KR101498345B1

KR101498345B1 - 작업 기계의 구동 제어 방법

Info

Publication number: KR101498345B1
Application number: KR1020127026105A
Authority: KR
Inventors: 료 야마모토; 마사히로 야마다; 요지 유다테
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2015-03-03
Also published as: EP2617999A4; US9309645B2; KR20130004324A; JP2012062653A; JP5542016B2; EP2617999A1; US20130213026A1; CN103080551B; CN103080551A; EP2617999B1; WO2012035735A1

Abstract

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

Description

작업 기계의 구동 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING DRIVING OF WORK 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, 유압 쇼벨을 예로 설명하면, 유압 쇼벨에는, 하부 주행체의 상부에 상부 선회체(구조체)가 설치되고, 이 상부 선회체에, 엔진과 운전석, 버킷(bucket)이 선단에 설치된 암(arm), 암에 연결된 붐(boom) 등이 구비되어 있다. 그 때문에, 이 상부 선회체는 대형 중량물이 된다. 또, 이 상부 선회체는, 작업 시에 운전석의 리모트 컨트롤 밸브(remote control valve)를 조작함에 따라 상기 하부 주행체의 상부에서 선회하게 되고, 또 붐 등이 조작되어 선단의 버킷에 의해 각종 작업이 행해진다.

이와 같은 선회체는, 선회 구동하기 위한 구동 장치에 의해 선회하게 되어 있고, 근년에 이런 구동 장치로서 유압 모터와 전동기를 구비한 것이 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 수단으로서는, 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.

더욱이, 다른 선행 기술로서, 유압 액추에이터(actuator)와 전동 · 발전기의 구동력을 합성하는 구동력 합성 기구를 가진 하이브리드(hybrid)형 구동 장치를 구비한 건설 기계에, 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 한 것이 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 구성되고, 구동 시는 제동 시에 비교하여 유압 모터의 출력 토크의 비율이 커지도록 조정하는 조정 수단으로서, 유압 모터의 구동 · 정지 시의 최고 구동 압력을 제어하는 릴리프 밸브를 설치함과 아울러 이 릴리프 밸브의 기동 가속 시의 작동 압력을, 감속 정지 시의 작동 압력보다 높아지도록 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 쇼벨에 의한 토사의 굴삭 적재 작업 등과 같이, 상부 선회체를 급격하게 가속, 감속하는 작업이 많다. 그 때문에, 상기한 바와 같은 대형 중량물이며 관성체인 상부 선회체를 원하는 속도로 선회시키려고 하고 리모트 컨트롤 밸브를 신속하면서도 크게 조작하는 경우가 많다.

하지만, 상기 특허문헌1~특허문헌3은, 어느 것이나 모두 선회체를 구동하는 유압 모터와 전동기에 의한 토크 분담의 유압 모터 토크 조정 수단으로서 릴리프 밸브를 사용하고 있기 때문에, 유압 모터의 토크 컨트롤 시에는 유압 펌프(pump)로부터 토출된 작동유(作動油)의 잉여 유량은 릴리프 밸브에서 탱크(tank)로 배출되게 되어 에너질 손실이 발생한다.

즉, 상기한 바와 같이 리모트 컨트롤 밸브를 신속하면서도 크게 조작함으로써 유압 펌프로부터는 대량의 작동유가 토출되지만, 유압 모터가 원하는 속도에 도달할 때까지는 작동유의 잉여 유량이 탱크로 배출되므로 유압 펌프로부터의 에너지의 일부를 폐기하게 되어 에너지 이용 효율이 감소한다. 이와 같은 에너지 이용 효율의 감소는, 선회체 이외의 구조체를 가속 구동하는 구동 장치에 있어서도 마찬가지로 생긴다.

따라서 본 발명은, 리모트 컨트롤 밸브의 조작량과 유압 모터의 회전수와 유압 모터의 흡입 포트와 배출 포트에 있어서 작동유 압력차에 따라, 유압 펌프로부터 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 경전 지령을 생성하여 상기 유압 펌프를 경전각 제어하도록 하고 있다. 이 명세서 및 특허청구범위의 서류 중에 있어서 「구조체」는, 예를 들면 선회 동작을 하는 구조체, 직선 동작을 하는 구조체 등을 말한다. 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 유압 펌프의 경전각이 제어된다. 요컨대, 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 실 회전수에 의거하는 속도 신호를 제어 게인(gain)을 통하여 더함으로써 상기 유압 모터의 실 회전수에 적합한 작동유량를 공급하도록 상기 경전 지령에 대하여 유량 보상을 행하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 차압 피드백 제어에 의한 유압 펌프의 경전 지령에 대하여 실 회전수에 있어서 필요 유량이 얻어지도록 유량 보상을 행하므로 변화하는 실 회전수에 따른 필요 유량으로 되도록 유압 펌프의 경전 제어를 행할 수 있어 응답성을 향상시킬 수 있다.

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

또, 상기 유압 펌프와 유압 모터 사이의 유로(由路)에 설치한 전자(電磁) 릴리프 밸브의 설정압을, 상기 경전 지령의 설정치를 초과하여 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 도피시키는 설정압으로 제어하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 경전각 제어에 의해 토출되는 작동유가 설정압을 초과하였을 경우에 전자 릴리프 밸브로부터 도피시켜 안정된 압력의 작동유를 유압 모터에 공급하도록 할 수 있다.

더욱이, 상기 리모트 컨트롤 밸브의 반대 레버(lever) 조작에 의한 감속 시에, 상기 유압 펌프의 경전각을 최소로 함과 아울러 상기 컨트롤 밸브를 중립 위치에 설정하여 상기 유압 모터에 감속 저항을 발생시키도록 하여도 좋다. 또한, 감속 저항으로서는, 전동기에 의한 브레이크 토크(brake torque)나, 전자 릴리프 밸브에 의한 브레이크 토크 등이 해당된다. 이와 같이 하면, 반대 레버 조작에 의한 감속 시의 유압 펌프 손실을 줄일 수 있음과 아울러 전동기의 토크를 증가하거나, 혹은 브레이크 측의 전자 릴리프 밸브의 설정 압력을 증가함에 따라 유압 모터의 짧은 감속 시간을 확보할 수 있다.

또, 상기 유압 모터의 감속 시는, 그 유압 모터의 회로는 순환시키고 감속 에너지는 전량을 전동기를 사용하여 축전기에 회수하고, 상기 유압 펌프의 경전각은 최소로 하고 토출유는 상기 컨트롤 밸브를 통하여 전량 탱크로 도피시키도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 전동기의 회생 작용에 의해 관성 에너지의 거의 전량을 전기 에너지로서 효율적으로 회수할 수 있음과 아울러 유압 펌프에 의한 쓸데없는 에너지 소비를 억제할 수 있다.

더욱이, 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 유압 펌프의 경전 지령을 행하도록 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. 게다가, 유압 모터의 작동유량은, 전동기의 구동 토크를 제외한 부족분을 보충하도록 경전각이 제어된 유압 펌프로부터 공급되기 때문에, 에너지 효율이 높은 운용이 가능해진다.

또, 상기 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 유압 펌프로부터의 작동유로 구동하는 유압 모터에 더하여, 다른 제2 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 유압 펌프로부터의 작동유로 구동하는 제2 유압 액추에이터를 구비한 작업 기계의 구동 제어 방법이고, 상기 유압 펌프의 경전각 제어를 행하는 경전 지령을 상기 어느 하나의 작업 기계의 구동 제어 방법에 의해 산출하고, 그 유압 펌프의 경전 지령에 의거하는 신호와 그 유압 펌프의 동력 제한에 의거하는 신호를 비교하여 최소치 선택을 한 신호로 상기 유압 펌프의 경전각 제어를 행하고, 상기 제2 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 신호와, 2대의 펌프의 합계 동력 제한에서 제1 유압 펌프의 실 동력을 제외한 동력 제한을 상기 제2 유압 펌프의 동력 제한으로 하고, 그 동력 제한에 의거하는 신호를 비교하여 최소치 선택을 한 신호로 상기 제2 유압 펌프의 경전각 제어를 행하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 복수대의 유압 펌프로 구동하는 복수의 유압 액추에이터를 구비한 작업 기계에 있어서, 선회체의 선회 구동은 전동기의 구동 토크로 분담한 분인 부족분을 유압 모터로 보충하도록 하면 좋기 때문에, 전동기의 구동 토크 분을 제2 유압 펌프의 구동 동력으로서 이용할 수 있어 축전 전기 에너지와, 작업 기계에 미리 설정되어 있는 펌프의 동력 제한을 최대한 이용한 에너지 효율이 좋은 운전을 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 따라 유압 모터를 구동하는 작동유량이 최적으로 되도록 유압 펌프의 경전각이 제어되므로 유압 모터로 구조체를 구동하기 위한 에너지 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 제어 장치의 유압 회로도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 구동 제어 장치에 있어서 유압 펌프의 경전 제어 방법을 나타내는 계통도이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 경전 제어 방법에 의한 각 지령을 모식적으로 나타내는 도면이고, (a)는 리모트 컨트롤 밸브의 조작량을 나타내는 그래프, (b)는 유압 펌프의 경전 지령을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 구동 제어 장치의 제어 블록도이다.
도 5는, 도 1에 나타내는 구동 제어 장치에 의한 선회체의 구동 시퀀스(sequence)도이다.
도 6은, 도 1에 나타내는 구동 제어 장치에 있어서 다른 제어 방법을 나타내는 유압 회로도이다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 제어 장치의 유압 회로도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 이하의 실시예에서는, 작업 기계의 구조체로서 유압 쇼벨의 상부 선회체(이하, 간단하게 「선회체」라고 한다)를 예로 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 실시예에 따른 구동 제어 장치(1)로서는, 선회체(미도시)를 유압 모터(2)와 전동기(3)의 협동에 의해 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 리모트 컨트롤 밸브(5)가 설치되어 있다. 이 리모트 컨트롤 밸브(5)는, 선회체의 선회 방향을 결정하는 경도 핸들(handle)(4)을 가지고 있고, 이 경도 핸들(4)을 경도하는 방향, 각도, 및 속도 등에 따라 선회체의 선회 방향, 속도 및 가속도가 결정된다. 리모트 컨트롤 밸브(5)에는, 조작량에 따른 2차압을 검출하는 압력 센서(sensor)(6)가 설치되고, 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, 유압 펌프(10)에서 토출되는 작동유에 의해 구동되고 있고, 유압 펌프(10)로부터 작동유를 흡입·배출하는 유압 모터 회로(11)에 접속되어 있다. 이 유압 모터 회로(11)는, 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트에 접속된 유로(12,13)가 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) 각각의 방향을 향하여 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, 컨트롤 밸브(14)의 선회 섹션(section)의 파일럿 포트(pilot port)(17,18)에 전자 비례 감압 밸브(19,20)가 설치되어 있다. 이 전자 비례 감압 밸브(19,20)에는, 1차압으로서 상기 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. 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 있고, 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 의하여 제어 장치(7) 내에서 유압 모터(2)의 발생 토크가 추정된다.(음 신호인 경우는 반대 토크).

또, 상기 전동기(3)는, 이 전동기(3)를 구동하기 위한 전력을 축적하는 축전기(27)와 상기 제어 장치(7)를 통하여 접속되어 있다. 이 축전기(27)는, 제어 장치(7)를 통하여 전동기(3)와의 사이에서 전력의 수수를 행하도록 되어 있고, 선회체를 회전 구동하기 위하여 유압 모터(2)가 가속할 시에는, 유압 모터(2)와 협동하는 전동기(3)에 전력을 공급하도록 방전하고, 유압 모터(2)가 감속할 시에는, 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.

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

그리고 상기 유압 펌프(10)에는, 경전각을 제어하기 위하여, 경전각 조정 포트(40)에 전자 비례 감압 밸브(41)가 설치되어 있고, 상기 제어 장치(7)로부터의 신호에 따라 이 전자 비례 감압 밸브(41)의 솔레노이드 전류가 제어되어 유압 펌프(10)의 경전각 제어가 행하여지도록 되어 있다. 이 전자 비례 감압 밸브(41)는, 비례형이 사용되어 있다. 이 전자 비례 감압 밸브(41)에 의한 유압 펌프(10)의 경전각 제어는, 상기 리모트 컨트롤 밸브(5)의 속도 지령에 대하여 유압 모터(2)의 실 회전수에 있어서 필요량의 작동유량이 토출되도록 제어 장치(7)로부터의 경전 지령에 따라 행하여진다.

이 제어 장치(7)에 의한 구체적인 제어로서는, 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 유압 펌프(10)의 전자 비례 감압 밸브(41)에 경전 지령이 보내어지고, 이 유압 펌프(10)로부터 공급되는 작동유에 의해 유압 모터(2)가 회전하게 되도록 되어 있다.

게다가, 이 제어 장치(7)에 의한 제어에서는, 리모트 컨트롤 밸브(5)가 조작되고 가속이라고 판단하였을 때에, 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 펌프(10)로부터 공급되는 작동유로 구동되는 유압 모터(2)에 의해 보충된다. 이 기간에, 전자 릴리프 밸브(15,16)는 작동하지 않는 것을 기본으로 하지만, 유압 펌프(10)의 경전각 제어에 의한 압력 제어 성능을 보충하기 위하여 보조적으로 사용하여도 좋다.

요컨대, 상기 구동 제어 장치(1)에 있어서 유압 모터(2)는, 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 의거한 선회 구동 토크에서 전동기(3)에 의한 토크를 제외한 부족분이 얻어지도록, 유압 펌프(10)의 경전각 조정 포트(40)에 설치된 전자 비례 감압 밸브(41)의 솔레노이드 전류가 제어 장치(7)로부터의 경전 지령에 의거하여 제어되고 경전각이 제어되는 유압 펌프(10)로부터의 작동유에 의해 구동된다. 이 경우, 컨트롤 밸브(14)는, 압력 손실이 최소가 되도록 개도(開度)가 설정된다. 이 개도는, 기본적으로 최대 개도로 설정된다.

게다가, 유압 펌프(10)의 경전각을 제어함에 따라, 전동기(3)에 의한 토크와 유압 모터(2)에 의한 토크의 배분을 변경하는 것이 가능하기 때문에, 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 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 설정되어 있고, 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, 리모트 컨트롤 밸브(5)가 조작되고 감속이라고 판단되었을 때에는, 전동기(3)에 회생 작용을 행하게 하여 관성 에너지를 전기 에너지로 변환한 회선 전력을 축전기(27)에 축적한다. 이때 브레이크 측의 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)를 언로드(unload)로 하여 작동유를 순환시킴과 아울러 유압 펌프(10)의 경전각은 최소, 컨트롤 밸브(14)는 전폐(全閉)로 하고, 유압 펌프(10)의 토출 기름은 컨트롤 밸브(14)를 통하여 전량이 탱크에 바이패스하여 소비 에너지를 최소로 한다.

또, 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 증가시킴에 따라, 부족한 브레이크 토크를 유압 모터(2)로 발생시킬 수 있다.

이와 같이, 가속 시, 유압 펌프(10)의 경전각을 조정하여 공급하는 작동유량으로 유압 모터(2)의 필요 발생 토크를 제어하여 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)는 원칙으로서 작동하지 않도록 하고, 감속 시, 브레이크 측의 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)를 언로드로 하여 작동유를 순환시키고, 감속 에너지는 원칙으로서 전량을 전동기를 이용하여 축전기(27)에 회수하도록 하고 있다.

다음에, 도 2를 의거하여 상기 유압 펌프(10)의 경전각 제어를 상세하게 설명한다. 또한, 상기 제어 장치(7)는 도시를 생략한다. 상기 유압 펌프(10)의 경전각 제어로서, 전동기(3)의 회전수 센서(24)로부터의 실 회전수 신호가 상기 리모트 컨트롤 밸브(5)로부터의 속도 지령에 대하여 속도 피드백으로서 입력되고, 그 신호에 대하여 속도 제어(51)를 행하고 속도 지령에 대한 피드백 제어를 행한 후, 그 신호에서 전동기(3)로 출력 가능한 토크를 제외함으로써 차압 지령이 작성된다.

그리고 그 차압 지령에 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트에 설치된 압력 센서(25,26)의 작동유 압력차에 의거하는 차압 신호가, 제어 게인(53)을 통하여 차압 피드백으로서 입력되고, 그 신호에 대하여 압력 제어(54)를 행하고 차압 지령에 대한 피드백 제어를 행한 후의 신호가 제어 게인(55)을 통하여 경전 지령으로서 유압 펌프(10)의 전자 비례 감압 밸브(41)에 출력되어 유압 펌프(10)의 경전각이 제어된다.

그런데, 유압 펌프(10)의 경전각 제어를 행하는 경우, 유압 펌프(10)에 구비된 경전 기구의 응답성이 일반적으로 늦다. 그래서 도시하는 계통도에서는, 유압 펌프(10)의 경전각 제어에 유량 보상과 승압 보상을 더함으로써 응답성을 개선하도록 하고 있다.

유량 보상으로서, 상기 전동기(3)에 설치된 회전수 센서(24)의 신호로부터 얻어지는 유압 모터(2)의 실 회전수에 의거하여 제어 게인(50)에 의해 계산한 필요한 펌프 유량을, 상기 압력 제어(54)를 행한 후의 경전 지령의 조작량에 더함으로써 최신의 실 회전수에 따른 경전 지령이 최종적인 지령으로서 출력되도록 하고 있다. 이에 따라 압력 제어기(압력 제어(54))의 변화량을 적게 하여 경전 기구의 응답성을 향상할 수 있고, 또 다이내믹 레인지(dynamic range)를 확보할 수도 있다.

또, 상기 승압 보상으로서, 상기 유량 보상한 경전 지령과, 상기 차압 피드백에 따라 보정된 차압 지령 사이에, 펌프의 경전 지령의 변화분을 피드백하는 마이너 루프(56)를 설치한다. 요컨대, 펌프의 경전 지령에 대하여 미분 동작(D 동작)의 제어 연산이 행해지고, 이 제어 연산 후의 신호가 상기 차압 피드백에 따라 보정된 차압 지령에 대하여 피드백됨에 따라 고주파 영역에서의 게인을 낮출 수 있어 압력 제어의 안정성이 향상된다. 바꾸어 말하면, 경전 지령의 변화분이 토출 압력의 변화분에 반영되므로 상기 승압 보상에 따라 경전 지령이 평활화됨으로써 압력 제어의 안정성이 향상된다. 이 승압 보상은, 후술하는 도 3(b)에 나타내 보이는 바와 같이, 펌프 경전 지령에 대하여 유압 펌프(10)로부터 토출되는 작동유에 생기는 압력 변화(일점쇄선(45)으로 표시하고, 펌프 토출압 변화 시의 펌프 경전 지령의 예)의 고주파 영역의 게인을 낮추어 안정성을 향상시키는 것이다.

이와 같이, 이 실시예에서는, 유압 펌프(10)의 경전각 제어에, 유량 보상과 승압 보상을 행함에 따라 고속이면서도 안정된 제어 특성을 얻을 수 있도록 하고 있다.

그리고 이와 같이 유압 펌프(10)의 경전각 제어를 행함으로써 리모트 컨트롤 밸브(5)로부터의 속도 지령과, 유압 모터(2)의 실 회전수와, 유압 모터(2)의 흡입 포트와 배출 포트의 압력차에 의거하여 유압 펌프(10)로부터 토출되는 작동유량을 적합한 양으로 제어하는 것이 가능해지고, 통상 운전 시에는 릴리프 밸브(22)로부터 유압 펌프(10)의 작동유를 배출하는 것이 없어져 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.

도 3(a)에 리모트 컨트롤 밸브 조작량과 시간의 관계, 도 3(b)에 펌프 경전 지령과 시간의 관계를 나타낸다. 상기한 유압 펌프(10)의 경전각 제어에 의한 작동유량 변화와, 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량의 관계로서, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 리모트 컨트롤 밸브(5)가 급격하게 크게 조작되었다고 하여도 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 전동기(3)에 설치된 회전수 센서(24)로부터의 유압 모터 실 회전수에 의거하는 속도 피드백에 따라, 그 실 회전수에 적합한 토출유량이 되도록 유압 펌프(10)의 경전각 제어가 행해진다. 따라서 유압 펌프(10)로부터는 실 회전수에 적합한 작동유량(실선(46)) 이상의 작동유가 토출되는 것이 없어져 에너지 효율이 좋은 운전이 가능해진다.

요컨대, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 종래에는 리모트 컨트롤 밸브(5)가 급격히 크게 조작되면, 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이 그 조작량에 따른 작동유량을 토출하고 있었으므로 도시하는 사선 부분이 릴리프되어 에너지 효율을 악화시키고 있었다. 그러나 상기한 바와 같이 유압 펌프(10)의 경전각 제어를 행함으로써 실선(46)으로 나타내 보이는 바와 같이 실 회전수에 적합한 작동유량이 유압 펌프(10)로부터 토출되므로 릴리프되는 작동유량을 대폭적으로 줄여 에너지 효율이 좋은 운전이 가능해진다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 구동 제어 장치(1)에 있어서 제어 블록도로서는, 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 가속도 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 가속도 토크 연산(32)으로 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 하는 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 차압 피드백과 비교된 후, 압력 제어(36)에 의해 경전 지령이 출력되어 경전각 제어(57)가 이루어진다. 이에 따라 유압 모터(2)에 대하여 전동기(3)로 출력할 수 있는 토크를 제외한 분량의 토크를 출력할 수 있는 양의 작동유가 공급되어 구동된다.

한편, 전동기(3)의 제어로서는, 상기 전동기 토크 산출(34)로 산출된 토크를 출력하도록 전류 지령 연산(37)으로 전류가 연산되고, 이 연산 결과에 대하여 전동기(3)에 공급되는 전류 피드백이 비교된 후, 전류 제어(38)에 의해 제어된 전류로 전력 교환기(39)가 제어되어 전동기(3)가 구동되도록 되어 있다. 이 전동기(3)의 구동은, 회전수 센서(24)에 의해 검출되고, 상기 속도 피드백으로서 속도 지령 연산(30)의 연산 결과에 피드백된다.

다음에, 도 5에 의거하여, 상기 구동 제어 장치(1)에 의한 동작 시퀀스의 일예를 설명한다. 이 동작 시퀀스는, 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 나타내고 있다.

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

상기 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)에만 의해 얻어지는 것과 같은 운전으로 하고, 감속 시에는 전동기(3)의 회생 작용에 의해 관성 에너지의 거의 전량을 전기 에너지로서 효율 좋게 회수하여 축전기(27)에 축전하고 있다.

도면에서는, 이 동작 후에, 반대 방향을 향하여 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 제1 실시예에 따른 구동 제어 장치(1)에 따르면, 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 있고, 이 유압 모터(2)를 구동하는 작동유량은, 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. 더욱이 전동기(3)에 의한 어시스트 분(分), 선회 작업 시간을 단축할 수 있어 펌프 손실을 줄일 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 의한 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.

그런데, 도 6에 나타내는 바와 같이, 리모트 컨트롤 밸브(5)를 한 쪽으로 경도하여 선회 동작 등을 행하게 하고 있는 상태에서, 이 리모트 컨트롤 밸브(5)를 반대 방향으로 크게 경도하여 선회 동작을 조급하게 멈추는 것과 같은 반대 레버 조작을 행하는 경우가 있지만, 종래의 유압 회로에서는, 반대 조작 레버에 의한 감속 기간 중, 리모트 컨트롤 밸브(5)의 조작량에 따라 유압 펌프(10)로부터 소정의 작동유량이 토출되기 때문에, 펌프 손실이 크게 발생한다는 과제가 있다. 도 1과 동일한 구성에는 동일 부호를 부여하고 설명한다.

도 6에 나타내는 예에서는, 이런 반대 레버 조작을 행하면, 그 반대 레버 조작에 의한 감속 기간 중, 펌프 경전을 최소, 또한 컨트롤 밸브(14)를 중립으로 설정함으로써 펌프 손실을 감소시킬 수 있다. 이때, 제어 장치(7)로부터 전동기(3)에 브레이크 지령이 나와서 토크를 증가시키거나 브레이크 측의 전자 릴리프 밸브(15 또는 16)의 설정 압력을 증가시킴에 따라 유압 모터(2)의 브레이크력이 커지도록 제어된다. 이와 같이 제어됨으로써 유압 펌프(10)에 의한 손실을 억제하여 종래의 유압 회로와 같은 짧은 감속 시간은 확보할 수 있다.

한편, 도 7에 나타내는 바와 같이, 유압 쇼벨의 상부 선회체처럼 선회체의 선회 조작에 더하여 붐(boom) 등의 구동체를 조작하는 것과 같은 복합 조작을 행하는 기계도 있다. 이와 같이 1대의 기계에 복수의 구동체를 구비한 제2 실시예의 구동 제어 장치(60)에 있어서 제어 방법을, 이 도면에 의거하여 설명한다. 이 도면에서는, 제어 장치(7)에 관한 구성의 기재를 생략하고, 도 1과 동일한 구성에는 동일 부호를 부여하고 설명한다.

도시하는 예에서는, 선회체를 선회시키는 유압 모터(2)와 전동기(3)를 구비함과 아울러 붐을 상승 또는 하강시키는 붐 실린더(boom cylinder)(61)를 구비한 예를 나타내 보이고 있다. 이와 같은 구성의 경우, 선회체를 구동하는 상술한 유압 펌프(10)(이 도면의 설명에서는, 「제1 유압 펌프(10)」라고 한다)에 더하여, 붐 실린더(61)를 조작하는 제2 유압 펌프(62)가 설치되어 있다. 이 제2 유압 펌프(62)는, 제2 컨트롤 밸브(63)를 통하여 상기 붐 실린더(61)와 접속되어 있고, 이 제2 컨트롤 밸브(63)를 절환함으로써 붐 실린더(61)를 상승 또는 하강시키도록 되어 있다.

또, 이 붐 실린더(61)의 제2 컨트롤 밸브(63)를 조작하는 붐 리모트 컨트롤 밸브(64)가 설치되어 있고, 이 붐 리모트 컨트롤 밸브(64)의 조작에 따라 제2 컨트롤 밸브(63)가 절환되도록 되어 있다. 또한, 이 복합 조작을 행하는 회로에서는, 상술한 컨트롤 밸브(14)(이 도면의 설명에서는, 「제1 컨트롤 밸브(14)」라고 한다)의 후류 측에 합류 밸브(65)가 설치되고, 붐 리모트 컨트롤 밸브(64)의 상승 조작에 따라 절환됨으로써 상술한 리모트 컨트롤 밸브(5)(이 도면의 설명에서는, 「선회 리모트 컨트롤 밸브(5)」라고 한다)와 붐 리모트 컨트롤 밸브(64)에 있어서 제어 압의 차이에 따라, 제1 유압 펌프(10)가 토출하는 작동유를 제2 유압 펌프(62)가 토출하는 작동유에 합류시켜 붐 실린더(61)의 동작을 어시스트하는 것이 가능해지도록 되어 있다. 단, 붐 상승 조작과 선회 조작을 동시에 행하는 복합 조작을 행하였을 경우에, 제1 유압 펌프(10)가 토출하는 작동유를 제2 유압 펌프(62)가 토출하는 작동유에 합류시키면, 상술한 도 2에서 나타내는 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어가 유효하게 기능하지 않으므로 도시하는 예에서는, 제1 유압 펌프(10)가 토출하는 작동유의 합류를 그만두고(합류 밸브(65)를 절환하지 않는다), 제2 유압 펌프(62)가 토출하는 작동유만으로 붐 상승 조작을 행하도록 하고 있다.

그리고 이와 같은 복합 조작을 행하는 회로에서는, 상기 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어를, 선회 리모트 컨트롤 압 신호(P10)에 의거하여 포지콘 제어에 의해 출력되는 Q1A와, 압력 센서(43)에 의해 검출된 제1 유압 펌프(10)의 토출압 신호(P1)에 의거하여 제1 펌프 동력 제한에 의해 출력되는 Q1B를 비교하고 최소치 선택을 함에 따라 행한다. 도시하는 선회 리모트 컨트롤 압 신호(P10)는, 도 2에 나타내는 경전 지령이다.

또, 제1 유압 펌프(10)의 토출압 신호(P1)에는 동력 제한이 정해져 있지만, 이 예에서는, 2대의 펌프(10,62)의 합계 동력 제한(엔진 출력 등에 의해 결정되어 있는 동력 제한)이 제1 유압 펌프(10)의 동력 제한으로 되어 있고, 상기한 바와 같이 그 포지콘 제어 출력(Q1A)과, 제1 펌프 동력 제한 출력(Q1B)이 비교되어 최소치 선택되고, 이 최소치 선택된 신호에 의해 제1 유압 펌프(10)의 전자 비례 감압 밸브(41)가 제어되어, 경전각 제어가 행해진다.

한편, 상기 제2 유압 펌프(62)의 경전 제어로서는, 포지콘 제어에 의해 출력되는 Q2A와, 제2 펌프 동력 제한에 따라 출력되는 Q2B가 비교되고 최소치 선택되어 제2 펌프 토출량(Q2)으로서 출력된다. 제2 유압 펌프(62)의 포지콘 제어는, 상기 붐 리모트 컨트롤 밸브(64)의 상승 측의 붐 리모트 컨트롤 압 신호(P20)에 의거하여 Q2A를 출력한다. 제2 펌프 동력 제한 출력(Q2B)은, 압력 센서(66)에 의해 검출된 제2 유압 펌프(62)의 토출압 신호(P2), 상기 제1 유압 펌프(10)의 토출압 신호(P1), 및 상기 최소치 선택된 제1 유압 펌프(10)의 경전 지령에 의거하는 제1 유압 펌프(10)의 토출량(Q1)의 신호에 의거하여 산출된다. 이 예의 제2 유압 펌프(62)의 동력 제한은, 2대의 펌프(10,62)의 합계 동력 제한에서 제1 유압 펌프(10)의 실 동력(P1 X Q1)을 뺀 값의 동력 제한으로 되어 있다. 이와 같은 동력 제한에 의해, 양 펌프(10,62)의 합계 출력이 기계의 원동기(도시 생략)의 구동 능력을 초과하지 않는 범위에서 제어가 행해지도록 하고 있다. 이 최소치 선택된 신호가 제2 유압 펌프(62)의 경전각 조정 포트(67)에 설치된 전자 비례 감압 밸브(68)에 경전 지령으로서 출력되어 경전각 제어가 행해진다.

이와 같은 회로에 있어서, 상술한 축전기(27)(도 1)에 전동기(3)를 운전하는 것이 가능한 전기 에너지가 축적되어 있는 경우에는, 제1 유압 펌프(10)의 경전각 제어를 상술한 도 2에 나타내는 방법으로 행함으로써 선회 유압 모터(2)의 토크 제어를 행하고, 다른 쪽의 제2 유압 펌프(62)로 붐 실린더(61)의 구동을 행한다.

이 경우, 선회체의 구동은 전동기(3)에 의한 구동 토크의 부족분을 보충하도록 유압 모터(2)를 구동하면 좋으므로 작업 기계에 미리 정해져 있는 유압 펌프(10,62)의 구동 동력 중, 유압 모터(2)의 구동에 필요로 하는 유압 펌프(10)의 동력 이외의 동력을 제2 유압 펌프(62)의 구동 동력으로 할 수 있어 제2 유압 펌프(62)에 의해 큰 힘을 발휘할 수 있다.

이와 같이, 더블 펌프(double pump)의 경우에는, 상기한 바와 같이 각 펌프(10,62)의 경전각을 개별로 제어함으로써 축적 전기 에너지와, 작업 기계에 미리 설정되어 있는 펌프의 구동 동력을 최대한 이용한 효율적인 하이브리드 운전을 실현할 수 있다. 또, 개별로 각 펌프(10,62)의 경전각 제어를 행함으로써 각각의 제어에 작업 효율 중시(예를 들면, 스피드 모드(speed mode)) 및 연비 중시(예를 들면, 에코 모드(Eco mode))를 설정하고, 이것들을 작업자가 선택하도록 할 수도 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 유량만큼을 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 연비의 개선을 도모하는 것이 가능해진다.

또, 선회체의 관성 에너지(회전 에너지)를, 감속 시에 전동기(3)의 회생 작용에 의해 거의 전량을 전기 에너지로서 효율적으로 회수하여 축전기(28)에 축적하고 다음의 선회체 가속 시에 사용하므로 에너지의 이용 효율이 향상되고, 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, 유압 펌프(10)의 경전각 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 구동하는 일도 있고, 반드시 전동기(3)를 우선적으로 사용하여 부족분을 유압 모터(2)로 보충하는 구성에 한정되는 것이 아니다.

또, 축전기(27)에 전동기(3)의 운전이 가능한 에너지가 축적되어 있는 경우는, 선회에 필요한 가속 토크 지령에서 유압 모터 토크 지령을 감함으로써 전동기 토크 지령을 구하고, 부족 토크를 전동기(3)로 보충하도록 하여도 좋다.

더욱이, 유압 모터(2)의 배압 측에 설치된 압력 센서(26)(도면에서는 우측)로부터의 모터 배압 피드백을 차압 지령에 더한 압력 신호를 유압 모터 상류 측의 전자 릴리프 밸브(15)의 릴리프 압력 지령으로 하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 전자 릴리프 밸브(15)의 제어 압력이 계(系)에 필요한 압력보다 작게 설정되는 일이 없도록 할 수 있다.

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

게다가, 상술한 실시예에서는, 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: 리모트 컨트롤 밸브(선회 리모트 컨트롤 밸브)
6: 압력 센서
7: 제어 장치
10: 유압 펌프(제1 유압 펌프)
11: 유압 모터 회로
12,13: 유로
14: 컨트롤 밸브(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: 고압 선택
43: 압력 센서
45: 펌프 토출압 변동 시의 펌프 경전 지령의 예
46: 실 회전수에 적합한 펌프 경전 지령의 예
50: 제어 게인(속도 피드백)
51: 속도 제어
53: 제어 게인(차압 피드백)
54: 압력 제어
55: 제어 게인(경전 지령)
56: 마이너 루프
57: 경전각 제어
60: 구동 제어 장치
61: 붐 실린더
62: 제2 유압 펌프
63: 제2 컨트롤 밸브
64: 붐 리모트 컨트롤 밸브
66: 압력 센서
67: 경전각 조정 포트
68: 전자 비례 감압 밸브

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 경전 지령을 생성하여, 상기 유압 펌프를 경전각 제어하도록 하고,
상기 리모트 컨트롤 밸브의 반대 레버 조작에 의한 감속 시에, 상기 유압 펌프의 경전각을 최소로 하면서 상기 컨트롤 밸브를 중립 위치로 설정하여, 상기 유압 모터에 감속 저항을 발생시키도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제1항에 있어서,
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 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제2항에 있어서, 상기 유량 보상을 행한 경전 지령과, 상기 차압 피드백 신호를 입력한 차압 지령 사이에, 상기 경전 지령의 변화분을 피드백시키는 마이너 루프를 설치하여 승압 보상을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제2항에 있어서, 상기 유압 펌프와 유압 모터 사이의 유로에 설치한 전자 릴리프 밸브의 설정압을, 상기 경전 지령의 설정치를 초과하여 유압 펌프로부터 토출되는 작동유를 도피시키는 설정압으로 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압 모터의 감속 시, 그 유압 모터의 회로는 순환시키고 감속 에너지는 전량을 전동기를 사용하여 축전기로 회수하고,
상기 유압 펌프의 경전각은 최소로 하고, 토출유는 상기 컨트롤 밸브를 통하여 전량 탱크로 도피시키도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조체의 초기 가속 시, 그 구조체의 가속에 필요로 하는 토크에서 전동기로 출력 가능한 구동 토크를 제외하고, 부족분의 토크를 상기 유압 모터의 구동 토크로 보충하도록 상기 유압 펌프의 경전 지령을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 유압 펌프로부터의 작동유로 구동하는 유압 모터에 더하여, 다른 제2 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 제2 유압 펌프로부터의 작동유로 구동하는 제2 유압 액추에이터를 구비한 작업 기계의 구동 제어 방법으로서,
상기 유압 펌프의 경전각 제어를 행하는 경전 지령을 청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 작업 기계의 구동 제어 방법에 의해 산출하고, 그 유압 펌프의 경전 지령에 의거하는 신호와 그 유압 펌프의 동력 제한에 의거하는 신호를 비교하여 최소치 선택을 한 신호로 상기 유압 펌프의 경전각 제어를 행하고,
상기 제2 리모트 컨트롤 밸브의 조작량에 의거하는 신호와, 2대의 펌프의 합계 동력 제한에서 제1 유압 펌프의 실동력을 제외한 동력 제한을 상기 제2 유압 펌프의 동력 제한으로 하고, 그 동력 제한에 의거하는 신호를 비교하여 최소치 선택을 한 신호로 상기 제2 유압 펌프의 경전각 제어를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동 제어 방법.
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