KR100623342B1

KR100623342B1 - 유압 동력 공급 시스템

Info

Publication number: KR100623342B1
Application number: KR1020017016785A
Authority: KR
Inventors: 히라노겐이치; 하시모토도시오; 핫토리시로; 오오바고이치
Original assignee: 유켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2006-09-11
Also published as: EP1209358A4; EP1209358A1; EP1209358B1; JP4582981B2; US6748739B1; KR20020026478A; WO2001006126A1

Abstract

유압 액추에이터에 제어된 유량 및/또는 압력의 작동유를 공급하는 유압 동력 공급 시스템이다. 이 시스템은, 가역 회전형 유압 펌프 모터(1)와, 그 구동용 가변속 서보 전동기(2)와, 부하 압력을 검출하는 압력 센서(4)와, 전동기의 회전 속도를 검출하는 검출기(3)와, 각각 미리 프로그래밍된 압력 지령 신호와 유량 지령 신호를 발생하는 신호 지령 장치(8 및 9)와, 회전 속도 제어장치(10)와, 신호 처리 장치(20)를 구비하고 있다. 신호 처리 장치(20)는, 압력 지령 신호와 압력 검출 신호와의 편차 신호가 미리 정해진 제한 레벨을 초과할 때에는 리미터 동작에 의해서 우선적으로 유량 지령 신호에 대응하는 크기의 속도 지령 신호를 출력하고, 압력 편차 신호가 제한 레벨 이하일 때에는 우선적으로 압력 편차 신호에 대응하는 크기의 속도 지령 신호를 출력한다. 회전 속도 제어장치(10)는 속도 지령 신호와 회전 속도 검출 신호에 따라서 전동기(2)의 회전 속도가 속도 지령 신호에 대응하도록 전동기(2)에 공급해야 하는 구동 전류의 크기를 폐쇄 루프 제어한다.

Description

유압 동력 공급 시스템{HYDRAULIC POWER SYSTEM}

본 발명은, 오일 저장용기로부터 복수의 유압 액추에이터(actuator)에 연결되는 부하(負荷) 통로에, 또는 그 역(逆)으로, 제어된 유량 및/또는 압력의 작동유를 공급하는 유압 동력 공급 시스템에 관한 것이다.

미합중국 특허 제4801247호 명세서에는, 그 토출량과 토출압을 비례 전자(電磁) 유압 제어 밸브로써 전기적으로 제어하는 형식의 가변 용량 피스톤이 기재되어 있다. 이 종래의 유압 펌프에서는, 펌프 내부에 배치된 사판(斜板)의 각도를 조작 피스톤의 변위(變位)로써 제어하기 위해서, 스프링 힘에 대항하여 조작 피스톤에 작용하는 유압력을 비례 전자 유압 제어 밸브로써 제어한다. 비례 전자 유압 조작 밸브는, 유량 지령 신호와 유량 검출 신호와의 편차에 대응하는 입력 전류로써 여자(勵磁)되었을 때에 이 입력 전류에 비례하는 개도(開度)로써 조작 피스톤의 가압실을 펌프 토출 구멍 또는 탱크 라인에 연통시켜서 유량 제어를 실행하고, 토출압이 어느 설정 압력치에 도달했을 때에는 사판의 경전각(傾轉角)을 차단 위치 근방에서 제어하여 압력 제어로 절환한다. 이 종래의, 사판 각도에 의한 펌프 제어 방식에서는, 유량 제어와 압력 제어를 1개의 비례 전자 유압 제어 밸브로써 제어하므로, 유량 제어 모드와 압력 제어 모드와의 사이의 제어 모드의 절환이 원활하게 실행되는 점에서는 우수하다. 그러나, 이 종래의 유압 펌프는, 사판 각도를 제어하기 위한 유압 제어계의 구성이 복잡하고, 저압 영역에서의 유량 제어 특성에서 뒤떨어지며, 펌프의 작동중에는 토출량의 유무에 불구하고 구동 전동기가 항상 회전하지 않으면 안되므로 에너지 손실 면에서 불리하다고 하는 문제가 남아있다.

특개평 10-131865호 공보에는, 그 회전 속도를 서보 모터로써 제어하여 회전 속도에 대응하는 유량의 유압을 이송하는 형식의 유압 펌프가 개시되어 있다. 서보 모터는 속도 지령 신호와 회전 속도 검출 신호와의 편차에 대응하여 인버터에서 제어된다. 펌프 토출압은 압력 검출기에서 검출되고, 또한 압력 지령 신호와 압력 검출 신호와의 편차가 검출된다. 검출된 압력 편차 신호는, 회전 속도 검출 신호에 따라서 발생된 비비례(非比例) 함수 신호에 가산되고, 이 가산치와 유량 지령치의 어느 것인가 큰 편이 속도 지령 신호로서 사용된다. 이 회전 속도에 의한 펌프 제어 방식에서는, 서보 모터의 회전 속도 제어 루프(loop)에 대한 유량 제어와 압력 제어의 모드 절환을 위해서 비비례 함수 신호를 압력 지령 신호에 가산하므로 절환의 안정성 및 연속성에 한계가 있고, 또한 서보 모터를 인버터 제어로써 구동하므로 응답성이 사판 각도 제어 방식보다도 뒤떨어진다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 주 목적은, 상기와 같은 종래기술보다도 더욱 양호한 제어 특성을 실현 가능한 유압 동력 공급 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 비교적 간이한 구성으로써 유지 보수도 용이한 유압 펌프를 이용하여 제어 모드의 절환이 안정되고 원활한, 게다가 높은 응답성을 실현할 수 있는 유압 동력 공급 시스템을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 유리한 하나의 형태에 의하면, 오일 저장용기로부터 복수의 유압 액추에이터에 연결되는 부하 통로에, 또는 그 역으로, 제어된 유량 및/또는 압력의 작동유를 이송하는 유압 동력 공급 시스템은,

회전축을 구비하고, 상기 오일 저장용기로부터 상기 부하 통로에 작동유를 이송할 때에는 정전(正轉) 방향으로 회전하는 상기 회전축의 회전 속도에 대응하는 유량으로써 작동유를 이송하는 유압 펌프로서 동작하고, 또한 상기 부하 통로로부터 상기 오일 저장용기에 작동유를 이송할 때에는 이 작동유의 유량에 대응하는 회전 속도로써 상기 회전축을 역전(逆轉) 방향으로 회전시키는 유압 모터로서 동작하는 가역(可逆) 회전형 유압 펌프 모터,

상기 회전축에 토크(torque)가 전달되도록 결합된 구동축을 구비한 가변속 서보 전동기로서, 상기 구동축이 해당 전동기에 공급되는 구동 전류에 대응하는 회전 속도와 회전 방향으로써 정전 방향 및 역전 방향으로 회전될 수 있는 것,

부하 통로내의 작동유 압력에 대응하는 전기적인 제1신호를 출력하는 압력 검출 수단,

구동축의 회전 속도에 대응하는 전기적인 제2신호를 출력하는 회전 속도 검출 수단,

미리 프로그래밍된 압력 지령 신호 및 미리 프로그래밍된 유량 지령 신호를 발생하는 신호 지령 수단,

상기 압력 지령 신호와 상기 제1신호와의 편차에 대응하는 압력 편차 신호가 미리 정해진 제한 레벨을 초과할 때는 리미터(limiter) 동작에 의해서 우선적으로 상기 유량 지령 신호에 대응하는 크기의 속도 지령 신호를 출력하고, 상기 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨 이하일 때는 우선적으로 상기 압력 편차 신호에 대응하는 크기의 속도 지령 신호를 출력하는 신호 처리 수단, 및

상기 속도 지령 신호와 상기 제2신호에 따라서 상기 전동기의 회전 속도가 상기 속도 지령 신호에 대응하도록 상기 전동기에 공급해야 할 상기 구동 전류의 크기를 회전 속도 피드백(feedback) 루프로써 폐쇄 루프 제어하는 회전 속도 제어 수단을 구비하고 있다.

본 발명에 의한 유압 동력 공급 시스템은 예로서, 사출 성형기, 유압 프레스기, 유압 프레스 압입(press fit)기, 유압 벤딩(bending)기 등, 유량 제어와 압력 제어의 각 모드 간을 연속적으로 또한 원활하게 절환할 필요가 있는 유압 액추에이터를 구비한 기계에 유압 동력을 공급하는 용도에 이용된다. 이러한 기계에 있어서, 에너지는 전기 에너지의 형태로 입력되고, 본 발명에 의한 유압 동력 공급 시스템에 의해서 유압 동력으로 변환되고, 이 유압 동력은, 기계의 각각의 작동 위상에서 유압 액추에이터에 공급되어야 하는 유량 및 압력의 요구량에 실질적으로 일치한다. 따라서, 본 발명에 의한 유압 동력 공급 시스템을 채용함으로써, 종래의 시스템에서 이러한 요구량을 제어하기 위해서 필요한 전기 유압 비례 제어 밸브는 불필요하게 된다.

본 발명에 의한 유압 동력 공급 시스템에서는, 정전(正轉)시에는 유압 펌프, 역전시에는 유압 모터로서 기능을 하는 가역 회전형 유압 펌프 모터를 이용한다. 이 유압 펌프 모터에는, 가변 용적형의 것을 이용할 수도 있지만, 바람직하게는 펌프 구조가 비교적 단순하고 유지 보수도 용이한 고정 용적형의 것이 이용된다. 유압 펌프 모터의 회전축에 토크가 전달되도록 결합된 구동축을 구비한 가변속 서보 전동기도 가역 회전형의 것이고, 이 것에는 바람직하게는 자석 계자 동기 AC 서보 모터를 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 유압 동력 공급 시스템에 있어서, 제어 지령은 예로서 프로그래밍 가능한 제어기 또는 컴퓨터로써 구성 가능한 신호 지령 수단으로부터, 유압 액추에이터의 작동 시퀀스(sequence)에 따라서 각각 미리 프로그래밍된 압력 지령 신호 및 유량 지령 신호로서 부여된다. 제어 대상인 검출기 수단을 구성하는 것은, 유압 액추에이터에 연결되는 부하 통로내의 작동유 압력에 대응하는 전기적인 제1신호를 발생하는 압력 검출 수단과, 전동기의 구동축의 회전 속도에 대응하는 전기적인 제2신호를 발생하는 회전 속도 검출 수단이다. 압력 검출 수단에는 바람직하게는 반도체 압력 트랜스듀서(transducer)를 이용할 수 있고, 회전 속도 검출 수단에는 바람직하게는 로터리 인코더(rotary encoder)를 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 유압 동력 공급 시스템에 있어서의 서보 전동기의 제어계는, 유압 펌프 모터의 회전 속도를 네거티브 피드팩 신호로 하는 회전 속도 제어계의 마이너 루프(minor loop)를 포함하고, 이 마이너 루프의 외측에 부하 통로내의 작동유 압력을 네거티브 피드팩 신호로 하는 압력 제어계의 루프가 조합되어 있다. 상기 회전 속도 제어계의 주요 부분은 상기 회전 속도 제어 수단에 포함되고, 상기 압력 제어계의 주요 부분은 상기 신호 처리 수단에 포함되어 있다.

본 발명의 또 다른 유리한 하나의 형태에 의하면, 상기 회전 속도 제어 수단은, 상기 속도 지령 신호와 상기 제2신호와의 편차에 상당하는 회전 속도 편차 신호를 발생하는 수단과, 상기 회전 속도 편차 신호의 상한 및 하한을 미리 정해진 범위내에 제한하는 토크 리미터(limiter) 수단과, 이 토크 리미터 수단에 의해서 제한된 회전 속도 편차 신호를 제어 입력으로서 수신하는 동시에 상기 제2신호를 피드백 신호로서 수신하여 상기 전동기에 공급해야 하는 상기 구동 전류의 크기를 피드백 제어하는 전류 제어 수단을 포함한다.

본 발명의 다른 유리한 하나의 형태에 의하면, 상기 신호 처리 수단은, 상기 압력 지령 신호를 정입력(正入力)으로 수취하는 동시에 상기 제1신호를 부입력(負入力)으로 수신하여 양자의 편차에 상당하는 압력 편차 신호를 발생하는 편차 신호 검출 수단과, 상기 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨 이하일 때는 해당 압력 편차 신호에 대응하는 크기의 출력 신호를 발생하고, 또한 상기 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨을 초과했을 때는 일정 레벨의 출력 신호를 발생하는 신호 리미터 수단과, 상기 유량 지령 신호와 상기 신호 리미터 수단의 출력 신호와의 합 또는 적(積)에 상당하는 신호를 상기 속도 지령 신호로서 출력하는 수단을 포함한다.

부하 통로내의 작동유 압력이 압력 지령에 도달하지 않은 상태에서는 제어 편차, 즉, 압력 검출 수단으로부터 출력되는 제1신호와 압력 지령 신호와의 편차에 대응하는 압력 편차 신호는 상기 제한 레벨을 초과하여 큰 값으로 된다. 신호 처리 수단은 리미터 동작에 따라서 유량 지령을 우선하고, 유량 지령 신호에 따라서 변화하는 속도 지령 신호를 회전 속도 제어 수단에 부여한다. 이 상태에서는 압력 편차 신호는 리미터 동작에 의해서 제한 레벨에 동등한 일정치에 고정되고, 따라서, 서보 전동기의 제어계에 대한 제어 지령은 유량 지령 신호에 의해서 지배되고, 회전 속도 제어 수단은 이 유량 지령 신호와 회전 속도 검출 수단으로부터의 피드백 신호가 실질적으로 일치하도록 서보 전동기의 회전 속도를 제어한다. 이 상태가 유량 제어 모드이다.

여기서, 본 발명에 있어서 "우선"이라는 표현은, 유량 제어 모드에서는 회전 속도 제어 수단에 부여되는 속도 지령 신호중에서 유량 지령 신호가 지배적으로 되는 것을 의미하며, 환언하면, 속도 지령 신호중에는 제어 지령으로서의 유량 지령 신호와, 제한 레벨에 동등한 일정치의 압력 편차 신호가 포함되어 있는 것을 의미한다.

한편, 부하 통로내의 작동유 압력이 압력 지령에 도달하면, 제어 편차, 즉, 압력 검출 수단으로부터 출력되는 제1신호와 압력 지령 신호와의 편차에 대응하는 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨 이하의 작은 값으로 되므로, 신호 처리 수단은 상기 압력 편차 신호를 우선하고, 압력 편차 신호에 따라서 변화하는 속도 지령 신호를 회전 속도 제어 수단에 부여한다. 이 상태에서는, 서보 전동기의 제어계에 대한 제어 지령은 압력 편차 신호에 의해서 지배되고, 제어계는 회전 속도 제어계를 마이너 루프로서 직렬로 포함하는 압력 제어계 피드백 루프를 형성한다. 따라서, 유량 제어 모드와의 사이에서 속도 지령에 연속성이 확보되고, 회전 속도 제어 수단은 압력 편차 신호와 회전 속도 검출 수단으로부터의 피드백 신호가 실질적으로 일치하도록 서보 전동기의 회전 속도를 제어한다. 이 상태가 압력 제어 모드이다.

본 발명에서는 상기의 모드 절환 동작, 즉, 속도 지령 신호를 유량 지령 신호로부터 압력 편차 신호로, 또는 그 역으로 절환하는 동작은, 상기와 같이 리미터 동작에 의해서 속도 지령의 연속성이 양 모드간에 확보되는 것, 유량 제어 모드에 있어서도 압력 편차 신호가 제한 레벨에 동등한 일정치로서 속도 지령 신호중에 포함되어 있는 것, 및 유량 제어 모드와 압력 제어 모드와의 사이의 쌍방향의 이행시에 압력 편차 신호가 제한 레벨과 그것 이하의 레벨과의 사이를 오버슈트(overshoot)없이 변화하는 것 때문에, 연속적이고 또한 원활하게 실행된다. 이 절환 동작을 종래와 같이 선택 동작 또는 스위칭 동작으로써 달성하는 것은, 제어 모드간의 절환이 불연속적으로 될 가능성이 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 제어계가 유량 제어 모드일 때에 압력 편차 신호를 유량 지령에 추종시키는 수단을 부가적으로 설치해 두는 것은 모드의 절환을 충격없이 또한 원활하게 달성하기 위해서 바람직한 것이다.

본 발명에 의한 유압 동력 공급 시스템에서는, 서보 전동기의 회전 속도의 제어는 정전(正轉) 및 역전(逆轉) 모두 가능하고, 따라서 소요 유량의 작동유를 부하 통로에 송출하는 것과 함께 그 압력을 소요치로 제어하기 위해서 유압 펌프 모터를 정전시키는 경우, 및 부하 통로내의 작동유 압력을 최적인 감압 속도 패턴으로 감압하기 위해서 유압 펌프 모터를 역전시키는 경우의 어느 것도 전자적인 제어가 가능하다. 물론, 유압 펌프 모터를 극히 늦은 회전 속도로, 혹은 거의 정지 상태로 제어할 수도 있고, 따라서 부하압(負荷壓)이 저압인 영역에서도 제어는 안정적이다.

본 발명에 의한 유압 동력 공급 시스템에 있어서, 압력 제어 모드에서는 압력 검출 수단에 의해서 부하 통로내의 작동유 압력이 검출되고, 이 압력 검출 신호가 피드백 신호로서 폐쇄 루프 제어계에 유효하게 작용한다. 따라서, 작동유의 온도가 정상 온도로부터 변화해도 작동유의 압력이 폐쇄 루프 제어되므로 자동적으로 유온(油溫) 보상이 유효하게 된다. 한편, 유량 제어 모드에서는, 작동유의 압력은 게방 루프 제어 상태이고, 유온 변화에 의해서 압력이 변화하면, 이것이 유압 액추에이터에 대해서는 유량 변화로 되어 나타난다.

본 발명의 또 다른 유리한 하나의 형태에 의하면, 상기 시스템은, 작동유의 온도를 검출하여 대응하는 크기의 전기적인 제3신호를 출력하는 유온 검출 수단과, 미리 정해진 기준 온도에 대한, 상기 유온 검출 수단으로써 검출한 온도의 변화분에 등가인 보정량을 유량 지령 신호 또는 속도 지령 신호에 부여하는 온도 보정 수단을 또한 구비하고 있다.

유온 검출 수단은, 오일 저장용기, 유압 펌프 모터, 부하 통로, 및 유압 액추에이터를 포함하는 유압 회로내의 임의 위치에 배치할 수 있다. 유온 보정은 유온 검출 수단에서 검출한 작동유의 온도와, 기준 온도(임의의 온도에 설정할 수 있는)와의 차(변화분)를 검출하여, 이 변화분에 대응하는 유량 변화분(사용 작동유의 특성에 의해서 결정된다)에 등가인 신호 보정량을 유량 지령 신호에 가산한다. 또한, 이 신호 보정량은 속도 지령 신호에 가산해도 좋고, 이 경우는 유량 제어 모드만이 아니고 압력 제어 모드에서도 유온 보정이 유효하게 된다.

본 발명의 또 다른 유리한 하나의 형태에 의하면, 상기 시스템은, 유량 지령 신호에 상기 제1신호에 따라서 펌프 용적 효율 변화를 보상하기 위한 보정을 실행하는 보정 수단을 또한 구비하고 있다. 이 보정 수단은, 유량 지령 신호를 정입력단에, 압력 검출 수단으로부터의 제1신호를 적당한 보정 계수로서 부입력단에 수신하는 차동 연산 증폭기로써 구성할 수 있다. 유량 제어 모드에서, 예로서, 부하압 증대에 의한 펌프내 누설 유량의 증가 등의 원인에 의한 펌프 용적 효율의 저하가 보상된다.

본 발명의 또 다른 유리한 하나의 형태에 의하면, 상기 유압 동력 공급 시스템은, 상기 유압 액추에이터로부터 선택된, 최소한 1개의 액추에이터의 작동 속도에 대응하는 전기적인 제4신호를 출력하는 작동 속도 검출 수단과, 상기 제4신호에 따라서 상기 액추에이터가 작동중인가 아닌가를 식별하는 작동 식별 수단과, 이 작동 식별 수단에 의해서 상기 액추에이터의 작동이 식별되었을 때에만 상기 속도 지령 신호에 부가적으로 상기 제4신호를 피드백하여 상기 액추에이터의 작동 속도를 폐쇄 루프 제어하는 작동 속도 제어 수단을 또한 구비하고 있다.

예로서, 사출 성형기와 같이, 단일 유압 펌프로써 복수의 유압 액추에이터의 작동을 제어하는 경우, 작동유의 유온 변화나 부하압 변화에 대한 보정에 추가하여, 특히, 고정밀도의 속도 제어를 필요로 하는 특정의 유압 액추에이터에 그 작동 속도를 검출하기 위한 작동 속도 검출 수단이 배치된다. 복수의 유압 액추에이터에 작동 속도 검출 수단을 각각 배치할 수도 있고, 단, 이 경우는 각각의 유압 액추에이터의 작동이 시간적으로 겹쳐지지 않는 것이 조건이다.

예로서, 사출 성형기의 경우, 작동 속도의 제어에 가장 높은 정밀도가 요구되는 유압 액추에이터는 사출 실린더이다. 따라서, 이 사출 실린더에 작동 속도 검출 수단이 부착된다. 작동 속도 검출 수단을 부착한 액추에이터(사출 실린더)가 작동하면 작동 속도 검출 수단이 제4신호를 출력한다. 작동 식별 수단은 제4신호의 발생에 따라서 상기 액추에이터가 작동중이라는 것을 식별하고, 제4신호의 발생이 없으면, 상기 액추에이터가 비작동 상태라는 것으로 판단한다. 작동 속도 제어 수단은, 작동 식별 수단에 의해서 상기 액추에이터의 작동이 식별되었을 때에만 상기 속도 지령 신호에 부가적으로 상기 제4신호를 피드백하여 상기 액추에이터의 작동 속도를 폐쇄 루프 제어한다. 이 제어는, 시스템이 유량 제어 모드 또는 압력 제어 모드의 어느 상태에 있어도 유효하다.

본 발명의 상기 및 기타의 특징과 이점은 첨부 도면에 나타낸 바람직한 실시형태에 관한 이하의 설명으로부터 한층 명확하게 이해할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 의한 유압 동력 공급 시스템을 구비한 비한정적인 적용예인 사출 성형기의 모식 구성도.

도 1에서, 사출 성형기는 사출 유닛(110)과, 크램핑(cramping) 유닛(120)과, 이러한 사출 유닛(110) 및 크램핑 유닛(120)에 각각 전기 유압 방향 제어 밸브 유닛(112 및 122)을 거쳐서 연결되는 부하 통로(130)에 유압 유체 동력을 공급하는 유압 동력 공급 유닛(200)을 구비하고 있다.

사출 유닛(110)은, 사출 실린더(114), 사출 노즐(nozzle) 전후진용 이동 실린더(116) 및 계량 스크루 구동용 유압 모터(118)를 포함하는 복수의 유압 액추에이터를 포함한다. 크램핑 유닛(120)도, 금형 개폐용의 형체(型締) 실린더(124) 및 제품 취출용의 이젝터(ejector) 실린더(126)를 포함하는 복수의 유압 액추에이터를 구비하고 있다. 이러한 유압 액추에이터는, 제어 밸브 유닛(112 및 122)을 거쳐서 한편에는 공통의 부하 통로(130)에 접속되고, 다른 편으로는 오일 저장용기(6)에 접속되도록 되어 있다. 또한, 사출 실린더(114)는 독립적으로 제어되는 배압(背壓) 제어용의 비례 전자 릴리프(relief) 밸브(140)를 거쳐서 오일 저장용기(6)에 접속되도록 되어 있다. 또한, 사출 유닛(110)의 사출 실린더(114)에는 그 실린더 작동 속도를 검출하여 대응하는 전기적 신호(제4신호)를 출력하는 속도 센서(31)가 부착되어 있다.

이 사출 성형기에서, 에너지는 전기 에너지의 형태로 입력되어서, 유압 동력 공급 유닛(200)에 의해서 유압 동력으로 변환되고, 이 유압 동력은, 사출 성형기의 순차적인 동작에 있어서의 각각의 작동 위상에서 부하 통로(130)를 통해서 각각의 유압 액추에이터에 공급되어야 할 유량 및 압력의 요구량에 실질적으로 일치한다. 즉, 부하 통로(130)에서의 작동유의 유량과 압력은 주로 유압 동력 공급 유닛(200)에 의해서 제어된다.

동력 공급 유닛(200)은 본 발명에서 주로 대상으로 하는 부분이고, 본 실시예에서는, 가역 회전형 고정 용적 유압 펌프 모터(1)와, 이 펌프 모터의 회전축에 토크 전달되게 결합된 구동축(7)을 갖는 가변속 가역 회전형 AC 서보 전동기(2)와, 구동축(7)의 회전 속도를 검출하는 로터리 인코더(3)와, 부하 통로(130) 내의 작동유 압력을 검출해서 대응하는 전기적 신호(제1신호)를 발생하는 압력 센서(4)와, 서보 전동기를 위한 회전 속도 제어 수단을 구성하는 AC 서보 증폭기(10)와, 서보 증폭기에 부여하는 속도 지령 신호를 출력하는 신호 처리 장치(20)와, 각각 미리 정해진 유량 지령 신호와 압력 지령 신호를 신호 처리 장치(20)에 부여하는 신호 지령 장치(8 및 9)를 주로 구비하고 있다.

동력 공급 유닛(200)은 또한, 오일 저장용기(6)내의 작동유의 온도를 검출하여 대응하는 전기적인 신호(제3신호)를 출력하는 온도 검출기(5)도 구비하고 있다.

유압 펌프 모터(1)의 출력 유량은, 사출 유닛(110) 및 크램핑 유닛(120)에 의해서 실행되는 여러가지 동작을 제어하기 위해서, 펌프의 토출 및 흡입의 양 동작에 있어서 서보 전동기(2)의 회전 속도가 폐쇄 루프 제어에 의해서 제어됨에 따라서, 출력 유량은 펌프의 회전 속도에 직접적으로 비례한다.

폐쇄 루프 제어는 2개의 주요 모드를 포함하는데, 그 하나는 로터리 인코더(3)와 공동으로 서보 증폭기(10) 및 신호 처리 장치(20)로써 실행하는 유량 제어 모드, 다른 하나는 로터리 인코더(3) 및 압력 센서(4)와 공동으로 서보 증폭기(10) 및 신호 처리 장치(20)로써 실행하는 압력 제어 모드이다.

사출 유닛(110), 크램핑 유닛(120) 및 유압 동력 공급 유닛(200)에 의해서 실행되는 여러가지 동작에 관련되는 시퀀스, 타이밍 및 양적인 각종의 값은 조작 인터페이스를 통해서 입력되는 성형 파라미터에 따라서 제어 컴퓨터의 지령을 기본으로 실행되고, 여기서는 이러한 지령을 부여하는 요소로서, 유량 지령 신호를 위한 신호 지령 장치(8)와 압력 지령 신호를 위한 신호 지령 장치(9)가 상징적으로 도시되어 있다.

유압 펌프 모터(1)는 구동축(7)에 토크 전달되도록 결합된 회전축을 갖는 정용량형(定容量形) 펌프이고, 오일 저장용기(6)로부터 부하 통로(130)에 작동유를 이송할 때에는 정전 방향으로 회전하는 상기 회전축의 회전 속도에 대응하는 유량으로서 작동유를 이송하는 유압 펌프로서 동작하고, 또한 부하 통로(130)로부터 오일 저장용기(6)에 작동유를 이송할 때에는 해당 작동유의 유량에 대응하는 회전 속도로서 상기 회전축을 역전 방향으로 회전시키는 유압 모터로서 동작한다. 이러한 정역(正逆) 방향의 회전 속도, 즉, 펌프 모터(1)에 의한 작동유의 이송량은 서보 전동기(2)에 의해서 제어된다.

로터리 인코더(3)는 회전 속도 검출 수단을 구성하고, 전동기(2)의 구동축(출력축)의 회전 속도를 검출하여 대응하는 전기적인 신호(제2신호)를 출력한다.

전동기(2)의 회전 속도 제어계를 구성하는 서보 증폭기(10)는 로터리 인코더(3)에서 검출된 회전 속도를 피드백 신호로 이용하여, 신호 지령 장치(8 및 9)로부터 부여되는 유량 지령 신호 및 압력 편차 신호로부터 생성된 회전 속도 지령 신호를 제어 지령으로 하는 폐쇄 루프 제어계를 구성하고 있다. 즉, 서보 증폭기(10)는, 신호 처리 장치(20)로부터 DA 컨버터(41)를 통해서 부여되는 속도 지령 신호와 로터리 인코더(3)로부터의 제2신호와의 편차에 대응하는 회전 속도 편차 신호를 발생하는 차동 연산 증폭기(12)와, 제어 계수를 부여하는 연산 증폭기(14)와, 회전 속도 편차 신호의 상한 및 하한을 미리 정해진 범위내에 제한하는 토크 리미터 회로(16)와, 토크 리미터 회로에 의해서 제한된 회전 속도 편차 신호를 제어 입력으로서 수신하는 동시에 로터리 인코더(3)로부터의 제2신호를 피드백 신호로서 수신하여 서보 전동기(2)에 공급해야 하는 구동 전류의 크기를 피드백 제어하는 AC 전류 제어기(18)를 포함하고 있다. 이 전류 제어기(18)에는 또한, 구동 전류의 크기를 검출하는 전류 검출기(19)로부터의 전류 피드백도 부여된다. 서보 전동기(2)는, 전류 제어기(18)에 의해서 제어된 구동 전류에 대응하는 회전 속도와 회전 방향으로서 정전 방향 또는 역전 방향으로 회전한다.

압력 센서(4)는, 펌프 모터(1)의 본체 또는 커버(cover)내에 부착된 반도체 게이지(guage)식 압력 센서이면 좋고, 펌프 모터(1)의 한 쪽의 구멍에 연통하는 부하 통로(130)내의 작동유 압력을 항상 검출한다.

신호 처리 장치(20)는, 사출 성형기의 작동 사이클의 각각의 위상 단계에서 신호 지령 장치(8 및 9)로부터 유량 지령 신호 및 압력 지령 신호를 각각 디지털 신호 형식으로 수신하고, 또한 압력 센서(4)로부터의 피드백 신호(제1신호)를 AD 컨버터(42)를 통해서 항상 수신한다. 신호 처리 장치(20)는, 신호 지령 장치(9)로부터의 압력 지령 신호와 압력 센서(4)로부터의 제1신호와의 편차에 대응하는 압력 편차 신호가 미리 정해진 제한 레벨을 초과할 때에는 리미터 동작에 의해서 우선적으로 신호 지령 장치(8)로부터의 유량 지령 신호에 대응하는 크기의 속도 지령 신호를 출력하고, 상기 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨 이하일 때에는 우선적으로 상기 압력 편차 신호에 대응하는 크기의 속도 지령 신호를 출력한다. 본 실시예에서, 신호 처리 장치(20)는 디지털 시스템으로써 구성되어 있고, 그 필요로 하는 모든 기능은 소프트웨어 프로그램으로써 실현할 수 있다. 기능 요소로서 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 신호 처리 장치(20)는 신호 지령 장치(9)로부터의 압력 지령 신호를 정입력으로 수신하는 동시에 압력 센서(4)로부터 AD 컨버터(42)를 거쳐서 디지털화된 제1신호를 부입력으로 수신하여 양자의 편차에 상당하는 압력 편차 신호를 발생하는 편차 신호 검출 요소(21)와, 취득한 압력 편차 신호를 미리 정해진 위상 편이값으로써 보상하기 위한 위상 보상 요소(22)와, 위상 보상 요소(22)로부터의 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨 이하일 때는 해당 압력 편차 신호에 대응하는 크기의 출력 신호를 발생하고, 또한 상기 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨을 초과할 때에는 일정 레벨의 출력 신호를 발생하는 신호 리미터 요소(23)와, 신호 지령 장치(8)로부터의 유량 지령 신호와 상기 리미터 요소(23)의 출력 신호와의 합 또는 적(積)에 상당하는 신호를 속도 지령 신호로서 상기 DA 컨버터(41)에 부여하는 연산 요소(24)를 주로 포함하고 있다.

신호 처리 장치(20)에 있어서, 유량 지령 신호 계통중에는 또한 작동유의 온도 변화에 대한 보정을 위한 보정 요소(25)도 설치되어 있다.

보정 요소(25)는, 온도 검출기(5)에서 검출된 작동유의 현재 온도에 상당하는 제3신호를 AD 컨버터(43) 및 계수 요소(27)를 거쳐서 디지털 신호로서 수신한다. 이 디지털 신호는, 신호 처리 장치(20) 자체의 기능에 따라서 기준 온도(이 기준 온도는, 예로서 시스템의 초기화 동작시의 실온 등, 임의의 온도로서 신호 처리 장치(20)에 미리 설정되어 있다)에 대한 검출 온도의 변화분에 등가인 유량 보정분에 상당한다. 보정 요소(25)는 유량 지령 신호와 상기 유량 보정분과의 차에 상당하는 출력을 발생한다.

이 보정 요소(25)에 의한 보정 동작을 더욱 상세하게 설명하면, 유량 지령의 보정은 다음 식에서 구한 보정량 Qc1을 유량 지령으로부터 감산하는 처리이다.

Qc1 = Gt ×(T - Ts)/Ts

여기서, T는 검출된 유온, Ts는 기준 온도, Gt는 보정 이득(利得, gain)이다.

기준 온도 Ts는 미리 결정되어 있고, 보정 이득 Gt는 사용하는 유압 펌프 모터(1)의 용량을 시작으로 하는 제원(諸元) 및 사용하는 작동유의 특성에 따라서 결정되는 고유의 계수이다. 이와 같이, 본 실시형태에서는, 온도 검출기(5)로써 유온을 검출하여 유온 변화에 따른 보정량을 보정 요소(25)로써 유량 지령 신호에 부여하므로, 펌프 회전 속도 제어에 의한 유량 제어라도 작동유의 온도 변화에 따르는 제어 유량의 오차는 없고, 고정밀도의 제어가 가능하게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 보정 요소(25)로써 보정량을 유량 지령 신호에 부여하고 있지만, 연산 요소(24)로부터 출력되는 속도 지령 신호에 보정량을 부여하도록 해도 좋고, 이 경우는 압력 제어 모드에 있어서도 유온 보정을 달성할 수 있다.

본 실시예에 의한 신호 처리 장치(20)에 있어서, 유량 지령 신호 계통중에는 또한 압력 센서(4)로부터의 제1신호에 따라서 유량 지령 신호에 부하 통로내의 작동유 압력 변화에 대응하는 펌프 용적 효율 변화를 보상하기 위한 보정 요소(26)도 설치되어 있다. 여기서, 펌프 용적 효율의 보상이라는 것은, 예로서 부하 압력의 증대에 의해서 유압 펌프 모터(1)의 내부 누설 유량이 증가했을 때에 부하 통로(130)에 송출되는 작동유의 유량이 감소하는 현상을 보상하는 것이다. 보정 요소(26)는, 압력 센서(4)에서 검출된 부하 통로(130)내의 작동유의 현재 압력에 상당하는 제1신호를 AD 컨버터(42) 및 계수 요소(28)를 거쳐서 디지털 신호로서 수신한다. 이 디지털 신호는, 신호 처리 장치(20)의 기능에 따라서 기준 압력(이 기준 압력은 사용하는 유압 펌프 모터의 고유의 제원에 의해서 결정된다)에 대한 검출 압력의 변화분에 등가인 유량 보정분에 상당한다. 보정 요소(26)는 유량 지령 신호와 상기 유량 보정분과의 차에 상당하는 출력을 발생한다.

이 보정 요소(26)에 의한 보정 동작을 더욱 상세하게 설명하면, 유량 지령의 보정은 다음 식에서 구한 보정량 Qc2를 유량 지령으로부터 감산하는 처리이다.

Qc2 = Gp ×(P -Ps)/Ps

여기서, P는 검출된 압력, Ps는 기준 압력, Gp는 보정 이득이다.

이렇게 하여 보정 요소(26)로써 검출 압력에 대응하는 유량 보정량을 유량 지령 신호에 부여하여, 압력 변화에 따르는 펌프 용적 효율의 변화를 보상한다.

본 실시형태에서는, 또한 사출 실린더(114)의 작동 속도가 속도 센서(31)에 의해서 검출되고, 이것이 제어계에 부여된다. 동력 공급 유닛(200)은 속도 센서(31)의 검출 신호에 따라서 사출 실린더(114)가 작동중인가 아닌가를 식별하는 식별기(33)를 포함하고, 이 식별기(33)는 반도체 스위칭 소자로써 구성된 릴레이 스위치(34a, 34b)를 구비하고 있다. 식별기(33)는, 속도 센서(31)로부터 신호가 도래하지 않은 상태에서는 스위치(34a)를 OFF, 스위치(34b)를 ON의 상태, 즉, 도시된 절환 위치를 유지하고, 속도 센서(31)로부터 신호가 도래하면 스위치(34a)를 ON, 스위치(34b)를 OFF의 상태, 즉, 도시된 절환 위치로부터 절환된 상태로 한다. 제어계내의 DA 컨버터(41)의 출력과 서보 증폭기(10)의 입력과의 사이에는, DA 컨버터(41)로부터의 속도 지령 신호에 속도 센서(31)의 검출 신호를 피드백하는 차동 연산 증폭기(37)와, 연산 증폭기(37)의 출력 신호를 수신하여 사출 실린더의 작동 속도의 폐쇄 루프 제어에 필요한 보상 동작을 실행하는 작동 속도 제어기(35)가 직렬로 배치되어 있다. 이 작동 속도 제어기(35)는, 식별기(33)에 속도 센서(31)로부터의 신호가 도래하여 스위치(34a)가 ON, 스위치(34b)가 OFF의 상태로 되어 있을 때에만 유효하게 된다.

속도 센서(31)는, 특히 고정밀도의 제어가 요구되는 사출 실린더(114)의 작동 속도를 검출하는 것이지만, 필요하면, 사출 실린더(114)의 작동 위상과 시간적으로 중복되지 않는 기타의 유압 액추에이터에도 동일한 속도 센서를 설치하여 작동 속도의 폐쇄 루프 제어를 달성할 수 있다.

사출 실린더(114)의 피스톤이 정지되어 있을 때에는 속도 센서(31)는 검출 신호를 발생하지 않는다. 이 상태에서는, 식별기(33)는 스위치(34a)를 OFF, 스위치(34b)를 ON으로 유지하여, 스위치(34b)에 의해서 제어기(35)가 측로(側路)되어 있다. 따라서 DA 컨버터(41)로부터의 속도 지령 신호는 제어기(35)를 바이패스하여 직접 서보 증폭기(10)에 입력된다.

한편, 사출 실린더(114)의 피스톤이 움직이면 속도 센서(31)가 검출 신호를 발생한다. 식별기(33)는, 이 검출 신호를 수신하여 스위치(34a)를 ON, 스위치(34b)를 OFF로 절환한다. 이에 따라서 스위치(34a)를 통하여 속도 센서(31)의 검출 신호가 차동 연산 증폭기(37)의 부입력에 도달하고, DA 컨버터(41)로부터의 속도 지령 신호에 네거티브 피드백 신호로서 부여된다. 또한, 스위치(34b)가 OFF로 절환되었으므로 제어기(35)가 유효하게 된다. 차동 연산 증폭기(37)는, DA 컨버터(41)로부터의 속도 지령 신호와, 속도 센서(31)로부터의 작동 속도 검출 신호와의 편차에 상당하는 속도 편차 신호를 발생하고, 이 속도 편차 신호가 제어기(35)를 거쳐서 서보 증폭기(10)에 도입된다.

이렇게 하여, 속도 센서(31)에 의해서 사출 실린더(114)의 작동 속도가 검출되고, 사출 실린더(114)의 움직임 속도를 서보 제어계에 피드백함으로써, 사출 동작중의 부하압의 변화나 작동유의 온도 변화에 의한 실린더 작동 속도의 변동을 보상할 수 있다.

또한, 이상 설명한 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 당업자에게 자명한 그 변형은 본 발명의 범주에 포함되는 것은 설명할 필요도 없다.

Claims

오일 저장용기로부터 복수의 유압 액추에이터에 연결되는 부하 통로에, 또는 그 역으로, 제어된 유량 및/또는 압력의 작동유를 이송하는 유압 동력 공급 시스템으로서,

회전축을 구비하고, 상기 오일 저장용기로부터 상기 부하 통로에 작동유를 이송할 때에는 정전(正轉) 방향으로 회전하는 상기 회전축의 회전 속도에 대응하는 유량으로써 작동유를 이송하는 유압 펌프로서 동작하고, 또한 상기 부하 통로로부터 상기 오일 저장용기에 작동유를 이송할 때에는 해당 작동유의 유량에 대응하는 회전 속도로써 상기 회전축을 역전(逆轉) 방향으로 회전시키는 유압 모터로서 동작하는 가역(可逆) 회전형 유압 펌프 모터,

상기 회전축에 토크(torque)가 전달되도록 결합된 구동축을 구비한 가변속 서보 전동기로서, 상기 구동축이 해당 전동기에 공급되는 구동 전류에 대응하는 회전 속도와 회전 방향으로써 정전 방향 및 역전 방향으로 회전될 수 있는 것,

상기 부하 통로내의 작동유의 압력에 대응하는 전기적인 제1신호를 출력하는 압력 검출 수단,

상기 구동축의 회전 속도에 대응하는 전기적인 제2신호를 출력하는 회전 속도 검출 수단,

미리 프로그래밍된 압력 지령 신호 및 미리 프로그래밍된 유량 지령 신호를 발생하는 신호 지령 수단,

상기 압력 지령 신호와 상기 제1신호와의 편차에 대응하는 압력 편차 신호가 미리 정해진 제한 레벨을 초과할 때는 리미터(limiter) 동작에 의해서 우선적으로 상기 유량 지령 신호에 대응하는 크기의 속도 지령 신호를 출력하고, 상기 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨 이하일 때는 우선적으로 상기 압력 편차 신호에 대응하는 크기의 속도 지령 신호를 출력하는 신호 처리 수단, 및

상기 속도 지령 신호와 상기 제2신호에 따라서 상기 전동기의 회전 속도가 상기 속도 지령 신호에 대응하도록 상기 전동기에 공급해야 할 상기 구동 전류의 크기를 회전 속도 피드백(feedback) 루프로써 폐쇄 루프 제어하는 회전 속도 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 유압 동력 공급 시스템.
제1항에 있어서, 상기 회전 속도 제어 수단은, 상기 속도 지령 신호와 상기 제2신호와의 편차에 상당하는 회전 속도 편차 신호를 발생하는 수단과, 상기 회전 속도 편차 신호의 상한 및 하한을 미리 정해진 범위내에 제한하는 토크 리미터 수단과, 이 토크 리미터 수단에 의해서 제한된 회전 속도 편차 신호를 제어 입력으로서 수신하는 동시에 상기 제2신호를 피드백 신호로서 수신하여 상기 전동기에 공급해야 하는 상기 구동 전류의 크기를 피드백 제어하는 전류 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 동력 공급 시스템.
제1항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은, 상기 압력 지령 신호를 정입력(正入力)으로 수신하는 동시에 상기 제1신호를 부입력(負入力)으로 수신하여 양자의 편차에 상당하는 압력 편차 신호를 발생하는 편차 신호 검출 수단과, 상기 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨 이하일 때는 해당 압력 편차 신호에 대응하는 크기의 출력 신호를 발생하고, 또한 상기 압력 편차 신호가 상기 제한 레벨을 초과했을 때는 일정 레벨의 출력 신호를 발생하는 신호 리미터 수단과, 상기 유량 지령 신호와 상기 신호 리미터 수단의 출력 신호와의 합 또는 적(積)에 상당하는 신호를 상기 속도 지령 신호로서 출력하는 수단을 포함하는 유압 동력 공급 시스템.
제1항에 있어서, 작동유의 온도를 검출하여 대응하는 크기의 전기적인 제3신호를 출력하는 유온 검출 수단과, 미리 정해진 기준 온도에 대한, 상기 유온 검출 수단으로써 검출한 온도의 변화분에 등가인 보정량을 상기 유량 지령 신호 또는 상기 속도 지령 신호에 부여하는 온도 보정 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 유압 동력 공급 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유량 지령 신호에 상기 제1신호에 따라서 펌프 용적 효율 변화를 보상하기 위한 보정을 실행하는 보정 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 유압 동력 공급 시스템.
제1항에 있어서, 상기 유압 액추에이터로부터 선택된, 1개의 액추에이터의 작동 속도에 대응하는 전기적인 제4신호를 출력하는 작동 속도 검출 수단과, 상기 제4신호에 따라서 상기 액추에이터가 작동중인가 아닌가를 식별하는 작동 식별 수단과, 해당 작동 식별 수단에 의해서 상기 액추에이터의 작동이 식별되었을 때에만 상기 속도 지령 신호에 부가적으로 상기 제4신호를 피드백하여 상기 액추에이터의 작동 속도를 폐쇄 루프 제어하는 작동 속도 제어 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 유압 동력 공급 시스템.