KR101429041B1

KR101429041B1 - 전동 액츄에이터의 제어 장치

Info

Publication number: KR101429041B1
Application number: KR1020127023465A
Authority: KR
Inventors: 히로아키 타케; 타다시 카와구치; 준 모리나가
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2014-08-11
Also published as: JP5298069B2; CN102792032B; CN102792032A; DE112011101713T5; US20130073111A1; WO2011145488A1; US9617713B2; KR20120127488A; JP2011241952A

Abstract

정역 반전 동작이 가능한 전동 액츄에이터를 제어하는 전동 액츄에이터의 제어 장치(18)는 전동 액츄에이터(19)의 정역 반전 동작에 따른 정방향 또는 역방향으로 조작 가능한 조작 수단(20), 조작 수단(20)과 접속되어 조작 수단(20)의 정방향 조작 또는 역방향 조작에 따른 정방향 파일롯 압 또는 역방향 파일롯 압을 생성하는 파일롯 회로(25), 조작 수단(20)의 조작 방향에 따른 파일롯 압, 및 조작 방향과는 역방향의 파일롯 압의 차압을 취득하는 차압 취득 수단, 생성된 차압에 의거하여 전동 액츄에이터(19)로의 제어 지령을 생성하는 제어 지령 생성 수단(182), 생성된 제어 지령에 의거하여 전동 액츄에이터(19)의 구동 제어를 행하는 구동 제어 수단(183)을 구비한다.

Description

전동 액츄에이터의 제어 장치{CONTROL DEVICE FOR AN ELECTRIC ACTUATOR}

본 발명은 전동 액츄에이터의 제어 장치에 관한 것이다.

최근, 선회체를 전동 모터 등의 전동 액츄에이터에 의해 구동하고, 다른 작업기나 주행체를 유압 액츄에이터에 의해 구동하는 하이브리드형의 전동 선회 셔블이 개발되고 있다.

이러한 전동 선회 셔블에서는 선회체의 선회 동작이 전동 액츄에이터에 의해 행해지기 때문에, 유압 구동되는 붐이나 암의 상하 동작과 동시에 선회체를 선회시켜도 선회체의 동작이 붐이나 암의 상하 동작에 영향받을 일이 적고, 선회체를 유압 구동하는 종래의 셔블과 비교해서 제어 밸브 등에서의 로스를 적게 할 수 있어 에너지 효율이 양호하다고 하는 이점이 있다.

그런데, 오퍼레이터는 선회체를 유압 구동하는 종래의 셔블의 조작에 익숙해져 있어 이러한 전동 선회 셔블을 조작할 경우 종래의 셔블의 선회 거동과는 다른 거동을 나타내기 때문에 조작성에 위화감을 가지는 경우가 있다. 이 때문에, 선회체의 구동계가 전동인지 유압 구동인지에 의하지 않고 같은 조작성을 실현할 수 있는 것이 요망되고 있다.

그래서, 조작 레버를 조작했을 때의 조작 레버의 조작량에 따르는 토크 전류 지령을 생성함과 아울러 조작 레버의 조작량과 선회체의 회전 속도에 따르는 보정용 토크 전류 지령을 생성하고, 이 보정용 토크 전류 지령에 의거하여 구동 지령을 생성하고, 조작성을 보다 유압 구동의 셔블에 근접시킨 전동 선회 셔블이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

또한, 다른 기술로서는 전동 선회 셔블의 선회 조작 레버 조작에 대하여 생성되는 제어 지령에 용장성(冗長性)을 갖게 함으로써 선회체의 동작 제어를 적정하게 행할 수 있는 기술이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 2 참조).

일본 특허 공개 2009-133161호 공보 일본 특허 공개 2008-248545호 공보

그러나, 이들 특허문헌에 기재된 기술에서는 전동 선회 셔블의 조작감을 종래의 유압 구동에 의해 선회하는 셔블의 조작감에 근접시키고 있다고는 말하기 어렵다.

즉, 종래의 유압 구동에 의해 선회하는 셔블에서는 예를 들면 우선회의 경우 조작 레버의 경도(傾倒)에 따라 발생하는 우측 PPC(Pressure Proportional Control)압[파일롯 압(pilot pressure)]에 대하여, 좌측 PPC압이 선회 스풀의 좌우로 서로 미는 관계에 있다. 즉, 우선회시에 발생하는 우측 PPC압에 의해 선회 스풀을 동작하는 힘에 대하여 그 반대 방향으로부터 좌측 PPC압(배압)이 작용하고, 그 차분이 출력 PPC압으로서 조작 밸브에 전달된다.

이에 대하여 전동 선회 셔블에서는 선회를 유압 액츄에이터와는 독립된 전동 액츄에이터에서 행하기 때문에 선회 스풀을 사용하지 않고, 단지 우측 PPC압만을 압력 센서에서 판독하여 제어 지령을 생성하면 종래의 유압 구동에 의해 선회하는 셔블의 조작감과 완전히 다른 조작감이 되어버린다.

또한, 저온 환경 하에서는 유압 구동에 의해 선회하는 셔블은 기름의 점도 상승에 따라 선회 동작이 통상보다 둔해지지만, 우측 PPC압만을 압력 센서에서 판독하여 제어 지령을 생성해버리면 선회 동작이 예상보다 빨라져버리기 때문에 오퍼레이터는 조작성에 큰 위화감을 가져버린다고 하는 문제가 있다.

이러한 문제는 전동 선회 셔블에 한정된 문제가 아니라, 예를 들면 붐 또는 암의 구동을 전동 액츄에이터에 의해 행하고, 다른 부분을 유압 구동에 의해 동작시키는 하이브리드형 작업 기계에서는 같은 문제로서 발생한다.

본 발명의 목적은 동작의 일부를 전동 액츄에이터에 의해 행하는 하이브리드형 작업 기계에 있어서, 종래 유압 구동의 작업 기계의 조작감과 동일한 조작감을 실현할 수 있는 전동 액츄에이터의 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

제 1 발명에 의한 전동 액츄에이터의 제어 장치는,

정역 반전 동작이 가능한 전동 액츄에이터를 제어하는 전동 액츄에이터의 제어 장치로서,

상기 전동 액츄에이터의 정역 반전 동작에 따른 정방향 또는 역방향으로 조작 가능한 조작 수단과,

상기 조작 수단과 접속되어 상기 조작 수단의 정방향 조작 또는 역방향 조작에 따른 정방향 파일롯 압 또는 역방향 파일롯 압을 생성하는 파일롯 회로와,

상기 조작 수단의 조작 방향에 따른 파일롯 압, 및 조작 방향과는 역방향의 파일롯 압의 차압을 취득하는 차압 취득 수단과,

상기 차압 취득 수단에서 생성된 차압에 의거하여 상기 전동 액츄에이터로의 제어 지령을 생성하는 제어 지령 생성 수단과,

상기 제어 지령 생성 수단에서 생성된 제어 지령에 의거하여 상기 전동 액츄에이터의 구동 제어를 행하는 구동 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

제 2 발명에 의한 전동 액츄에이터의 제어 장치는 제 1 발명에 있어서,

상기 차압 취득 수단은,

상기 파일롯 회로의 정방향 파일롯 압을 검출하는 정방향 압력 검출부와,

상기 파일롯 회로의 역방향 파일롯 압을 검출하는 역방향 압력 검출부와,

상기 정방향 압력 검출부에서 검출된 정방향 파일롯 압, 및 상기 역방향 압력부에서 검출된 역방향 파일롯 압의 차압을 연산하는 차압 연산부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

제 1 발명에 의한 전동 액츄에이터의 제어 장치에 의하면, 차압 취득 수단 및 제어 지령 생성 수단을 구비하고 있음으로써 정방향의 파일롯 압 및 역방향의 파일롯 압의 차분으로부터 제어 지령을 생성하고, 전동 액츄에이터의 구동 제어를 행하고 있다. 따라서, 조작 수단의 조작 방향과는 반대 방향에 발생하는 배압의 영향을 가미하면서 전동 액츄에이터를 구동시킬 수 있고, 종래의 유압 구동과 동일한 조작감을 실현할 수 있다.

제 2 발명에 의한 전동 액츄에이터의 제어 장치에 의하면, 차압 취득 수단이 정방향 압력 검출부 및 역방향 압력 검출부를 구비하고 있음으로써 조작 수단의 조작 방향에 따른 정방향 파일롯 압, 역방향 파일롯 압을 검출하고, 차압 연산부에 의해 간단하게 차압을 산출할 수 있다. 따라서, 전동 액츄에이터를 제어하는 인버터 등의 제어 장치에 용이하게 장착할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 하이브리드형 건설 기계를 나타내는 측면도이다.
도 2는 상기 실시형태에 의한 하이브리드형 건설 기계의 전체 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 상기 실시형태에 의한 선회 구동을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 상기 실시형태에 의한 선회 제어 장치의 제어 구조를 나타내는 블록도이다.
도 5는 상기 실시형태에 의한 선회 제어 장치의 작용을 나타내는 플로우차트이다.
도 6a는 상기 실시형태에 의한 차압과 레버 조작량의 관계를 부여하는 그래프이다.
도 6b는 상기 실시형태에 의한 차압과 레버 조작량의 관계를 부여하는 그래프이다.
도 7은 종래의 유압에 의한 선회 구동을 설명하기 위한 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

[1] 전체 구성

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 의한 하이브리드형 전동 선회 셔블(1)은 하부 주행체(2)를 구성하는 트랙 프레임 상에 스윙 서클(3)을 통해서 설치된 선회체(4)를 구비하고, 이 선회체(4)가 스윙 서클(3)과 감합되는 후술하는 전동 모터에 의해 선회 구동된다. 선회체(4)에는 붐 실린더(5)에 의해 구동하는 붐(6)이 설치되고, 붐(6)의 선단에는 암 실린더(7)에 의해 구동하는 암(8)이 설치되고, 암(8)의 선단에는 버킷 실린더(9)에 의해 구동하는 버킷(10)이 설치되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는 선회체(4)를 전동 모터에 의해 구동하고 있지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 즉, 전동 선회 셔블(1)의 붐(6), 암(8), 버킷(10), 및 하부 주행체(2) 중 어느 하나를 전동 모터에 의해 구동하는 하이브리드형 또는 전기 구동형 전동 선회 셔블이라도 좋다. 또한, 구동계 중 적어도 어느 하나가 전동 모터를 사용한 셔블이면 반드시 선회체(4)를 전동 모터에 의해 선회 구동시킨 셔블일 필요는 없다.

도 2에는 전동 선회 셔블(1)의 구동계의 전체 구성이 나타내어져 있다.

전동 선회 셔블(1)은 구동원으로서의 엔진(11), 유압 펌프(12), 발전 모터(13)를 구비하고 있다.

엔진(11)은 유압 펌프(12) 및 발전 모터(13)를 구동한다.

유압 구동계는 유압 제어 밸브(14), 상술한 붐 실린더(5), 암 실린더(7), 버킷 실린더(9), 및 주행 모터(15)를 구비하고, 유압 펌프(12)가 유압원이 되어서 이들을 구동한다.

전동 구동계는 인버터(16), 커패시터(17), 선회 제어 장치(18), 및 선회 전동 모터(19)를 구비하고, 발전 모터(13), 인버터(16), 커패시터(17)가 선회 전동 모터(19)의 전력원이 된다.

이들 구동계는 오퍼레이터가 조작 레버(20)를 조작함으로써 구동시키는 것이 가능하다.

유압 구동계에는 도 2에서는 도시를 생략했지만 펌프 컨트롤러가 설치되고, 펌프 컨트롤러는 조작 레버(20)의 조작에 의거하여 제어 지령을 생성하고, 유압 펌프(12)의 펌프 사판각(斜板角)의 각도 제어를 행한다.

전동 구동계에는 상술한 선회 제어 장치(18) 및 목표 속도 설정 장치(21)가 설치되어 있다.

목표 속도 설정 장치(21)는 연료 다이얼(22)의 설정 상태, 모드 전환 스위치(23)의 설정 상태, 및 조작 레버(20)[통상은 암(8) 조작용 작업기 레버를 겸용]의 경도 각도에 의거하여 선회체(4)의 목표 속도를 설정하고, 선회 제어 장치(18)에 출력한다. 또한, 연료 다이얼(22)은 엔진(11)으로의 연료 공급(분사)량을 제어하기 위한 다이얼, 모드 전환 스위치(23)는 각종 작업 모드를 전환하기 위한 스위치이며, 전동 선회 셔블(1)의 운전 상황에 따라 오퍼레이터가 조작한다.

또한, 상술한 선회 전동 모터(19)에는 회전 속도 센서(24)가 설치되어 있다. 회전 속도 센서(24)는 선회 전동 모터(19)의 회전 속도를 검출하고, 그 회전 속도는 선회 제어 장치(18)에 피드백된다.

선회 제어 장치(18)는 목표 속도 설정 장치(21)에 의해 설정된 선회체(4)의 목표 속도와, 회전 속도 센서(24)에 의해 검출되는 선회 전동 모터(19)의 회전 속도에 의거하여 제어 게인(gain)인 속도 게인(K)을 사용한 P 제어(비례 제어)에 의해 속도 제어를 행하고, 선회 전동 모터(19)에 대한 제어 지령을 생성한다. 본 실시형태의 경우, 선회 제어 장치(18)는 인버터이며, 제어 지령을 전류값 및 전압값으로 변환해서 선회 전동 모터(19)에 출력하고, 선회 전동 모터(19)의 토크 출력을 제어한다.

또한, 선회 제어 장치(18)는 예를 들면 스위칭 등에 의해 선회 전동 모터(19)를 구동하는 지령을 행할 수 있는 것이면 인버터 이외의 것이라도 좋다.

[2] 조작 레버(20)의 상세 구성

본 실시형태에 있어서의 조작 레버(20)(본 발명의 조작 수단)에는 도 3에 나타내는 바와 같이 파일롯 회로(25)가 접속되고, 전동 구동계에 있어서는 이 파일롯 회로(25)를 통해서 조작 레버(20)의 조작이 선회 제어 장치(18)에 전달된다.

파일롯 회로(25)는 유압 펌프(12)를 유압원으로 해서 좌측 파일롯 밸브(26), 우측 파일롯 밸브(27), 관로(28), 조임부(29A), 체크 밸브(29B), 탱크(30), 좌측 압력 센서(31), 및 우측 압력 센서(32)를 구비한다. 좌측 압력 센서(31) 및 우측 압력 센서(32)에서 검출된 전압 신호는 선회 제어 장치(18)에 입력된다. 또한, 상술한 유압 펌프(12)에는 파일롯 펌프가 병설되어 좌측 파일롯 밸브(26), 우측 파일롯 밸브(27)의 조작 상태에 따라 관로(28)의 좌측 부분 또는 우측 부분에 파일롯 압을 작용시킨다. 또한, 본 실시형태에서는 파일롯 회로(25)는 유압 펌프(12)를 파일롯 펌프로 해서 유압원으로 하고 있지만, 유압 펌프(12)와는 별도로 파일롯 펌프를 설치하여 이 파일롯 펌프를 유압원으로 해도 좋다.

또한, 조임부(29A), 체크 밸브(29B)는 관로(28)의 좌측 부분 및 우측 부분 각각에 설치되어 있지만, 좌우의 유압 배관 저항을 균등하게 하기 위해서 파일롯 밸브(26, 27)를 기점으로 하여 관로(28)의 좌측 부분 및 우측 부분의 배관에 있어서 배관의 지름, 길이, 굴곡 등에 의한 배관 손실이 동등해지는 위치에 설치되어 있다.

또한, 도 3에서는 파일롯 밸브(26, 27)를 연결하는 상측의 관로는 직접 탱크(30)에 안내되고 있지만, 도 4에 나타내는 바와 같이 탱크(30)의 전단에 조임부를 형성해도 좋다.

좌측 파일롯 밸브(26) 및 우측 파일롯 밸브(27)는 조작 레버(20)의 하부에 접속되어 있다. 예를 들면, 조작 레버(20)를 좌측으로 조작하면 좌측 파일롯 밸브(26)가 하부에 설치된 스프링에 저항하여 밀어내려져서 관로가 전환되고, 관로(28)의 좌측 부분에 파일롯 펌프로부터 토출되는 압유가 공급된다. 공급된 압유는 관로(28)의 좌측 부분의 조임부(29A), 우측 부분의 체크 밸브(29B)를 통해서 탱크(30)로부터 드레인(drain)된다. 관로(28)의 좌측 부분에는 압유 공급에 의한 파일롯 압이 생성됨과 아울러 조임부(29A), 체크 밸브(29B)를 통해서 관로(28)의 우측 부분에도 기름이 흐르기 때문에 관로(28)의 우측 부분에는 배압이 생성된다.

한편, 조작 레버(20)를 우측으로 조작하면 우측 파일롯 밸브(27)가 마찬가지로 밀어내려져서 관로가 전환되고, 관로(28)의 우측 부분에 압유가 공급된다. 공급된 압유는 관로(28)의 우측 부분의 조임부(29A), 좌측 부분의 체크 밸브(29B)를 통해서 탱크(30)로부터 드레인된다. 관로(28)의 우측 부분에 파일롯 압이 생성됨과 아울러 관로(28)의 좌측 부분에는 배압이 생성된다.

즉, 관로(28)는 좌측 파일롯 밸브(26)로부터 우측 파일롯 밸브(27)에 이르는 폐회로를 형성하고, 파일롯 밸브(26, 27)의 전환 상태에 따라 관로(28)의 좌측 부분, 우측 부분의 압력 상태가 변화된다.

좌측 압력 센서(31)는 관로(28) 좌측 부분의 압력을 검출하여 전압 신호로서 선회 제어 장치(18)에 출력하고, 우측 압력 센서(32)는 관로(28)의 우측 부분의 압력값을 검출하여 전압 신호로서 선회 제어 장치(18)에 출력한다.

이들 압력 센서(31, 32)로서는 다이어프램을 구비한 압력 센서를 채용할 수 있고, 다이어프램의 변형을 전기 신호로 변환하는 방법으로서는 예를 들면 변형 게이지식, 정전 용량식, 포텐셔미터를 이용한 것 등 공지의 압력 센서를 채용할 수 있다.

이러한 파일롯 회로(25)에서는 오퍼레이터가 조작 레버(20)를 좌선회 방향으로 조작하면 조작 레버(20)의 경도량에 따라 좌측 파일롯 밸브(26)가 밀어내려지고, 밀어내린 양에 따라 파일롯 펌프로부터 압유가 관로(28) 내에 공급되어 관로(28)의 우측 부분을 경유해서 우측 파일롯 밸브(27)로부터 일부가 탱크(30)에 드레인된다. 이때, 좌측 압력 센서(31) 및 우측 압력 센서(32)는 검출한 압력값을 전압 신호로 변환하여 선회 제어 장치(18)에 출력한다.

[3] 선회 제어 장치(18)의 구조

도 4에는 본 발명에 의한 전동 액츄에이터의 제어 장치로서의 선회 제어 장치(18)의 상세 블록도가 나타내어져 있다. 이 선회 제어 장치(18)는 유압 구동계를 제어하는 펌프 컨트롤러(33)와 CAN(Controller Area Network) 라인(34)으로 통신 접속되어 있다.

조작 레버(20)의 조작을 전달하는 파일롯 회로(25) 내에는 상술한 압력 센서(31, 32)와는 별도로 좌측 압력 센서(35), 우측 압력 센서(36)가 설치되고, 이들 압력 센서(35, 36)에서 검출된 압력값은 펌프 컨트롤러(33)에 전압 신호로서 출력된다. 이것은 펌프 컨트롤러(33)가 파일롯 회로(25) 내의 유압 제어를 위해서 파일롯 펌프의 구동 제어를 행할 필요가 있기 때문이다.

그리고, 펌프 컨트롤러(33)에 출력된 압력값은 CAN 라인(34)을 통해서 선회 제어 장치(18)에도 출력된다.

선회 제어 장치(18)는 차압 연산부(181), 제어 지령 생성 수단(182), 구동 제어 수단(183), 및 메모리(184)를 구비한다.

차압 연산부(181)는 좌측 압력 센서(31), 우측 압력 센서(32)로부터의 전압 신호를 압력값으로 변환하고, 관로(28)에 있어서의 좌측 부분과 우측 부분의 차압을 연산하는 부분이다. 또한, 본 실시형태에서는 전동 구동계에 있어서의 신호·데이터의 취급을 유압 구동계에 있어서의 신호·데이터의 취급과 동등하게 하기 위해서 전압-압력값 변환을 행하고 있지만, 전압 신호만으로 차분을 연산해도 좋다.

또한, 좌측 압력 센서(31), 우측 압력 센서(32) 중 어느 하나에 고장이 발생했을 경우 차압 연산부(181)는 상술한 CAN 라인(34)을 통해서 펌프 컨트롤러(33)로부터 입력되는 전압 신호에 의거하여 차압을 연산한다.

이 차압 연산부(181)에서 연산된 차압은 제어 지령 생성 수단(182)에 출력된다.

제어 지령 생성 수단(182)은 연산된 차압에 의거하여 선회 전동 모터(19)에 출력하는 제어 지령을 생성하는 부분이다. 상세하게는 후술하지만, 이 제어 지령 생성 수단(182)은 제어 지령을 생성할 때에 메모리(184) 내에 격납된 맵(map)을 이용하여 차압을 조작 레버(20)의 조작량으로 변환하고, 이것을 선회 속도 제어 지령으로 변환하고 있다.

이 제어 지령 생성 수단(182)에서 생성된 제어 지령은 구동 제어 수단(183)에 출력된다.

구동 제어 수단(183)은 생성된 제어 지령에 의거하여 전류값, 전압값으로 변환해서 선회 전동 모터(19)에 출력하고, 선회 전동 모터(19)의 토크 출력을 제어하는 부분이다.

[4] 선회 제어 장치(18)의 작용

이어서, 상술한 선회 제어 장치(18)의 작용에 대해서 도 5에 나타내어지는 플로우차트에 의거하여 설명한다.

차압 연산부(181)는 좌측 압력 센서(31)로부터의 전압 신호, 우측 압력 센서(32)로부터의 전압 신호를 압력값으로 변환한다(처리 S1).

이어서, 차압 연산부(181)는 변환된 압력값에 의거하여 관로(28)의 좌측 부분과 우측 부분의 차압을 연산하고, 제어 지령 생성 수단(182)에 출력한다(처리 S2).

여기에서, 조작 레버(20)의 조작이 우선회인지, 좌선회인지의 판정은 예를 들면 우측 압력 센서(32)의 전압 신호로부터 좌측 압력 센서(31)의 전압 신호를 뺄셈하여 그 연산값이 양수이면 우선회라고 판정하고, 연산값이 음수이면 좌선회라고 판정한다.

또한, 처리 S2에 있어서 차압의 산출이 행해지기 전에 좌측 압력 센서(31), 우측 압력 센서(32)가 정상 범위를 나타내고 있는지의 고장 판정이 행해지고, 또한 우측 압력 센서(32)와 우측 압력 센서(36)의 전압 신호, 또는 좌측 압력 센서(31)와 좌측 압력 센서(35)의 전압 신호가 큰 차(정상으로 하는 역치 이상의 값)를 나타내고 있지 않은지의 고장 판정이 행해진다.

또한, 차분은 좌우의 압력값을 뺄셈함으로써 구하는 절대값의 값을 말한다. 또한, 좌우의 압력값끼리를 뺄셈하지 않아도 각 압력 센서(31, 32)가 출력한 전압 신호끼리를 뺄셈하여 그것을 압력값으로 환산해도 좋다.

제어 지령 생성 수단(182)은 연산된 차압을 조작 레버(20)의 조작량으로 변환한다(처리 S3).

구체적으로는 도 6a에 나타내는 바와 같이, 조작 레버(20)의 조작량(경도량)을 좌우로 크게 해 가면 압력 센서(31, 32)로부터 출력되는 전압 신호는 선형적으로 증대된다고 하는 특성이 있다.

그래서, 차압 연산부(181)는 요청된 차압으로부터 도 6b에 나타내는 바와 같은 차압과 레버 조작량을 대비시킨 맵을 메모리(184) 내에 격납해 두고, 이것을 참조함으로써 차압을 조작 레버(20)의 조작량으로 변환한다.

이어서, 제어 지령 생성 수단(182)은 변환된 레버 조작량을 선회 속도 제어 지령으로 변환하여 구동 제어 수단(183)에 출력한다(처리 S4).

구동 제어 수단(183)은 예를 들면 LPF에 의한 필터 처리를 행한 후(처리 S5), 전류값 및 전압값으로 변환하여 선회 전동 모터(19)의 토크 출력을 제어한다(처리 S6). 또한, 필터 처리는 LPF 이외의 것을 이용해도 좋고, 또는 생략해도 좋다.

[5] 종래 유압 구동의 선회 장치에 의한 선회

여기에서, 종래 유압 구동의 선회 장치의 선회 유압 회로를 도 7에 의거하여 설명한다.

엔진(101)은 유압 펌프(102) 및 파일롯 펌프(103)의 구동원이다.

유압 펌프(102)는 토출 관로(104)를 통해서 유량 제어 밸브(105)와 접속되어 있다. 이 유량 제어 밸브(105)는 선회 구동 관로(106A, 106B)를 통해서 선회 유압 모터(107)와 접속되어 있다.

조작 레버(108)는 파일롯 밸브(109, 110)와 접속된다. 이 파일롯 밸브(109, 110)는 관로(111A)를 통해서 파일롯 펌프(103)와 접속된다. 또한, 이 종래 유압 구동의 선회 장치에서는 유압 펌프(102) 및 파일롯 펌프를 별도로 설치하고 있지만, 유압 펌프(102) 자체를 유압원으로 해도 좋다.

파일롯 밸브(109)는 파일롯 관로(112A)를 통해서 유량 제어 밸브(105)의 조작부(105B)와 접속되고, 파일롯 밸브(110)는 파일롯 관로(113A)를 통해서 유량 제어 밸브(105)의 조작부(105B)와 접속된다.

상기 유압 펌프(102)는 사판각을 제어하는 서보 기구를 구비한다.

이 서보 기구는 서보 피스톤(114), 제어 밸브(115)로 이루어져 있다. 이 제어 밸브(115)의 일단은 유압 펌프(102)의 토출 관로(104)로부터 분기되는 관로(116A)와 접속되고, 타단은 유량 제어 밸브(105)의 하류측 관로(117A, 117B)와 접속되어 있다.

유압 펌프(102)의 사판각은 유압 펌프(102)의 토출 관로(104)로부터 분기되는 관로(116A)로부터 안내되는 유압 펌프(102)의 토출압(P1)과, 하류측 관로(117A, 117B)와 합류하는 관로(118)를 통해서 안내되는 부하압(LP1)의 차압에 의해 행해진다.

구체적으로는 P1>LP1일 때에는 제어 밸브(115)는 b 위치로 전환된다. 이 때문에, 파일롯 펌프(103)로부터의 파일롯 압은 서보 피스톤(114)의 b실에 유입되고 a실의 파일롯 압은 탱크로 드레인되므로, 서보 피스톤(114)은 우측으로 이동해서 유압 펌프(102)의 사판각이 감소한다.

반대로, P1<LP1일 때에는 제어 밸브(115)는 a 위치로 전환된다. 이 때문에, 파일롯 펌프(103)로부터의 파일롯 압은 서보 피스톤(114)의 a실에 유입되고 b실의 파일롯 압은 탱크로 드레인되므로, 서보 피스톤(114)은 좌측으로 이동해서 유압 펌프(102)의 사판각이 증가한다.

상기 선회 구동 관로(106A)로부터 분기되는 관로(119A) 상에 흡입 밸브(120A)를 개재시키고 있다. 또한, 선회 구동 관로(106B)로부터 분기되는 관로(119B) 상에 흡입 밸브(120B)를 개재시키고 있다. 이들 흡입 밸브(120A, 120B)는 탱크(121)와 접속되어 있다. 이 흡입 밸브(120A, 120B)는 선회 유압 모터(107)의 정지시에 한쪽 선회 구동 관로(106A, 106B)가 진공이 되지 않도록 탱크(121)로부터 기름을 흡입하게 되어 있다.

또한, 선회 구동 관로(106A)로부터 분기되는 관로(122A) 상에 릴리프 밸브(123B)를 개재시키고 있다.

또한, 선회 구동 관로(106B)로부터 분기되는 관로(122B) 상에 릴리프 밸브(123B)를 개재시키고 있다. 이들 릴리프 밸브(123A, 123B)는 탱크(121)와 접속되어 있다.

이들 릴리프 밸브(123A, 123B)는 선회 유압 모터(107)의 기동시, 가속시 등에서 선회 구동 관로(106A, 106B) 내에 발생하는 고압을 릴리프하여 탱크(121)로 드레인하고, 선회 유압 모터(107)의 손상을 방지하고 있다.

이러한 선회 유압 모터(107)에 의한 선회 구동은 다음과 같이 해서 행해진다.

조작 레버(108)를 좌선회측으로 경도시키면 파일롯 밸브(110)가 스프링력에 저항해서 밀어내려지고, 파일롯 밸브(110)의 입력 포트가 관로(111A)와 연통되어 파일롯 관로(113A)에 파일롯 유압이 안내된다. 파일롯 관로(113A)에 안내된 파일롯 유압은 조작부(105B)에 작용하고, 유량 제어 밸브(105)는 b 위치로 전환된다.

이에 따라, 유압 펌프(102)로부터 토출된 압유는 선회 구동 관로(106B)를 통해서 선회 유압 모터(107)에 유입되고, 선회 유압 모터(107)는 좌선회한다.

유량 제어 밸브(105)가 b 위치로 전환될 때, 파일롯 관로(112A) 내의 기름은 파일롯 밸브(109)를 통해서 탱크에 드레인되지만, 파일롯 관로(112A) 내에는 기름의 흐름에 따르는 배압이 발생한다. 따라서, 실제로 유량 제어 밸브(105)에 작용하는 압력은 파일롯 관로(113A) 내의 파일롯 압이 아니라, 파일롯 관로(113A) 내의 파일롯 압으로부터 파일롯 관로(112A) 내의 배압을 뺀 것이 된다.

[6] 실시형태의 효과

도 7의 종래 유압 구동의 선회 장치에서는 상술한 바와 같이, 조작 레버(108)의 경도에 의해 유량 제어 밸브(105)에 파일롯 압을 작용시켜도 유량 제어 밸브(105)에 반대측의 배압이 작용하고 있기 때문에, 유량 제어 밸브(105)에는 파일롯 압과 배압의 차분의 압력밖에 작용하지 않는다.

본 실시형태에서는 도 3 및 도 4에 나타내어지는 바와 같이, 파일롯 회로(25) 중 좌측 부분의 파일롯 압, 우측 부분의 파일롯 압의 차분에 의거하여 선회 전동 모터(19)로의 제어 지령을 생성하고 있으므로 종래의 유압 구동형 선회 장치와 마찬가지인 파일롯 압의 밸런스로 선회 전동 모터(19)를 구동시킬 수 있고, 종래의 유압 구동형 선회 장치가 손에 익은 오퍼레이터라도 조작시에 위화감을 가질 일이 없다.

또한, 저온 환경 하에서는 파일롯 회로 내의 기름의 점도가 높아져서 종래 유압 구동의 선회 장치에서는 조작 레버(108)를 크게 경도시켜도 유량 제어 밸브(105)의 이동량이 적어져서 선회 유압 모터(107)의 회전 속도를 올릴 수 없다. 즉, 저온 환경 하에서는 선회 동작이 완만해진다.

본 실시형태의 선회 제어 장치(18)를 사용함으로써 저온 환경 하에서도 종래 유압 구동의 선회 장치와 마찬가지인 조작성을 실현할 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은 구동계의 일부를 전동 구동으로 한 하이브리드형 작업 기계, 건설 기계에 적합하게 이용할 수 있다.

1 : 전동 선회 셔블 2 : 하부 주행체
3 : 스윙 서클 4 : 선회체
5 : 붐 실린더 6 : 붐
7 : 암 실린더 8 : 암
9 : 버킷 실린더 10 : 버킷
11 : 엔진 12 : 유압 펌프
13 : 발전 모터 14 : 유압 제어 밸브
15 : 주행 모터 16 : 인버터
17 : 커패시터 18 : 선회 제어 장치
19 : 전동 모터 20 : 조작 레버
21 : 목표 속도 설정 장치 22 : 연료 다이얼
23 : 모드 전환 스위치 24 : 회전 속도 센서
25 : 파일롯 회로 26 : 좌측 파일롯 밸브
27 : 우측 파일롯 밸브 28 : 관로
29A : 조임부 29B : 체크 밸브
30 : 탱크 31 : 좌측 압력 센서
32 : 우측 압력 센서 33 : 펌프 컨트롤러
34 : CAN 라인 35 : 좌측 압력 센서
36 : 우측 압력 센서 101 : 엔진
102 : 유압 펌프 103 : 파일롯 펌프
104 : 토출 관로 105 : 유량 제어 밸브
105B : 조작부 106A : 선회 구동 관로
106B : 선회 구동 관로 107 : 선회 유압 모터
108 : 조작 레버 109 : 파일롯 밸브
110 : 파일롯 밸브 111A : 관로
112A : 파일롯 관로 113A : 파일롯 관로
114 : 서보 피스톤 115 : 제어 밸브
116A : 관로 117A : 하류측 관로
117B : 하류측 관로 118 : 관로
119A : 관로 119B : 관로
120A : 흡입 밸브 120B : 흡입 밸브
121 : 탱크 122A : 관로
122B : 관로 123A : 릴리프 밸브
123B : 릴리프 밸브 181 : 차압 연산부
182 : 제어 지령 생성 수단 183 : 구동 제어 수단

Claims

정역 반전 동작이 가능한 전동 액츄에이터를 제어하는 전동 액츄에이터의 제어 장치로서,
상기 전동 액츄에이터의 정역 반전 동작에 따라 정방향 또는 역방향으로 조작 가능한 조작 수단과,
상기 조작 수단과 접속되어 상기 조작 수단을 정방향으로 조작했을 때에 동작하는 제 1 파일롯 밸브로부터 상기 조작 수단과 접속되어 상기 조작 수단을 역방향으로 조작했을 때에 동작하는 제 2 파일롯 밸브에 이르러서 내부를 압유가 흐르는 1개의 폐회로를 형성하는 관로를 가지며, 상기 조작 수단과 접속되어 상기 조작 수단의 정방향 조작 또는 역방향 조작에 따라 정방향 파일롯 압 또는 역방향 파일롯 압을 생성하는 파일롯 회로와,
상기 조작 수단의 조작 방향에 따른 파일롯 압, 및 조작 방향과는 역방향의 파일롯 압의 차압을 취득하는 차압 취득 수단과,
상기 차압 취득 수단에서 취득된 차압에 의거하여 상기 전동 액츄에이터로의 제어 지령을 생성하는 제어 지령 생성 수단과,
상기 제어 지령 생성 수단에서 생성된 제어 지령에 의거하여 상기 전동 액츄에이터의 구동 제어를 행하는 구동 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동 액츄에이터의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 차압 취득 수단은,
상기 파일롯 회로의 정방향 파일롯 압을 검출하는 정방향 압력 검출부와,
상기 파일롯 회로의 역방향 파일롯 압을 검출하는 역방향 압력 검출부와,
상기 정방향 압력 검출부에서 검출된 정방향 파일롯 압, 및 상기 역방향 압력부에서 검출된 역방향 파일롯 압의 차압을 연산하는 차압 연산부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전동 액츄에이터의 제어 장치.