KR20090111964A - Hydraulic system of energy saving type - Google Patents

Hydraulic system of energy saving type Download PDF

Info

Publication number
KR20090111964A
KR20090111964A KR1020080037597A KR20080037597A KR20090111964A KR 20090111964 A KR20090111964 A KR 20090111964A KR 1020080037597 A KR1020080037597 A KR 1020080037597A KR 20080037597 A KR20080037597 A KR 20080037597A KR 20090111964 A KR20090111964 A KR 20090111964A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydraulic
hydraulic cylinder
driven
electric motor
hydraulic pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020080037597A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
안경관
이병룡
윤홍수
이민수
강종민
김재홍
송주영
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산대학교 산학협력단, 볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비 filed Critical 울산대학교 산학협력단
Priority to KR1020080037597A priority Critical patent/KR20090111964A/en
Publication of KR20090111964A publication Critical patent/KR20090111964A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives
    • E02F9/2267Valves or distributors
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2296Systems with a variable displacement pump
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/40Special vehicles
    • B60Y2200/41Construction vehicles, e.g. graders, excavators
    • B60Y2200/412Excavators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205Systems with pumps
    • F15B2211/20507Type of prime mover
    • F15B2211/20515Electric motor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

개시된 내용은, 굴삭기 등과 같은 건설장비에서, 가변용량형 유압펌프와 일체형으로 연결된 전기모터의 회전방향(정,역회전 방향을 말함) 및 속도를 제어하여 유압펌프를 구동시키고, 부하에 따라 유압펌프의 토출유량을 제어하여 유압실린더를 구동시키며, 부하가 가해진 유압실린더의 수축구동시(유압실린더의 인(in) 작동) 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시킴에 따라 유압에너지를 전기에너지로 변환시켜 재생할 수 있도록 한 것으로,The disclosed contents, in construction equipment such as excavators, to control the rotational direction (refer to the forward and reverse rotation direction) and the speed of the electric motor integrally connected to the variable displacement hydraulic pump to drive the hydraulic pump, the hydraulic pump according to the load The hydraulic cylinder is driven by controlling the discharge flow rate of the hydraulic cylinder, and hydraulic energy is converted into electrical energy by driving the hydraulic motor and the generator by the returning oil when the hydraulic cylinder is loaded and contracted (in hydraulic operation of the hydraulic cylinder). To convert it to play

본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템은,Energy saving hydraulic system according to an embodiment of the present invention,

외부로부터 제어신호 입력에 따라 정,역방향으로 구동되는 전기모터, 전기모터에 연결되고 정,역 방향으로 구동되는 가변용량형 유압펌프와,An electric motor driven in the forward and reverse directions according to a control signal input from the outside, a variable displacement hydraulic pump connected to the electric motor and driven in the forward and reverse directions,

유압펌프의 유로에 설치되고, 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 구동되는 유압펌프로부터의 작동유에 의해 신축구동되는 유압실린더와,A hydraulic cylinder installed in a flow path of the hydraulic pump and expanded and driven by hydraulic oil from the hydraulic pump driven according to the rotational direction and speed of the electric motor;

유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 설치되고, 외부로부터의 제어신호 입력에 따라 내부 스풀이 절환되는 분기밸브와,A branch valve installed in a flow path between the hydraulic pump and the hydraulic cylinder, and the internal spool is switched according to a control signal input from the outside;

유압실린더로부터 분기밸브를 통해 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터, 유압모터에 축연결되는 발전기와,A hydraulic motor driven by hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder through a branch valve, a generator axially connected to the hydraulic motor,

발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환 후 재생할 수 있도록 배터리에 충전시키는 충전수단; 및Charging means for charging the battery to be regenerated after converting the electrical energy generated by the generator into a direct current; And

외부로부터 신호 입력에 따라 분기밸브 및 전기모터를 구동시키도록 제어신 호를 출력하는 전자제어부를 포함하여,Including an electronic control unit for outputting a control signal to drive the branch valve and the electric motor in accordance with the signal input from the outside,

부하압력이 가해진 유압실린더의 수축구동시, 전자제어부로터의 제어신호에 따라 분기밸브의 절환시 유압실린더로부터 분기밸브를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환후 배터리에 충전시켜 전기모터의 구동시 재생 사용한다.When the hydraulic cylinder is subjected to the contraction of the load pressure, the electric motor is generated by driving the hydraulic motor and the generator by the hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder via the branch valve when the branch valve is switched according to the control signal of the electronic control unit rotor. It converts electric energy into DC current and charges it to the battery to regenerate when driving electric motor.

Description

에너지 절감형 유압시스템{hydraulic system of energy saving type}Hydraulic system of energy saving type

본 발명은 굴삭기, 로우더 등과 같은 건설장비의 작업장치를 구동시키는 유압실린더의 구동을 전기모터에 의해 제어하고, 부하가 가해진 유압실린더의 수축구동시(유압실린더의 인(in) 작동) 유압에너지를 전기에너지로 회생시켜 사용할 수 있도록 한 에너지 절감형 유압시스템에 관한 것이다.The present invention controls the driving of the hydraulic cylinder for driving the work equipment of construction equipment such as excavators, loaders, etc. by the electric motor, and the hydraulic energy during the shrinkage driving (loading operation of the hydraulic cylinder) applied to the hydraulic cylinder The present invention relates to an energy-saving hydraulic system that can be used to regenerate electric energy.

더욱 상세하게는, 가변용량형 유압펌프와 일체형으로 연결된 전기모터의 회전방향(정,역회전 방향을 말함) 및 속도를 제어하여 유압펌프를 구동시키고, 부하에 따라 유압펌프의 토출유량을 제어하여 유압실린더를 구동시키며, 부하가 가해진 유압실린더의 수축구동시 귀환되는 유량으로 유압모터 및 발전기를 구동시킴에 따라 유압에너지를 전기에너지로 변환시켜 재생할 수 있도록 한 에너지 절감형 유압시스템에 관한 것이다.More specifically, the hydraulic pump is driven by controlling the rotational direction (referring to the forward and reverse rotation directions) and the speed of the electric motor integrally connected with the variable displacement hydraulic pump, and controlling the discharge flow rate of the hydraulic pump according to the load. The present invention relates to an energy-saving hydraulic system that drives a hydraulic cylinder and converts hydraulic energy into electrical energy by driving the hydraulic motor and the generator at a flow rate that is returned when the hydraulic cylinder is loaded.

이하에서, 전술한 유압실린더의 수축구동(유압실린더의 인(in) 작동)은 유압실린더의 스몰챔버(small chamber)의 단면적이 팽창되고, 라지챔버(large chamber)의 단면적이 수축되는 상태를 의미한다.Hereinafter, the above-described shrinkage driving of the hydraulic cylinder (in operation of the hydraulic cylinder) means a state in which the cross-sectional area of the small chamber of the hydraulic cylinder is expanded and the cross-sectional area of the large chamber is contracted. do.

일반적으로, 유압시스템은 단위면적당 출력이 크고 과부하(over load) 방지고 정확하게 조정되며, 힘 조정이 용이하여 큰 힘이 요구되는 굴삭기, 크레인 등과 같은 건설장비 등에 많이 사용된다. 반면에 유압시스템은 유압실린더 등의 유압액츄에이터에 작동유를 공급하는 유압펌프를 구동시키는 구동장치(엔진, 모터를 말함)가 작업을 하지않는 경우에도 항시 구동되므로 에너지 손실이 50%이상으로 알려져 있다.In general, the hydraulic system is used in construction equipment such as excavators, cranes, etc., where the output per unit area is large, the overload is prevented and precisely adjusted, and the force is easily adjusted so that a large force is required. On the other hand, the hydraulic system is known to be more than 50% of energy loss because it is always driven even when the driving device (engine, motor) that drives the hydraulic pump for supplying hydraulic oil to the hydraulic actuator such as the hydraulic cylinder is not working.

즉 액츄에이터를 구동시키는 작업 에너지는 유압펌프 토출에너지를 "100"이라고 가정할 경우 최대 25%정도의 에너지 효율을 내고 있는 실정이다.In other words, the operating energy for driving the actuator is the energy efficiency of up to 25% assuming that the hydraulic pump discharge energy "100".

본 발명의 실시예는, 전기모터의 회전방향 및 속도를 제어하여 가변용량형 유압펌프로부터 유압실린더에 공급되는 작동유 흐름방향 및 작동유 량을 제어하고, 부하가 가해진 유압실린더의 수축구동시 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시켜 유압에너지를 전기에너지로 변환시킴에 따라, 회생되는 에너지를 전기모터 구동시 재생시킴에 따라 에너지를 대폭 절감할 수 있도록 한 에너지 절감형 유압시스템과 관련된다.Embodiment of the present invention, by controlling the rotational direction and speed of the electric motor to control the hydraulic oil flow direction and operating flow rate supplied to the hydraulic cylinder from the variable displacement hydraulic pump, the hydraulic oil is returned when the load is applied to the hydraulic cylinder By driving the hydraulic motor and the generator by converting the hydraulic energy into electrical energy, the energy-saving hydraulic system that can significantly save energy by regenerating the regenerated energy when driving the electric motor.

본 발명의 실시예는, 유압실린더에 작동유를 공급하기 위하여 전기모터 및 가변형 유압펌프를 사용함에 따라 유압라인의 구성을 간단화하여 원가비용 및 유지비용을 절감할 수 있도록 한 에너지 절감형 유압시스템과 관련된다.An embodiment of the present invention, by using an electric motor and a variable hydraulic pump to supply hydraulic oil to the hydraulic cylinder, and an energy-saving hydraulic system to simplify the configuration of the hydraulic line to reduce the cost and maintenance costs Related.

본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템은,Energy saving hydraulic system according to an embodiment of the present invention,

외부로부터 제어신호 입력에 따라 정,역방향으로 구동되는 전기모터, 전기모터에 연결되고 정,역 방향으로 구동되는 가변용량형 유압펌프와,An electric motor driven in the forward and reverse directions according to a control signal input from the outside, a variable displacement hydraulic pump connected to the electric motor and driven in the forward and reverse directions,

유압펌프의 유로에 설치되고, 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 구동되는 유압펌프로부터의 작동유에 의해 신축구동되는 유압실린더와,A hydraulic cylinder installed in a flow path of the hydraulic pump and expanded and driven by hydraulic oil from the hydraulic pump driven according to the rotational direction and speed of the electric motor;

유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 설치되고, 외부로부터의 제어신호 입력에 따라 내부 스풀이 절환되는 분기밸브와,A branch valve installed in a flow path between the hydraulic pump and the hydraulic cylinder, and the internal spool is switched according to a control signal input from the outside;

유압실린더로부터 분기밸브를 통해 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터, 유압모터에 축연결되는 발전기와,A hydraulic motor driven by hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder through a branch valve, a generator axially connected to the hydraulic motor,

발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환 후 재생할 수 있도록 배터리에 충전시키는 충전수단과,Charging means for charging the battery to be regenerated after converting the electrical energy generated by the generator into a direct current;

외부로부터 신호 입력에 따라 분기밸브 및 전기모터를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 전자제어부를 포함하여,Including an electronic control unit for outputting a control signal to drive the branch valve and the electric motor in accordance with the signal input from the outside,

부하압력이 가해진 유압실린더의 수축구동시, 전자제어부로터의 제어신호에 따라 분기밸브의 절환시 유압실린더로부터 분기밸브를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환후 배터리에 충전시켜 전기모터의 구동시 재생 사용한다.When the hydraulic cylinder is subjected to the contraction of the load pressure, the electric motor is generated by driving the hydraulic motor and the generator by the hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder via the branch valve when the branch valve is switched according to the control signal of the electronic control unit rotor. It converts electric energy into DC current and charges it to the battery to regenerate when driving electric motor.

본발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템은,Energy-saving hydraulic system according to an embodiment of the present invention,

전기모터, 전기모터에 연결되어 정,역 방향으로 구동되는 가변용량형 유압펌프, 유압펌프의 유로에 설치되는 유압실린더, 유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 설치되는 분기밸브, 유압실린더로부터의 작동유에 의해 구동되는 유압모터 및 발전기, 발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리에 충전시키는 컨버터, 외부로부터 신호 입력에 따라 분기밸브 및 전기모터를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 전자제어부를 포함하는 에너지 절감형 유압시스템에 있어서,An electric motor, a variable displacement hydraulic pump connected to the electric motor and driven in the forward and reverse directions, a hydraulic cylinder installed in the flow path of the hydraulic pump, a branch valve installed in the flow path between the hydraulic pump and the hydraulic cylinder, and hydraulic oil from the hydraulic cylinder Hydraulic motor driven by a generator and a generator, a converter for converting the electrical energy generated by the generator into a direct current to charge the battery, an electronic control unit for outputting a control signal to drive the branch valve and the electric motor according to the signal input from the outside In the energy-saving hydraulic system comprising a,

전자제어부로부터의 제어신호에 의해 구동되는 전기모터에 의해 유압펌프를 구동시키는 제1단계와,A first step of driving the hydraulic pump by an electric motor driven by a control signal from the electronic controller;

유압펌프의 실제 토출압력과, 유압실린더의 라지챔버측에 발생되는 요구압력을 측정하여 검출신호를 전자제어부에 출력하는 제2단계와,A second step of measuring the actual discharge pressure of the hydraulic pump and the required pressure generated on the large chamber side of the hydraulic cylinder and outputting a detection signal to the electronic control unit;

유압펌프의 토출압력과 유압실린더의 요구압력의 압력차이를 비교,판단하는 제3단계와,A third step of comparing and judging the pressure difference between the discharge pressure of the hydraulic pump and the required pressure of the hydraulic cylinder;

요구압력이 토출압력보다 큰 경우, 전기모터의 회전속도 제어와, 요구압력과 토출압력의 차이값에 의해 유압펌프의 토출유량을 연산후, 연산값에 대응되게 유압펌프의 사판경전각을 제어하여 유압펌프의 토출유량을 제어하고,If the required pressure is larger than the discharge pressure, the discharge speed of the hydraulic pump is calculated by controlling the rotational speed of the electric motor and the difference between the required pressure and the discharge pressure, and then the swash plate tilt angle of the hydraulic pump is controlled to correspond to the calculated value. To control the discharge flow rate of the hydraulic pump,

요구압력이 토출압력보다 작은 경우, 설정된 전기모터의 회전속도를 낮추어 유압펌프의 토출유량을 줄이도록 제어하는 제4단계와,A fourth step of controlling to reduce the discharge flow rate of the hydraulic pump by lowering the rotation speed of the set electric motor when the required pressure is smaller than the discharge pressure;

유압실린더의 신장구동되는 속도를 줄여 신장구동을 정지시키는 제5단계와,A fifth step of stopping the extension driving by reducing the speed at which the hydraulic cylinder is driven;

정,역 방향으로 구동가능한 전기모터의 구동방향 전환 여부를 판단하는 제6단계와,A sixth step of determining whether the driving direction of the electric motor which can be driven in the forward and reverse directions is changed;

전기모터의 구동방향을 전환시킬 경우, 유압실린더를 수축구동시키며, 분기밸브를 절환시키도록 제어신호를 출력하고,When switching the driving direction of the electric motor, the hydraulic cylinder is contracted and driven, and a control signal is output to switch the branch valve.

전기모터의 구동방향을 전환시키지 않을 경우 종료시키는 제7단계와,A seventh step of terminating if the driving direction of the electric motor is not changed;

유압실린더의 수축구동시 분기밸브를 통해 귀환되는 작동유에 의해 유압모터의 구동 여부를 판단하는 제8단계와,An eighth step of determining whether the hydraulic motor is driven by the hydraulic oil returned through the branch valve when the hydraulic cylinder is contracted and driven;

수축구동되는 유압실린더로부터의 작동유에 의해 유압모터를 구동시킬 경우, 유압모터에 의해 발전기를 구동시켜 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환시켜 배터리에 충전시키고,When the hydraulic motor is driven by the hydraulic oil from the hydraulic cylinder that is shrink-driven, the generator is driven by the hydraulic motor to convert the generated electric energy into a DC current to charge the battery.

수축구동되는 유압실린더로부터의 작동유에 의해 유압모터를 구동시키지 않을 경우, 유압실린더의 수축구동되는 속도를 줄여 수축구동을 정지시키는 제9단계를 포함한다.When the hydraulic motor is not driven by the hydraulic oil from the hydraulic cylinder that is shrink-driven, the ninth step of reducing the contraction-driven speed of the hydraulic cylinder is stopped.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 유압펌프와 유압실린더사이의 공급측 및 귀환측 유로에 각각 설치되고, 전기모터 및 유압펌프의 구동 정지시 작동유 역류되는 것을 방지하는 파일럿 체크밸브를 포함한다.According to a preferred embodiment, a pilot check valve is provided in each of the supply side and the return side flow paths between the hydraulic pump and the hydraulic cylinder, and prevents the hydraulic oil backflow when the electric motor and the hydraulic pump are stopped.

전술한 유압실린더의 라지챔버측 유로에 설치되고, 유압실린더의 신축 구동시 작동유의 압력을 계측하여 검출신호를 전자제어부에 출력하는 압력센서를 포함한다.And a pressure sensor provided in the large chamber side flow path of the above-described hydraulic cylinder, which measures the pressure of the hydraulic oil during expansion and contraction operation of the hydraulic cylinder and outputs a detection signal to the electronic control unit.

전술한 배터리에 접속되고, 컨버터로부터 배터리에 대해 과잉 충전 또는 방전으로 인해 열화되는 것을 방지하는 콘덴서를 포함한다.And a capacitor connected to the aforementioned battery and preventing deterioration due to overcharge or discharge from the converter to the battery.

전술한 전자제어부로부터 제어신호 입력시, 입력되는 신호값에 대응되게 유압펌프의 사판 경전각을 제어하여 토출유량을 제어하는 전자비례감압밸브를 포함한다.When the control signal is input from the above-described electronic controller, the electronic proportional pressure reducing valve controls the swash plate tilt angle of the hydraulic pump so as to correspond to the input signal value.

전술한 유압펌프와 유압실린더사이의 공급측 및 귀환측 유로에 각각 분기접속되는 유로에 설치되고, 유압실린더의 라지챔버와 스몰챔버의 단면적 차이에 따라 부족한 작동유를 보충하여 유압실린더에 공급하고, 여분의 작동유는 유압탱크로 귀환시키는 방향절환밸브를 포함한다.It is installed in the flow path branched to the supply side and the return side flow path between the above-mentioned hydraulic pump and the hydraulic cylinder, respectively, and supplements the insufficient hydraulic fluid according to the cross sectional area of the large chamber and the small chamber of the hydraulic cylinder, and supplies to the hydraulic cylinder. The hydraulic fluid includes a directional valve for returning to the hydraulic tank.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템은 아래와 같은 이점을 갖는다.As described above, the energy saving hydraulic system according to the embodiment of the present invention has the following advantages.

전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 가변용량형 유압펌프로부터 유압실린더에 공급되는 작동유 량 및 흐름방향을 제어함에 따라(종래에는 방향제어밸브, 비례제어밸브 등에 의해 유압펌프로부터 유압실린더에 공급되는 작동유의 량 및 흐름방향을 제어함), 유압라인의 구성을 간단화하여 원가비용 및 유지비용을 절감할 수 있다.By controlling the operating flow rate and flow direction supplied from the variable displacement hydraulic pump to the hydraulic cylinder according to the rotational direction and speed of the electric motor (formerly, the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump to the hydraulic cylinder by a directional control valve, a proportional control valve, etc.). Control the quantity and flow direction), the cost and maintenance cost can be reduced by simplifying the configuration of the hydraulic line.

또한, 부하가 가해진 유압실린더의 수축구동시에 귀환되는 유량으로서 유압모터 및 발전기를 구동시켜 유압에너지를 전기에너지로 변환시킴에 따라, 에너지를 회생시켜 전기모터의 구동시 재생시킴에 따라 에너지를 대폭 절감할 수 있다.In addition, as the flow rate is returned when the hydraulic cylinder is loaded, the hydraulic motor and the generator are driven to convert hydraulic energy into electrical energy. Thus, energy is regenerated and regenerated when the electric motor is driven. can do.

또한, 작업시(유압실린더의 구동시)에만 전기모터에 의해 유압펌프를 구동시켜 작동유를 유압실린더에 공급하므로(종래에는 장비의 작업모드와 무관하게 엔진은 계속 구동됨) 에너지 손실을 최소화할 수 있다.In addition, the hydraulic pump is driven by the electric motor only during operation (when the hydraulic cylinder is driven) to supply hydraulic oil to the hydraulic cylinder (in the past, the engine continues to run regardless of the working mode of the equipment) to minimize energy loss. have.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, which are intended to describe in detail enough to enable those skilled in the art to easily practice the invention, and therefore It does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템은,As shown in Figures 1 to 3, the energy-saving hydraulic system according to an embodiment of the present invention,

외부로부터 제어신호 입력에 따라 정,역방향으로 구동되는 전기모터(10)와,The electric motor 10 is driven in the forward and reverse directions according to the control signal input from the outside,

전기모터(10)에 연결되고 정,역 방향으로 구동되는 가변용량형 유압펌프(9)와,A variable displacement hydraulic pump 9 connected to the electric motor 10 and driven in the forward and reverse directions,

유압펌프(9)의 유로에 설치되고, 전기모터(10)의 회전방향 및 속도에 따라 구동되는 유압펌프(9)로부터 토출되는 작동유에 의해 신축구동되는 유압실린더(1)와,A hydraulic cylinder (1) installed in the flow path of the hydraulic pump (9) and stretched and driven by hydraulic oil discharged from the hydraulic pump (9) driven according to the rotational direction and speed of the electric motor (10);

유압펌프(9)와 유압실린더(1)(유압실린더(1)의 라지챔버(1a)측을 말함)사이의 유로에 설치되고, 외부로부터의 제어신호 입력에 따라 내부 스풀이 절환되는 분기밸브(3)와,Branch valves are installed in the flow path between the hydraulic pump 9 and the hydraulic cylinder 1 (refering to the large chamber 1a side of the hydraulic cylinder 1), and the internal spool is switched in accordance with the control signal input from the outside ( 3) with,

유압실린더(1)로부터 분기밸브(3)를 통해 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터(17)와,A hydraulic motor 17 driven by hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder 1 through the branch valve 3,

유압모터(17)에 축연결되는 발전기(16)(generator)와,A generator 16 (generator) axially connected to the hydraulic motor 17,

발전기(16)에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환시키는 컨버터(15)(converter)와,A converter 15 for converting the electrical energy generated by the generator 16 into a direct current;

컨버터(15)에 의해 변환되는 직류전류를 충전시키는 배터리(14)와,A battery 14 for charging the DC current converted by the converter 15,

외부로부터 신호 입력에 따라 분기밸브(3) 및 전기모터(10)를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 전자제어부(12)(ECU)를 포함하여,Including an electronic control unit 12 (ECU) for outputting a control signal to drive the branch valve 3 and the electric motor 10 in accordance with a signal input from the outside,

부하압력이 가해진 유압실린더(1)의 수축구동시, 전자제어부(12)로터의 제어신호에 따라 분기밸브(3)의 절환시 유압실린더(1)로부터 분기밸브(3)를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터(17) 및 발전기(16)를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환후 배터리(14)에 충전시켜 전기모터(10)의 구동시 재생 사용한다.Hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder (1) via the branch valve (3) at the time of contraction of the hydraulic cylinder (1) to which the load pressure is applied, and the switching of the branch valve (3) in accordance with the control signal of the rotor of the electronic control unit (12). By driving the hydraulic motor 17 and the generator 16 to generate electrical energy, and converts the electrical energy into a direct current to charge the battery 14 is used to regenerate when driving the electric motor 10.

전술한 유압펌프(9)와 유압실린더(1)사이의 공급측 및 귀환측 유로에 각각 설치되고, 전기모터(10) 및 유압펌프(9)의 구동 정지시 작동유 역류되는 것을 방지하는 파일럿 체크밸브(6)를 포함한다.Pilot check valves are respectively provided on the supply side and the return side flow paths between the hydraulic pump 9 and the hydraulic cylinder 1 and prevent the hydraulic oil from flowing back when the electric motor 10 and the hydraulic pump 9 are stopped. 6).

전술한 유압실린더(1)의 라지챔버(1a)(large chamber)측 유로에 설치되고, 유압실린더(1)의 신축 구동시 작동유의 압력을 계측하여 전기적 검출신호를 전자제어부(12)에 출력하는 압력센서(2)를 포함한다.It is installed in the large chamber side flow path of the hydraulic cylinder 1 mentioned above, and measures the pressure of hydraulic fluid at the time of expansion-contraction driving of the hydraulic cylinder 1, and outputs an electrical detection signal to the electronic control part 12. FIG. And a pressure sensor 2.

전술한 배터리(14)에 접속되고, 컨버터(15)로부터 배터리(14)에 대해 과잉 충전 또는 방전으로 인해 열화되는 것을 방지하는 콘덴서(13)(capacitor)를 포함한다.And a capacitor 13 connected to the above-described battery 14 and preventing deterioration due to overcharging or discharging from the converter 15 to the battery 14.

전술한 전자제어부(12)로부터 제어신호 입력시, 입력되는 신호값(전류값)에 대응되게 유압펌프(9)의 사판 경전각을 제어하여 토출유량을 제어하는 전자비례감압밸브(19)를 포함한다.When the control signal input from the above-described electronic control unit 12, the electronic proportional pressure reducing valve 19 for controlling the discharge flow rate by controlling the swash plate tilt angle of the hydraulic pump 9 to correspond to the input signal value (current value) do.

전술한 유압펌프(9)와 유압실린더(1)사이의 공급측 및 귀환측 유로에 각각 분기접속되는 유로에 설치되고, 유압실린더(1)의 라지챔버(1a)와 스몰챔버(1b)의 단면적 차이에 따라 부족한 작동유를 보충하여 유압실린더(1)에 공급하고, 여분의 작동유는 유압탱크로 귀환시키는 방향절환밸브(8)를 포함한다.Differences in the cross-sectional area between the large chamber 1a and the small chamber 1b of the hydraulic cylinder 1 are provided in the flow passages branched to the supply side and the return side flow passages between the hydraulic pump 9 and the hydraulic cylinder 1 described above. In accordance with the present invention, the hydraulic fluid is supplied to the hydraulic cylinder 1, and the excess hydraulic oil includes a directional valve 8 for returning the hydraulic tank.

도면중 미 설명부호 4는 체크밸브이고, 5는 유압회로 내에 설정된 압력을 유지시켜 유압시스템 내의 유압부품을 보호하는 릴리프밸브이며, 7은 유압펌프(9)의 유로에 발생되는 부하에 따라 유량을 조절하는 스로틀밸브이며, 11은 유압탱크이며, 18은 파워서플라이(power supply)이다.In the figure, reference numeral 4 denotes a check valve, 5 denotes a relief valve for protecting hydraulic components in the hydraulic system by maintaining a set pressure in the hydraulic circuit, and 7 denotes a flow rate according to the load generated in the flow path of the hydraulic pump 9. Regulating throttle valve, 11 is hydraulic tank and 18 is power supply.

이하에서, 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템의 사용예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an example of the use of the energy-saving hydraulic system according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템의 사용상태도로서, 유압실린더의 신장구동시(유압실린더 아웃(out) 작동)를 나타내는 도면이다.FIG. 2 is a state diagram of an energy saving hydraulic system according to an exemplary embodiment of the present invention, which illustrates the operation of extending the hydraulic cylinder (hydraulic cylinder out operation).

도시된 바와 같이, 전술한 유압실린더(1)를 신장구동시키도록 전자제어부(12)로부터의 제어신호에 의해 파워서플라이(18)에 전원을 공급하고, 전기모터(10)에 전류가 공급되어 구동시킴에 따라, 전기모터(10)와 일체형으로 연결된 가변용량형 유압펌프(9)를 구동시킨다. 이때 유압펌프(9)는 전기모터(10)의 정,역 회전 제어신호에 따라 구동된다.As shown, power is supplied to the power supply 18 by a control signal from the electronic control unit 12 so as to extend and drive the hydraulic cylinder 1 described above, and a current is supplied to the electric motor 10 to be driven. As a result, the variable displacement hydraulic pump 9 integrally connected with the electric motor 10 is driven. At this time, the hydraulic pump 9 is driven according to the forward and reverse rotation control signals of the electric motor 10.

유압펌프(9)로부터 토출되는 작동유에 의해 유압시스템 내에 설정된 압력이 형성되고, 이때 발생되는 압력에 따라 부족되는 작동유 량은 방향절환밸브(8)가 파 일럿 압력을 따라 유로를 달리하여 유압탱크(1)와 유압펌프(9)의 유로를 연결하므로, 부족한 작동유를 공급할 수 있다.The hydraulic pressure set in the hydraulic system is formed by the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 9, and the operating oil amount that is insufficient according to the generated pressure is changed by the direction switching valve 8 along the pilot pressure to change the hydraulic tank ( 1) and the flow path of the hydraulic pump 9 is connected, it is possible to supply insufficient hydraulic fluid.

유압펌프(9)로부터 유압실린더(1)의 라지챔버(1a)(large chamber)에 공급되는 작동유에 의해 유압실린더(1)는 신장구동 된다. 동시에 유압실린더(1)의 스몰챔버(1b)(small chamber)로부터 귀환되는 작동유는 유압펌프(9)를 경유하여 라지챔버(1a)에 공급된다. 이때 유압실린더(1)로부터 귀환되는 작동유는 스로틀밸브(7)를 경유하여 미터아웃 원리에 의한 유압시스템에 의해 유압실린더(1)의 구동속도에 따라 조절된다.The hydraulic cylinder 1 is extended and driven by the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump 9 to the large chamber 1a of the hydraulic cylinder 1. At the same time, the hydraulic oil returned from the small chamber 1b (small chamber) of the hydraulic cylinder 1 is supplied to the large chamber 1a via the hydraulic pump 9. At this time, the hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder (1) is adjusted according to the driving speed of the hydraulic cylinder (1) by the hydraulic system based on the meter-out principle via the throttle valve (7).

전술한 파일럿 체크밸브(6)는 유압펌프(9)의 토출유로에 형성되는 작동유의 압력에 의해 개방된 상태를 유지한다.The pilot check valve 6 described above is kept open by the pressure of the hydraulic oil formed in the discharge passage of the hydraulic pump 9.

한편, 사용자에 의해 전자제어부(12)에 유압실린더(1)의 구동신호를 인가하지 않을 경우에는 파일럿 체크밸브(6)가 닫힌 상태를 유지함에 따라, 유압실린더(1)가 중립상태를 유지하도록 작동유의 흐름을 제한하게 된다.On the other hand, when the drive signal of the hydraulic cylinder 1 is not applied to the electronic control unit 12 by the user, the pilot check valve 6 is kept closed, so that the hydraulic cylinder 1 is maintained in a neutral state. It will limit the flow of hydraulic fluid.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템의 제2사용상태도로서, 유압실린더의 수축구동시(유압실린더의 인(in) 작동)를 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing a second state of use of the energy saving hydraulic system according to the embodiment of the present invention, which shows the contraction operation of the hydraulic cylinder (in hydraulic operation of the hydraulic cylinder).

도시된 바와 같이, 전술한 유압실린더(1)를 수축구동시키도록 제어신호를 전자제어부(12)에 입력시킴에 따라, 전기모터(10)의 구동으로 인해 가변용량형 유압펌프(9)를 구동시킨다. 이로 인해 유압펌프(9)로부터 토출되는 작동유가 유압실린더(1)의 스몰챔버(1b)에 공급됨에 따라 유압실린더(1)를 수축구동시킨다.As shown in the drawing, as a control signal is inputted to the electronic control unit 12 so as to deflate and drive the above-described hydraulic cylinder 1, the variable displacement hydraulic pump 9 is driven due to the driving of the electric motor 10. Let's do it. As a result, the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump 9 is supplied to the small chamber 1b of the hydraulic cylinder 1 so as to shrink-drive the hydraulic cylinder 1.

이때, 유압실린더(1)의 라지챔버(1a)측의 유로에 설치된 압력센서(2)에 의해 라지챔버(1a)측 요구압력(Psensor)을 측정하여 검출신호를 전자제어부(12)에 출력한다.At this time, the pressure sensor 2 provided in the flow path of the large chamber 1a side of the hydraulic cylinder 1 measures the required pressure Psensor of the large chamber 1a side, and outputs a detection signal to the electronic control unit 12. .

이때, 유압실린더(1)를 구동시키는 가변용량형 유압펌프(9)의 토출압력(Pref)이 유압실린더(1)의 라지챔버(1a)측 요구압력(Psensor)보다 상대적으로 큰 경우(유압실린더(1)에 무부하 또는 경부하가 발생되는 경우), 전자제어부(12)에서는 유압실린더(1)가 무부하 또는 경부하 상태에서 수축구동되는 것으로 판단하여 분기밸브(3)에 내부 스풀을 절환시키도록 제어신호를 출력하지 않는다.At this time, when the discharge pressure Pref of the variable displacement hydraulic pump 9 which drives the hydraulic cylinder 1 is relatively larger than the required pressure Psensor of the large chamber 1a side of the hydraulic cylinder 1 (hydraulic cylinder When no load or light load is generated in (1), the electronic control unit 12 determines that the hydraulic cylinder 1 is shrink-driven under no load or light load, and switches the internal spool to the branch valve 3. Control signal is not output.

즉, 수축구동되는 유압실린더(1)에 경부하, 무부하가 발생되는 경우, 가변용량형 유압펌프(9)의 토출유량을 제어하지 않고, 전기모터(10)의 설정된 회전속도를 줄여 유압펌프(9)의 토출유량을 조절함에 따라 유압실린더(1)의 구동속도를 제어할 수 있다.That is, when light loads and no loads are generated in the hydraulic cylinder 1 to be contracted and driven, the hydraulic pumps may be reduced by reducing the set rotational speed of the electric motor 10 without controlling the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump 9. By adjusting the discharge flow rate of 9) it is possible to control the drive speed of the hydraulic cylinder (1).

한편, 가변용량형 유압펌프(9)의 토출압력(Pref)이 유압실린더(1)의 라지챔버(1a)측 요구압력(Psensor)보다 상대적으로 작은 경우(유압실린더(1)에 중부하가 발생되는 경우), 전자제어부(12)에서는 유압실린더(1)가 중부하 상태에서 수축구동되는 것으로 판단하여 전기모터(10)의 회전속도를 제어하고, 유압실린더(1)의 요구압력(Psensor)과 유압펌프(9)의 토출압력(Pref) 차이(△P= Psensor - Pref)에 따라 유압펌프(9)의 토출압력을 제어하게 된다.On the other hand, when the discharge pressure Pref of the variable displacement hydraulic pump 9 is relatively smaller than the required pressure Psensor of the large chamber 1a side of the hydraulic cylinder 1 (heavy load is generated in the hydraulic cylinder 1). And the electronic controller 12 determines that the hydraulic cylinder 1 is contracted and driven in a heavy load state, thereby controlling the rotational speed of the electric motor 10, and the required pressure Psensor of the hydraulic cylinder 1. The discharge pressure of the hydraulic pump 9 is controlled according to the difference in the discharge pressure Pref of the hydraulic pump 9 (ΔP = Psensor-Pref).

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템을 제어하는 방법 을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of controlling an energy saving hydraulic system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 전술한 유압실린더(1)를 신축구동시키기 위해 제어신호를 전자제어부(12)에 입력시킴에 따라, 전자제어부(12)로부터의 제어신호에 의해 전기모터(10)가 구동되고, 전기모터(10)에 연결된 가변용량형 유압펌프(9)를 구동시킨다(S100 참조).As shown, the electric motor 10 is driven by the control signal from the electronic control unit 12 by inputting the control signal to the electronic control unit 12 to stretch-drive the hydraulic cylinder 1 described above. , Drives a variable displacement hydraulic pump 9 connected to the electric motor 10 (see S100).

전술한 유압실린더(1)의 라지챔버(1a)측의 유로에 설치된 압력센서(2)에 의해 라지챔버(1a)에 발생되는 요구압력(Psensor)과, 유압펌프(9)의 토출압력(Pref)을 측정하여 검출신호를 전자제어부(12)에 출력한다(S200 참조).The required pressure Psensor generated in the large chamber 1a by the pressure sensor 2 provided in the flow path of the large chamber 1a side of the hydraulic cylinder 1 described above, and the discharge pressure Pref of the hydraulic pump 9. ) And output the detection signal to the electronic control unit 12 (see S200).

유압펌프(9)의 토출압력과 유압실린더(1)의 요구압력의 압력차이(△P= Psensor - Pref)를 비교,판단한다(S300 참조).The pressure difference (ΔP = Psensor-Pref) between the discharge pressure of the hydraulic pump 9 and the required pressure of the hydraulic cylinder 1 is compared and judged (see S300).

즉, 유압실린더(1)의 요구압력(Psensor)이 유압펌프(9)의 토출압력(Pref)보다 상대적으로 큰 경우에(Psensor 〉Pref), 전자제어부(12)에서는 유압실린더(1)에 중부하가 발생된 것으로 판단하여 다음 단계(400A)로 진행한다.That is, when the required pressure Psensor of the hydraulic cylinder 1 is relatively larger than the discharge pressure Pref of the hydraulic pump 9 (Psensor > Pref), the electronic controller 12 has a central portion in the hydraulic cylinder 1. It is determined that the bottom has occurred, and proceeds to the next step 400A.

반면에, 유압실린더(1)의 요구압력(Psensor)이 유압펌프(9)의 토출압력(Pref)보다 상대적으로 작은 경우에는(Psensor 〈 Pref), 전자제어부(12)에서는 유압실린더(1)에 경부하 또는 무부하가 발생된 것으로 판단하여 S400B로 진행한다.On the other hand, when the required pressure Psensor of the hydraulic cylinder 1 is relatively smaller than the discharge pressure Pref of the hydraulic pump 9 (Psensor < Pref), the electronic control unit 12 applies to the hydraulic cylinder 1 It is determined that light load or no load has occurred and the process proceeds to S400B.

제3단계(S300)에서 유압실린더(1)에 중부하가 발생된 것으로 판단된 경우 에(Psensor 〉Pref), 전기모터(10)의 일정한 회전속도 제어와, 유압실린더(1)의 요구압력과 유압펌프(9)의 토출압력의 차이값에 의해 유압펌프(9)의 토출유량을 연산한다.When it is determined that the heavy load is generated in the hydraulic cylinder 1 in the third step (S300) (Psensor> Pref), the constant rotation speed control of the electric motor 10, and the required pressure of the hydraulic cylinder (1) The discharge flow rate of the hydraulic pump 9 is calculated based on the difference value of the discharge pressure of the hydraulic pump 9.

가변용량형 유압펌프(9)의 토출유량을 조절할 수 있도록 유압펌프(9)의 사판경전각을 제어하는 전자비례감압밸브(19)에 인가되는 전류값을 연산한다. 이때 유압펌프(9)의 토출압력과 유압실린더(1)의 요구압력의 압력차이(△P= Psensor - Pref)를 비례미분 연산하여 전류값을 연산한다.The current value applied to the electromagnetic proportional pressure reducing valve 19 for controlling the swash plate tilt angle of the hydraulic pump 9 is calculated so that the discharge flow rate of the variable displacement hydraulic pump 9 can be adjusted. At this time, the pressure difference (ΔP = Psensor-Pref) between the discharge pressure of the hydraulic pump 9 and the required pressure of the hydraulic cylinder 1 is calculated in proportional derivative to calculate the current value.

즉 u(t) = (Kp × e(t)) + (Kd × de(t)/dt)U (t) = (Kp × e (t)) + (Kd × de (t) / dt)

이때, "Kp"는 비례이득이고, "Kd"는 미분이득이며, "e(t)"는 유압실린더(1)의 요구압력(Psensor)과 가변형 유압펌프(9)의 토출압력(Pref)이며, "u(t)"는 전술한 압력의 차이값(△P= Psensor - Pref)을 조정하는 조작값으로 전자비례감압밸브(19)에 인가되는 전류량이다.At this time, "Kp" is proportional gain, "Kd" is differential gain, "e (t)" is the required pressure (Psensor) of the hydraulic cylinder (1) and the discharge pressure (Pref) of the variable hydraulic pump (9) , "u (t)" is an operation value for adjusting the difference value (ΔP = Psensor-Pref) of the pressure described above, and is an amount of current applied to the electromagnetic proportional pressure reducing valve 19.

전자제어부(12)에서 연산된 전류값에 대응되게 출력되는 제어신호에 의해 유압펌프(9)의 사판경전각을 제어하여 유압펌프(9)의 토출유량을 제어한다(S400A 참조).The swash plate tilt angle of the hydraulic pump 9 is controlled by a control signal output corresponding to the current value calculated by the electronic controller 12 to control the discharge flow rate of the hydraulic pump 9 (see S400A).

한편, 제3단계(S300)에서 유압실린더(1)에 무부하 또는 경부하가 발생된 것으로 판단된 경우(Psensor 〈 Pref), 설정된 전기모터(10)의 회전속도를 낮추어 유압펌프(9)의 토출유량을 줄이도록 제어한다(S400B 참조). 이때에는 유압펌프(9)의 토출유량을 조절할 수 있도록 유압펌프(9)의 사판경전각을 제어하는 전자비례감압밸브(19)에 전자제어부(12)로부터 제어신호가 출력되지 않는다. 또한 전자제어 부(12)로부터 분기밸브(3)에 절환용 제어신호가 인가되지 않는다.On the other hand, when it is determined that no load or light load is generated in the hydraulic cylinder 1 in the third step (S300) (Psensor <Pref), the discharge speed of the hydraulic pump 9 is lowered by lowering the rotational speed of the set electric motor 10. Control to reduce the flow rate (see S400B). At this time, the control signal is not output from the electronic controller 12 to the electromagnetic proportional pressure reducing valve 19 for controlling the swash plate tilt angle of the hydraulic pump 9 so that the discharge flow rate of the hydraulic pump 9 can be adjusted. In addition, a switching control signal is not applied from the electronic control unit 12 to the branch valve 3.

유압실린더(1)의 신장구동(유압실린더(1)의 아웃(out) 작동)되는 속도를 줄여 신장구동을 정지시킨다(S500 참조).The extension driving of the hydraulic cylinder 1 is reduced (the out operation of the hydraulic cylinder 1 is reduced) to stop the extension driving (see S500).

정,역 방향으로 구동가능한 전기모터(10)의 구동방향 전환 여부를 판단한다(S600 참조).It is determined whether the driving direction of the electric motor 10 which can be driven in the forward and reverse directions is changed (see S600).

즉 전기모터(10)의 구동방향을 전환시킬 경우, 유압실린더(1)를 수축구동(유압실린더의 인(in) 작동)시키는 다음 단계(S700)로 진행하고, 전기모터(10)의 구동방향을 전환시키지않을 경우에는 종료시킨다.In other words, when the driving direction of the electric motor 10 is changed, the hydraulic cylinder 1 proceeds to the next step (S700) of shrinkage driving (in hydraulic operation of the hydraulic cylinder), and the driving direction of the electric motor 10. If you do not switch the function, terminate it.

제6단계(S600)에서 정,역 회전되는 전기모터(10)의 구동방향을 전환시킬 경우, 유압실린더(1)를 수축구동시키며, 분기밸브(3)에 이의 스풀을 절환시키도록 전자제어부(12)로부터 제어신호를 출력한다(S700 참조).When the driving direction of the electric motor 10 which is rotated forward and reverse in the sixth step S600 is switched, the hydraulic cylinder 1 is contracted and driven to switch the spool to the branch valve 3. A control signal is outputted from 12) (see S700).

유압실린더(1)의 수축구동시 분기밸브(3)를 통해 귀환되는 작동유에 의해 유압모터(17)의 구동 여부를 판단한다(S800 참조).When the hydraulic cylinder 1 is contracted and driven, it is determined whether the hydraulic motor 17 is driven by the hydraulic oil returned through the branch valve 3 (see S800).

즉 분기밸브(3)를 통해 귀환되는 작동유에 의해 유압모터(17)를 구동시키는 경우 유압에너지를 전기에너지를 변환시키는 다음 단계(S900A)로 진행한다. 반면에 유압모터(17)를 구동시키지않을 경우에 유압실린더(1)의 수축구동을 정지시키는 단 계(S900B)로 진행한다.That is, when driving the hydraulic motor 17 by the operating oil returned through the branch valve (3) proceeds to the next step (S900A) for converting the hydraulic energy into electrical energy. On the other hand, when the hydraulic motor 17 is not driven, the process proceeds to step S900B of stopping the shrinkage driving of the hydraulic cylinder 1.

제8단계(S800)에서 유압실린더(1)로부터 분기밸브(3)를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터(17)를 구동시킬 경우, 유압모터(17)에 축연결된 발전기(16)를 구동시켜 전기에너지를 생성한다. 발전기(16)에 의해 생성되는 교류전류를 컨버터(15)에 의해 직류전류로 변환시킨다. 컨버터(15)에 의해 변환된 직류전류를 전기모터(10) 구동시 재생시킬 수 있도록 배터리(14)에 충전시킨다(S900A 참조).When the hydraulic motor 17 is driven by the hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder 1 via the branch valve 3 in the eighth step S800, the generator 16 axially connected to the hydraulic motor 17 is driven. To generate electrical energy. The alternating current generated by the generator 16 is converted into a direct current by the converter 15. The DC current converted by the converter 15 is charged in the battery 14 to be reproduced when the electric motor 10 is driven (see S900A).

반면에, 유압실린더(1)로부터 분기밸브(3)를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터(17)를 구동시키지 않을 경우, 유압실린더(1)의 수축구동되는 속도를 줄여 수축구동을 정지시킨다(S900B 참조).On the other hand, when the hydraulic motor 17 is not driven by the hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder 1 via the branch valve 3, the shrinkage driving speed of the hydraulic cylinder 1 is reduced to stop the shrinkage driving. (See S900B).

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템은,As described above, the energy-saving hydraulic system according to an embodiment of the present invention,

굴삭기 등의 작업모드(유압실린더(1)의 구동시)에서만 전기모터(10)를 구동시킴에 따라 에너지 손실을 대폭적으로 줄이고, 중부하 작업시에 전기모터(10)의 일정한 회전속도 제어와 유압펌프(9)의 사판경전각을 제어하여 유압펌프(9)의 토출유량을 조절하므로 부하에 따라 유압실린더(1)의 구동을 제어할 수 있다.By driving the electric motor 10 only in an operation mode such as an excavator (when driving the hydraulic cylinder 1), energy loss is greatly reduced, and the constant rotational speed control and hydraulic pressure of the electric motor 10 during heavy work Since the discharge flow rate of the hydraulic pump 9 is adjusted by controlling the swash plate tilt angle of the pump 9, the driving of the hydraulic cylinder 1 can be controlled according to the load.

또한, 전기모터의 정,역회전 방향 및 속도를 제어하여 유압펌프를 구동시킴에 따라(종래에는 방향절환밸브 및 비례제어밸브를 사용함) 유압회로를 간단화할 수 있다.In addition, the hydraulic circuit can be simplified by controlling the forward and reverse rotation directions and the speed of the electric motor to drive the hydraulic pump (in the past, using a directional valve and a proportional control valve).

또한, 부하가 가해진 유압실린더(1)의 수축구동시 유압실린더(1)로부터 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터(17) 및 발전기(16)에 의해 유압에너지를 전기에너지로 변환시켜 배터리(14)에 충전시킨 후, 전기모터(10) 구동시 재생시킴에 따라 에너지를 절감할 수 있다.In addition, the hydraulic motor 17 and the generator 16 driven by the hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder 1 at the time of shrinkage driving of the hydraulic cylinder 1 to which the load is applied convert the hydraulic energy into electrical energy to the battery 14. After charging to), the energy can be saved by regeneration when driving the electric motor (10).

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템을 나타내는 유압회로도,1 is a hydraulic circuit diagram showing an energy-saving hydraulic system according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템의 제1사용상태도로서, 유압실린더의 신장구동시를 나타내는 도면,2 is a diagram showing a first use state diagram of an energy saving hydraulic system according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템의 제2사용상태도로서, 유압실린더의 수축구동시를 나타내는 도면,3 is a view showing a second use state of the energy-saving hydraulic system according to the embodiment of the present invention, which shows the contraction operation of the hydraulic cylinder;

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 에너지 절감형 유압시스템을 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of controlling an energy saving hydraulic system according to an exemplary embodiment of the present invention.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명* Explanation of symbols used in the main part of the drawing

1; 유압실린더One; Hydraulic cylinder

2; 압력센서2; Pressure sensor

3; 분기밸브3; Branch valve

6; 파일럿 체크밸브6; Pilot Check Valve

8; 방향절환밸브8; Directional Valve

9; 가변용량형 유압펌프9; Variable displacement hydraulic pump

10; 전기모터10; Electric motor

12; 전자제어부(ECU)12; Electronic control unit (ECU)

13; 콘덴서13; Condenser

14; 배터리14; battery

15; 컨버터15; Converter

16; 발전기16; generator

17; 유압모터17; Hydraulic motor

Claims (7)

외부로부터 제어신호 입력에 따라 정,역방향으로 구동되는 전기모터, 상기 전기모터에 연결되고 정,역 방향으로 구동되는 가변용량형 유압펌프;An electric motor driven in a forward and reverse direction according to a control signal input from the outside, and a variable displacement hydraulic pump connected to the electric motor and driven in a forward and reverse direction; 상기 유압펌프의 유로에 설치되고, 상기 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 구동되는 유압펌프로부터의 작동유에 의해 신축구동되는 유압실린더;A hydraulic cylinder installed in a flow path of the hydraulic pump and expanded and driven by hydraulic oil from the hydraulic pump driven according to the rotational direction and speed of the electric motor; 상기 유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 설치되고, 외부로부터의 제어신호 입력에 따라 내부 스풀이 절환되는 분기밸브;A branch valve installed in the flow path between the hydraulic pump and the hydraulic cylinder, the branch spool being switched according to a control signal input from the outside; 상기 유압실린더로부터 분기밸브를 통해 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터, 상기 유압모터에 축연결되는 발전기;A hydraulic motor driven by hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder through a branch valve, and a generator axially connected to the hydraulic motor; 상기 발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환 후 재생할 수 있도록 배터리에 충전시키는 충전수단; 및Charging means for charging the battery to be regenerated after converting the electrical energy generated by the generator into a direct current; And 외부로부터 신호 입력에 따라 분기밸브 및 전기모터를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 전자제어부를 포함하여,Including an electronic control unit for outputting a control signal to drive the branch valve and the electric motor in accordance with the signal input from the outside, 부하압력이 가해진 유압실린더의 수축구동시, 상기 전자제어부로터의 제어신호에 따라 분기밸브의 절환시 상기 유압실린더로부터 분기밸브를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환후 배터리에 충전시켜 상기 전기모터의 구동시 재생하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 유압시스템.When the hydraulic cylinder under load pressure is contracted and driven, the hydraulic motor and generator are driven by hydraulic oil returned from the hydraulic cylinder via the branch valve when the branch valve is switched according to the control signal of the electronic control unit rotor to generate electric energy. And converting the electric energy into a DC current and charging the battery to regenerate the electric motor when the electric motor is driven. 청구항 1에 있어서, 상기 유압펌프와 유압실린더사이의 공급측 및 귀환측 유로에 각각 설치되고, 상기 전기모터 및 유압펌프의 구동 정지시 작동유 역류되는 것을 방지하는 파일럿 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 유압시스템.The energy supply system of claim 1, further comprising a pilot check valve disposed at a supply side and a return side flow path between the hydraulic pump and the hydraulic cylinder, and preventing a hydraulic oil backflow when the electric motor and the hydraulic pump are stopped. Reduced hydraulic system. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 유압실린더의 라지챔버측 유로에 설치되고, 유압실린더의 신축 구동시 작동유의 압력을 계측하여 검출신호를 상기 전자제어부에 출력하는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 유압시스템.The pressure sensor of claim 1 or 2, further comprising: a pressure sensor provided in the large chamber side flow path of the hydraulic cylinder, the pressure sensor measuring the pressure of the hydraulic oil during expansion and contraction operation of the hydraulic cylinder and outputting a detection signal to the electronic control unit. Energy-saving hydraulic system. 청구항 3에 있어서, 상기 배터리에 접속되고, 상기 컨버터로부터 배터리에 대해 과잉 충전 또는 방전으로 인해 열화되는 것을 방지하는 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 유압시스템.4. The energy saving hydraulic system according to claim 3, comprising a condenser connected to said battery and preventing deterioration due to overcharge or discharge from said converter to said battery. 청구항 4에 있어서, 상기 전자제어부로부터 제어신호 입력시, 입력되는 신호값에 대응되게 상기 유압펌프의 사판 경전각을 제어하여 토출유량을 제어하는 전자 비례감압밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 유압시스템.The energy saving type of claim 4, further comprising an electronic proportional pressure reducing valve controlling the discharge flow rate by controlling the swash plate tilt angle of the hydraulic pump so as to correspond to the input signal value when the control signal is input from the electronic controller. Hydraulic system. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서, 상기 유압펌프와 유압실린더사이의 공급측 및 귀환측 유로에 각각 분기접속되는 유로에 설치되고, 상기 유압실린더의 라지챔버와 스몰챔버의 단면적 차이에 따라 부족한 작동유를 보충하여 유압실린더에 공급하고, 여분의 작동유는 유압탱크로 귀환시키는 방향절환밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 유압시스템.The hydraulic oil supply system according to claim 4 or 5, wherein the hydraulic oil is provided in a flow passage branched to a supply side and a return side flow path between the hydraulic pump and the hydraulic cylinder, respectively, and supplements the insufficient hydraulic fluid according to the cross sectional area difference between the large chamber and the small chamber of the hydraulic cylinder. Energy-saving hydraulic system, characterized in that it comprises a directional valve to supply to the hydraulic cylinder, the excess hydraulic fluid is returned to the hydraulic tank. 전기모터, 전기모터에 연결되어 정,역 방향으로 구동되는 가변용량형 유압펌프, 유압펌프의 유로에 설치되는 유압실린더, 유압펌프와 유압실린더사이의 유로에 설치되는 분기밸브, 유압실린더로부터의 작동유에 의해 구동되는 유압모터 및 발전기, 발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리에 충전시키는 컨버터, 외부로부터 신호 입력에 따라 분기밸브 및 전기모터를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 전자제어부를 포함하는 에너지 절감형 유압시스템에 있어서:An electric motor, a variable displacement hydraulic pump connected to the electric motor and driven in the forward and reverse directions, a hydraulic cylinder installed in the flow path of the hydraulic pump, a branch valve installed in the flow path between the hydraulic pump and the hydraulic cylinder, and hydraulic oil from the hydraulic cylinder Hydraulic motor driven by a generator and a generator, a converter for converting the electrical energy generated by the generator into a direct current to charge the battery, an electronic control unit for outputting a control signal to drive the branch valve and the electric motor according to the signal input from the outside In the energy-saving hydraulic system comprising: 상기 전자제어부로부터의 제어신호에 의해 구동되는 상기 전기모터에 의해 유압펌프를 구동시키는 제1단계;A first step of driving a hydraulic pump by the electric motor driven by a control signal from the electronic controller; 상기 유압펌프의 실제 토출압력과, 상기 유압실린더의 라지챔버측에 발생되는 요구압력을 측정하여 검출신호를 전자제어부에 출력하는 제2단계;A second step of measuring the actual discharge pressure of the hydraulic pump and the required pressure generated on the large chamber side of the hydraulic cylinder and outputting a detection signal to the electronic control unit; 상기 유압펌프의 토출압력과 상기 유압실린더의 요구압력의 압력차이를 비교판단하는 제3단계;A third step of comparing the pressure difference between the discharge pressure of the hydraulic pump and the required pressure of the hydraulic cylinder; 상기 요구압력이 토출압력보다 큰 경우, 상기 전기모터의 회전속도 제어와 상기 요구압력과 토출압력의 차이값에 의해 유압펌프의 토출유량을 연산후, 연산값에 대응되게 유압펌프의 사판경전각을 제어하여 유압펌프의 토출유량을 제어하고,When the required pressure is larger than the discharge pressure, the discharge flow rate of the hydraulic pump is calculated based on the rotational speed control of the electric motor and the difference between the required pressure and the discharge pressure, and then the swash plate tilt angle of the hydraulic pump is set to correspond to the calculated value. Control the discharge flow rate of the hydraulic pump, 상기 요구압력이 토출압력보다 작은 경우, 설정된 전기모터의 회전속도를 낮추어 유압펌프의 토출유량을 줄이도록 제어하는 제4단계;A fourth step of controlling to reduce the discharge flow rate of the hydraulic pump by lowering the rotation speed of the set electric motor when the required pressure is smaller than the discharge pressure; 상기 유압실린더의 신장구동되는 속도를 줄여 신장구동을 정지시키는 제5단계;A fifth step of stopping the stretch driving by reducing the speed at which the hydraulic cylinder is stretched and driven; 정,역 방향으로 구동가능한 상기 전기모터의 구동방향 전환 여부를 판단하는 제6단계;Determining whether the driving direction of the electric motor capable of driving in the forward and reverse directions is changed; 상기 전기모터의 구동방향을 전환시킬 경우, 상기 유압실린더를 수축구동시키며, 상기 분기밸브를 절환시키도록 제어신호를 출력하고,When the driving direction of the electric motor is changed, the hydraulic cylinder is contracted and driven, and a control signal is output to switch the branch valve. 상기 전기모터의 구동방향을 전환시키지 않을 경우 종료시키는 제7단계;A seventh step of terminating if the driving direction of the electric motor is not changed; 상기 유압실린더의 수축구동시 분기밸브를 통해 귀환되는 작동유에 의해 유압모터의 구동 여부를 판단하는 제8단계; 및An eighth step of determining whether the hydraulic motor is driven by the hydraulic oil returned through the branch valve when the hydraulic cylinder is contracted and driven; And 수축구동되는 상기 유압실린더로부터의 작동유에 의해 유압모터를 구동시킬 경우, 상기 유압모터에 의해 발전기를 구동시켜 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환시켜 배터리에 충전시키고,When driving the hydraulic motor by the hydraulic oil from the hydraulic cylinder that is shrink-driven, by driving the generator by the hydraulic motor to convert the electrical energy generated by the direct current to charge the battery, 수축구동되는 상기 유압실린더로부터의 작동유에 의해 유압모터를 구동시키 지않을 경우, 유압실린더의 수축구동되는 속도를 줄여 수축구동을 정지시키는 제9단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 유압시스템.And a ninth step of reducing the contraction driving speed of the hydraulic cylinder to stop the contraction drive when the hydraulic motor is not driven by the hydraulic oil from the contraction-driven hydraulic cylinder.
KR1020080037597A 2008-04-23 2008-04-23 Hydraulic system of energy saving type Withdrawn KR20090111964A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080037597A KR20090111964A (en) 2008-04-23 2008-04-23 Hydraulic system of energy saving type

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080037597A KR20090111964A (en) 2008-04-23 2008-04-23 Hydraulic system of energy saving type

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090111964A true KR20090111964A (en) 2009-10-28

Family

ID=41553204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080037597A Withdrawn KR20090111964A (en) 2008-04-23 2008-04-23 Hydraulic system of energy saving type

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20090111964A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102251545A (en) * 2011-04-28 2011-11-23 上海三一重机有限公司 Electrical control system for electric excavator
CN102418354A (en) * 2011-10-28 2012-04-18 华侨大学 Drive system of hybrid hydraulic excavator based on pump/motor
CN102704524A (en) * 2012-04-19 2012-10-03 华南理工大学 Rotary energy saving system of hydraulic excavator
CN102912821A (en) * 2012-04-27 2013-02-06 华侨大学 Hydraulic excavating energy saving system
KR200486891Y1 (en) 2017-01-20 2018-07-11 훌루테크 주식회사 hydraulic motor
CN112249985A (en) * 2020-11-10 2021-01-22 厦门国重新能工程机械有限公司 Potential energy recovery and reuse system of a combined electric forklift

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102251545A (en) * 2011-04-28 2011-11-23 上海三一重机有限公司 Electrical control system for electric excavator
CN102418354A (en) * 2011-10-28 2012-04-18 华侨大学 Drive system of hybrid hydraulic excavator based on pump/motor
CN102704524A (en) * 2012-04-19 2012-10-03 华南理工大学 Rotary energy saving system of hydraulic excavator
CN102912821A (en) * 2012-04-27 2013-02-06 华侨大学 Hydraulic excavating energy saving system
CN102912821B (en) * 2012-04-27 2014-12-17 华侨大学 Hydraulic excavating energy saving system
KR200486891Y1 (en) 2017-01-20 2018-07-11 훌루테크 주식회사 hydraulic motor
CN112249985A (en) * 2020-11-10 2021-01-22 厦门国重新能工程机械有限公司 Potential energy recovery and reuse system of a combined electric forklift

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8720196B2 (en) Controller of hybrid construction machine
KR101121705B1 (en) Apparatus And Method For Recovering Potential Energy Of Boom In A Construction Machinery
US6962050B2 (en) Hybrid machine with hydraulic drive device
JP5378061B2 (en) Control device for hybrid construction machine
KR101568440B1 (en) Controller of hybrid construction machine
US9026297B2 (en) Control system for hybrid construction machine
KR101992510B1 (en) Construction machinery
KR101595584B1 (en) Controller of hybrid construction machine
US9476437B2 (en) Boom driving device
US20110082610A1 (en) Controller of hybrid construction machine
US8538612B2 (en) Device for controlling hybrid construction machine
KR20090111964A (en) Hydraulic system of energy saving type
KR101522061B1 (en) Control device for hybrid construction machine
KR20220024740A (en) Electric Hydraulic Construction Machinery
US9032722B2 (en) Hybrid operating machine
JP5573824B2 (en) Hydraulic energy regeneration device
JP5197479B2 (en) Hybrid construction machinery
JP3594680B2 (en) Hydraulic regenerator of hydraulic machine
KR20080107494A (en) Potential energy regenerative device and regenerative method for hydraulic cylinder
JP5030864B2 (en) Control device for hybrid construction machine
US7269945B2 (en) Method for compensating flow rate at neutral position of operation lever of construction equipment
US9124133B2 (en) Charging apparatus for construction machine
JP2008075365A (en) Control system in working machine

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20080423

N231 Notification of change of applicant
PN2301 Change of applicant

Patent event date: 20080429

Comment text: Notification of Change of Applicant

Patent event code: PN23011R01D

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid