間に配置された第1の圧力逃し弁、および(ii)前記第2のポンプポートでの流体の圧力レベルが前記しきい圧力値を超えるときに前記第2のポンプポートから前記ブースト流管路に至る対応する流体の流路を提供するように構成された、前記第2のポンプポートと前記第2の荷重保持弁の間に配置された第2の圧力逃し弁を備えるポンプ圧力逃し弁組立体
をさらに備える、請求項4に記載の油圧システム。 - 前記第2のポンプは、(i)第1の流体流の管路を介して前記油圧モータアクチュエータに流体で連結された第1のポンプポート、および(ii)第2の流体流の管路を介して前記油圧モータアクチュエータに流体で連結された第2のポンプポートを有し、前記油圧システムは、
前記第2のポンプと並列に配置されたシャトル弁であって、(i)前記第1の流体流の管路に流体で連結された第1の注入口ポート、(ii)前記第2の流体流の管路に流体で連結された第2の注入口ポート、および(iii)前記ブースト流管路に流体で連結された放出口ポートを有し、前記第1の注入口ポートと前記第2の注入口ポートの間の圧力差に応答し、前記第2のポンプが、第1の回転方向に回転して前記第1の流体流の管路に流体を提供しようと、第2の回転方向に回転して前記第2の流体流の管路に前記流体を提供しようと、前記流体は前記シャトル弁の前記放出口ポートに、次いで前記ブースト流管路に流れるシャトル弁
をさらに備える、
請求項1に記載の油圧システム。 - 前記ブースト流管路内に配置されたバイパス弁であって、電気コマンド信号により作動するまで前記シャトル弁の前記放出口ポートからの流体流を遮断するように構成された電気作動常閉弁であるバイパス弁
をさらに備える、請求項7に記載の油圧システム。 - 機械であって、
複数の油圧シリンダアクチュエータであって、前記複数の油圧シリンダアクチュエータの各油圧シリンダアクチュエータは、シリンダ、および前記シリンダ内にスライド可能に適合されたピストンを備え、前記ピストンは、ピストンヘッド、および前記ピストンヘッドから伸展する棒を備え、前記ピストンヘッドは、前記シリンダの内部空間を分割して第1のチャンバおよび第2のチャンバにし、前記各油圧シリンダアクチュエータは、所与の方向に前記ピストンを駆動するために前記第1のチャンバまたは前記第2のチャンバに提供される流体の第1の流体流量が、前記ピストンが動くときに他方のチャンバから放出される流体の第2の流体流量と異なるように不平衡であり、前記複数の油圧シリンダアクチュエータの前記各油圧シリンダアクチュエータは、対応する前記油圧シリンダアクチュエータの前記第1のチャンバまたは前記第2のチャンバに流体流を提供して前記ピストンを駆動するために、対応する電気モータにより反対回転方向に駆動される双方向流体流供給源になるように構成された対応するポンプを備える電気静圧作動システムEHAにより動作する複数の油圧シリンダアクチュエータと、
ブースト流体流を提供するように、または前記第1の流体流量と前記第2の流体流量の差を備える過剰な流体流を受け取るように構成されたブースト流管路と、
油圧モータEHAが動作させる油圧モータアクチュエータであって、前記油圧モータアクチュエータに流体流を提供するために電気モータにより駆動される、前記電気モータにより反対方向に回転可能な対応する双方向流体流供給源になるように構成されたポンプを備え、前記ポンプは、前記ブースト流管路に流体で連結されて、前記対応する油圧シリンダアクチュエータに前記ブースト流体流を提供する油圧モータアクチュエータと
を備える機械。 - 前記機械は、ブーム、アーム、バケット、および回転台を有する掘削機であり、前記複数の油圧シリンダアクチュエータは、ブーム油圧シリンダアクチュエータ、アーム油圧シリンダアクチュエータ、およびバケット油圧シリンダアクチュエータを備え、前記油圧モータアクチュエータは、前記回転台を回転させるように構成された旋回油圧モータアクチュエータである、請求項9に記載の機械。
- 前記対応するポンプは、(i)第1の流体流の管路を介して前記第1のチャンバに流体で連結された第1のポンプポート、および(ii)第2の流体流の管路を介して前記第2のチャンバに流体で連結された第2のポンプポートを有し、前記対応する油圧シリンダアクチュエータの前記EHAは、
(i)前記第1の流体流の管路に流体で連結された第1のパイロットポート、(ii)前記第2の流体流の管路に流体で連結された第2のパイロットポート、および(iii)前記ブースト流管路に流体で連結されたブーストポートを有する逆シャトル弁であって、前記第1の流体流の管路と前記第2の流体流の管路の間の圧力差に応答し、
前記第1の流体流の管路内の圧力レベルが前記第2の流体流の管路内の圧力レベルよりも高いとき、前記逆シャトル弁のシャトル要素は中で移動して、前記第2のパイロットポートに前記ブーストポートを流体で連結して、前記第2の流体流の管路に前記ブースト流体流を提供し、
前記第2の流体流の管路内の前記圧力レベルが前記第1の流体流の管路内の前記圧力レベルよりも高いとき、前記逆シャトル弁の前記シャトル要素は中で移動して、前記ブーストポートに前記第1のパイロットポートを流体で連結して、前記第1の流体流の管路から前記ブースト流管路に前記過剰な流体流を提供する
逆シャトル弁をさらに備える、
請求項9に記載の機械。 - 前記EHAは、
前記第1のポンプポートと前記対応する油圧シリンダアクチュエータの前記第1のチャンバの間で前記第1の流体流の管路内に配置された第1の荷重保持弁であって、作動するまで前記第1のチャンバから前記第1のポンプポートに至る流体流を遮断している間、前記第1のポンプポートから前記第1のチャンバに至る流体流を可能にするように構成される第1の荷重保持弁と、
前記第2のポンプポートと前記対応する油圧シリンダアクチュエータの前記第2のチャンバの間で前記第2の流体流の管路内に配置された第2の荷重保持弁であって、作動するまで前記第2のチャンバから前記第2のポンプポートに至る流体流を遮断している間、前記第2のポンプポートから前記第2のチャンバに至る流体流を可能にするように構成された第2の荷重保持弁と
をさらに備える、請求項11に記載の機械。 - 前記EHAは、
ワークポート圧力逃し弁組立体であって、(i)前記第1のチャンバ内の流体の圧力レベルがしきい圧力値を超えたときに前記第1のチャンバから前記ブースト流管路に至る流体の流路を提供するように構成された、前記第1の荷重保持弁と前記第1のチャンバの間に配置された第1の圧力逃し弁、および(ii)前記第2のチャンバ内の流体の圧力レベルが前記しきい圧力値を超えるときに前記第2のチャンバから前記ブースト流管路に至る対応する流体の流路を提供するように構成された、前記第2の荷重保持弁と前記第2のチャンバの間に配置された第2の逃し弁を備えるワークポート圧力逃し弁組立体
をさらに備える、請求項12に記載の機械。 - 前記EHAは、
ポンプ圧力逃し弁組立体であって、(i)前記第1のポンプポートでの流体の圧力レベルがしきい圧力値を超えたときに前記第1のポンプポートから前記ブースト流管路に至る流体の流路を提供するように構成された、前記第1のポンプポートと前記第1の荷重保持弁の間に配置された第1の圧力逃し弁、および(ii)前記第2のポンプポートでの流体の圧力レベルが前記しきい圧力値を超えるときに前記第2のポンプポートから前記ブースト流管路に至る対応する流体の流路を提供するように構成された、前記第2のポンプポートと前記第2の荷重保持弁の間に配置された第2の圧力逃し弁を備えるポンプ圧力逃し弁組立体
をさらに備える、請求項12に記載の機械。 - 前記油圧モータアクチュエータを駆動する前記ポンプは、(i)第1の流体流の管路を介して前記油圧モータアクチュエータに流体で連結された第1のポンプポート、および(ii)第2の流体流の管路を介して前記油圧モータアクチュエータに流体で連結された第2のポンプポートを有し、前記油圧モータEHAは、
前記ポンプと並列に配置されたシャトル弁であって、(i)前記第1の流体流の管路に流体で連結された第1の注入口ポート、(ii)前記第2の流体流の管路に流体で連結された第2の注入口ポート、および(iii)前記ブースト流管路に流体で連結された放出口ポートを有し、前記第1の注入口ポートと前記第2の注入口ポートの間の圧力差に応答し、前記ポンプが、第1の回転方向に回転して前記第1の流体流の管路に流体を提供しようと、第2の回転方向に回転して前記第2の流体流の管路に前記流体を提供しようと、前記流体は前記シャトル弁の前記放出口ポートに、次いで前記ブースト流管路に流れるシャトル弁
をさらに備える、請求項9に記載の機械。 - 前記ブースト流管路内に配置されたバイパス弁であって、電気コマンド信号により作動するまで前記シャトル弁の前記放出口ポートからの流体流を遮断するように構成された電気作動常閉弁であるバイパス弁
をさらに備える、請求項15に記載の機械。 - 前記複数の油圧シリンダアクチュエータの1つからの前記過剰な流体流は、前記ブースト流管路を介して前記複数の油圧シリンダアクチュエータの別の前記油圧シリンダアクチュエータのための前記ブースト流体流の一部分として提供される、請求項9に記載の機械。
- 前記機械の対応する電気モータに電力を提供するように構成された対応するパワー・エレクトロニクス・モジュールと、
前記複数の油圧シリンダアクチュエータの対応するピストンに要求された速度を示すコマンド信号を受信して、それに応答して、対応するコマンド信号を前記対応するパワー・エレクトロニクス・モジュールに提供するように構成されたコントローラと、
前記対応するパワー・エレクトロニクス・モジュールに直流電力を提供するように構成された電池と
をさらに備える、請求項9に記載の機械。 - 方法であって、
油圧システムのコントローラで、油圧シリンダアクチュエータのピストンを伸展させるリクエストを受信するステップであって、前記油圧シリンダアクチュエータは、前記ピストンがスライド可能に適合されたシリンダを備え、前記ピストンは、ピストンヘッド、および前記ピストンヘッドから伸展する棒を備え、前記ピストンヘッドは、前記シリンダの内部区間を分割してヘッド側チャンバおよび棒側チャンバにするステップと、
応答して第1の電気モータに第1のコマンド信号を送信して、第1のポンプを駆動して、第1の流体流の管路を介して前記ヘッド側チャンバに流体流を提供し、前記ピストンを伸展させるステップであって、前記油圧シリンダアクチュエータは、前記ピストンを伸展させるために前記第1の流体流の管路を介して前記ヘッド側チャンバに提供される流体の第1の流体流量が、前記ピストンが伸展するときに前記棒側チャンバから放出され、第2の流体流の管路を介して前記第1のポンプに戻して提供される流体の第2の流体流量よりも大きくなるように不平衡であるステップと、
第2の電気モータに第2のコマンド信号を送信して、第2のポンプを駆動するステップであって、前記第2のポンプは、油圧モータアクチュエータを駆動するために前記第2の電気モータにより駆動される、前記第2の電気モータにより反対方向に回転可能な双方向流体流供給源となるように構成されるステップと、
前記第2の流体流の管路に前記第2のポンプを流体で連結するブースト流管路を介して前記第2のポンプからブースト流体流を提供するステップであって、その結果、前記ブースト流体流は、前記第2の流体流の管路を介して前記第1のポンプに戻る流体を結合し、前記第1の流体流量と前記第2の流体流量の差を埋め合わせるステップと
を備える方法。 - 前記油圧システムは、前記ブースト流管路内に配置されたバイパス弁を備え、前記バイパス弁は、作動していないときに前記ブースト流管路を通して前記第2のポンプから得られる流体流を遮断するように構成された電気作動常閉弁であり、前記方法は、
前記バイパス弁に第3のコマンド信号を送信して、前記バイパス弁を開けて、前記第2のポンプから前記ブースト流管路を通して前記第2の流体流の管路に流体が流れるようにすることができるステップ
をさらに備える、請求項19に記載の方法。
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