KR101429375B1

KR101429375B1 - 작업 기계의 구동 제어 방법

Info

Publication number: KR101429375B1
Application number: KR1020127026245A
Authority: KR
Inventors: 료 야마모토; 마사히로 야마다; 요지 유다테
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2014-08-11
Also published as: CN103080435B; EP2653621A4; JP5548113B2; CN103080435A; US20130332036A1; KR20130004328A; JP2012127154A; US9020708B2; EP2653621A1; WO2012081201A1

Abstract

유압 펌프(10)로부터 컨트롤 밸브(14)를 통하여 공급하는 작동유로 구동하는 유압 모터(2)와, 이 유압 모터(2)와 협동하는 전동기(3)에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동 제어를, 구조체의 동작량을 결정하는 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 의거하는 속도 지령에 대하여, 유압 모터(2)의 실 회전수에 의거하는 속도 피드백 제어와, 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 의거하는 차압 피드백 제어를 행함으로써 유압 모터(2)의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유량을 토출하도록 개도 지령을 생성하여 컨트롤 밸브(14)를 개도 제어, 또는 경전 지령을 생성하여 유압 펌프(10)를 경전각 제어하도록 하고, 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량과 유압 모터(2)의 회전수와 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 따라 유압 모터(2)에 공급하는 유량을 제어하여 에너지 손실을 억제한다.

Description

작업 기계의 구동 제어 방법{DRIVE CONTROL METHOD FOR OPERATING MACHINE}

본 발명은, 작업 기계에 사용되는 구동 장치의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압 모터(hydraulic motor)와 전동기(electric motor)에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동 제어 방법에 관한 것이다.

종래, 유압 쇼벨(shovel), 크레인(crane), 휠 로더(wheel loader), 불도저(bulldozer) 등의 동력 기계류(이 명세서 및 특허청구범위의 서류에서는 이들 동력 기계류(중기)를 총칭하여 「작업 기계」라고 한다)가 토목 · 건설 공사 등에 사용되고 있다. 예를 들면, 도 7에 나타내 보이는 유압 쇼벨(100)을 예로 설명하면, 유압 쇼벨(100)에는, 하부 주행체(101)의 상부에 상부 선회체(구조체)(102)가 설치되고, 이 상부 선회체(102)에, 엔진(engine)과 운전석, 버킷(bucket)(103)이 선단에 설치된 암(arm)(104), 암(104)에 연결된 붐(boom)(105) 등이 구비되어 있다. 이 붐(105)은, 붐 실린더(boom cylinder)(106)에 의해 상승하게 되어 있다. 그 때문에, 이 상부 선회체(102)는 대형 중량물이 된다. 또, 이 상부 선회체(102)는, 작업 시에 운전석의 리모트 컨트롤러(remote controller)를 조작함에 따라 상기 하부 주행체(101)의 상부에서 선회하게 된다. 또, 붐(105) 등이 상하 방향으로 구동되고 선단의 버킷(103)에 의해 각종 작업이 행해진다.

이와 같은 작업 기계에는, 상부 선회체(102)와 붐(105) 등을 구동하는 복수대의 유압 펌프(pump)가 구비되어 있고, 각각의 유압 펌프로부터 공급되는 작동유(作動油)를 단독, 또는 조건에 따라 합류시킴으로써 큰 구동력을 얻도록 되어 있다. 또, 상부 선회체(102)는, 근년에, 유압 모터와 전동기를 구비한 구동 장치에 의해 선회하게 되는 것도 제안되어 있다.

예를 들면, 이런 종류의 구동 장치를 구비한 작업 기계로서, 유압 모터를 구동원으로 하는 유압 유닛(unit)과, 전동기를 구동원으로 하는 전동 유닛을 설치하고, 선회 시에 컨트롤러(controller)와 인버터(inverter)에 의해 전동기를 제어하고, 그 토크(torque)로 유압 유닛을 어시스트(assist)하도록 한 구동 장치를 구비한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조). 이 작업 기계에서는, 구동 장치의 정상 선회 시 및 감속 시에, 전동기에 회생 작용을 행하게 하여 회생 전력을 축전기에 축적하도록 하고 있다. 또, 구동 장치의 제어 수단으로서, 선회 시에, 요구되는 토크를 구하고, 그 요구 토크가 설정치를 초과하였을 때에 전동기로부터 필요한 토크가 출력되도록 하고 있다. 요컨대, 전동 유닛에 의해 유압 유닛을 어시스트하고, 전체로서 필요한 최대 토크를 확보하면서 전동 유닛의 어시스트 분(分)을 조정함으로써, 필요한 토크를 발생시키도록 하고 있다. 또, 상기 제어 수단은, 유압 모터 회로에 설치된 릴리프 밸브(relief valve)에 의한 릴리프 시간을 단축하는 방향으로 전동기의 출력 토크를 제어하도록 구성되어 있다.

또한, 다른 선행 기술로서, 유압 액추에이터(actuator)와 전동 · 발전기의 구동력을 합성하는 구동력 합성 기구를 가진 하이브리드(hybrid)형 구동 장치를 구비한 건설 기계가 있다. 이 기계에서는, 제동 시에 발생하는 에너지(energy)를 유효하게 활용하기 위하여, 연통 밸브(바이패스(bypass) 밸브)를 설치하여 선회체의 관성 에너지를 전동 · 발전기로 전기 에너지로서 효율적으로 회생하려고 하고 있다(예를 들면, 특허문헌2 참조). 이 선행 기술에서는, 유압 액추에이터의 구동력과, 이 유압 액추에이터와 협동하는 전동 · 발전기의 구동력의 비율을 설정하는 설정 수단으로서, 유압 모터에 내장된 릴리프 밸브를 사용하고 있다.

또, 다른 선행 기술로서, 유압 액추에이터의 양 포트(port)의 차압을 검출하고, 이 차압에 관련시켜 유압 액추에이터에 병설된 전동 · 발전기에 대하여 토크 지령을 행하도록 한 것도 있다(예를 들면, 특허문헌3 참조). 이 선행 기술에서는, 선회체를 유압 모터와 전동 · 발전기의 구동 · 제동 토크의 합으로 구동 제어하도록 구성되어 있다. 더욱이, 구동 시에는 제동 시에 비교하여 유압 모터의 출력 토크의 비율이 커지도록, 유압 모터의 구동 · 정지 시의 최고 구동 압력을 제어하는 릴리프 밸브를 설치하고, 이 릴리프 밸브의 기동 가속 시의 작동 압력을 감속 정지 시의 작동 압력보다 높게 하고 있다.

일본국 특개 2005-290882호 공보 일본국 특개 2008-291522호 공보 일본국 특개 2008-63888호 공보

그런데, 작업 기계에 있어서 구조체의 동작으로서는, 예를 들면, 유압 쇼벨(100)에 의한 토사의 굴삭 적재 작업 등과 같이, 상부 선회체(102)를 급격하게 가속, 감속하는 작업이 많다. 그 때문에, 상기한 바와 같은 대형 중량물이며 관성체인 상부 선회체(102)를 원하는 속도로 선회시키려고 하고 리모트 컨트롤 밸브를 신속하면서도 크게 조작하는 일이 많다.

하지만, 상기 특허문헌1의 작업 기계에서는, 리모트 컨트롤 밸브의 2차압을 직접 컨트롤 밸브의 파일럿 포트(pilot port)에 작용시켜 유량 제어를 하고 있기 때문에, 선회 조작 시의 큰 리모트 컨트롤 밸브의 조작에 의한 선회 가속 시에는, 컨트롤 밸브가 크게 열리고, 유압 펌프로부터의 토출 압유 전부가 유압 모터 회로에 유입된다. 그리고 이 유입유는, 상기한 바와 같이 유압 모터 회로에 승압 완충기능을 가진 릴리프 밸브를 사용하였다고 하여도 관성체인 상부 선회체가 원하는 선회 속도에 도달할 때까지는 그 일부가 유압 모터를 구동하는 동력원으로서 사용될 뿐 나머지는 릴리프 밸브로부터 릴리프되기 때문에, 이로써 에너지 이용 효율이 감소한다. 이와 같은 에너지 이용 효율의 감소는, 에너지 소비량이 증대하는 선회 가속 시에 큰 에너지 손실이 발생하므로 현저하다. 이와 같은 에너지 이용 효율의 감소는, 선회체 이외의 구조체를 가속 구동하는 구동 장치에 있어서도 마찬가지로 생긴다.

또, 제어 수단은, 선회 시에 요구되는 토크가 요구치를 초과하였을 경우에 한하여 전동기로부터 필요한 토크를 출력하는 구성으로 되어 있기 때문에, 비교적 작은 토크가 연속하여 필요하게 되는 것과 같은 운용 조건에서는, 전동기가 작동하는 시간을 충분하게 확보할 수 없는 경우가 있을 수 있다. 따라서 축전한 전기 에너지를 충분하게 활용할 수 없는 상황이 생길 가능성이 있다.

더욱이, 제동 시에 컨트롤러 밸브가 닫히면, 유압 모터 회로가 폐회로가 되고, 전동기로 감속 토크를 어시스트했다고 하여도 유압 토크가 발생하여 릴리프 밸브가 작동하므로 감속 시의 관성 에너지를 전기 에너지로서 효율적으로 회수할 수 없다.

또한, 상기 특허문헌2에 기재된 발명에 있어서도, 상기 특허문헌1과 마찬가지로 리모트 컨트롤 밸브의 2차압을 직접 컨트롤 밸브의 파일럿 포트에 작용시키고 있기 때문에, 리모트 컨트롤 밸브의 조작 시에 많은 압유가 컨트롤 밸브에 공급되고, 선회체가 원하는 속도에 도달하여 유압 모터가 소정 토크가 될 때까지는 많은 압유가 릴리프 밸브로부터 릴리프되어 에너지 손실을 일으킨다.

또, 상기 특허문헌3에 기재된 발명에 있어서는, 유압 모터의 압유 공급구와 배출구에 있어서 압력을 검출하여 전동 · 발전기의 동작 제어를 하는 것에 관하여 기재되어 있지만, 그 압력을 이용하여 유압 모터에 공급하는 압유량을 제어하는 상세한 제어 방법에 관해서는 전혀 기재되어 있지 않다.

한편, 작업 기계에 따라서는, 상기 유압 쇼벨과 같이 복수의 조작 레버(lever)를 동시에 조작함으로써 예를 들면, 상부 선회체(102)를 유압 모터로 선회 동작시킴과 동시에 붐(105)의 선단의 버킷(103)에 의한 토사 들어 올림 동작을 붐 실린더(유압 액추에이터)(106)로 행하는 복합 조작이 있다. 이와 같은 복합 조작을 행하는 작업 기계에는, 엔진 동력에 따른 용량으로 복수대의 유압 펌프가 설치되어 있다. 상기 복합 조작 시에는, 복수대의 유압 펌프로부터 토출된 작동유가 동력을 필요로 하는 구동 측에 합류하도록 되어 있고, 이들 유압 펌프의 토출 압력은 구동 측의 압력과 동일 압력이 된다.

하지만, 상기한 상부 선회체와 같이 유압 모터와 전동기에 의해 구동되는 구조체를 가진 작업 기계의 경우, 일시적으로 큰 동력을 필요로 하는 유압 액추에이터에, 복수대의 유압 펌프의 작동유를 합류시킬 때는, 복수대의 유압 펌프의 토출 압력은, 그 유압 액추에이터의 구동 압력과 동일 압력이 되기 때문에, 상기 전동기와 함께 구조체를 구동하는 유압 모터에 공급되는 작동유도 동일 압력이 되어버리고, 그 때의 유압 모터의 구동 조건에 적합하지 않는 압력이 되어 효율적으로 구동하는 것이 어려워진다.

또한, 상기 특허문헌1~특허문헌3에는, 선회체를 전동기와 협동하여 구동하는 유압 모터에 공급하는 작동유를 다른 구조체의 구동 동력에 합류시킨 상태에서, 유압 모터에 의한 선회체의 구동을 효율적으로 행할 수 있도록 하는 구성에 관하여 전혀 기재되어 있지 않다.

따라서 본 발명은, 리모트 컨트롤 밸브의 조작량과 유압 모터의 회전수와 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 따라, 유압 모터에 공급하는 유량을 제어함으로써 에너지 손실을 억제할 수 있는 작업 기계의 구동 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 경전각(傾轉角) 제어로 토출 유량의 변경이 가능한 유압 펌프로부터 컨트롤 밸브를 통하여 공급하는 작동유로 구동하는 유압 모터와, 그 유압 모터와 협동하는 전동기에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동 제어 방법이고, 상기 구조체의 동작량을 결정하는 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 속도 지령에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 피드백(feed back) 제어와, 상기 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 의거하는 차압 피드백 제어를 행함으로써 상기 유압 모터의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유량을 토출하도록 개도 지령을 생성하여 상기 컨트롤 밸브를 개도 제어하도록 하고 있다. 이 명세서 및 특허청구범위 중에 있어서 「구조체」는, 예를 들면 선회 동작을 하는 상부 선회체, 직선 동작을 하는 붐 등의 구조체를 말한다. 또, 「구조체의 동작량」은, 「구조체의 동작 속도 및 동작량 등」 모든 동작량을 포함한다.

이에 따라, 리모트 컨트롤 밸브의 조작량과 유압 모터의 실 회전수의 차이에 따른 구동 토크를 유압 모터로 얻기 위하여 적합한 작동유량이면서도 유압 모터의 실 회전수에 적합한 작동유량을 토출하도록 컨트롤 밸브의 개도가 제어된다. 따라서 유압 펌프로부터 유압 모터에 공급되는 작동유량을, 실 회전수에 적합한 양이면서도 리모트 컨트롤 밸브의 조작량과 유압 모터의 실 회전수의 차이에 따른 구동 토크를 얻기 위하여 필요한 양으로 제어할 수 있어 에너지 효율의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

또, 상기 차압 피드백 제어를 행한 신호에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 신호를 제어 게인(gain)을 통하여 더함으로써 상기 유압 모터의 실 회전수에 적합한 작동유량을 공급하도록 상기 개도 지령에 대하여 유량 보상을 행하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 차압 피드백 제어에 의한 컨트롤 밸브의 개도 지령에 대하여 실 회전수에 있어서 필요 유량이 얻어지도록 유량 보상을 행하므로 변화하는 실 회전수에 따른 필요 유량이 되도록 컨트롤 밸브의 개도 제어를 행할 수 있어 응답성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 상기 유량 보상을 행한 개도 지령과, 상기 차압 피드백 신호를 입력한 차압 지령 사이에, 상기 개도 지령의 변화분을 피드백시키는 마이너 루프(minor loop)를 설치하여 승압 보상을 행하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 유량 보상을 행한 개도 지령의 고주파 영역에서의 게인을 마이너 루프의 피드백 제어로 낮추어 압력 제어의 안정성을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 유압 펌프를 제1 유압 펌프, 상기 컨트롤 밸브를 제1 컨트롤 밸브, 상기 구조체를 제1 구조체로 하고, 그 제1 구조체에 더하여, 제2 유압 펌프로부터 제2 컨트롤 밸브를 통하여 공급하는 작동유로 구동하는 제2 구조체를 가지고, 상기 제2 구조체를 구동하는 작동유에 상기 제1 유압 펌프로부터 공급되는 작동유를 합류시키도록 구성하고, 상기 제1 구조체의 동작량을 결정하는 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 속도 지령에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 피드백 제어와, 상기 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 의거하는 차압 피드백 제어를 행함으로써 상기 유압 모터의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유량을 토출하도록 상기 유압 펌프의 경전 지령을 생성하고, 상기 차압 피드백 제어를 행한 신호에 대하여, 상기 실 회전수에 의거하는 속도 신호를 제어 게인을 통하여 더함으로써 상기 유압 모터의 실 회전수에 적합한 작동유량을 공급하도록 상기 경전 지령에 대하여 유량 보상을 행하고, 그 유량 보상이 된 신호와, 작업 기계에 있어서 다른 지령을 비교하고, 그 최대치를 선택한 신호를 경전 지령으로서 상기 유압 펌프의 경전을 제어하도록 하여도 좋다.

이와 같이 컨트롤 밸브의 개도 제어와, 유압 펌프의 경전 제어를 병용함으로써 제1 유압 펌프로부터 제1 컨트롤 밸브를 통하여 공급하는 작동유로 구동하는 유압 모터와 전동기로 구동하는 제1 구조체와, 제2 유압 펌프로부터 제2 컨트롤 밸브를 통하여 공급하는 작동유로 구동하는 제2 구조체를 구비한 작업 기계에서, 이 제2 구조체를 구동하는 작동유에 제1 유압 펌프의 작동유를 합류시키는 구성에 있어서, 제1 유압 펌프의 경전 지령을 작업 기계에 있어서 최대치를 만족시키는 경전 지령으로 하여 유량 제어를 행할 수 있고, 또 제1 컨트롤 밸브의 개도를 상기 개도 제어에 의해 줄임으로써 합류에 필요한 제1 유압 펌프의 토출 압력을 확보할 수 있다. 또한, 컨트롤 밸브의 개도는 유압 모터의 실 회전수에 적합한 양이면서도 리모트 컨트롤 밸브의 조작량과 유압 모터의 실 회전수의 차이에 따른 구동 토크를 얻기 위하여 필요한 양으로 제어할 수 있다.

또한, 유압 모터와 전동기로 제1 구조체만을 선회 구동시킬 때에는, 제1 컨트롤 밸브의 개도는, 상기 개도 제어를 실시하지 않고 압력 손실이 최소가 되도록 최대 개도로 설정하고, 제1 유압 펌프는, 상기 경전각 제어를 실시하여도 좋다. 이와 같이 컨트롤 밸브의 개도 제어를 절환함으로써 압력 손실이 적은 운전을 할 수 있다.

또, 상기 구조체의 초기 가속 시에, 그 구조체의 가속에 필요로 하는 토크에서 전동기로 출력 가능한 구동 토크를 제외하고, 부족분의 토크를 상기 유압 모터의 구동 토크로 보충하도록 상기 컨트롤 밸브의 개도 지령을 생성하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 관성체인 구조체의 초기 가속 시에, 그 구조체의 가속에 필요로 하는 토크를, 축전기의 전압에 의거하는 전동기로 출력 가능한 구동 토크와, 그 전동기의 구동 토크를 제외한 부족분을 유압 모터의 구동 토크로 보충하도록, 각각의 에너지를 연산하면서 구동 제어를 행하므로 축적 전기 에너지의 이용 효율을 높게 할 수 있다. 또한, 유압 모터의 작동유량은, 전동기의 구동 토크를 제외한 부족분을 보충하도록 개도가 제어된 컨트롤 밸브로부터 공급되기 때문에, 에너지 효율이 높은 운용이 가능해진다.

또, 경전각 제어로 토출 유량의 변경이 가능한 제1 유압 펌프로부터 제1 컨트롤 밸브를 통하여 공급하는 작동유로 구동하는 유압 모터와, 그 유압 모터와 협동하는 전동기에 의해 제1 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동 제어 방법이고, 상기 제1 구조체에 더하여, 제2 유압 펌프로부터 제2 컨트롤 밸브를 통하여 공급하는 작동유로 구동하는 제2 구조체를 가지고, 그 제2 구조체를 구동하는 작동유에 상기 제1 유압 펌프의 작동유를 합류시키도록 구성되고, 상기 제1 구조체의 동작량을 결정하는 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 속도 지령에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 피드백 제어와, 상기 제2 유압 펌프의 실 토출 압력을 피드백하는 제2 펌프 압력 피드백 제어와, 상기 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 의거하는 차압 피드백 제어를 행함으로써 상기 유압 모터의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유량을 토출하도록 제1 유압 펌프의 선회 경전 지령을 생성하고, 그 제1 유압 펌프의 선회 경전 지령과 상기 제2 유압 펌프의 경전 지령의 최대치를 선택하여 상기 제1 유압 펌프를 경전각 제어하도록 하고 있다.

이와 같이 하면, 제1 유압 펌프로부터 공급되는 작동유로 구동하는 유압 모터와 전동기로 구동하는 제1 구조체와, 제2 유압 펌프로부터 공급되는 작동유로 구동하는 제2 구조체를 구비한 작업 기계에서, 이 제2 구조체를 구동하는 작동유에 제1 유압 펌프의 작동유를 합류시키는 구성에 있어서, 제1 유압 펌프의 경전 지령을 제2 유압 펌프의 실 토출 압력에 따라 피드백 제어하여 제1 유압 펌프로부터 토출하는 작동유를 제2 유압 펌프로부터 토출하는 작동유에 안정되게 합류시킬 수 있다.

또, 상기 제2 펌프 압력 피드백 제어를, 상기 속도 피드백 제어를 행한 구동 토크 지령에서 전동기 토크 분을 제외한 유압 모터 토크 지령을 구하고, 그 유압 모터 토크 지령에 상기 제2 유압 펌프의 실 토출 압력을 피드백시키는 합류 보상으로서 행하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 전동기 토크 분을 제외한 유압 모터 토크 분이 얻어지도록 한 제1 유압 펌프의 경전 지령을 제2 유압 펌프의 토출 압력으로 보정하므로 제1 유압 펌프의 경전 지령을 제2 유압 펌프의 실 토출 압력에 따라 보다 정확하게 피드백 제어할 수 있다.

또, 상기 속도 피드백 제어를 행한 구동 토크 지령으로부터 상기 합류 보상을 행한 유압 모터 토크 지령을 감하여 토크 지령 차이를 구하고, 상기 전동기를 운전할 수 있는 에너지와 상기 토크 지령 차이로부터 필요한 전동기 토크 지령을 구하여 유압 모터의 부족 토크를 전동기로 보충하도록 하여 좋다. 이와 같이 하면, 복수대의 유압 펌프로 구동하는 복수의 구조체를 구비한 작업 기계에 있어서, 선회체의 선회 구동은 유압 모터의 구동 토크로 분담한 부족분을 전동기로 보충하도록 하면 좋기 때문에, 유압 모터의 구동 토크에 따라 축적 전기 에너지를 효율적으로 사용하여 에너지 효율이 좋은 운전을 할 수 있다.

또, 유압 모터만으로 제1 구조체를 선회 구동시키면서 제2 구조체를 제1 유압 펌프의 작동유를 합류시켜 구동시키는 경우와 비교하여, 유압 모터 토크는 동일한 토크가 되고, 전동기 토크에 의한 어시스트 분, 구동 토크를 증가할 수 있으므로 선회 작업 시간의 단축을 도모할 수 있다.

또, 상기 합류 보상을 행한 유압 모터 토크 지령에 의거하는 제1 유압 펌프의 차압 지령에 상기 유압 모터의 배압(背壓)을 더하여 유압 모터 회로에 있어서 릴리프 압력 지령을 구하고, 그 릴리프 압력 지령을 상기 유압 모터의 상류측 회로에 있어서 전자 릴리프 밸브의 릴리프 압으로 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 전자 릴리프 밸브의 제어 압력이 계(係)에 필요한 압력보다 작게 설정되는 일은 없다. 또, 제1 유압 펌프로부터 토출되는 작동유의 압력 이하로 릴리프하지 않도록 전자 릴리프 밸브의 설정치를 조정할 수 있어 유압 모터 회로에 있어서 제2 구조체를 구동하기 위한 작동유 압력을 안정되게 유지할 수 있다.

또, 상기 차압 피드백 제어를 행한 신호에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 신호를 제어 게인을 통하여 더함으로써 상기 유압 모터의 실 회전수에 적합한 작동유량을 공급하도록 상기 제1 유압 펌프의 선회 경전 지령에 대하여 유량 보상을 행하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 최종적인 제1 유압 펌프의 선회 경전 지령에 대하여 유압 모터의 실 회전수에 있어서 필요 유량이 얻어지도록 유량 보상을 행하므로 변화하는 실 회전수에 따른 필요 유량이 되도록 제1 유압 펌프를 경전 제어할 수 있다.

또, 상기 유량 보상을 행한 선회 경전 지령과, 상기 차압 피드백 신호를 입력한 차압 지령 사이에, 상기 선회 경전 지령의 변화분을 피드백시키는 마이너 루프를 설치하여 승압 보상을 행하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 유량 보상을 행한 선회 경전 지령의 고주파 영역에서의 게인을 마이너 루프의 피드백 제어로 낮추어 압력 제어의 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 따라 유압 모터를 구동하는 압유량이 최적으로 되도록 컨트롤 밸브를 개도 제어, 또는 유압 펌프를 경전 제어함으로써 조정하므로 유압 모터로 구조체를 구동하기 위한 에너지 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 전동기와 유압 모터로 구동하는 구조체와 유압 액추에이터로 구동하는 구조체에 각각 작동유를 공급하는 유압 펌프를 구비한 작업 기계에 있어서, 유압 모터 측의 작동유를 유압 액추에이터 측에 합류시킴과 아울러 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 따른 작동유를 유압 액추에이터 및 유압 모터에 공급하여 효율적으로 복수의 구조체를 구동하는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 발명에 따른 구동 제어 장치의 전동기와 협동하는 유압 모터를 구동하는 제1 유압 펌프 계통을 나타내 보이는 유압 회로도이다.
도 2는, 도 1에 나타내 보이는 구동 제어 장치의 제1 유압 펌프 계통에 있어서 제어 블록도이다.
도 3은, 도 1에 나타내 보이는 구동 제어 장치에 의한 선회체의 구동 시퀀스(sequence) 도이다.
도 4는, 도 1에 나타내 보이는 유압 회로에 합류 회로를 구비한 유압 회로도이다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 제어 장치에 있어서 제어 방법을 나타내는 유압 회로도이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 제어 장치에 있어서 제어 방법을 나타내는 유압 회로도이다.
도 7은, 작업 기계의 일예인 유압 쇼벨을 나타내는 측면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 이하의 실시예에서는, 작업 기계의 제1 구조체로서 유압 쇼벨의 상부 선회체(이하, 간단하게 「선회체」라고 한다)를 예로 하고, 제2 구조체로서 유압 액추에이터 구동의 붐을 예로 설명한다. 또, 제1 구조체 작동용 유압 모터를 구동하는 펌프를 제1 유압 펌프, 제2 구조체 작동용 유압 액추에이터를 구동하는 펌프를 제2 유압 펌프로 한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 선회체(제1 구조체; 도 7에 나타내 보이는 102)를 구동하는 구동 제어 장치(10)로서는, 유압 모터(2)와 전동기(3)의 협동에 의해 선회체를 선회 구동하고, 유압 모터(2)의 감속 시에는, 전동기(3)의 회생 기능에 의해 유압 모터(2)의 관성 에너지(운동 에너지)를 전기 에너지로 변환하여 회수하도록 구성되어 있다. 이 전동기(3)에 회생 작용을 행하게 하여 발전기로 하는 회생 기능은, 공지 기술이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

또, 상기 선회체의 선회 방향 및 선회 속도 등의 동작량을 결정하는 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)(선회 리모트 컨트롤)가 설치되어 있다. 이 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)는, 선회체의 선회 방향을 결정하는 경도 핸들(handle)(4)을 가지고 있다. 이 경도 핸들(4)을 경도하는 방향, 각도, 및 속도 등에 따라 선회체의 선회 방향, 속도 및 가속도가 결정된다. 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)에는, 조작량에 따른 2차압을 검출하는 압력 센서(sensor)(6)가 설치되어 있다. 이 압력 센서(6)로 검출된 좌우 포트의 차압이, 선회체를 회전시키기 위한 속도 지령(회전수 지령)으로서 제어 장치(7)에 입력되도록 되어 있다. 양(+) 신호를 정회전으로 하면, 음(-) 신호는 역회전이 된다.

한편, 상기 유압 모터(2)는, 제1 유압 펌프(10)에서 토출되는 작동유에 의해 구동되고 있다. 이 유압 모터(2)는, 제1 유압 펌프(10)로부터 작동유를 흡입·배출하는 유압 모터 회로(11)에 접속되어 있다. 유압 모터 회로(11)는, 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트에 접속된 유로(12,13)가 제1 컨트롤 밸브(14)를 통하여 접속되어 있다. 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트는, 회전 방향에 따라 반대가 된다.

또, 상기 유압 모터 회로(11)의 유로(12,13) 사이에는, 유압 모터(2)의 감속 시에 이들 유로(12,13)를 연통시킴으로써 유압 모터(2)의 배출 측에 있어서 발생하는 손실을 회피하는 전자 릴리프 밸브(15,16)가 설치되어 있다. 이 전자 릴리프 밸브(15,16)는, 유압 모터(2)의 정회전 및 역회전 시에 작동유가 흐르는 방향이 다르므로 유로(12,13) 각각으로부터 릴리프할 수 있도록 설치되어 있다.

더욱이, 유로(12,13) 사이에는, 통상 사용 시의 압력을 초과하였을 경우에 탱크(21)에 작동유를 도피시키도록 작동하는 릴리프 밸브(22)와, 유로(12,13) 내에서의 기름 순환 시에 유량이 감소하면 탱크(21)로부터 기름을 흡인하는 체크 밸브(23)가 설치되어 있다.

또, 이 실시예에서는, 제1 컨트롤 밸브(14)의 선회 섹션(section)의 파일럿 포트(17,18)에 전자 비례 감압 밸브(19,20)가 설치되어 있다. 이 전자 비례 감압 밸브(19,20)에는, 1차압으로서 상기 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 2차압이 인도되고 있고, 제어 장치(7)로부터 전자 비례 감압 밸브(19,20)의 2차압을 제어할 수 있도록 되어 있다. 이들 전자 비례 감압 밸브(19,20)에 의해, 제1 컨트롤 밸브(14)의 파일럿 포트(17,18)를 높은 정밀도로 제어할 수 있도록 하고 있다. 이와 같이 제어 장치(7)로부터의 개도(開度) 지령에 따라 전자 비례 감압 밸브(19,20)에 의한 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어가 행해지고, 상기 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 속도 지령에 대하여 유압 모터(2)의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유가 공급되도록 제어된다. 이 예의 전자 비례 감압 밸브(19,20)는, 반비례형이 사용되고 있다.

더욱이, 상기 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트에는, 압력 센서(25,26)가 각각 설치되어 있다. 이들 압력 센서(25,26)로 검출된 압력의 차압이, 차압 피드백으로서 제어 장치(7)에 입력되고 있다. 이 유압 모터(2)의 흡입 및 배출 포트의 차압에 따라 제어 장치(7) 내에서 유압 모터(2)의 발생 토크가 추정된다.(음 신호인 경우는 반대 토크).

또, 상기 전동기(3)는, 상기 제어 장치(7)를 통하여, 이 전동기(3)를 구동하기 위한 전력을 축적하는 축전기(27)와 접속되어 있다. 이 축전기(27)는, 제어 장치(7)를 통하여 전동기(3)와의 사이에서 전력의 수수(授受)를 행하도록 되어 있다. 축전기(27)는, 선회체를 선회 구동하기 위하여 유압 모터(2)가 가속할 때에는, 유압 모터(2)와 협동하는 전동기(3)에 전력을 공급하도록 방전한다. 또, 축전기(27)는, 유압 모터(2)가 감속할 때에는, 유압 모터(2)를 제동하도록 전동기(3)에 회생 작용을 생기게 하여 얻은 회생 전력이 축전된다. 이와 같이, 상기 제어 장치(7)는, 유압 모터(2)의 가속 시에 있어서는, 유압 모터(2)와 협동하는 전동기(3)에 회전 지령을 출력하고, 유압 모터(2)의 감속 시에 있어서는, 유압 모터(2)를 제동하도록 전동기(3)에 회생 지령을 행하도록 되어 있다.

더욱이, 상기 전동기(3)에는 회전수 센서(24)가 설치되어 있다. 이 회전수 센서(24)에 의해 검출된 실 회전수는, 속도 피드백으로서 상기 제어 장치(7)에 입력되고 있다. 이 속도 피드백에 따라 제어 장치(7) 내에서 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)로부터의 속도 지령(회전수 지령)과 실 회전수의 차이로부터 가속도가 구하여진다.

또, 상기 제1 유압 펌프(10)에는, 경전각을 제어하는 경전각 조정 포트(40)에 전자 비례 감압 밸브(41)가 설치되어 있다. 이 전자 비례 감압 밸브(41)의 솔레노이드 전류가 상기 제어 장치(7)로부터의 신호에 의해 제어되고, 이에 따라 제1 유압 펌프(10)의 경전각이 제어된다. 이와 같이, 제어 장치(7)로부터의 경전 지령에 따라 전자 비례 감압 밸브(41)에 의한 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어가 행하여지고, 상기 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 속도 지령에 대하여 유압 모터(2)의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유가 토출되도록 제어된다.

이 제어 장치(7)에 의한 구체적인 제어로서는, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)로부터의 속도 지령(회전수 신호), 유압 모터(2)의 차압 신호에 의거하는 차압 피드백(토크 신호), 및 전동기(3)의 회전수 신호에 의거하는 속도 피드백(실 회전수)에 의거하여 전동기(3)와 유압 모터(2)에 설정된 토크가 얻어지도록 제어된다. 요컨대, 전동기(3)를 회전시킴과 아울러 전동기(3)의 토크 부족분을 보충하도록 제1 컨트롤 밸브(14)의 전자 비례 감압 밸브(19,20)에 개도 지령, 또는 제1 유압 펌프(10)의 전자 비례 감압 밸브(41)에 경전 지령이 보내어지고, 제1 유압 펌프(10)로부터 제1 컨트롤 밸브(14)를 통하여 공급되는 작동유에 의해 유압 모터(2)가 회전하게 되도록 되어 있다.

또한, 이 제어 장치(7)에 의한 제어에서는, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)가 조작되어 가속이라고 판단하였을 때, 축전기(27)에 전동기(3)의 운전이 가능한 전기 에너지가 축적되어 있는 경우는, 이 전기 에너지로 우선적으로 전동기(3)를 구동하고, 토크 부족분이 상기한 바와 같이 제어되는 유압 모터(2)에 의해 보충된다. 이 기간에, 전자 릴리프 밸브(15,16)는 작동하지 않는 것을 기본으로 하지만, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어, 또는 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어에 의한 압력 제어 성능을 보충하기 위하여 보조적으로 사용하여도 좋다.

이와 같이, 상기 구동 제어 장치(1)에 있어서 유압 모터(2)는, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 의거한 선회 구동 토크에서 전동기(3)에 의한 토크를 제외한 부족분이 얻어지도록, 제어 장치(7)에 의해 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어, 또는 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어에 의해 압력 제어가 행하여진다. 제1 컨트롤 밸브(14)에 의한 압력 제어는, 전자 비례 감압 밸브(19,20)로 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어에 의해 행하여진다. 이에 따라, 제1 유압 펌프(10)로부터 유압 모터(2)에 공급되는 압유량이 높은 정밀도로 제어된다. 이때, 제1 유압 펌프의 경전은, 제1 유압 펌프(10)에 의한 선회 경전 지령과, 작업 기계에 있어서 다른 지령을 비교하고, 그 최대치를 선택한 신호가 경전 신호로서 제어된다. 또한, 유압 모터(2)와 전동기(3)로 제1 구조체만을 선회 구동시킬 때는, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어에 의한 압력 제어가 아니고 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어에 따라 압력 제어가 행해진다. 이에 따라, 제1 유압 펌프(10)로부터 유압 모터(2)에 공급되는 압유량이 높은 정밀도로 제어된다. 이때, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도는, 압력 손실이 최소가 되도록 제어된다. 이 개도는, 기본적으로 최대 개도로 설정된다.

또한, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도, 또는 제1 유압 펌프(10)의 경전각을 제어함에 따라, 전동기(3)에 의한 토크와 유압 모터(2)에 의한 토크의 배분을 변경하는 것이 가능하게 되어 있다. 예를 들면 축전기(27)의 축적 에너지가 규정치 이하가 되면, 전동기(3)의 토크를 천천히 감소시킴과 동시에 유압 모터(2)의 토크를 증가시켜 전동기(3)에서 유압 모터(2)로의 절환을 쇼크(shock) 없이 순조롭게 행할 수 있다. 그리고 최종적으로는, 리모트 컨트롤 밸브(5)로부터의 회전수 지령에 따라 결정되는 필요한 유량이 얻어지도록 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도, 또는 제1 유압 펌프(10)의 경전각이 설정된다. 상세한 것은 후술한다. 이 전동기(3)와 유압 모터(2)의 토크 분배는, 가장 에너지 이용률이 양호해지는 비율로 미리 설정하여 두고, 전동기(3)와 유압 모터(2)의 토크에 관련되는 상태 변화(축전기(27)의 축전 에너지가 기정치 이하 등)에 따라 변동시켜 전동기(3)와 유압 모터(2)의 합계 토크가 필요한 선회 구동 토크로 되도록 한다.

한편, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)가 조작되고 감속이라고 판단되었을 때에는, 전동기(3)에 회생 작용을 행하게 하여 관성 에너지를 전기 에너지로 변환한 회생 전력을 축전기(27)에 축적한다. 이때, 브레이크 측의 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)를 언로드(unload)로 하여 작동유를 순환시킨다. 또, 제1 유압 펌프(10)의 경전각은 최소, 제1 컨트롤 밸브(14)는 전폐(全閉)로 하고, 제1 유압 펌프(10)의 토출유는 제1 컨트롤 밸브(14)를 통하여 전량을 탱크(21)에 바이패스시켜 소비 에너지를 최소로 한다.

더욱이, 전동기(3)로 모든 관성 에너지를 회수할 수 없다고 판단하였을 경우(전동기(3)로 발생시켜야 하는 브레이크 토크가 허용치를 초과하였을 경우, 축전기(27)의 전압, 전류 제어치가 허용치를 초과하였을 경우 등), 브레이크 측 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)의 설정 압력을 조정하여 유로(12,13) 내의 저항을 증가시킨다. 이에 따라, 부족한 브레이크 토크를 유압 모터(2)로 발생시킨다.

이와 같이, 가속 시, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도, 또는 제1 유압 펌프(10)의 경전각을 조정하여 공급하는 작동유량으로 유압 모터(2)의 필요 발생 토크를 제어하고, 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)는 원칙으로서 작동하지 않도록 한다. 또, 감속 시, 브레이크 측의 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)를 언로드로 하여 작동유를 순환시키고, 감속 에너지는 원칙으로서 전량을 전동기를 이용하여 축전기(27)로 회수한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 상기 구동 제어 장치(1)에 있어서 제어 블록도로서, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 경도 방향과 조작량으로부터 속도 지령 연산(30)에 의해 속도가 연산된다. 이 속도는, 전동기(3)에 설치된 회전수 센서(24)로부터의 속도 피드백과의 차이로부터 필요한 가속도가 가속도 연산(31)에 의해 연산되고, 그 가속도의 가속 토크가 가속 토크 연산(32)에 의해 연산된다.

한편, 축전기(27)의 전압이 축전기 전압 검출(33)에 의해 검출되고, 그 전압과 상기 가속 토크 연산(32)으로 연산된 전체 토크 등에 의거하여, 전동기 토크 산출(34)에 의해 전동기(3)로 출력 가능한 토크가 산출된다. 이 산출된 전동기(3)로 출력 가능한 토크는, 상기 가속 토크 연산(32)로 연산된 전체 토크에서 감산되고, 이 감산된 토크가 유압 모터(2)에 필요한 토크로서 산출된다. 또한, 유압 모터(2)에 필요한 토크에 제한이 필요한 경우(예를 들면, 유압 모터(2)의 흡입 포트 압을 어느 값 이상으로 하고 싶은 경우 등)는, 전체 토크에서 반대로 유압 모터(2)에 필요한 토크를 감산하여 전동기(3)로 출력해야 할 토크를 산출하여도 좋다.

그리고 유압 모터(2)의 제어로서는, 이 유압 모터(2)에 필요한 토크에 대하여 차압 지령 연산(35)이 이루어지고, 이 차압 지령에 대하여 유압 모터(2)의 흡입· 배출 포트에 있어서 압력을 검출하는 압력 센서(25,26)로부터의 차압이 피드백되어 비교된다. 그 후, 그 신호에 대하여 압력 제어(36)가 행해져 제1 컨트롤 밸브(14) 또는 제1 유압 펌프(10)에 의한 유량 제어가 행해진다. 이에 따라, 유압 모터(2)에 대하여 전동기(3)로 출력할 수 있는 토크를 제외한 분의 토크를 출력할 수 있는 양의 작동유가 공급되어 구동된다. 또, 이 실시예에서는, 상기 제1 컨트롤 밸브(14)에 의한 유량 제어를 전자 비례 감압 밸브(19,20)로, 또는 상기 제1 유압 펌프(10)에 의한 유량 제어를 전자 비례 감압 밸브(41)로 행하고 있으므로 높은 정밀도로 제어할 수 있다.

더욱이, 이 도면에서는, 제1 컨트롤 밸브(14)에 의한 유량 제어에 따라 유압 모터(2)에 공급하는 작동유의 유량 제어를 실선으로, 제1 유압 펌프(10)의 경전 제어에 의한 유량 제어를 이점쇄선으로 표시하고 있다. 후술하는 제1 실시예에 있어서는, 제1 컨트롤 밸브(14)와 제1 유압 펌프(10)에 의한 유량 제어를 병용하고, 후술하는 제2 실시예에 있어서는, 제1 유압 펌프(10)의 경전 제어에 따라 유량 제어를 행한다. 상세한 것은 후술한다.

한편, 전동기(3)의 제어로서는, 상기 전동기 토크 산출(34)로 산출된 토크를 출력하도록 전류 지령 연산(37)로 전류가 연산되고, 이 연산 결과에 대하여, 전동기(3)에 공급되는 전류가 피드백되어 비교된다. 그 후, 그 신호에 대하여 전류 제어(38)가 행해져 전력 교환기(39)가 제어되고, 전동기(3)가 구동된다. 이 전동기(3)의 구동은, 회전수 센서(24)에 의해 검출되고, 상기 속도 피드백으로서 속도 지령 연산(30)의 연산 결과에 피드백된다.

다음에, 도 3에 의거하여 상기 구동 제어 장치(1)에 의한 동작 시퀀스의 일예를 설명한다. 이 동작 시퀀스는, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)에 의한 속도 지령, 선회체의 속도 피드백, 전동기(3)의 토크, 유압 모터(2)의 흡배 차압 토크, 및 이들 전동기(3)와 유압 모터(2)에 의한 합계 토크의 시간 변화를 나타내 보이고 있다.

도시하는 예에서는, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)를 한 쪽으로 경도함으로써 속도 피드백에 나타내는 바와 같이 선회체를 일방향으로 「가속」·「정속」으로 선회시킨 후, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)를 중립으로 되돌려 「감속」시킨 후, 다른 쪽으로 경도시켜 선회체를 반대 방향으로 「가속」·「정속」·「감속」으로 선회시키는 예를 나타내고 있다.

상기 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)를 조작하여 도시하는 상향(한 쪽으로 선회)의 속도 지령이 나오면, 관성체인 선회체를 회전시키기 위한 토크로서, 전동기(3)를 미리 정해진 토크로 회전시킴으로써 축전기(27)는 방전되고, 이 전동기(3)에 의한 토크의 부족분을 보충하도록 유압 모터(2)가 구동된다. 이에 따라 이들 전동기 토크와 유압 모터 토크의 합계 토크에 의해, 관성체인 선회체를 선회 시작 시에 가속시키기 위한 큰 합성 토크가 얻어지도록 구동된다. 요컨대, 정지 상태의 선회체를 선회시키는 시작 시에, 최대 에너지 절약 효과가 얻어지도록 전동기(3)의 출력을 이용하고, 그 부족분을 유압 모터(2)로 보충하도록 하고 있다. 그리고 정속 선회 시에는 작은 선회 토크를 유압 모터(2)만으로 얻어지는 것과 같은 운전으로 하고, 감속 시에는 전동기(3)의 회생 작용에 따라 관성 에너지의 거의 전량을 전기 에너지로서 효율적으로 회수하여 축전기(27)에 축전한다.

도면에서는, 이 동작 후에, 반대 방향을 향하여 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)를 조작하였을 때도 나타내고 있지만, 방향이 반대인 토크를 발생시키는 것 외에는 상기 작용과 동일하기 때문에, 그 설명은 생략한다.

이와 같이, 상기 구동 제어 장치(1)에 따르면, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 의거한 전체 토크에 대하여, 전동기(3)에 의해 발생시킬 수 있는 토크의 부족분을 유압 모터(2)로 발생시키도록 하고 있다. 이에 따라, 유압 모터(2)를 구동하는 작동유량은, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도, 또는 제1 유압 펌프(10)의 경전각을 제어함으로써 조정하므로 전동기(3)와 유압 모터(2)에 의해 선회체를 구동하기 위한 에너지 효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 게다가, 축전기(27)의 전압을 감시하고, 전동기(3)에 공급할 수 있는 에너지를 연산하면서 선회 제어를 행하므로 축적 에너지의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 유압 모터(2)의 감속 시에는, 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)를 개방함에 따라 유압 모터(2)의 배출 측에 있어서 발생하는 압력 손실을 회피하고, 선회체의 관성 에너지의 거의 전량을 전동기(3)의 회생 작용에 따른 전기 에너지로서 회수할 수 있으므로 에너지 효율이 좋은 구동 제어 장치(1)의 운용을 할 수 있다.

더욱이, 선회체의 정지 시에, 이런 종류의 유압 구동에 의한 기름의 압축 효과 등으로 인하여 생기는　저키니스(jerkiness)가 일어나지 않도록, 상기 전동기(3)의 회전수를 관측하고 정지 시에 전동기(3)의 토크를 제어함으로써 승차감을 개선할 수도 있다. 또, 전동기(3)와 유압 모터(2)의 토크를 개별로 제어하므로 선회 필링(feeling)의 설정도 자유롭게 할 수 있다.

다음에, 도 4에 의거하여 유압 쇼벨과 같이, 상기 전동기(3)와 유압 모터(2)의 협동에 의해 선회 구동하는 제1 구조체(상부 선회체; 도 7에 나타내는 102)에 더하여, 유압 액추에이터로 상승 구동하는 제2 구조체(붐; 도 7에 나타내는 105)를 구비한 유압 회로를 설명한다. 이 유압 회로에서는, 상기 복수의 구동체를 동시에 조작하는 복합 조작을 행할 수 있도록 합류 회로를 구비하고 있다. 이 도면에서는, 상기 도 1에 나타내는 제어 장치(7)에 관한 구성의 기재를 생략하고, 도 1과 동일 구성에는 동일 부호를 부여하고 설명한다.

도시하는 바와 같이, 이 구동 제어 장치(50)에서는, 선회체(제1 구조체)를 선회시키는 유압 모터(2)와 전동기(3)를 구비함과 아울러 붐(제2 구조체)을 상승 또는 하강시키는 유압 액추에이터(51)(도 7에 나타내 보이는 붐 실린더(boom cylinder)(106))를 구비하고 있다. 이와 같은 구성의 경우, 선회체를 구동하는 상술한 제1 유압 펌프(10)에 더하여, 유압 액추에이터(51)를 구동하는 제2 유압 펌프(52)가 설치되어 있다. 이 제2 유압 펌프(52)는, 경전각을 제어하는 경전각 조정 포트(42)에, 전자 비례 감압 밸브(43)가 설치되어 있다. 제2 유압 펌프(52)는, 제2 컨트롤 밸브(53)를 통하여 상기 유압 액추에이터(51)와 접속되어 있다. 이 제2 컨트롤 밸브(53)를 절환함으로써 유압 액추에이터(51)를 상승 또는 하강시키도록 되어 있다.

또, 유압 액추에이터(51)를 구동 제어하기 위한 제2 컨트롤 밸브(53)를 조작하는 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)(붐 리모트 컨트롤)가 설치되어 있다. 이 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 조작에 따라 제2 컨트롤 밸브(53)가 절환된다.

이와 같이 선회체를 선회시키는 유압 모터(2) 및 전동기(3)와, 붐을 상승 또는 하강시키는 유압 액추에이터(51)에 의한 복합 조작을 행하는 회로에는, 상술한 제1 컨트롤 밸브(14)의 후류 측에 합류 밸브(55)가 설치되어 있다. 이 합류 밸브(55)는, 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)(붐 리모트 컨트롤)의 조작에 따라 절환된다. 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 조작에 따라 합류 밸브(55)가 절환되면, 제1 유압 펌프(10)로부터 토출되는 작동유가 제2 유압 펌프(52)로부터 토출되는 작동유에 합류하게 되어 유압 액추에이터(51)의 동작을 어시스트하도록 되어 있다.

상기 합류 밸브(55)의 절환은, 유압 액추에이터(51)의 로드(rod)(61)를 상승시키는 방향으로 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)를 통해 상승측 제어압이 소정의 절환압에 도달하였으면, 이 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)로부터 합류 밸브(55)의 파일럿 포트(56)에 작용하고 있는 제어압으로 합류 측(도시하는 우측)으로 절환된다. 또, 이 합류 밸브(55)가 절환될 때는, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 양 포트의 고압 선택부(57)로 선택된 제어압과 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 제어압이 고압 선택부(58)로 고압 선택되어 제1 유압 펌프(10)가 경전 제어된다. 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)보다 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)를 크게 조작하는 일이 많기 때문에, 제1 유압 펌프(10)의 경전 제어도 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 상승 제어압에 따라 제어되는 일이 많다. 이에 따라, 제1 유압 펌프(10)로부터 토출되는 작동유가 합류 밸브(55)를 통하여 유압 액추에이터(51)의 합류로(59)에 공급되어 제2 유압 펌프(52)의 작동유에 합류하게 된다. 합류로(59)에는 체크 밸브(60)가 설치되어 있고, 유압 액추에이터(51) 측에서 합류 밸브(55)의 방향으로 작동유가 역류하는 것을 방지하고 있다.

또, 상기 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 상승측 제어압에 따라, 제2 유압 펌프(52)의 전자 비례 감압 밸브(43)가 제어된다. 이에 따라, 제2 유압 펌프(52)로부터 제2 컨트롤 밸브(53)를 통하여 유압 액추에이터(51)에 공급되는 작동유는, 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 조작량에 따른 유량으로 된다.

따라서 합류 밸브(55)가 합류 측으로 절환되었을 때에는, 제1 유압 펌프(10) 및 제2 유압 펌프(52)는, 동일 토출압으로 제어된다. 그리고 제1 유압 펌프(10)로부터 토출된 작동유가 합류 밸브(55)로부터 합류로(59)를 통하여 제2 유압 펌프(52)로부터 유압 액추에이터(51)에 공급되는 작동유와 합류하게 되어 유압 액추에이터(51)에 공급된다. 이에 따라, 유압 액추에이터(51)는, 큰 구동력으로 신속한 상승 구동이 이루어진다.

한편, 상기한 바와 같이 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 상승측 제어압으로 경전 제어된 제1 유압 펌프(10)로부터 제1 컨트롤 밸브(14)를 통하여 유압 모터(2)에 공급되는 작동유는, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)로부터의 제어압으로 개도 제어되는 제1 컨트롤 밸브(14)를 통하여 공급된다. 이에 따라, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 따른 작동유가 유압 모터(2)에 공급된다. 요컨대, 제1 유압 펌프(10)가 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 상승측 제어압으로 경전 제어되었다고 하여도 제1 유압 펌프(10)로부터 제1 유압 모터(2)에 공급되는 작동유량은 제1 컨트롤 밸브(14)로 제어되고, 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 따른 작동유량으로 제어할 수 있다. 이런 제어의 상세한 것을 이하 생략한다.

도 5는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 제어 장치(50)에 의한 제1 컨트롤 밸브(14) 및 제1 유압 펌프(10)의 제어 방법을 나타내는 유압 회로도이다. 도 4 및 도 1과 동일 구성에는 동일 부호를 부여하고 설명한다. 상기 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어 및 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어는, 전동기(3)의 회전수 센서(24)로부터의 실 회전수 신호가 상기 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)로부터의 속도 지령에 대하여 속도 피드백으로서 입력된다. 그리고 그 신호에 대하여 속도 제어(70)를 행하여 속도 지령에 대한 피드백 제어가 행하여지고, 그 신호에서 전동기(3)로 출력 가능한 토크를 제외함으로써 차압 지령이 작성된다.

그 후, 그 차압 지령에 대하여, 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트에 설치된 압력 센서(25,26)의 작동유 압력차에 의거하는 차압 신호가 제어 게인(71)을 통하여 차압 피드백으로서 입력되어 피드백 제어가 행하여진다. 그리고 그 피드백 제어 후의 신호에 의거하여 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어와, 제1 유압 펌프(10)의 경전 제어가 각각 행하여진다.

제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어로서는, 차압 편차(차압 지령과 차압 피드백의 차이)에 대하여 압력 제어(72)를 행한 후, 그 개도 지령의 조작량에, 상기 전동기(3)에 설치된 회전수 센서(24)의 신호로부터 얻어지는 유압 모터(2)의 실 회전수에 의거하여 제어 게인(77)에 의해 계산된 필요한 펌프 유량이 더해진다. 이에 따라, 최신의 실 회전수에 따른 개도 지령이 최종적인 지령으로서 출력되도록 유량 보상을 하고 있다.

또, 이 유량 보상을 한 개도 지령과, 상기 차압 편차 사이에, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 지령의 변화분을 피드백하는 마이너 루프(minor loop)(78)를 설치하여 승압 보상을 하고 있다. 요컨대, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 지령에 대하여 미분 동작(D 동작)의 제어 연산이 행해지고, 이 제어 연산 후의 신호가 상기 차압 편차에 대하여 피드백된다. 이에 따라 고주파 영역에서의 게인을 낮출 수 있어 개도 지령을 평활화시킴으로써 압력 제어의 안정성을 향상시키고 있다.

그리고 이런 유량 보상 및 승압 보상이 된 신호가, 제어 게인(73)을 통하여 개도 지령으로서 제1 컨트롤 밸브(14)의 파일럿 포트(17,18)에 출력되어 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도가 제어된다. 이와 같이, 이 실시예에서는, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어에, 유량 보상과 승압 보상을 행함에 따라 고속이면서도 안정된 제어 특성을 얻을 수 있도록 하고 있다.

게다가, 상술한 바와 같이, 제1 컨트롤 밸브(14)의 파일럿 포트(17,18)에 전자 비례 감압 밸브(19,20)(도 1)를 설치하여 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어를 행하고 있으므로 필요 유량을 높은 정밀도로 제어할 수 있다. 이에 따라, 에너지 효율의 향상을 도모하고 있다.

한편, 제1 유압 펌프(10)의 경전 제어로서는, 상기 차압 편차에 대하여 압력 제어(74)를 행한 후, 상기 전동기(3)에 설치된 회전수 센서(24)의 신호로부터 얻어지는 유압 모터(2)의 실 회전수에 의거하여 제어 게인(77)에 의해 계산된 필요한 펌프 유량이, 상기 압력 제어(74)를 행한 후의 선회 경전 지령에 더해진다. 이에 따라, 최신의 실 회전수에 따른 선회 경전 지령이 최종적인 지령으로서 출력되도록 유량 보상을 하고 있다.

또, 이 유량 보상을 한 선회 경전 지령과, 상기 차압 편차 사이에, 선회 경전 지령의 변화분을 피드백하는 마이너 루프(79)를 설치하여 승압 보상을 하고 있다. 요컨대, 선회 경전 지령에 대하여 미분 동작(D 동작)의 제어 연산이 행하여지고, 이 제어 연산 후의 신호가 상기 차압 편차에 대하여 피드백됨에 따라 고주파 영역에서의 게인이 낮추어지고 있다. 이에 따라, 선회 경전 지령을 평활화시킴으로써 압력 제어의 안정성을 향상시키고 있다.

그리고 이 유량 보상 및 승압 보상이 된 선회 경전 지령이 최대치 선택(75)에 입력되고, 작업 기계에 있어서 다른 지령(이 예에서는, 주행 지령, 붐 상승 지령, 기타)과 비교된다. 그리고 이 최대치 선택(75)으로 선택된 신호가 제어 게인(76)을 통하여 경전 지령으로서 제1 유압 펌프(10)의 전자 비례 감압 밸브(41)에 출력되어 제1 유압 펌프(10)의 경전각이 제어된다.

이와 같이, 이 실시예에서는, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어 및 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어에, 유량 보상과 승압 보상을 행함에 따라 고속이면서도 안정된 제어 특성을 얻을 수 있도록 하고 있다. 또, 이와 같이 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어 및 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어를 함으로써 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)로부터의 속도 지령과, 유압 모터(2)의 실 회전수와, 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트의 압력차에 의거한 최적의 작동유량을 제1 유압 펌프(10)로부터 토출시키는 것이 가능해진다. 이에 따라, 통상 운전 시에는 릴리프 밸브(22)로부터 제1 유압 펌프(10)의 작동유를 배출하는 일이 없어져 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.

더욱이, 상기 선회체의 선회 동작 중에, 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)(도 4)에 의해 유압 액추에이터(51)가 상승하게 되는 경우, 선회 경전 지령은, 유압 모터(2)를 구동하는데 최적인 작동유량을 토출하도록 낮게 제어되어 있기 때문에, 상기 최대치 선택(75)으로 붐 상승 지령(제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 상승측 제어압)이 선택된다. 그리고 그 신호가 제어 게인(76)을 통하여 경전 지령으로서 제1 유압 펌프(10)의 전자 비례 감압 밸브(41)에 출력되어 제1 유압 펌프(10)의 경전각이 제어된다. 이에 따라, 제1 유압 펌프(10)로부터 붐 상승 지령에 따른 작동유가 토출되고, 합류 밸브(55)를 통하여 유압 액추에이터(51)에 공급된다.

이 경우, 제1 유압 펌프(10)의 작동유를 제2 유압 펌프(52)의 작동유에 합류시켜 유압 액추에이터(51)를 큰 구동력으로 구동할 수 있는 상태를 유지하면서 전동기(3)와 협동하여 구동하는 유압 모터(2)에 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 적합한 양의 작동유를, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어를 행함에 따라 공급할 수 있다. 이에 따라, 유압 액추에이터(51)에 의한 붐의 구동과, 유압 모터(2) 및 전동기(3)에 의한 선회체의 구동을 효율적으로 행할 수 있다.

또한, 붐을 상승시키지 않고 선회체의 선회만을 실시할 경우, 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도는, 개도 제어를 실시하지 않고 압력 손실이 최소가 되도록 최대 개도로 설정하고, 제1 유압 펌프(10)는, 경전 제어를 실시하도록 하여도 좋다. 이와 같이 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어를 절환함으로써 보다 에너지 손실이 적은 운전을 할 수 있다.

다음에, 도 6에 의거하여 제2 실시예에 따른 작업 기계의 구동 제어 장치(80)에 의한 구동 제어 방법을 설명한다. 이 구동 제어 장치(80)는, 제1 유압 펌프(10)의 경전 지령을 제2 유압 펌프(52)의 실 토출 압력으로 보상하도록 한 예이다. 도 1 및 도 4, 도 5와 동일 구성에는 동일 부호를 부여하고 설명한다.

도시하는 바와 같이, 이 실시예에서는, 상기 제1 리모트 컨트롤 밸브(5)의 압력 센서(6)로 검출된 좌우 포트의 차압에 의거하는 속도 지령에 대하여, 전동기(3)의 회전수 센서(24)로부터의 실 회전수 신호가 속도 피드백으로서 입력된다. 그리고 그 신호에 대하여 속도 제어(70)를 행하고 속도 지령에 대한 속도 피드백 제어가 행하여진다. 그 후, 그 신호로부터 전동기(3)로 출력 가능한 토크(합류 보상 전)를 제외함으로써 유압 모터 토크 지령(합류 보상 전)이 작성된다.

그리고 이 유압 모터 토크 지령(합류 보상 전)에 대하여, 제2 유압 펌프(52)의 실 토출 압력이 제2 유압 펌프 압력 피드백(78)으로서 피드백 제어된다. 이에 따라, 유압 모터 토크 지령(합류 보상 전)을 제2 유압 펌프(52)의 실 토출 압력까지 상승시키는 합류 보상이 행하여진다(합류 보상이 0 이하인 경우는, 합류 보상 리미터(limiter)(82)로 커트(cut)한다). 이에 따라 유압 모터 토크 지령(합류 보상 후)이 생성되고, 이 유압 모터 토크 지령(합류 보상 후)으로부터 제어 게인을 통하여 차압 지령이 생성된다.

그 후, 이 차압 지령에 대하여, 압력 센서(25,26)의 작동유 압력차에 의거하는 차압 신호가 제어 게인(71)을 통하여 차압 피드백으로서 입력된다. 그리고 차압 편차(차압 지령과 차압 피드백의 차이)에 대하여 압력 제어(74)가 행하여진 후, 상기 전동기(3)에 설치된 회전수 센서(24)의 신호로부터 얻어지는 유압 모터(2)의 실 회전수에 의거하여 제어 게인(77)에 의해 계산된 필요 펌프 유량이, 상기 압력 제어(74)를 행한 후 선회 경전 지령에 더해져 유량 보상이 이루어진다. 이에 따라, 최신의 실 회전수에 따른 선회 경전 지령이 최종적인 지령으로서 출력된다.

또, 이 실시예에서도, 유량 보상을 한 선회 경전 지령과, 상기 차압 편차 사이에, 선회 경전 지령의 변화분을 피드백하는 마이너 루프(79)를 설치하여 승압 보상을 하고 있다.

그리고 이 선회 경전 지령이 최대치 선택(75)에 입력되고, 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)로부터의 붐 상승 지령(유압 액추에이터(51)의 상승 지령)과 비교된다. 이 최대치 선택(75)에 입력되는 선회 경전 지령은, 상기 제2 유압 펌프(52)의 실 토출 압력으로 보상된 선회경전 지령이고, 상기 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)로부터의 붐 상승 지령(제2 유압 펌프(52)의 경전 지령)과 비교되고, 합류 보상 후의 지령이 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 붐 상승 지령보다 높은 경우에는, 합류 보상 후의 선회 경전 지령이 선택되고, 낮은 경우에는 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 붐 상승 지령이 선택되어 제1 유압 펌프(10)의 경전각이 제어된다. 또, 제2 유압 펌프(52)의 경전각은, 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)로부터의 붐 상승 지령에 의해 제어된다.

이와 같이 제어하면, 제1 유압 펌프(10)의 경전 지령을 제2 유압 펌프(52)의 토출 압력으로 보정하여 제1 유압 펌프(10)의 경전 지령을 제2 유압 펌프(52)의 실 토출 압력에 따라 정확하게 피드백 제어할 수 있다.

한편, 이 실시예에서는, 상기 합류 보상 후의 차압 지령에 유압 모터(2)의 배압 측에 설치된 압력 센서(26)(도면에서는 우측)로부터의 모터 배압 피드백을 행하고, 그 모터 배압 피드백 신호와 차압 지령을 더한 신호를, 유압 모터(2)의 상류측의 전자 릴리프 밸브(15)의 릴리프 압력 지령으로 하고 있다. 이와 같이 함으로써 전자 릴리프 밸브(15)의 제어 압력이 계(係)에 필요한 압력보다 작게 설정되는 일은 없다. 또, 상기 합류 보상 후의 차압 지령을 이용함으로써 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 상승 지령이 합류 보상 후의 선회 경전 지령보다 높고, 제2 리모트 컨트롤 밸브(54)의 붐 상승 지령이 선택되어 제2 유압 펌프(10)의 경전각이 제어되어도, 제1 유압 펌프(10)로부터 토출되는 작동유가 유압 모터 회로(11)의 전자 릴리프 밸브(15)(16)로부터 릴리프되지 않도록 전자 릴리프 밸브(15)(16)의 설정치를 조정할 수 있다. 이에 따라, 유압 모터 회로(11)에 있어서, 유압 액추에이터(51)를 구동하기 위한 작동유 압력을 안정되게 유지할 수 있다.

또, 이 실시예에서는, 축전기(27)에 전동기(3)의 운전이 가능한 에너지가 축적되어 있을 경우는, 상기 속도 제어(70)를 행한 선회체를 구동하기 위하여 필요한 구동 토크 지령으로부터 상기 합류 보상을 행한 유압 모터 토크 지령(합류 보상 후)을 제외한 부족분을 보충하도록, 축전기(27)의 전압 검출(33)로 검출된 전압 등을 바탕으로 전동기 토크 산출(34)로 전동기 토크 지령이 산출된다. 이 전동기 토크 지령에 따라, 유압 모터(2)의 부족 토크를 전동기(3)로 보충하도록, 전동기(3)가 제어(도 2)된다. 이에 따라, 복수대의 유압 펌프(10,52)로 구동하는 복수의 구조체를 구비한 작업 기계에 있어서, 유압 모터(2)의 구동 토크에 따라 축적 전기 에너지를 효율적으로 사용하여 에너지 효율이 좋은 운전을 할 수 있다. 더욱이, 전동기(3)에 의한 어시스트 분(分), 선회 작업 시간을 단축할 수 있어 펌프 손실을 줄일 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 구동 제어 방법에 따르면, 선회체를 구동하기 위하여 필요한 토크에서 전동기(3)의 구동 토크를 제외한 부족분을 유압 모터(2)의 구동 토크로 보충하도록, 이 유압 모터(2)의 선회 동작에 필요한 유량만을 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도, 또는 제1 유압 펌프(10)의 경전각을 제어함으로써 공급하므로 유압 모터(2)의 토크 제어 수단으로서 릴리프 밸브를 사용하지 않고 에너지 손실의 감소를 도모할 수 있고, 선회체를 구동하기 위한 에너지 효율을 향상시켜 연비 개선을 도모하는 것이 가능해진다.

또, 복수의 유압 펌프를 구비한 작업 기계에 있어서, 제1 유압 펌프(10)로부터 공급하는 작동유를 제2 유압 펌프(52)로부터 공급하는 작동유에 합류시킨 상태에서도, 제2 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 따른 구동 토크를 얻도록 유압 모터(2)의 구동에 적합한 작동유량을 제1 유압 펌프(10)로부터 유압 모터(2)에 공급할 수 있다. 또한, 전동기(3)와 유압 모터(2)에 의한 안정된 선회체(제1 구조체)의 구동과, 제1 유압 펌프(10)의 작동유를 제2 유압 펌프(52)의 작동유에 합류시킨 유압 액추에이터(51)에 의한 붐(제2 구조체)의 구동을 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

또, 선회체의 관성 에너지(회전 에너지)를, 감속 시에 전동기(3)의 회생 작용에 따라 거의 전량을 전기 에너지로서 효율적으로 회수하여 축전기(28)에 축적하고 다음의 선회체 가속 시에 사용하므로 에너지의 이용 효율 향상에 의한 작업 기계의 연비 개선에 연결됨과 아울러 온난화 가스의 배출도 억제할 수 있다.

게다가, 상술한 실시예에서는, 축전기(27)의 축적 에너지를 우선적으로 사용하여 전동기(3)를 구동하고, 부족분을 유압 모터(2)로 보충하므로 신속한 가속과 축적 에너지의 이용 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또, 유압 모터(2)의 토크 배분은, 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어 및 제1 컨트롤 밸브(14)의 개도 제어에 따라 조정할 수 있으므로 전동기(3)에서 유압 모터(2)로의 절환을 쇼크 없이 행할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 축전기(27)의 축적 에너지를 우선적으로 사용하여 전동기(3)를 구동하고, 부족분의 토크를 유압 모터(2)로 보충하는 예를 설명하였지만, 축전기(27)의 축적 에너지가 적은 경우는 전동기(3)를 사용하지 않고 유압 모터(2)만으로 선회체를 회전 구동하도록 하여도 좋다. 반드시 전동기(3)를 우선적으로 사용하여 부족분을 유압 모터(2)로 보충하는 구성에 한정되는 것이 아니다.

또, 상기 실시예에서는, 작업 기계의 구조체로서 유압 쇼벨의 상부 선회체와 붐을 예로 설명하였지만, 크레인의 선회체, 휠 로더의 주행체 등, 다른 작업 기계에 있어서 구조체에도 적용할 수 있고, 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니다.

게다가, 상술한 실시예는, 일예를 나타내 보이고 있고, 본 발명의 요지를 손상하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 따른 작업 기계의 구동 제어 방법은, 유압 쇼벨이나 유압 크레인 등의 중기에서, 구동계에 유압 모터와 전동기를 병설한 작업 기계에 있어서 이용할 수 있다.

1: 구동 제어 장치
2: 유압 모터(선회 유압 모터)
3: 전동기
4: 경도 핸들
5: 제1 리모트 컨트롤 밸브(선회 리모트 컨트롤)
6: 압력 센서
7: 제어 장치
10: 제1 유압 펌프
11: 유압 모터 회로
12,13: 유로
14: 제1 컨트롤 밸브
15,16: 전자 릴리프 밸브
17,18: 파일럿 포트
19,20: 전자 비례 감압 밸브
21: 탱크
22: 릴리프 밸브
23: 체크 밸브
24: 회전수 센서
25,26: 압력 센서
27: 축전기
30: 속도 지령 연산
31: 가속도 연산
32: 가속 토크 연산
33: 축전기 전압 검출
34: 전동기 토크 산출
35: 차압 지령 연산
36: 압력 제어
37: 전류 지령 연산
38: 전류 제어
39: 전력 변환기
40: 경전각 조정 포트
41: 전자 비례 감압 밸브
42: 경전각 조정 포트
43: 전자 비례 감압 밸브
50: 구동 제어 장치
51: 유압 액추에이터(붐 실린더)
52: 제2 유압 펌프
53: 제2 컨트롤 밸브
54: 제2 리모트 컨트롤 밸브(붐 리모트 컨트롤)
55: 합류 밸브
56: 파일럿 포트
57: 고압 선택부
58: 고압 선택부
59: 합류로
60: 체크 밸브
61: 로드(rod)
70: 속도 제어
71: 제어 게인(차압 피드백)
72: 압력 제어
73: 제어 게인(개도 지령)
74: 압력 제어
75: 최대치 선택
76: 제어 게인(경전 지령)
77: 제어 게인(유량 보상)
78,79: 마이너 루프
80: 구동 제어 장치
81: 제2 유압 펌프 압력 피드백
82: 합류 보상 리미터
100: 유압 쇼벨
101: 하부 주행체
102: 상부 선회체(제1 구조체)
103: 버킷
104: 암
105: 붐(제2 구조체)
106: 붐 실린더

Claims

경전각 제어로 토출 유량의 변경이 가능한 유압 펌프로부터 컨트롤 밸브를 통하여 공급되는 작동유로 구동하는 유압 모터와, 그 유압 모터와 협동하는 전동기에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동 제어 방법으로서,
상기 구조체의 동작량을 결정하는 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 속도 지령에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 피드백 제어와, 상기 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 의거하는 차압 피드백 제어를 행함으로써, 상기 유압 모터의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유량을 토출하도록 개도 지령을 생성하여 상기 컨트롤 밸브를 개도 제어하고,
상기 차압 피드백 제어를 행한 신호에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 신호를 제어 게인을 통하여 더함으로써, 상기 유압 모터의 실 회전수에 따른 작동유량을 공급하도록 상기 개도 지령에 대하여 유량 보상을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 유량 보상을 행한 개도 지령과, 상기 차압 피드백 신호를 입력한 차압 지령 사이에, 상기 개도 지령의 변화분을 피드백시키는 마이너 루프를 설치하여 승압 보상을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유압 펌프를 제1 유압 펌프, 상기 컨트롤 밸브를 제1 컨트롤 밸브, 상기 구조체를 제1 구조체로 하고, 그 제1 구조체에 더하여, 제2 유압 펌프로부터 제2 컨트롤 밸브를 통하여 공급되는 작동유로 구동하는 제2 구조체를 가지고, 상기 제2 구조체를 구동하는 작동유에 상기 제1 유압 펌프로부터 공급되는 작동유를 합류시키도록 구성하고,
상기 제1 구조체의 동작량을 결정하는 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 속도 지령에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 피드백 제어와, 상기 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 의거하는 차압 피드백 제어를 행함으로써, 상기 유압 모터의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유량을 토출하도록 상기 유압 펌프의 경전 지령을 생성하고,
상기 차압 피드백 제어를 행한 신호에 대하여, 상기 실 회전수에 의거하는 속도 신호를 제어 게인을 통하여 더함으로써, 상기 유압 모터의 실 회전수에 따른 작동유량을 공급하도록 상기 경전 지령에 대하여 유량 보상을 행하고,
그 유량 보상이 된 신호와, 작업 기계에 있어서 다른 지령을 비교하고, 그 최대치를 선택한 신호를 경전 지령으로서 상기 유압 펌프의 경전을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 구조체의 초기 가속 시에, 그 구조체의 가속에 필요로 하는 토크에서 전동기로 출력 가능한 구동 토크를 제외하고, 부족분의 토크를 상기 유압 모터의 구동 토크로 보충하도록 상기 컨트롤 밸브의 개도 지령을 생성하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
경전각 제어로 토출 유량의 변경이 가능한 제1 유압 펌프로부터 제1 컨트롤 밸브를 통하여 공급되는 작동유로 구동하는 유압 모터와, 그 유압 모터와 협동하는 전동기에 의해 제1 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동 제어 방법으로서,
상기 제1 구조체에 더하여, 제2 유압 펌프로부터 제2 컨트롤 밸브를 통하여 공급되는 작동유로 구동하는 제2 구조체를 가지고, 그 제2 구조체를 구동하는 작동유에 상기 제1 유압 펌프의 작동유를 합류시키도록 구성되고,
상기 제1 구조체의 동작량을 결정하는 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 속도 지령에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 피드백 제어와, 상기 제2 유압 펌프의 실 토출 압력을 피드백하는 제2 펌프 압력 피드백 제어와, 상기 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 의거하는 차압 피드백 제어를 행함으로써, 상기 유압 모터의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유량을 토출하도록 제1 유압 펌프의 선회 경전 지령을 생성하고, 그 제1 유압 펌프의 선회 경전 지령과 상기 제2 유압 펌프의 경전 지령의 최대치를 선택하여 상기 제1 유압 펌프를 경전각 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 제2 펌프 압력 피드백 제어를, 상기 속도 피드백 제어를 행한 구동 토크 지령에서 전동기 토크 분을 제외한 유압 모터 토크 지령을 구하고, 그 유압 모터 토크 지령에 상기 제2 유압 펌프의 실 토출 압력을 피드백시키는 합류 보상으로서 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제6항에 있어서, 상기 속도 피드백 제어를 행한 구동 토크 지령으로부터 상기 합류 보상을 행한 유압 모터 토크 지령을 감하여 토크 지령 차이를 구하고,
상기 전동기를 운전할 수 있는 에너지와 상기 토크 지령 차이로부터 필요한 전동기 토크 지령을 구하여 유압 모터의 부족 토크를 전동기로 보충하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제6항에 있어서, 상기 합류 보상을 행한 유압 모터 토크 지령에 의거하는 제1 유압 펌프의 차압 지령에 상기 유압 모터의 배압을 더하여 유압 모터 회로에 있어서 릴리프 압력 지령을 구하고, 그 릴리프 압력 지령을 상기 유압 모터의 상류측 회로에 있어서 전자 릴리프 밸브의 릴리프 압력으로 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제5항에 있어서, 상기 차압 피드백 제어를 행한 신호에 대하여, 상기 유압 모터의 실 회전수에 의거하는 속도 신호를 제어 게인을 통하여 더함으로써, 상기 유압 모터의 실 회전수에 따른 작동유량을 공급하도록 상기 제1 유압 펌프의 선회 경전 지령에 대하여 유량 보상을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제9항에 있어서, 상기 유량 보상을 행한 선회 경전 지령과, 상기 차압 피드백 신호를 입력한 차압 지령 사이에, 상기 선회 경전 지령의 변화분을 피드백시키는 마이너 루프를 설치하여 승압 보상을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
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