KR101259912B1

KR101259912B1 - 유압식 동력 전달장치의 가변용량형 유압펌프 제어용 서보밸브 제어장치

Info

Publication number: KR101259912B1
Application number: KR1020120080722A
Authority: KR
Inventors: 전영산
Original assignee: 하이드로텍(주)
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2013-05-02

Abstract

본 발명은 유압식 동력전달장치용 가변용량형 유압펌프(1)의 서보밸브 제어장치에 관한 것으로, 특히 서보밸브(30)의 스풀(31)의 일단에서 스풀 작동축(32)이 길이방향 외측으로 연장되게 구비되고, 이 스풀 작동축(32)은 구동기어(42), 피동기어(43) 및 스윙암(46)를 통하여 전기모터(41)에 의해 연결되며,
상기 전기모터(41)는 제어부(50)의 제어신호에 따라 정회전 또는 역회전하면서 상기 구동기어, 피동기어 및 스윙암을 통하여 스풀 작동축(32)을 전진방향 또는 후진방향으로 직선왕복운동시켜 서보밸브(30)의 스풀(31)을 절환작동시킨다.

Description

유압식 동력 전달장치의 가변용량형 유압펌프 제어용 서보밸브 제어장치{ SERVO VALVE ACTUATOR FOR CONTROLLING A HYDRAULIC PUMP IN A HYDROSTATIC TRANSMISSION}

본 발명은 유압식 동력 전달장치의 유압펌프 제어용 서보밸브 제어장치에 관한 것으로, 특히 서보밸브의 스풀이 정밀하고 선형적으로 작동하도록 전기모터를 이용하여 서보밸브의 작동을 제어하는 서보밸브 제어장치에 관한 것이다.

종래 널리 알려진 바와 같이, 유압식 동력전달장치(이하, “HST”(Hydro Static Transmission)이라 한다.)는 가변용량형 유압펌프와, 이 유압펌프의 토출유량을 제어하기 위하여 유압펌프의 사판각의 경전각도를 제어하는 서보밸브 (sevo valve)를 포함하고 있다. 이러한 종래의 유압식 동력전달장치의 서보밸브는 아래의 특허문헌에 기재되어 알려진 것이 있다.
(특허문헌 1) KR1020050020782 A
상기 특허문헌 1에 개시된 종래의 서보밸브는 통상 전자솔레노이드식 밸브로 이루어져 있기 때문에 도 4에 도시된 바와 같이, 입력전류의 히스테리시스(hysteresis) 현상으로 인하여 선형적 제어가 어려웠다.

이와 같이 서브밸브가 비선형적으로 절환작동함으로써 유압펌프의 토출유량이 선형적으로 제어되지 못하여 선형적 변속을 구현하기 어려운 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 서보밸브가 솔레노이드식 전자제어밸브로 구성된 유압 구동식 동력전달장치의 상기 문제점을 해결하기 위하여, 제어 전구간에 걸쳐 선형성을 유지할 수 있어 가변용량형 유압펌프를 선형적으로 제어할 수 있는 서보밸브의 제어장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

가변용량형 유압펌프의 사판의 경전각을 변화시켜 유압펌프의 토출유량을 제어하는 서보밸브의 제어장치에 있어서,

서보밸브의 스풀의 일단에서 중심축방향을 따라 외측으로 연장되게 구비된 스풀 작동축과,

전기모터와,

상기 전기모터의 축에 고정된 구동기어와, 피동축상에 고정되어 상기 구동기어와 치합하는 피동기어와,

상기 피동기어의 피동축에 일단이 고정되고 타단은 상기 스풀 작동축에 이동가능하게 캠핀으로 연결되어 상기 피동축의 회전에 의해 스윙운동을 하면서 상기 스풀 작동축을 직선왕복운동시키는 스윙암과,

상기 피동축의 회전각도를 검출하는 회전각도 검출센서와,

상기 스풀 작동축의 위치를 검출하여 스풀의 위치를 검출하는 스풀위치 검출센서와,

상기 회전각도 검출센서와 스풀위치 검출센서에서 각각 검출한 피동축의 회전각도값과 스풀위치값을, 설정된 목표 회전각도값과 스풀위치값을 비교하여 결과값에 대응하는 출력신호를 상기 전기모터에 제공하여 전기모터의 회전을 제어하는 제어부를 포함한 구성을 가진다.

상기 전기모터는 직류모터, 교류모터, 브러시리스 직류모터(brushless DC motor: BLDC motor), 브러시리스 교류모터(brushless AC motor: BLAC motor) 중 어느 하나일 수 있다.

그리고, 상기 스풀 작동축의 선단에는 원주둘레를 따라 홈이 형성되어, 상기 스윙암의 선단에 구비된 캠핀이 슬라이드이동가능하게 설치된다. 상기 스윙암이 전기모터, 구동기어 및 피동기어의 작동에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 스윙함에 따라 스풀작동축을 좌우측으로 이동하면서 스풀을 절환작동시킨다.

상기한 본 발명에 의하면, 전기모터를 직접 제어하여 서보밸브의 절환위치를 제어하므로 히스테리시스현상에 의한 비선형성을 개선하여 제어 전구간에서 서보밸브의 선형적 제어가 가능하고, 이에 따라 유압펌프의 토출유량을 정밀하게 제어할 수 있다.

또한 본 발명은 파이롯유압에 의한 제어방식에 비교하여 작동유의 온도변화에 따른 부정확한 제어를 개선하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 서보밸브 제어장치를 포함한 유압식 동력 전달장치의 개략적인 유압회로도이고,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 서보밸브 제어장치의 작동상태도로서,
도 2a는 서보밸브의 스풀이 중립위치에 있는 상태의 개략도이고,
도 2b는 서보밸브의 스풀을 전진위치로 절환한 상태의 개략도이고,
도 2c는 서보 밸브의 스풀을 후진위치로 절환한 상태의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따라 직류모터의 출력성능곡선이다.
도 4는 종래 전자솔레노이드방식의 출력성능곡선을 나타낸다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 도 1은 본 발명에 따른 서보밸브 제어장치를 포함한 유압식 동력 전달장치의 개략적인 유압회로도이다.

본 발명에 따른 유압식 동력전달장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 사판(1a)의 경전각도 변화에 따라 토출유량이 가변되는 가변용량형 유압펌프(1)를 포함하고, 이 유압펌프(1)는 엔진(E)의 출력축(2a)에 연결되어 구동된다. 상기 유압펌프(1)에서 토출되는 압유는 주 유압라인(3a,3b)를 통하여 유압 모터(9)에 공급되어 유압 모터(9)를 정회전 또는 역회전시킨다. 상기 유압펌프(1)와 유압 모터(9) 및 이들을 서로 연결하는 주 유압라인(3a,3b)는 폐회로를 이룬다.

한편, 작동유 공급펌프(4)는 엔진(E)의 출력축(2b)에 연결되어 엔진(E)의 구동에 의해 탱크(T1)에서 작동유를 흡입하여 필터(5)를 거친 다음 작동유 공급라인(6)과, 이 공급라인(6)에서 분기된 분기라인(6a,6b)을 통하여 상기 주 유압라인(3a,3b)에 공급한다. 상기 작동유 공급라인(6)에는 제1릴리프밸브(8a)가 설치되어, 작동유 공급라인(6)의 압력을 일정한 압력으로 유지한다. T2는 드레인탱크이다. 그리고 상기 분기라인(6a,6b)에는 각각 체크-릴리프밸브(7a,7b)가 구비되어 분기라인의 압력을 일정한 압력으로 유지한다.

한편, 상기 가변용량형 유압 펌프(1)의 토출유량을 제어하기 위한 서보기구(10)가 구비된다. 상기 서보기구(10)는, 유압펌프(1)의 사판(1a)에 연결되어 사판을 경전시키는 서보피스톤(20)과, 스풀(31)이 절환하면서 작동유 공급라인(6)을 통하여 제공되는 작동유를 상기 서보피스톤(20)의 수압실(F,R)에 선택적으로 공급하여 서보피스톤(20)을 작동시키는 서보밸브(30)로 이루어진다.

그리고 상기 서보밸브(30)는 후술하는 제어부(50)의 제어신호에 따라 스풀(31)을 절환작동시키는 서보밸브 작동장치(40)를 구비한다. 이 서보밸브 작동장치(40)는 구조가 도 2a 내지 도 2c에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 서보밸브 작동장치(40)의 구성을 도 2a를 참조하여 설명하면, 서보밸브 작동장치(40)는, 서보밸브(30)의 스풀(31)의 일측에서 외측으로 연장되게 구비되고 일측 선단에 홈이 구비된 스풀 작동축(32)과, 정역회전하는 전기모터(41)와, 상기 전기모터(41)의 축(41a)에 고정설치된 구동기어(42)와, 상기 구동기어(42)와 치합하여 구동기어(42)에 의해 구동되는 피동기어(43)와, 일단은 상기 피동기어(43)의 피동축(44)에 연결고정되고 타단은 상기 스풀 작동축(32)의 홈에 캠핀(47)으로 연결되어 상기 피동기어(43)가 회전함에 따라 시계방향 또는 반시계방향을 스윙운동을 하면서 스풀 작동축(32)을 전진방향 또는 후진방향으로 이동시켜 서보밸브의 스풀을 절환작동시키는 스윙암(46)으로 이루어진다. 설명하지 않은 도면부호 45는 피동축(44)의 회전에 의해 스윙암(46)이 스윙운동하도록 피동축(44)과 스윙암(46)을 고정하는 키이(45)를 지칭한다.

이상에서는 서보밸브 작동장치(40)를 도 2a 내지 도 2c에 도시된 구조에 대하여 설명하였으나, 서보밸브 작동장치(40)는 이에 한정되지 않고 전기모터(41)의 회전운동을 직선왕복운동으로 변환시키는 구조이면 어느 것이나 적용가능하다. 예컨대, 모터의 회전운동에 따라 피스톤을 직선왕복시키는 직선운동 액츄에이터(linear Motion Actuator)도 서보밸브 작동장치로서 적용가능하다.

한편, 상기 전기모터(41)는 직류모터, 교류모터, 브러시리스 직류모터(brushless DC motor: BLDC motor), 브러시리스 교류모터(brushless AC motor: BLAC motor) 중 어느 하나일 수 있고, 제어부(50)의 제어신호(Os1)에 따라 제어된다.

스풀위치 검출센서(52)는 상기 서보밸브(30)의 스풀(31)의 위치를 검출하여 그에 대응하는 신호(I)를 제어부(50)에 제공한다. 그리고 회전각도 검출센서(51)는 스풀(31)의 위치 변위량에 대응하는 피동기어(43)의 회전각도를 검출하여 그에 대응하는 신호(Is1)를 제어부(50)에 전송한다. 회전각도 검출센서(51)는 피동축(44)의 선단면에 장착된 자석(53)으로부터 피동축(44)의 회전각도를 검출한다.

그리고, 제어부(50)는 주행 페달의 족답량에 대응하는 신호(X1)와 기타 외부신호(X2,….Xn), 상기 회전각도 검출센서(51)에서 검출한 피동기어 회전각도 검출신호(Is1), 및 스풀위치 검출센서(52)에서 검출한 스풀위치 검출신호(I)를, 미리 입력된 설정값들과 비교연산한 결과값에 대응하는 제어신호(Os1)를 전기모터(41)에 출력하여 전기모터(41)를 작동제어한다.

이하, 서보밸브(30)가 상기 제어부(50)의 제어신호에 의해 절환작동하는 동작을 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 단계별로 설명한다.

도 2a는 서보밸브 작동장치(40)가 서보밸브(30)를 중립위치로 절환시켰을 있을 때의 상태를 나타낸다. 이 상태에서 서보밸브(30)의 스풀(31)을 전진방향(F)으로 절환시키는 경우, 제어부(50)는 스풀위치 검출센서(52)에서 검출한 스풀위치 검출신호(중립위치 신호)가 스풀의 최대 전진위치 설정값(목표값)에 도달할 때까지 상기 전기모터(41)에 전진방향 제어신호를 출력한다. 이에 따라 전기모터(41)가 전진방향(F)으로 회전하면서 구동기어(42)와 피동기어(43)를 회전시켜 스윙암(46)을 도 2b의 점선화살표방향으로 선회시킨다. 스윙암(46)은 선회하면서 캠핀(47)으로 연결된 스풀 작동축(32)을 전진방향(F)으로 최대 전진위치까지 이동시킨다.

상기 스풀(31)이 최대 전진위치로 이동하면, 서보밸브(30)는 도 1의 우측 위치로 절환되어 작동유 공급라인(6)을 통하여 제공되는 작동유를 서보피스톤(20)의 전진측 수압실(F)로 공급하여 서보피스톤을 한쪽 방향으로 이동시키게 되고, 이 서보피스톤(20)의 작동은 유압펌프(1)의 사판(1a)을 어느 한쪽방향으로 경전시켜 유압펌프(1)의 토출유량을 증가 또는 감소시키게 된다. 이와 동시에 서보밸브(30)의 스풀(31)이 전진방향 최대 위치로 절환되면, 스풀위치 검출센서(52)는 스풀의 전진방향 최대위치를 검출하여 제어부(50)에 전송되고, 제어부(50)는 전기모터(41)에 제어신호를 차단하여 작동정지시킴으로써 스풀(31)의 절환동작도 정지하게 되어 그 상태를 유지하게 된다.

이 상태에서 서보밸브(30)를 후진방향으로 절환시켜 중립위치 또는 후진방향 최대위치로 절환시키고자 하는 경우에는 제어부(50)가 전기모터(41)에 후진방향 제어신호를 제공하여 전기모터(41)를 후진방향(도 2c의 실신화살표방향:R)으로 회전시키면, 서보밸브 작동장치(40)는 상기 전진방향 절환작동순서의 역순으로 작동하여 도 2c에 도시된 상태로 절환된다. 이러한 작동은 앞서 설명한 작동순서과 역순으로 이루어지므로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기한 바와 같이, 가변용량형 유압펌프의 토출유량을 가변시키는 사판(1a)의 경전각도 제어는 전기모터의 작동에 의해 이루어지고, 전기모터는 도 3의 성능곡선에 도시된 바와 같이 선형적인 출력을 제공하므로, 서보밸브의 절환을 선형적으로 제어할 수 있고, 그에 따라 유압펌프의 제어도 선형적으로 이루어진다.

1: 유압펌프 1a: 사판
2: 엔진 2a,2b: 출력축
3a, 3b: 주 유압라인 4: 작동유 공급펌프
E: 엔진 5: 필터
6: 작동유 공급라인 6a,6b : 분기라인
7a,7b : 체크-릴리프밸브 8a: 제1릴리프밸브
10: 서보기구 20: 서보피스톤
30: 서보밸브 31: 스풀
32: 스풀 작동축
40: 서보밸브 작동장치 41: 전기모터
41a: 축 42: 구동기어
43: 피동기어 44: 피동축
45: 키이 46: 스윙암
47: 캠핀 50: 제어부
51: 회전각도 검출센서 52: 스풀위치 검출센서
53: 자석

Claims

가변용량형 유압펌프(1)의 서보밸브(30)의 절환작동을 제어하는 서보밸브 제어장치에 있어서,
상기 서보밸브 제어장치는,
상기 서보밸브(30)의 스풀(31)의 일단에서 길이방향을 따라 외측으로 연장되게 구비된 스풀 작동축(32)과,
전기모터(41)와,
상기 전기모터(41)의 축에 고정되어 전기모터(41)에 의해 회전하는 구동기어(42)와, 상기 구동기어(42)와 치합하여 상기 구동기어(42)에 의해 구동되는 피동기어(43)와,
상기 피동기어(43)의 피동축(44)에 일단이 고정되고 타단은 상기 스풀 작동축(32)에 이동가능하게 캠핀(47)으로 연결되어 상기 피동축(44)의 회전에 의해 스윙운동을 하면서 상기 스풀 작동축(32)을 직선왕복운동시키는 스윙암(46)과,
상기 피동축(44)의 회전각도를 검출하는 회전각도 검출센서(51)와,
상기 스풀 작동축(32)의 위치를 검출하여 서보밸브의 스풀(31)의 위치를 검출하는 스풀위치 검출센서(52)와,
상기 회전각도 검출센서(51)와 스풀위치 검출센서(52)에서 각각 검출한 피동축(44)의 회전각도값과 스풀위치값을, 설정된 목표 회전각도값과 스풀위치값을 비교하여 결과값에 대응하는 출력신호를 상기 전기모터(41)에 제공하여 전기모터(41)의 회전을 제어하는 제어부(50)를 포함한 것을 특징으로 하는 가변용량형 유압펌프의 서보밸브 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 전기모터(41)는 직류모터, 교류모터, 브러시리스 직류모터(brushless DC motor: BLDC motor), 브러시리스 교류모터(brushless AC motor: BLAC motor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가변용량형 유압펌프의 서보밸브 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 스풀 작동축(32)의 선단에는 원주둘레를 따라 홈이 형성되고,
상기 홈에는 상기 스윙암(46)의 선단에 구비된 캠핀(47)이 슬라이드이동가능하게 설치된 것을 특징으로하는 가변용량형 유압펌프의 서보밸브 제어장치.