KR101172484B1 - 압력 제어용 유압 장치 - Google Patents

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Abstract

압력 제어용 유압 장치는, 실린더, 상기 실린더에 작용하는 외력을 검출하는 힘 센서, 상기 실린더의 기본 작동 조건과 상기 힘 센서에 의해 검출된 외력에 기초하는 제어 신호에 따라 단 방향으로 구동되는 전기 모터, 상기 전기 모터에 연결되어 구동되어 상기 실린더를 작동시키는 작동유를 생성하는 유압 펌프, 상기 작동유가 상기 유압 펌프에서 상기 실린더로 흐르는 것은 허용하고 반대로 흐르는 것은 차단하는 체크 밸브, 상기 실린더와 상기 체크 밸브를 연결하는 유로의 압력을 검출하는 압력 센서, 그리고 상기 실린더와 상기 체크 밸브를 연결하는 유로에 연결되는 배출 유로에 설치되며 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력에 기초해 개폐 작동하는 유량 제어 밸브를 포함한다.

Description

압력 제어용 유압 장치{Hydraulic device for pressure control}
본 발명은 압력 제어용 유압 장치에 관한 것이다.
종래에 압력 제어를 위한 다양한 유압 장치가 있으나 여러 가지 문제점이 있었다. 예를 들어, 유압 장치의 크기가 크거나 유압 라인이 복잡한 문제 등이 있었고, 또한 압력 제어를 위해 모터가 상시 구동되어야 해서 별도의 냉각 시스템이 필요한 문제도 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 간단한 구조를 가지며 에너지 효율이 좋은 압력 제어용 유압 장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치는, 실린더, 상기 실린더에 작용하는 외력을 검출하는 힘 센서, 상기 실린더의 기본 작동 조건과 상기 힘 센서에 의해 검출된 외력에 기초하는 제어 신호에 따라 단 방향으로 구동되는 전기 모터, 상기 전기 모터에 연결되어 구동되어 상기 실린더를 작동시키는 작동유를 생성하는 유압 펌프, 상기 작동유가 상기 유압 펌프에서 상기 실린더로 흐르는 것은 허용하고 반대로 흐르는 것은 차단하는 체크 밸브, 상기 실린더와 상기 체크 밸브를 연결하는 유로의 압력을 검출하는 압력 센서, 그리고 상기 실린더와 상기 체크 밸브를 연결하는 유로에 연결되는 배출 유로에 설치되며 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력에 기초해 개폐 작동하는 유량 제어 밸브를 포함한다.
상기 전기 모터는 상기 유압 펌프에 의해 생성되어 상기 실린더로 공급되는 작동유의 압력이 다음 식에 의한 값인 목표 압력(Pd)이 되도록 하는 제어 신호에 의해 구동될 수 있다.
[식]
Figure 112010024135415-pat00001
여기서 Pd는 실린더에 작용하는 작동유의 목표 압력이며, k는 상기 실린더의 피스톤을 지지하는 스프링의 탄성 계수이고, x는 상기 스프링의 압축 거리이며, Friction은 상기 피스톤에 작용하는 마찰력이고, Fe는 상기 실린더의 피스톤에 작용하는 외력이며, Arod는 상기 작동유에 노출되는 상기 피스톤의 작용 면적이다.
상기 유량 제어 밸브는 상기 작동유의 압력이 상기 목표 압력 이하인 경우에는 폐쇄되고 상기 작동유의 압력이 상기 목표 압력보다 커지게 되면 개방될 수 있다.
본 발명에 의하면 유압 장치의 크기가 작아 오일 탱크의 크기를 줄일 수 있고 협소한 공간에도 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한 압력을 유지하기 위해 모터가 상시 구동할 필요가 없으므로 에너지 절감의 효과가 있으며 별도의 냉각 시스템이 필요하지 않은 장점이 있고, 나아가 외력이 작용하여 압력이 증가하는 경우 전기 모터를 구동하지 않고 유량 제어 밸브만으로 압력 제어가 가능하므로 에너지 절감 효과가 더욱 크다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치에서 작동유가 실린더로 공급되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치에서 작동유가 단동 실린더로 공급된 후 일정 압력을 유지하고 있는 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치에서 실린더에 큰 외력이 작용하는 경우 작동유가 유량 제어 밸브를 통해서 배출되는 상태를 보여주는 도면이다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치에서 작동유가 실린더로 공급되는 상태를 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치에서 작동유가 단동 실린더로 공급된 후 일정 압력을 유지하고 있는 상태를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치에서 실린더에 큰 외력이 작용하는 경우 작동유가 유량 제어 밸브를 통해서 배출되는 상태를 보여주는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치는 실린더(10)를 포함한다. 예를 들어, 실린더(10)는 단동 실린더일 수 있다.
실린더(10)는 내부 공간을 형성하는 실린더 하우징(11), 실린더 하우징(11) 내부에 삽입되는 피스톤(13), 그리고 피스톤(13)을 탄성적으로 지지하는 스프링(15)를 포함할 수 있다. 스프링(15)은 피스톤(13)과 실린더 하우징(11)의 내벽 사이에 게재된다.
실린더(10)에 작용하는 외력을 검출하는 힘 센서(20)가 구비된다. 도면에 도시된 바와 같이 힘 센서(20)는 실린더(10)의 피스톤(13)에 작용하는 외력을 검출할 수 있도록 피스톤(13)의 끝단에 설치될 수 있다. 힘 센서(20)는 가해지는 힘을 검출할 수 있는 통상의 힘 센서일 수 있다.
전기 모터(30)와 유압 펌프(40)는 작동유를 가압하여 실린더(10)로 공급하는 역할을 한다. 유압 펌프(40)는 작동유가 저장되어 있는 오일 탱크(41)에 연결되어 오일 탱크(41)에 저장된 작동유를 가압할 수 있도록 형성되며, 전기 모터(30)는 유압 펌프(40)에 연결되어 유압 펌프(40)를 구동하는 역할을 한다. 예를 들어, 유압 펌프(40)는 전기 모터(30)에 연결되어 단 방향으로 작동하는 유압 펌프일 수 있다.
전기 모터(30)는 실린더(10)의 기본 작동 조건과 힘 센서(20)에 의해 검출된 외력에 기초하는 제어 신호에 따라 단 방향으로 구동되고, 유압 펌프(40)는 전기 모터(30)에 연결되고 단 방향으로 구동되어 실린더(10)를 작동시키는 작동유를 생성한다.
체크 밸브(50)는 작동유가 유압 펌프(40)에서 실린더(10)로 흐르는 것은 허용하고 반대로 흐르는 것은 차단하는 기능을 수행한다. 즉, 체크 밸브(50)는 유압 펌프(40)와 실린더(10)를 연결하는 유로(1)에 설치되며, 작동유가 유압 펌프(40)에서 실린더(10)로 흐르는 것은 허용하고 반대로 실린더(10)에서 유압 펌프(40)로 흐르는 것은 차단하도록 설치된다.
압력 센서(60)는 실린더(10)와 체크 밸브(50)를 연결하는 유로의 압력을 검출한다. 즉, 압력 센서(60)는 실린더(10)에 공급되는 작동유의 압력을 검출한다.
유량 제어 밸브(70)는 실린더(10)와 체크 밸브(50)를 연결하는 유로에 연결되는 배출 유로(3)에 설치된다. 유량 제어 밸브(70)는 압력 센서(60)에 의해 검출된 작동유의 압력에 기초하여 개폐 작동한다. 예를 들어, 유량 제어 밸브(70)는 릴리프 밸브, 온/오프(on/off) 밸브 등과 같은 유량을 제어할 수 있는 밸브일 수 있다.
구체적으로,유량 제어 밸브(70)는 압력 센서(60)에 의해 검출된 작동유의 압력과 목표 압력(Pd)의 비교에 기초해서 개폐 작동한다. 유량 제어 밸브(70)는 압력 센서(60)에 의해 검출된 작동유의 압력이 목표 이하인 경우에는 폐쇄되고 작동유의 압력이 목표 압력보다 커지게 되면 개방된다.
작동유의 목표 압력(Pd)은 실린더(10)와 외력의 힘 관계식에 의해서 아래와 같이 유도될 수 있다.
먼저 실린더(10)의 피스톤(13)에 작용하는 힘(Fd)은 다음의 수학식 1로 구해질 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112010024135415-pat00002
여기서 Pd는 실린더에 작용하는 작동유의 목표 압력이며, k는 상기 실린더의 피스톤을 지지하는 스프링의 탄성 계수이고, x는 상기 스프링의 압축 거리이며, Friction은 상기 피스톤에 작용하는 마찰력이고, Fe는 상기 실린더의 피스톤에 작용하는 외력이며, Arod는 상기 작동유에 노출되는 상기 피스톤의 작용 면적이다.
상기 수학식1을 목표 압력(Pd)에 대하여 다시 정리하면 다음의 수학식 2가 얻어진다.
[수학식 2]
Figure 112010024135415-pat00003
이하에서 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 제어용 유압 장치의 작동에 관해 설명한다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 실린더(10)에 요구되는 목표 압력에 도달하기까지는 전기 모터(10)와 유압 펌프(20)가 작동한다. 이때, 작동유의 압력이 목표 압력에 도달하기 전이므로유량 제어 밸브(70)는 폐쇄 상태로 제어되어 작동유가 오일 탱크(71)로 배출되는 것을 막는다.
도 2의 상태에서 압력 센서(60)에 의해 측정되는 작동유의 압력이 목표 압력에 도달하면 전기 모터(30)는 작동이 멈추도록 제어된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 작동유의 압력이 목표 압력에 도달한 경우, 전기 모터(10)의 작동이 멈춘 상태를 유지하며 이때 체크 밸브(50)에 의해 작동유의 유로가 막혀 유압 펌프(40)로 작동유가 흘러가는 것이 방지되며 또한 이때유량 제어 밸브(70)는 폐쇄 상태를 유지하게 된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 큰 외력(Fe)이 작용하여 실린더 내부의 작동유의 압력이 목표 압력보다 커지게 되면유량 제어 밸브(70)가 개방된다. 이에 따라 작동유가 오일 탱크(71)로 배출되어 작동유의 압력이 점차로 낮아지게 되고, 작동유의 압력이 감소하여 목표 압력에 도달하면 다시유량 제어 밸브(70)가 폐쇄되어 원하는 목표 압력을 유지할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 힘 센서(20), 압력 센서(60)의 신호를 수신하고 이를 기초로 전기 모터(30)와유량 제어 밸브(70)를 제어하는 제어 신호를 출력하는 컨트롤러가 구비될 수 있다.
컨트롤러는 마이크로프로세서, 메모리, 및 관련 하드웨어와 소프트웨어를 포함하고, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 이해할 수 있는 것처럼 센서들과 통신하고 위에서 설명한 압력 제어 방법을 수행하도록 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 실린더 20: 힘 센서
30: 전기 모터 40: 유압 펌프
50: 체크 밸브 60: 압력 센서
70:유량 제어 밸브

Claims (3)

  1. 실린더,
    상기 실린더에 작용하는 외력을 검출하는 힘 센서,
    상기 실린더의 기본 작동 조건과 상기 힘 센서에 의해 검출된 외력에 기초하는 제어 신호에 따라 단 방향으로 구동되는 전기 모터,
    상기 전기 모터에 연결되어 구동되어 상기 실린더를 작동시키는 작동유를 생성하는 유압 펌프,
    상기 작동유가 상기 유압 펌프에서 상기 실린더로 흐르는 것은 허용하고 반대로 흐르는 것은 차단하는 체크 밸브,
    상기 실린더와 상기 체크 밸브를 연결하는 유로의 압력을 검출하는 압력 센서, 그리고
    상기 실린더와 상기 체크 밸브를 연결하는 유로에 연결되는 배출 유로에 설치되며 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력에 기초해 개폐 작동하는 유량 제어 밸브를 포함하며,
    상기 전기 모터는 상기 유압 펌프에 의해 생성되어 상기 실린더로 공급되는 작동유의 압력이 다음 식에 의한 값인 목표 압력(Pd)이 되도록 하는 제어 신호에 의해 구동되는 압력 제어용 유압 장치.
    [식]
    Figure 112012012661115-pat00009

    (여기서 Pd는 실린더에 작용하는 작동유의 목표 압력이며, k는 상기 실린더의 피스톤을 지지하는 스프링의 탄성 계수이고, x는 상기 스프링의 압축 거리이며, Friction은 상기 피스톤에 작용하는 마찰력이고, Fe는 상기 실린더의 피스톤에 작용하는 외력이며, Arod는 상기 작동유에 노출되는 상기 피스톤의 작용 면적이다.)
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 유량 제어 밸브는 상기 작동유의 압력이 상기 목표 압력 이하인 경우에는 폐쇄되고 상기 작동유의 압력이 상기 목표 압력보다 커지게 되면 개방되는 압력 제어용 유압 장치.
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