KR20070086781A - 유압 구동 시스템 - Google Patents

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KR20070086781A
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조지 카드릭코
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할덱스 하이드럴릭스 코포레이션
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Abstract

액추에이터를 위한 유압 구동 시스템은 한 쌍의 압력 보상 유압 기계들을 이용하며, 기계들의 어느 하나의 제어된 압력을 변화시킴으로써 액추에이터의 구동 챔버들을 향하고 챔버들로부터 나오는 유량을 제어한다. 기계들은 에너지 회수를 허용하고, 어큐뮬레이터를 충전하여 공급 에너지를 저장하기 위해 기계적으로 연결된다. 구동 시스템은 차량에 병합되기 위한 전송 장치를 포함하는 기타 설비들과 병합될 수 있다. 전송 장치는 압력 보상 공급 및 차량의 토크 제어를 이용한다.

Description

유압 구동 시스템{Hydraulic drive system}
본 출원은 2004년 12월 1일에 출원된 미국 가출원의 출원번호 60/632,176호 및 60/632,178호와 2005년 4월 3일에 출원된 60/677,103호의 우선 이익을 주장한다.
본 발명은 에너지 전달 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 전달 매개체로 유압유(hydraulic fluid)를 이용하는 시스템에 관한 것이다.
모터 또는 내연기관과 같은 에너지원로부터의 에너지를 유압 구동 시스템을 매개로 부하로 전달하는 것은 잘 알려져 있다. 일반적으로 이와 같은 시스템은 에너지원에 의해 구동되는 펌프와, 부하에 연결된 모터를 갖는다. 펌프와 모터의 사이의 유압유를 조정함으로써 부하에 대해 운동을 부여하고, 부하를 고정된 위치로 유지하며, 그렇지 않으면 부하의 배치에 영향을 주는 것이 가능하다.
유체 흐름의 제어는 일반적으로 밸브 기구에 의해 이루어지며, 밸브 기구는 가장 단순한 형태로서 펌프와 모터의 사이의 흐름을 개방하거나 폐쇄함으로써 부하의 이동을 조정한다. 이와 같은 밸브 시스템들은 밸브의 전체에 걸쳐 분산되는 에너지의 관점에서 상대적으로 비효율적이다. 전형적인 설비 내에서의 밸브는, 펌프가 릴리프 밸브에 대하여 압력을 공급하는 것을 필요로 하는, 클로즈드 센터 식(closed centred)이다. 그러므로 유체에 공급되는 에너지는 열로 분산된다. 오픈 센터(open center)식 배치에서는, 부하를 제어하는 동시에 0의 유량과 최대 유량의 사이에서의 천이를 구현하기 위해서 밸브를 정성들여 제조하는 것이 필요하며, 밸브를 가로질러 유량을 미터링(metering)하는 것은 에너지 손실을 일으킨다.
그러므로 유량을 제어하는 데 사용되는 밸브들은 상대적으로 복잡하고, 필요한 제어 기능을 얻기 위해서 높은 정밀도로 제작된다. 따라서 밸브들은 특수화되는 경향이 있으며, 다른 제어 방법을 구현할 때에는 유연성을 제공하지 않는다. 가장 중요하게는, 오리피스를 가로질러 유량을 미터링함으로서 제어가 달성되므로, 유체의 흐름을 제어할 때에는 상당한 에너지 손실이 반드시 존재한다. 제어 밸브는 장치의 입구에서 제한된 포트를 통과하는 유량을 제어함으로써 운동을 제어한다. 일반적으로 제어 밸브는 하나의 스풀이므로, 유사한 제한된 포트가 배출 유량에 제공되어 상당한 에너지 손실을 가져온다.
밸브에 의해 요구되는 작동력을 감소시키기 위한 목적으로, 유체 흐름을 제어하기 위해 파일럿 작동이 사용되는 서보 밸브를 이용하는 것이 알려져 있다. 이와 같은 배치에 있어서, 피봇 밸브가 한쌍의 파일럿 유량들의 균형을 맞추며, 하나의 유량을 증가시키며 다른 유량을 감소시키도록 이동할 수 있다. 유량들에서의 변화는 제어 밸브를 이동시켜 유압 장치를 작동시키기 위해 사용된다. 파일럿 밸브를 이동시키기 위해 필요한 힘은 제어 밸브를 위해 필요한 힘보다 작으므로, 향상된 제어가 구현된다. 그러나 파일럿 밸브를 통과하는 고압의 연속적인 유량이 존재하여 상당한 손실을 일으킨다. 또한 비록 제어 밸브가 향상된 제어를 제공하지만, 제 어 밸브 자체도 제한된 포트를 통해 유량을 미터링시킴으로 인한 에너지 손실을 겪으며, 에너지 손실은 상당하다.
그러므로 본 발명의 목적은 상술한 단점들을 제거하거나 완화시키는 데 있다.
개괄적인 용어로서, 본 발명은 액추에이터로부터의 유량이 가변 용량 유압 기계에 의해 제어되는 유압 구동기를 제공한다. 기계는 액추에이터 내의 압력을 유지하기 위해 압력 보상된다. 제어 신호는 유지된 압력을 조정하여 액추에이터로부터의 유량을 조절하기 위해 제공된다.
그러므로 본 발명의 일 측면에 관한 유압 구동 시스템은, 구동 부재를 반대되는 방향으로 이동시키기 위해 챔버들 내부의 유체로부터 얻어진 원동력을 부여하도록 배치되는 한 쌍의 챔버들을 갖는 액추에이터를 구비한다. 각각의 챔버는 한 쌍의 가변 용량 유압 기계들의 각각의 하나에 연결되고, 유압 기계의 각각은 챔버들 내부에 미리 정해진 압력을 유지하기 위하여 기계들의 용량을 조정하도록 작동할 수 있다. 기계의 용량을 변화시키고 챔버들의 어느 하나로부터 유체의 배출을 허용하고, 구동 부재의 대응되는 이동을 허용하기 위해 기계들중 적어도 하나의 기계에서 오버라이딩 제어가 작동될 수 있다.
이제, 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면들을 참조하여 단지 예시의 방법으로 설명될 것이다.
도 1은 선형 액추에이터를 위한 유압 구동기의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 구동기에 사용되는 요소의 아주 상세한 도면이다.
도 3은 변형된 제어부를 구비하는 선형 액추에이터의 도 1에 유사한 개략적인 도면이다.
도 4는 심화된 제어 기능을 구현하는 선형 액추에이터의 도 1에 유사한 개략적인 도면이다.
도 5는 회전 구동기의 개략적인 도면이다.
도 6은 향상된 에너지 회수 능력을 갖는 구동기의 심화된 구현예의 개략적인 도면이다.
도 7은 유압 전동 장치가 병합된 차량의 도면이다.
도 8은 도 7에 사용되는 유압 전동 장치의 개략적인 도면이다.
도 9는 다른 작동 조건하에서의 다른 응답들을 나타내는 응답 곡선이다.
그러므로 도 1을 참조하면, 유압 구동 시스템(10)은 실린더(12)에 의해 지지되는 피스톤(14)을 갖는 실린더(12)를 갖는 액추에이터(11)를 구비한다. 피스톤(14)은 실린더(12)의 반대측 단부로부터 연장하는 피스톤 로드(16)에 연결된다. 피스톤(14)은 실린더(12)를 포트들(26, 28)을 통해 공급 라인들(22, 24)에 각각 연결되는 챔버들(18, 20)로 분할한다. 로드(16)는 수평 슬라이딩 질량체로 개략적으로 도시된 부하(30)에 연결된다.
공급 라인들(22, 24)은 한 쌍의 가변 용량 유체 기계들(32, 34)의 출구에 연 결된다. 일반적으로 기계들(32, 34)은 회전 경사판의 경사각이 기계의 용량을 결정하는 회전 경사판(swashplate)이다. 선택적으로, 장치들은 제어링의 편심의 변화가펌프의 용량을 결정하는 레이디얼 피스톤 펌프(radial piston pump)일 수 있다. 기계들(32, 34)은 가역적이어서, 각각이 펌프 모드 또는 모터 모드에서 작동할 수 있다. 이와 같은 기계들의 상세한 내용은 알려져 있으므로 상세히 기술할 필요는 없다. 이와 같은 기계들의 특별히 이로운 구현예는 함께 계류중인 출원 PCT/US2005/004723호에 기술되어 있으며, 그 내용이 참조로써 병합된다.
기계들(32, 34)은 공통 구동축(36)에 의해 통상적으로 전기 모터나 내연기관인 원동기(prime mover, 38)에 연결된다. 기계들(32, 34)은 탱크(40)로부터 유체를 공급받고, 탱크(40)로 유체를 귀환시킨다. 각각의 기계들은 경사판 조정 모터(46, 48)에 의해 위치가 조정될 수 있는 용량 조정 기구(42, 44)를 갖는다. 모터들(46, 48)은 독립적으로 작동 가능하며, 개별적인 제어 유닛들(47, 49)에 의해 제어된다. 도 2에서 더욱 상세히 도시된 바와 같이, 각각의 제어 유닛(47, 49)은 수동 제어장치의 조작의 결과로 인해 제어 모듈(50)로부터 제어 신호를 받는다. 제어 모듈(50)은 각각 신호 라인들(52, 54)을 통해 제어 유닛들(47, 49)에 연결된다. 각각의 신호 라인들(52, 54)은 기준 압력 신호(61)와 경사판 위치 피드백 신호(57)를 포함한다. 제어 모듈로의 입력은 제어기(51)에 의해 공급되는데, 이러한 입력은 다른 제어 기능으로부터 또는 프로그램된 시퀀스의 부분으로 자동적으로 발생될 수도 있지만 수동 제어로 도시되었다.
제어 유닛들(47, 49)은 서로 유사하므로 하나만이 상세히 설명될 것이다. 제 어 유닛들(47, 49)은 내부 신호 라인(57)을 통해 공급 라인들(22, 24)로부터 압력 피드백 신호를 각각 공급받는다. 피드백 신호들은 또한 회전 경사판 변위를 위해 신호 라인(57)을 통해 얻어지며, 기계의 회전 속도를 위해 신호 라인(58)을 통해 얻어진다.
압력 기준 신호(61)와 압력 피드백 신호(56)는 제어 라인(65)을 통해 회전 경사판 드라이버(67)에 연결되는 압력 제어 드라이버(63)에서 비교된다. 회전 경사판 드라이버(67)는 출력 에러 신호(68)를 생성한다. 에러 신호(68)는 출력이 구동 신호(62)인 밸브 드라이버(69)에 인가된다.
구동 신호(62)는 모터(46)의 이동을 제어하고 그리하여 개별 기계(32)의 용량을 제어하는 클로즈드 센터 밸브(66)의 가동 코일(64)에 인가된다. 밸브(66)는 구동 신호(62)가 에러 신호(68)와 밸브 위치 신호(70)의 차이가 되도록 밸브 드라이버(69)에 공급되는 밸브 위치 피드백 신호(70)를 갖는다.
부하(30)는 작동 중의 초기에는 정지하고 있으며, 용량 조정 부재들(42, 44)은, 통상적으로 각각의 포트들(26, 28)에서 5,000 p.s.i. 정도의 최대 시스템 압력이 되며, 기계들(32, 34)이 실질적으로 0의 용량 있도록 초기의 위치로 조정된다. 기계들(32, 34)은 압력 제어 드라이버(63)에서 기준 신호(61)가 인가될 때 이와 같은 조건을 이루며, 어떠한 압력 손실이 있으면 회전 경사판을 이동시켜 유체를 공급하기 위해 회전 경사판 드라이버(67)에 신호를 공급할 것이다. 이로 인해 피드백 라인(56) 내에서 감지되는 압력의 증가와 드라이버(67)에서의 네트 제로섬(net zero sum)이 유발된다. 이와 같은 조건에서, 구동축(36)은 공급 라인들(22, 24)에 서 출력을 생성하지 않고 기계들(32, 34)을 단순히 회전시킨다. 유체는 실질적으로 챔버들(18, 20)내에 갇히므로, 실리더(12)에 대한 피스톤(14)의 움직임이 억제된다. 시스템에서의 어떠한 누설은 각각의 라인(22, 24)에서의 압력 저하와, 그로 인하여 압력을 유지하기 위하여 각각의 부재(42, 44)를 조정하기 위한 압력 제어 드라이버(63)로부터의 에러 신호를 유발한다.
부하(30)를 이동시키기 위해서, 도 1에서 화살표 X로 표시되어 있는 부하가 이동되어야 할 방향으로 수동 제어 장치(51)가 이동된다. 초기dml 설명을 위하여, 제어 장치(51)는 단순 고정값 스텝 함수(simple fixed step function), 즉 제어 모듈(50)에 대한 "온(on)" 또는 "오프(off)"를 제공한다. 이후의 구현예는 택일적인 제어 방법을 설명할 것이다. 수동 제어 장치(51)가 이동하면, 제어 라인들(53, 54)에 대응하는 신호, 이 경우(52)에는 원하는 방향으로의 이동을 달성하기 위한 신호를 발생시키는 제어 모듈(50)에 신호(33)가 제공된다.
압력 기준 신호(61)는 공칭 최소 압력(nominal minimum pressure), 예를 들어 포트(26)에서 100 psi를 요구하도록 설정되어, 또한 제어 라인(65) 상의 신호는 포트(26)에서의 압력을 감소시키기 위해 모터 모드에 있는 기계(32)의 용량의 증가를 지시한다. 그러므로 회전 경사판 드라이버(67)는 기계(32)가 포트(26)에서의 압력을 감소시키고 챔버(18)로부터의 유체가 흐르도록 하기 위한 모터 모드에 위치하도록 출력 에러 신호(68)를 밸브 드라이버(69)에 제공한다. 밸브 위치 피드백 신호(70)는 밸브(66)의 중립 위치를 지시하므로, 밸브 구동 신호(62)는 에러를 줄임으로써 밸브(66)를 개방하기 위해 액추에이터(64)에 인가된다.
초기에는, 포트(26)에서의 압력이 강하하고 신호(57)가 제어 모듈(50)로부터의 기준 신호에 대응하기에 충분하도록, 기계(32)의 용량이 증가할 것이다. 그러므로 제어 신호(65)는 0으로 감소된다. 따라서 밸브 위치 피드백 신호(70)는 밸브 드라이버(69)를 통해 밸브(66)를 폐쇄하고, 회전 경사판(42)이 더 이동하는 것을 억제하기 위해 작용한다. 기계의 용량을 더 증가시키는 것은 포트(26)에서의 압력을 기준 압력(61)dmfh 설정된 압력의 미만으로 저하시킬 것이고, 제어 신호(65)는 용량을 증가시키고 기준값(61)의 압력으로 압력을 회복시킬 것이다.
포트(26)에서의 압력이 감소할 때에, 제어 유닛(49)과 관련한 기준 신호(61)는 변경되지 않았으므로, 챔버(20) 내의 압력은 최대 설정값으로 유지된다. 피스톤(14)에 대해 작용하는 압력 차이는 피스톤(14)의 이동을 유발하는데, 이는 반대로 포트(28)에서의 압력을 감소시킨다. 그러므로 제어 유닛(49)의 압력 제어 구동부(63)는 회전 경사판 드라이버(67)로 출력 에러를 생성하는 제어 신호(65)를 발생시키고, 기준 압력을 유지하기 위하여 기계(34)가 펌프 모드에서 용량을 증가시키도록 한다. 피스톤(14)의 이동은 포트(26)에서의 흐름을 유발하여, 포트(26)에서의 압력은 공칭 설정 압력 이상으로 다시 증가할 것이다. 그리고 압력 제어 신호(65)는 필요한 공칭 압력을 유지하는 동안 모터 모드에 있는 기계(32)의 용량을 증가시키기 위하여 회전 경사판 드라이버(67)를 통하여 작동한다. 피스톤(14)의 압력 차이는 그로 인해 질량체(30)를 가속시킨다. 질량체(30)가 가속됨에 따라, 기계(34)의 용량은 유체를 공급하여 기준 압력을 유지하기 위해 펌프 모드에서 계속 증가할 것이고, 기계(32)의 용량은 공칭 설정 압력을 유지하기 위해 모터 모드에서 동일하 게 증가할 것이다. 질량체(30)는 계속 가속되고, 포트들(26, 18)에서의 기계들의 각각의 설정 압력을 유지하기 위해 기계들(32, 34)의 용량도 압력 보상 제어 하에서 조정될 것이다. 기계(34)가 최대 용량을 이루면, 질량체는 더 이상 더 이상 가속될 수 없고, 포트(28)에서의 압력이 최대의 기준 압력으로 유지되고 포트(26)에서의 압력이 공칭 저압으로 유지되는 정상 상태의 속도가 이루어진다.
수동 제어 장치(51)에 의해 제공되는 가장 단순한 형태로서, 액추에이터(10)는 제어 모듈(50)에 의해 설정된 방향으로 질량체(30)를 계속 이동시킬 것이다. 질량체(30)의 원하는 위치가 조작자에 의해 관찰되는 대로 달성되면, 수동 액추에이터(51)는 중립 위치로 복귀하여 기준 압력(61)이 최대 압력으로 증가되도록 한다. 기준 신호(61)에 의해 지시되는 압력을 달성하기 위해서, 기계(32)의 용량은 감소되어 포트(28)에서의 압력이 설정값까지 증가되도록 할 것이다. 피스톤(14)의 압력 차이는 제거되어 질량체(30)는 감속된다. 그러므로 기계(34)의 용량도 감소되어 압력을 설정값으로 유지하고, 질량체가 감속됨에 따라 기계들(32, 34)도 모두 최소 용량으로 점차 감소한다. 그리하여 포트들(26, 28)에서의 압력들은 같아져, 질량체(30)를 정지 상태로 유지한다. 움직이는 동안 기준 압력(61)의 변동은 기계(32)에만 인가되고 기계(34)는 피스톤(14)의 이동을 추종하기 위해 압력 보상 모드에서 작동할 뿐이라는 점을 주목하여야 한다.
반대 방향으로의 수동 제어 장치(51)의 이동은 신호 라인(54)을 통하여 동일하게 제어 신호를 인가하여 제어 유닛(49)의 밸브(66)에서 구동 신호를 발생시키고, 기계(34)의 용량을 증가시키기 위해 필요로 하는 압력 감소를 발생시키며, 반 대 방향으로의 대응하는 운동을 발생시킨다.
부하(30)가 이동하는 동안, 기계의 작동 모드, 즉 펌프 모드 또는 모터 모드의 지시를 제공하기 위해, 그리고 기준 압력 신호(61)를 변형함에 있어서 예상 가능한 제어를 제공하기 위해, 회전 경사판 위치 피드백 신호(57)가 제어 모듈(50)로 공급된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 다른 작동 조건을 수용하기 위한 목적으로, 램프 함수(ramp function)의 시작을 변화시켜서 압력 제어에서의 최적 응답을 얻기 위해 회전 피드백 신호(58)가 사용된다. 압력 감지 라인(56)에서 감지된 기준 신호(61)의 증가에 대한 응답으로 공급에서의 압력이 증가함에 따라, 제어 모듈(50)이 제어부(63)로의 압력 신호를 변형시키는 램프 시작점(T)에 도달한다. 제어 모듈(50)은 또한 속도 피드백 신호(58)를 공급받아 감지된 속도에 대해 반비례하는 T1 및 T2로 표시된 시작점을 변형시킨다. 저속의 회전에서는, 기계들(34, 32) 내에서의 펌핑 및 모터링의 상대적으로 낮은 속도의 관점에서 보면 시스템 응답 시간이 길어지므로, 압력 이득(압력 증가율)은 낮다. 그러나 더 높은 회전 속도에서, 압력 이득율은 훨씬 더 높다. 따라서 더 높은 RPM에서 시작점 T1 은 낮은 압력과 낮은 RPM에 있고, 낮은 RPM에서 시작점 T2는 높은 압력에 있다. 이와 같은 방식으로, 시스템 응답은 시스템의 변화하는 동작 조건들에 일치할 수 있다.
피드백(58)을 통한 기계 회전 속도의 제공은 기준 압력 신호(61)에서의 변화에 대하여 기계들의 응답을 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 최적 응답을 제공하기 위해서, 즉 오버슈트(overshoot)를 억제하고 언더슈트(undershoot)를 최소화하 기 위해서, 밸브(66)로 입력되는 제어 신호가 램프 함수에 의해 변형된다.
선택적으로, 변형의 개시를 변형시키기 위하여 회전 경사판(42, 44)의 회전 배치가 사용될 수 있다. 이와 같은 경우에 있어서, 압력 감지 라인(56) 내에서 감지되는 기준 신호(61)의 증가에 응답하여 공급에서의 압력이 증가함에 따라, 제어 모듈(50)이 제어부(63)로의 압력 신호를 변형시키는 램프 시작점 T에 도달한다. 제어 모듈(50)은 또한 회전 경사판 피드백 신호(57)를 입력받아 감지된 위치에 대하여 반비례하는 T1 및 T2에 의해 표시된 것과 같이 시작점을 변형시킨다. 낮은 회전 경사판 각도에서, 기계들(34, 32) 내에서의 펌핑 및 모터링의 상대적으로 낮은 속도의 관점에서 시스템 응답 시간이 길어지므로 압력 이득(압력 증가율)은 낮다. 그러나 더 큰 회전 경사판 각도에서, 압력 이득율은 훨씬 높다. 따라서 더 큰 회전 경사판 각도에서 시작점 T1은 낮은 압력에 있고, 작은 회전 경사판 각도에서 시작점 T2은 더 높은 압력에 있다. 이와 같은 방식으로, 시스템 응답이 시스템의 변화하는 작동 조건들에 일치할 수 있다.
기계들의 응답을 기준 압력 신호(61)의 변화들에 대하여 변화시키기 위해 피드백(58)을 통한 기계 회전 속도의 공급이 사용될 수 있다. 최적의 응답을 제공하기 위해, 즉 오버슈트를 억제하고 언더슈트를 최소화하기 위해, 밸브(66)로의 제어 신호가 램프 함수에 의해 변형된다.
공통의 축 상에 가변 용량의 기계들(32, 34)을 이용함으로써, 줄어드는 챔버로부터 배출되는 유체의 에너지가 축(36)을 통해 원동기나, 펌핑 조건에 있는 기계나, 이하에서 상세히 설명될 부가적인 기계들로 방향이 바뀔 수 있다.
줄어든 챔버(상술한 예에서의 18)로부터의 유체의 유량은 개별의 기계(32)를 통해 흐를 때 토크를 발생시킨다. 발생된 토크는 부분적으로는 기계의 용량에 의존하고, 원동기(38)에 의해 인가되는 토크를 보충하기 위해 구동 축(36)으로 인가된다. 어떤 경우에 있어서, 예를 들어 부하(30)의 이동이 중력에 의해 보조되면, 하나의 기계로부터 얻어지는 토크가 다른 기계들에서의 설정 압력을 유지하기에 충분할 수 있지만, 다른 경우에는 회복되는 토크에 부가하여 원동기(38)로부터의 에너지가 필요할 것이다. 부가적인 토크가 필요한 경우에는, 원동기 제어부는 증가된 요구량을 감지하여(예를 들어, 압축 점화 내연기관의 경우에서의 속도 감소에 의한 감지), 그에 따라 응답할 것이다.
질량체(30)의 감속은 또한 기계들(32, 34)의 기계적인 연결을 통해 회수될 수도 있는 에너지원을 제공한다. 상술한 바와 같이, 제어 장치(51)가 중립 위치로 복귀함에 따라 기계(32)는 최대 기준 압력을 유지하기 위해 조절된다. 그러므로 운동에너지로 인한 질량체(30)의 계속된 운동은 아직 모터 모드에 있는 기계(32)를 통해 최대 압력에 저항하여 작용하여야 한다. 따라서 기계(32)는 챔버(18)에서 배출되는 유체에 의해 구동되고, 상당한 토크가 구동축(36)에 인가된다. 토크는 모든 회전 경사판이 초기의 0의 용량으로 복귀하여 질량체가 정지할 때까지 작용한다.
어떠한 경우에 있어서, 제어 장치(51)를 반대 방향으로, 즉 중립 위치를 통과하여 이동시키는 조작자에 의해 부하(30)가 최대 속도로 감속될 수 있다. 이와 같은 이동은 신호 라인(54)을 통해 인가되는 신호들이 포트(28) 내에서 공칭 저압이 필요하고, 포트(26) 내에서 최대 압력이 필요한 것을 지시하도록 한다. 그러므 로 기계(32)는 최대 압력을 유지하기 위해 기계(32)의 용량을 감소시키고, 기계(34)도 유사하게 용량을 감소시키지만, 포트(28)에서 공칭 저압을 유지시키는 속도로만 감소시킨다. 그 이후에 질량체를 감속시켜 정지시키기 위해 최대 압력 차이가 인가된다. 회전 경사판들은 제어 장치(51)가 해제될 수 있고 동일한 압력 평형이 각각의 챔버에 인가되는 0의 변위로 점차 이동한다. 제어 장치(51)는 역방향 위치로 유지되고, 기계(34)는 모터 모드로 이동할 것이고, 기계(32)는 펌프 모드로 이동하며, 반대 방향을 향하는 부하의 이동이 개시될 것이다.
상술한 바와 같이, 수동 제어 장치(51)는 '온' 또는 '오프'이지만, 부하의 이동 속도가 중립 위치로부터의 제어 장치(51)의 이동에 비례하도록 하는 연속적인 응답을 얻기 위하여 수동 제어 장치(51) 내에 비례 신호가 병합될 수 있다. 이와 같은 경우, 제어 신호(53)의 크기는 제어 장치(51)의 이동에 비례한다. 신호(52)는 제어 장치(51)의 이동에 비례하는 압력 보상을 위한 기준 압력 신호를 설정한다. 화살표 X 방향으로의 질량체의 이동이 필요하다고 가정하면, 기계(32)의 용량이 조정되어 포트(26)에서의 압력이 이러한 값을 달성한다. 포트(28)에서의 압력은 기준 수준으로 유지됨으로써, 피스톤(14)에서의 압력 차이가 변조될 수 있고 가속에 제어될 수 있다.
도 1에 도시된 배치는 단순한 수동 피드백을 제공하지만, 도 3에 도시된 것과 같은 액추에이터의 위치 제어를 제공하기 위해 제어 신호가 변형될 수 있다. 도 3에서 유사한 요소들을 표시하기 위해 유사한 참조 부호들이 사용되며, 명료함을 위해 첨자'a'가 부가되었다. 도 3의 구현예에서, 수동 제어 장치(51a)는 제어 모 듈(50a)에 비례 제어 신호를 공급한다. 위치 피드백 신호(72a)가 액추에이터(11a)의 피스톤 로드(16a)로부터 얻어지며, 또한 위치 피드백 신호는 수동 제어 장치(51a)에 의해 지시되는 원하는 위치와, 신호(70a)에 의해 지시되는 실제 위치의 사이의 차이점을 지시하는 에러 신호를 얻기 위해 제어 모듈(50a)에 공급된다. 제어 모듈(50a)은 제어 신호 라인(52a) 상에 압력 기준 신호(61a)를 발생시키고, 압력 기준 신호는 기계들(32a)을 조절하여 피스톤(14a)을 원하는 위치로 이동시키기 위하여 모터(46a)의 각 제어 유닛(47a)에 인가된다. 도 3에서 부하(30a)가 화살표 X의 방향으로 이동되어야 한다고 가정하면, 기계(32a)는 포트(26a)에서 기준 신호(61a)에 의해 설정된 압력에 대응하는 감소된 압력을 얻고, 챔버(18a)로부터의 유체 유량을 얻기 위한 시도로서 용량을 증가시킨다. 기계(34a)는 부하(30a)를 이동시키기 위하여 최대 기준 압력을 인가하고, 해당 압력을 유지하기 위해 용량을 변화시킨다. 원하는 위치가 얻어지면, 위치 신호(72a)가 변화하고, 수동 제어 장치(51a)와 위치 신호(72a)의 사이의 차이가 실질적으로 0으로 감소한다. 회전 경사판들은 0의 변위로 점차 복귀하고, 이러한 원하는 위치로부터의 어떠한 이동은 제어 모듈(50a)에 에러 신호를 생성하여, 적절한 압력 기준 신호(61a)를 조절하여 부하를 원하는 위치로 복귀시킨다. 그러므로 기계(32a)의 용량은 점차로 감소하고, 부하(30a)가 원하는 위치에 정지할 때까지 기계(34a)의 용량이 감소한다.
최대 속도가 제한되는 속도 제어를 제공하기 위해, 도 1의 배치의 제어가 변형될 수 있다. 유사한 요소들은 명료함을 위해 첨자 'b'가 부가된 유사한 참조 부호로 표시될 것이다. 도 4에 도시된 구현예에서는, 도 3에 도시된 것과 같이 부하 의 위치를 감시하기보다는 기계(32b, 34b)의 용량이 감시되어 속도의 지시로 이용된다. 그러므로 도 4를 참조하면, 수동 제어 장치(51b)는 얻어져야 하는 원하는 속도에 대응하는 출력 신호를 제공하며, 출력 신호는 기계(32b)를 모터 모드로 이동시키고 기준 압력을 공칭의 낮은 값으로 감소시키는 제어 신호(52b)를 생성시킨다. 기계(32b)의 용량은 포트(26b)에서의 압력을 감소시키기 위하여 모터 모드에서 증가하여, 부하의 가속을 가져온다.
기계들(34b, 32b)의 용량은 피드백 신호(57b)를 통해 지시된 용량이 제어 장치(51b)에 의해 설정된 압력에 대응할 때까지 증가한다. 그러므로 에러 신호는 제거되고, 기준 압력을 설정하기 위해 기계(32b)의 용량이 감소된다. 기계(34b)의 기준 압력은 최대값에 있으므로, 피드백 신호(57b)을 통해 지시되는 기계(32b)의 용량이 제어 장치(51b)로부터의 입력 신호(52b)에 일치할 때까지 부하는 다시 가속된다. 기계들이 용량을 점차 감소시킴에 따라 회전 경사판 위치 피드백(57b)은 압력을 감소시키기 위하여 기계(32b)가 용량을 증가시키도록 하는 에러 신호를 다시 도입한다. 따라서 기계의 최대 용량에 의해 제한되는 중간의 정상 속도를 얻을 수 있다. 이와 같은 제어는 기계 공구 구동이나 그와 동등한 것과 같은 자동화된 공정에 유용할 수 있다.
상술한 선형 액추에이터들은 복동형 액추에이터에 의해 설명되었지만, 액추에이터들에 단동형 액추에이터, 즉 피스톤 로드가 액추에이터의 일측으로부터 돌출하며, 챔버들이 다른 면적을 갖는 액추에이터가 동일하게 사용될 수 있음은 명백하다. 도 1에 대하여 설명된 방식과 유사한 방식으로 실린더의 이동을 제어하기 위하 여, 대응하는 기준 신호들(61)이 로드측 챔버와 피스톤측 챔버의 면적의 차이에 비례하여 조정될 수 있다.
윈치(winch) 또는 유사한 응용 분야에 사용될 수 있는, 회전형 구동기를 위해 유사한 제어 구조가 이용될 수 있다. 이와 같은 배치가 도 5에 도시되었으며, 도 5에서는 설명의 명료함을 위해 접두번호 '1'을 붙인 유사한 도면부호들이 유사한 요소들을 지시하기 위해 사용된다. 한 쌍의 가변 용량 유압 기계들(132, 134)은 유압 라인들(122, 124)을 통해 고정 용량 회전형 기계(180)에 유압적으로 연결된다. 원동기(138)는 각각의 기계들(132, 134)에 기계적으로 연결되고, 윈치 조립체(130)는 기계(180)에 연결된다. 기계들(132, 134)은 제어 모듈(150)에 의해 인가되는 제어 신호들(152, 154)로 모터들(146, 148)에 의해 제어된다. 질량체가 정지해 있으면, 조정 부재들(142, 144)의 각각은 공급 라인들(122, 124)에의 유압 잠금이 이루어져 초기의 0의 용량으로 설정된다. 기계들의 압력 보상은 모터를 잠그기 위하여 시스템 내에서 압력이 유지되도록 하고, 위치의 회전을 억제한다.
액추에이터로부터 윈치(130)를 회전시키기 위한 신호를 받으면, 모터(132)로 입력되는 신호는 모터 모드에서의 증가된 용량을 필요로 하는 감소된 압력을 지시한다. 유체가 공급 라인(122)으로 공급될 때, 기계(134)의 압력 보상 제어는 윈치 어셈블리(130)의 회전을 일으키도록 제어되는 설정 압력으로 압력을 유지하도록 조정한다. 부하의 이동을 제어하고, 부하를 원하는 위치에 유지하기 위해, 위에서 설명된 위치 및 속도 제어가 사용될 수 있다. 일단 위치가 확보되면, 수동 제어 장치(151)의 해제 또는 위치 제어 또는 속도 제어로부터의 피드백에 의해 에러 신호 가 제거되고, 회전 경사판들(144, 142)은 시스템을 통한 에너지 전달이 없으며, 모터의 양측면에서의 압력을 통해 부하가 유지되는 초기의 0의 위치로 점차 복귀한다.
그러므로 상술한 각 구현예에서, 한 쌍의 압력 보상 가변 용량 기계들이 액추에이터의 제어 동작을 위하여 사용될 수 있다.
압력 보상은 액추에이터를 지지하기 위해 최소한의 에너지가 사용되는 것을 허용하고, 액추에이터의 배출부에 설정 압력을 오버라이딩(overriding)시킴으로써 액추에이터의 제어가 구현된다. 기계들 가운데 오직 하나의 변동이 요구되며, 다른 기계는 설정 압력을 유지하고 원동력(motive force)을 인가하기 위해 추종한다. 기계들의 기계적인 연결은 에너지가 액추에이터의 유출물로부터 회수되어 원동력을 공급하며 기계로 공급되게 하는 데 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 기계들(32, 34)의 기계적인 연결은 어떤 조건들 아래에서 에너지 회수를 허용한다. 에너지 회수는 도 6에 도시된 배치의 채택에 의해 향상될 수 있다. 유사한 도면 부호들이 명료함을 위해 접두번호 '2'를 붙여 유사한 요소들을 나타내기 위해 사용된다. 도 6의 구현예에서, 한 쌍의 가변 용량 기계들(232, 234)이 부하(230)에 연결된 액추에이터(211)에 연결된다. 각각의 기계들(232, 234)은 압력 보상 제어부들을 구비하고, 상술한 바와 같이 제어 모듈(250)을 통해 수동 제어 장치(251)로부터 작동된다. 기계들(232, 234)은 한 쌍의 맞물리는 기어들(236)에 의해 연결되어 일치하여 회전한다. 기계들을 위한 구동은 기어들(282, 283)을 포함하는 기어열(280)을 통해 원동기(238)에 의해 제공된다.
보조의 유압 구동기(284)는 기어(283)에 연결되어 보조 설비(276)에 유체를 공급한다. 구동기(284)는 고정 용량 또는 가변 용량일 수 있고, 적절한 경우 기계들(232, 234)처럼 제어될 수 있다. 기어열(280)은 또한 부가적인 가변 용량 유압 기계(286)를 구동하는 기어(285)를 포함한다. 기계(286)는 기계(286)를 통해 유체를 배출하고 저장하기 위해 작동 가능함으로써 기어열(280)로부터의 에너지를 흡수하거나 기어열(280)에 에너지를 공급하는 유압 어큐뮬레이터(accumulator, 288)에 연결된다. 속도 센서(290)가 기어열(280)의 속도를 감시하고, 제어 모듈(250)에 접속되기 위해 마련된다.
작동하는 중에, 초기에는 어큐뮬레이터가 비어있고, 보조 구동기(284)는 설비(276)에 유체의 정상 유량을 공급하는 것으로 가정된다. 질량체(230)는 기계들(232, 234)의 작동하에 일정한 속도로 이동하고, 원동기(238)는 제한 조건들을 충족시키기에 충분한 에너지를 기어열(280)에 공급한다. 상술한 바와 같이 질량체(230)가 최대의 속도로 감속되면, 기계(232)는 모터 모드에서의 최대 압력으로 조절되고, 기어열(280)을 가속시키기 위해 상당한 토크가 발생한다. 초기에는 원동기기는 연료를 소모하고, 원동기가 압축 점화식 내연기관이라고 가정하면, 기계(232)에 의해 공급되는 토크는 기계(284)를 구동하고 유체를 보조 설비(276)에 공급하기 위해 사용된다. 토크가 이와 같은 방식으로 흡수될 수 없다면 기어열은 가속되며 속도 센서(290)는 펌프 모드에 있는 부가 기계(286)의 용량을 증가시키기 위해 제어 모듈(250)에 신호를 준다. 그러므로 기계(286)는 이용 가능한 토크를 흡수하며 기어열(280)의 원하는 속도를 유지할 수 있는 속도로 어큐뮬레이터(288)에 압력하의 유체를 공급한다.
질량체(230)가 정지함에 따라 기어열에 공급되는 토크는 감소하고 속도는 저하된다. 제어 모듈(250)은 기계(286)가 토출 동작을 줄이도록 하고, 어큐뮬레이터(288)에 저장되어 있는 에너지에 의해 기계(232)를 통해 유발되는 에너지 부족으로 인해 초기의 0의 용량으로 복귀하게 한다. 이와 유사하게, 감속 중에는, 보조 설비(276)는 더 많은 에너지를 요구하고, 기어열(280)의 속도는 감소하며, 기계(286)에 대한 조정이 이루어질 것이다. 그러므로 기계(232)로부터의 이용 가능한 에너지는 보조 설비(276)로 방향이 바꾸어지고, 나머지 에너지가 존재한다면 어큐뮬레이터(288)를 펌핑하기 위해 이용될 수 있다.
설비에 의해 부여되는 부하가 계속 증가하면, 어큐뮬레이터(288)에 저장된 에너지는 기어열(280)의 원하는 속도를 유지하기 위해 이용된다. 계속하여 증가하는 부하는 기어열(280)의 속도가 감소되도록 하고, 제어 모듈(250)이 부가적인 기계(286)를 모터 모드로 이동시키도록 한다. 어큐뮬레이터에서 이용할 수 있는 가압된 유체는 기어열 내에서 토크를 생성함으로써 원하는 속도를 유지하기 위해 기계(286)에 공급된다. 기계(286)의 회전 경사판은 어큐뮬레이터(288) 내의 모든 에너지(또는 낮은 입계값)가 분산될 때까지 속도를 원하는 수준으로 유지하기 위해 변동된다. 이 때에, 심해진 에너지의 필요 조건들은 원동기(238)에 연료를 주입함으로써 충전된다. 기계(286)를 통한 어큐뮬레이터(288)의 기계적인 연결과, 기어열(280)의 속도를 원하는 한계 내로 유지하기 위한 기계의 변동은 회수된 에너지의 이용을 향상시킨다.
상술한 시스템들은 더욱 복잡한 기계들의 제어 방법에 대하여 도 7 및 도 8에 도시된 것과 같이 통합될 수 있다. 도면에서 유사한 요소들을 나타내기 위하여 접두번호 '4'를 붙인 유사한 도면 부호들이 사용될 것이다. 그러므로 도 7을 참조하면, 차량은 구동 휠(W)에 의해 지지되는 섀시 구조물(C)을 구비한다. 섀시 구조물(C) 상에는 상부 구조물(S)이 위치하며, 회전체(T) 상의 수직 축을 중심으로 회전 가능하다. 붐 조립체(B)는 수직 평면에서의 이동을 위하여 상부 구조물(S)에 회전 가능하게 장착된다. 붐 액추에이터(411)는 상부 구조물(S)과 붐 조립체(B)의 사이에 연결되며, 붐을 상승시키거나 하강시키기 위하여 작동될 수 있다.
도 8에 아주 상세하게 도시된 바와 같이, 차량(V)은 유압 구동 시스템(410)에 연결되는 원동기(438)를 포함한다. 도 8에서 도시된 바와 같이, 전기 모터 또는 내연기관일 수 있는 원동기(438)는 다수의 가변 용량 유압 기계들(432, 432a, 434, 434a, 484, 486)에 구동력을 전달하는 기계 기어열(480)에 입력을 공급한다. 유압 기계들(432, 432a, 434, 434a, 484, 486)의 각각은 가변 용량이며, 용량 조정 부재(442, 443, 444, 445)를 구비한다. 기계들(432, 432a, 434, 434a, 484, 486)은 일반적으로 이전의 구현예들을 참조하여 설명한 바와 같이 회전하는 통의 내부에서 축방향으로 왕복 운동하는 피스톤들에 작용하는 기울어질 수 있는 경사판을 갖는 조정 가능한 회전 경사판 기계들이다.
붐 액추에터(411)를 위한 구동은, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이 피스톤(414)의 어느 일측을 향하는 유량을 제어하는 수동 제어 장치(451a)를 통해 한 쌍의 기계들(432, 434)에 의해 제공된다. 이와 유사하게, 회전체(T)는, 도 5 와 관련하여 상술한 방식으로, 한 쌍의 기계들(432a, 434a)을 제어하는 수동 제어 장치(451b)를 통해 회전 모터(480)에 의해 작동된다. 부가적인 기계(486)는 도 6과 관련하여 상술한 바와 같이 어큐뮬레이터(488)와 기어열(480)의 사이에 에너지를 전달한다.
유압 기계(484)는 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이 압력 보상되며, 보조 설비(476)는 공급 관로(500)에 의해 휠 구동기(502, 504, 506, 508)로 연결된다. 휠 구동기(502, 504, 506, 508)의 각각은 휠들(W) 가운데 각각의 휠을 구동하고, 각각 도 2를 참조하여 기술된 것과 유사한 제어 유닛들(547)을 갖는 가변 용량의 가역식 유압 기계이다. 조정 부재(510, 512, 514, 516)의 각각은 개별적인 밸브들에 의해 제어된다. 유압 기계들(510-516)은 기계(32, 34)와 유사한 구조이며, 여기에서 더 상세히 설명할 필요는 없다.
각각의 구동기들(502-508)의 용량은 제어 모듈(450f)에 의해 발생한 회전 경사판 위치 신호(461)에 의해 제어된다. 구동기들(502-508)의 각각은 또한 각각의 기계의 작동을 감시하기 위해 신호 라인들(452) 상에서 회전 신호(458)의 속도를 제공한다.
조작자의 전달의 제어가 수동 제어 장치(451c, 451d, 451e)를 통해 제어 모듈(450)에 공급된다. 수동 제어 장치(451c, 451d, 451e)는 차량(V)의 방향과 추진 속도를 제어한다. 제어 장치(451d)는 차량(V)의 정지를 제어하고, 제어 장치(451e)는 차량(V)을 조향한다. 이들은 전형적인 제어 장치이며, 공통적으로 이용되는 다른 접속 환경이 채택될 수도 있다.
이제, 차량이 초기에 정지해 있고, 붐은 낮은 위치로 잠기어 있음을 가정하고, 유압 구동 시스템의 작동이 설명될 것이다. 차량이 정지해 있으면, 기계들(432, 434, 432A, 434A)의 각각은 실질적으로 0의 용량이고, 최대 설정 압력을 유지한다. 휠 구동기(502-508)는 유사하게 0의 토크를 전달하기 위해 최소의 용량으로 설정되고, 기계(484)는 관로(500) 내에서의 최대 압력을 유지하는 실질적으로 0의 용량에 있다. 실질적으로, 이와 같은 설정은 단지 시스템 내에서의 어떤 누설을 보충하기에 충분하지만 차량의 이동을 발생시키지는 않는다.
어큐뮬레이터(488)는 완전히 배출되고, 부가적인 기계(486)의 용량은 최소에 있다. 기계들(432, 434, 432A, 434A)의 각각이 최소에 있으면, 원동기(30)는 어떤 출력도 발생시키지 아니하고 단순히 기계를 회전시킴으로써 최소의 동력 요구 조건에 놓인다.
차량(V)의 이동을 시작하기 위해, 조작자는 제어 장치(451c)를 필요한 이동 방향으로 움직이고, 제어 모듈(450)에 적절한 제어 신호(453c)를 공급한다. 제어 신호는 바람직하게는 방향 뿐만 아니라 차량의 이동 속도를 결정하는 휠들에서의 토크 입력을 지시하는 비례 신호일 것이다. 제어 모듈(450)은 제어 모듈(450)로부터의 입력 신호에 대응하는 토크 설정(배치)을 얻기 위해 휠 구동기들(502-508)에 제어 신호(452)를 공급한다. 이는 기계의 대응하는 비례 용량을 지시하는 비례 토크 설정일 것이다. 최대 가속을 위하여 이는 최대 변위에 대응한다. 휠 구동기들(502-508)의 용량이 각각의 회전 경사판들(510-516)의 제어 하에 증가함에 따라, 공급 관로(500)의 압력이 감소하여 기계(484)의 압력 보상이 기계의 용량을 증가시 키도록 한다. 관로(50)을 통한 유체의 흐름에 의해 활성화되는 구동기들(502-508)로부터의 합력 토크는 횔(W)의 회전과 차량의 추진력을 유발한다.
휠 구동기들(502-508)의 용량은 회전 경사판 위치 피드백(457)이 원하는 용량이 달성되었음을 지시할 때까지 계속 증가하고, 요구되는 토크는 각각의 휠에 전달된다. 이 때에 관로(500) 내의 압력은 압력 보상 제어 하에서 기계(484)의 용량을 증가시킴으로써 유지될 것이다. 제어 장치(451c)의 조정이나 차량의 증가된 부하에 의해 달리 차단되지 않는다면, 차량(V)은 기계(484)가 외부의 부하가 이용 가능한 토크와 일치하는 평형에 도달할 때까지 가속할 것이다.
차량이 원하는 속도를 달성하면, 조작자는 휠 구동기들(502-508)의 속도를 줄이고 그 결과 토크를 감소시키며, 더 이상의 가속을 억제하고 원하는 속도를 유지하기 위하여 제어 장치(451c)를 해제한다. 기계(484)는 휠 모터들을 통과하는 유량을 유지하는 동안 압력을 최대값으로 유지하기 위해 용량을 감소시킨다. 휠들(W)에 공급되는 토크가 차량(V)의 부하와 일치하는 정상 상태에 도달한다. 어떤 조건들, 예를 들어, 언덕을 내려가는 조건 하에서는, 원하는 속도를 유지하기 위해 토크가 필요하지 않으며, 휠 구동기들(502-508)과 기계(484)는 초기의 0의 용량으로 복귀한다. 이와 같은 상태에서는, 휠들(14)에 어떤 순 출력(net power)도 공급되지 않으며 차량은 단순히 내려간다.
차량(V)을 정지시키기 위하여 브레이크 제어 장치(451d)가 작동된다(적절한 경우 제어 장치(451c)에 통합될 수도 있다). 브레이크 제어 장치(451d)의 적용은 선택된 용량에서 각각의 휠 구동기들을 펌프 모드로 조절하는 비례 신호(453d)를 제어 모듈(450)에 발생시킨다. 그러므로 회전 경사판들(510-516)은 모터 모드로부터 중심을 지나쳐 펌프 모드로 이동하고, 관로(500) 내에서의 압력 증가를 유발한다. 기계(484)는 초기에는 용량을 감소시킨 후, 최대 설정값을 유지하기 위한 압력 제어의 작용 하에 중심을 지나 모터 모드로 이동한다. 회전 경사판 피드백 신호(457)는 휠 구동기들을 브레이크 제어 장치(451d)에 의해 지시되는 용량에 유지하고, 기계(484)를 통해 최대 압력 하에 유체를 토출한다. 이를 수행하기 위해 필요한 토크는 차량의 운동량으로부터 얻어져, 차량(V)을 정지시킨다. 기계(484)를 모터 모드로 조절하는 것은 에너지가 기계(484)로부터 기어열(480)로 공급되도록 한다.
기어열(480)에 공급되는 에너지는, 원동기를 포함하여 기어열의 요소들을 가속시킨다. 기어열의 회전 속도는 속도 센서(490)에 의해 감시되며, 회전 속도의 증가는 제어 모듈(450)에 의해 감지된다. 이는 어큐뮬레이터(488)와 연결된 기계(486)를 조절하여 펌프 모드로 이동하도록 하고, 압력 하의 유체를 어큐뮬레이터(488)에 공급한다. 기계(486)의 변위는 기어열(480)의 속도를 설정 속도로 유지하기 위하여 제어된다. 그러므로 어큐뮬레이터는 차량의 정지로부터 회수되는 에너지에 의해 충전된다.
에너지의 저장은 기어열(480)의 속도를 원하는 수준으로 유지하는 능력을 변동시키는 기계(486)의 제동 작용력에 의존한다.
브레이크 제어 장치(451d)를 제거하고, 속도 제어 장치(451c)를 다시 적용하면, 휠 구동기들(502-508)은 다시 모터 모드로 조절되고, 기계(484)는 펌프 모드로 복귀하여 관로(500) 내에 압력을 유지한다.
기계(484)가 관로(500)에 에너지를 공급하기 위하여 이동함에 따라 기어열(480)의 회전 속도의 초기 감속이 감지되어, 기계(486)는 어큐뮬레이터(486)로부터의 에너지를 기어열(480)로 공급하기 위하여 모터 모드로 조절된다. 그러므로 제동이 이루어지는 동안 어큐뮬레이터(488)에 저장된 에너지는 더욱 가속하는 주기에서 차량의 전동에 사용될 수 있다. 어큐뮬레이터(488)을 배출하면, 엔진 속도 저하가 관찰될 것이고, 속도를 일정하게 유지하기 위해 엔진으로의 연료 공급이 변동된다.
붐(B)은 기계들(432, 434)의 변동을 통해 작동한다. 붐 액추에이터(411)를 신장시키기 위해서, 압력과 방향을 가리키는 제어 신호가 조작기(451a)로부터 제어 모듈(450)로 전달된다. 그리고 제어 모듈(450)은 기계(432)와 연결된 압력 제어기(463)에 인가되는 기준 신호(461)를 조정한다. 이로 인해 기계(432)는 모터 모드에서 용량을 증가시키고, 그로 인해 낮은 기준 압력으로 압력을 감소시킨다. 기계(434)는 펌프 모드에서의 용량을 증가시키고 상술한 바와 같이 실린더(411)를 신장시키기 위하여 압력 제어를 통해 응답한다. 요구되는 이동 속도를 얻기 위해 이동 속도는 조정 부재(451a)에 의해 조정될 수 있다.
붐(B)을 낮출 때에는, 기계(434)의 용량이 모터 모드에서 증가하는 반대의 작용이 이루어진다. 붐(B)이 낮아짐에 따라, 기계(434)로부터 배출되는 유체로부터 이용할 수 있는 에너지의 정의 회수(positive recovery)가 이루어질 수 있고, 에너지는 기어열(480)로 전달된다. 또한 에너지 전달이 기어열의 회전 속도를 증가시키 기에 충분하다면, 기계(486)의 작동을 통해 어큐뮬레이터(488)에 공급이 이루어질 수 있고, 반대로 상승 주기 동안에는 어큐뮬레이터(488)에 저장된 유체는 기계(434) 또는 기계(484)의 회전을 보조하기 위하여 기계(486)를 통해 기어열(480)로 적용될 수 있다.
상부 구조물(S)의 회전으로부터 유사한 에너지 전달이 이용 가능한데, 이후의 사용을 위해 어큐뮬레이터에 에너지를 저장하기 위해 상부 구조물의 관성이 사용될 수 있다. 그러므로 유압 전송부(410)의 기본적인 작동에 있어서, 상이한 소비부들로부터의 에너지를 전달하고, 어큐뮬레이터(488)의 사용을 통해 필요한 에너지를 보존하기 위해 유압 전송부(410)가 사용될 수 있음을 주목하여야 한다. 비록 회전체(T)를 위한 회전 구동기(480)가 도시되었으나, 구동기(502)에 유사한 구동 유닛이 동일한 방식으로 사용될 수 있다.
휠들(W)의 개개의 제어기는 또한 각각의 휠들(14)의 회전 속도를 감시함으로써 각각의 휠들의 신호 라인(458)을 통한 제어를 허용한다. 가속하는 중에 또는 제동하는 중에, 휠들(W)의 어느 하나가 얼음이나 진흙과 같은 낮은 마찰력의 표면에 빠진 경우, 빠진 휠의 속도는 다른 휠들(W)의 속도와는 다를 것이다. 속도 차이는 제어 모듈(450)에 의해 감지되어, 그에 따라 특정한 휠에서 인가되는 토크를 감소시키기 위하여 기계의 용량이 감소된다. 극단의 조건 하에서, 특정한 휠이 토크가 적용되지 않은 채로 미끄러져 내려가는 것으로 여겨질 수 있도록 하기 위해 기계의 용량은 0으로 감소될 것이다. 그러나 이와 같은 경우, 관로(500) 내의 압력은 휠들의 균형을 위해 유지됨으로써 이들 휠들의 견인 작용 또는 제동 작용을 유지한다. 일단 휠이 감속되면, 토크는 다시 적용될 수 있다. 이로 인해 견인 제어와 ABS가 구현된다.
휠들에 대한 각각의 구동기는 동일한 축상의 휠들에 적용되는 토크를 조정함으로써 차량의 조향에 병합될 수 있다. 제어 장치(451e)의 회전은 한 쌍의 휠들이 서로 다른 속도에서 회전하는 것을 필요로 하는 신호를 생성시킨다. 그러므로 내측의 횔들에 대해 이루어지는 대응하는 감속에 의해 공급됨으로써, 더 빠른 회전 속도를 필요로 하는 외측 휠들에 대하여 용량과 토크가 증가할 수 있다. 각각의 휠들에 인가되는 압력은 기계(484)의 압력 보상으로 인해 일정하게 유지되고, 그에 따라 기계(484)를 통한 에너지 유발 없이 차량의 조향 작용을 일으키는 외측 휠의 가속이 발생한다.
본 발명은 에너지 전달 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 전달 매개체로 유압유(hydraulic fluid)를 이용하는 시스템에 적용될 수 있다.

Claims (38)

  1. 구동 부재에 의해 분리되며 반대되는 방향의 원동력을 상기 구동 부재에 부여하도록 배치되는 한 쌍의 챔버들을 갖는 액추에이터를 구비하고, 각각의 부재는 한 쌍의 가변 용량 기계들의 각각의 하나에 연결되고, 가변 용량 기계중 적어도 하나의 기계는 상기 챔버들중 하나의 챔버에 유체를 공급하기 위해 펌프 모드에서 작동할 수 있고, 가변 용량 기계중 적어도 하나의 다른 기계는 상기 챔버들중 다른 챔버로부터 배출되는 유체를 소비하기 위해 모터 모드에서 작동할 수 있으며, 상기 기계들의 각각은 상기 챔버들 내에서 각각의 미리 정해진 압력을 유지하기 위하여 상기 기계를 조절하는 압력 보상 제어부와, 상기 기계들중 적어도 하나의 기계에서 미리 정해진 압력을 조정하기 위해 작동할 수 있는 외부 제어 장치를 구비함으로써 상기 구동 부재에 작용하는 원동력을 변화시키는, 유압 구동 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기계들의 각각은 펌프 모드 또는 모터 모드에서 작동할 수 있도록 가역적이며, 상기 압력 보상 제어부는 다른 기계가 모터 모드에 있을 때 상기 기계들의 어느 하나를 펌프 모드로 조절하기 위해 작동할 수 있는, 유압 구동 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 압력 보상 제어부는 상기 모터 모드로 조절된 상기 기계에서 상기 압력 을 감소시킴으로써 상기 미리 정해진 압력을 조정하는, 유압 구동 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 압력 보상 제어부는 상기 모터 모드에 있는 상기 기계에서의 압력을 감소시킬 때에 상기 펌프 모드로 조절된 상기 기계에서의 상기 미리 정해진 압력을 유지하는, 유압 구동 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 기계들의 각각은 가변 용량 회전 경사판 기계인, 유압 구동 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 기계들은 서로 에너지를 전달하기 위해 기계적으로 연결되는, 유압 구동 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    모터 모드에서 작동할 수 있는 상기 다른 기계는 어큐뮬레이터에 유체를 공급하는 부가적인 유압 기계에 기계적으로 연결되는, 유압 구동 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 부가적인 유압 기계는 가변 용량 기계인, 유압 구동 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 부가적인 유압 기계의 용량은 상기 다른 기계로부터의 에너지를 흡수하고 상기 다른 기계의 미리 정해진 작동 조건을 유지하기 위해 조정될 수 있는, 유압 구동 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 부가적인 기계의 용량은 상기 작동 조건을 유지하기 위하여 상기 어큐뮬레이터로부터의 에너지를 상기 기계적인 연결 부위에 공급하도록 조정될 수 있는, 유압 구동 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 하나의 기계와, 상기 다른 기계와, 상기 부가적인 기계는 서로의 사이에서 에너지 전달을 허용하도록 기계적으로 연결되는, 유압 구동 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 기계들의 각각은 가역의 가변 용량 기계인, 유압 구동 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    보조 설비를 제공하기 위해 보조 기계가 상기 기계들에 기계적으로 연결되 는, 유압 구동 시스템.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 보조 설비는 전동 장치(transmission)인, 유압 구동 시스템.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 전동 장치는 상기 부가적인 기계에 기계적으로 연결되는 가역적인 가변 용량 기계와, 상기 기계에 유압적으로 연결되는 유압 구동 유닛을 구비하는, 유압 구동 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 가역적인 가변 용량 기계는 상기 기계와 상기 유압 구동 유닛의 사이의 유압 연결 부위 내에서 미리 정해진 압력을 유지하기 위해 압력 보상되는, 유압 구동 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 구동 유닛들은 상기 미리 정해진 압력에서 전달되는 토크를 변화시키기 위해 가변 용량이며, 상기 압력 보상 제어부는 상기 구동 유닛들의 용량을 변화시키는, 유압 구동 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 구동 유닛들은 가역적인, 유압 구동 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    복수 개의 구동 유닛들이 상기 가역적인 가변 용량 기계에 연결되는, 유압 구동 시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 구동 유닛들의 각각은 회전 출력을 공급하고, 상기 압력 보상 제어부는 상기 출력들의 상대적인 회전 속도를 감시하여 상기 출력들의 상기 속도들을 정해진 비율로 유지하기 위해 상기 용량들을 조정하는, 유압 구동 시스템.
  21. 제20 항에 있어서,
    출력 속도는 발생된 토크를 감소시키기 위하여 대응하는 구동 유닛의 용량을 감소시킴으로써 감속되는, 유압 구동 시스템.
  22. 제20 항에 있어서, 상기 비율은 상기 압력 보상 제어부에 의해 변동될 수 있는, 유압 구동 시스템.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 비율은 상기 압력 보상 제어부로 입력되는 외부 입력에 의해 변하는, 유압 구동 시스템.
  24. 제18 항에 있어서,
    상기 구동 유닛들은 외부 입력을 상기 압력 보상 제어부에 적용함으로서 반전될 수 있는, 유압 구동 시스템.
  25. 제1 항에 있어서,
    상기 기계들의 용량을 변화시키기 위해서 유압 모터가 사용되고, 상기 모터들은 상기 미리 정해진 압력과 상기 챔버 내의 압력의 사이의 차이를 나타내는 신호에 응답하는 밸브에 의해 제어되는, 유압 구동 시스템.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 신호를 변형하기 위해 상기 밸브의 상태를 지시하는 피드백을 인가하는, 유압 구동 시스템.
  27. 제25 항에 있어서,
    상기 압력 보상 제어부는, 상기 압력이 증가하여 상기 미리 정해진 압력에 접근할 때, 상기 신호를 변형하는, 유압 구동 시스템.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 압력 보상 제어부는 상기 밸브의 응답을 감소시키기 위하여 상기 신호를 변형하는, 유압 구동 시스템.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 기계는 회전 기계이고, 상기 압력 보상 제어부는 상기 회전 경사판 위치를 감시하여 그에 따라 상기 신호의 변형을 조정하는, 유압 구동 시스템.
  30. 제29 항에 있어서,
    상기 변형의 시작은 상기 속도가 증가하는 더 큰 특이점에서 이루어지는, 유압 구동 시스템.
  31. 제28 항에 있어서,
    상기 기계는 회전 경사판형 회전 기계이고, 상기 압력 보상 제어부는 상기 회전 경사판 위치를 감시하여 그에 따라 상기 신호의 변형을 조정하는, 유압 구동 시스템.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 변형의 시작은 상기 회전 경사판 위치가 증가하는 더 큰 특이점에서 이루어지는, 유압 구동 시스템.
  33. 원동기에 의해 구동되는 제1 가변 용량 유압 기계와, 적어도 하나의 가변 용량 유압 구동 유닛과, 상기 제1 기계와 상기 구동 유닛을 연결하는 유압 관로와, 상기 제1 기계의 용량을 변화시키고 상기 관로 내에서 미리 정해진 압력을 유지시키기 위하여 상기 제1 기계 상에서 작동할 수 있는 유압 보상 제어부와, 상기 구동 유닛 상에서 작동할 수 있어 상기 구동 유닛에 의해 발생하는 토크를 변화시키기 위해 상기 구동 유닛의 용량을 변화시키는 외부 제어 장치를 구비하는, 유압 전동 장치.
  34. 제33 항에 있어서,
    상기 제1 기계와 구동 유닛은 가역적이고, 상기 외부 제어 장치는 상기 구동 유닛이 상기 관로 내의 유체를 소비하는 상태로부터 상기 구동 유닛이 상기 관로로 유체를 공급하는 위치로 상기 구동 유닛의 용량을 변화시키기 위해서 작동할 수 있고, 이를 통해 상기 압력 보상 제어부는 상기 미리 정해진 압력을 유지하기 위해 상기 제1 기계가 작동 모드를 반전시키도록 하는, 유압 전동 장치.
  35. 제34 항에 있어서,
    상기 제1 기계는 어큐뮬레이터에 유체를 공급하기 위해 부가적인 가변 용량 기계에 기계적으로 연결되는, 유압 전동 장치.
  36. 제35 항에 있어서,
    상기 부가적인 유압 기계는 상기 다른 기계로부터의 에너지를 흡수하고 상기 다른 기계의 미리 정해진 작동 조건을 유지하도록 조정 가능한, 유압 전동 장치.
  37. 제36 항에 있어서,
    상기 부가적인 기계는 상기 작동 조건을 유지하기 위해 상기 어큐뮬레이터로부터의 에너지를 상기 기계적인 연결 부위에 공급하도록 조정 가능한, 유압 전동 장치.
  38. 제34 항에 있어서,
    복수 개의 구동 유닛들이 상기 관로에 연결되고, 상기 구동 유닛들의 각각은 회전 출력을 제공하며, 상기 압력 보상 제어부는 상기 출력들의 상대적인 회전 속도를 감시하여 상기 출력들의 상기 속도들을 정해진 비율로 유지하기 위해 상기 용량들을 조정하는, 유압 전동 장치.
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