KR20140064830A - 관성에너지를 재생하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

관성에너지를 재생하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20140064830A
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아론 헤르젤 자고다
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이턴 코포레이션
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Abstract

관성에너지를 재생하기에 적합한 유압시스템이 기술된다. 유압시스템은 펌프와, 입력/출력축을 가지는 가변 변위펌프/모터와, 어큐뮬레이터와, 밸브배열을 포함한다. 밸브배열은, a) 가변 변위펌프/모터가 펌프에 의해 구동되어 입력/출력축과 부하를 회전시키는 제1모드와; b) 가변 변위펌프/모터가 부하의 감속으로부터의 관성에너지를 사용하여 어큐뮬레이터를 충전하는 제2모드와; c) 가변 변위펌프/모터가 어큐뮬레이터에 의해 구동되어 입력/출력축과 부하를 회전시키는 제3모드에서 동작할 수 있다. 유압시스템은 또한 펌프와, 가변 변위펌프/모터와와 밸브배열의 동작을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.

Description

관성에너지를 재생하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for recovering inertial energy}
본 출원은 미국을 제외한 모든 지정국에서 출원인인 미국법인인 이튼 코포레이션의 이름으로, 미국만을 지정국으로 한 출원인인 미국시민인 아론 헤르젤 자고다의 이름으로 이루어졌으며, 그 내용 전체가 여기에서 참조로서 통합되는, 2011년 8월 12일에 출원된 미국특허출원 제61/523,110호와, 2011년 8월 15일에 출원된 제61/523,524호를 우선권 주장하는 PCT 국제특허출원으로서 2012년 8월 8일에 출원되었다.
굴삭기는 종종 굴삭기의 다양한 연결장치와 회전 연결부위(rotating joint)의 상대 이동을 구동하기 위해 유압적으로 작동되는 선형 및 회전 액추에이터를 사용한다. 전형적으로, 선형 액추에이터들은 유압 실린더들이고 또한 회전 액추에이터들은 유압 모터들이다. 유압 실린더들과 모터들은 제어시스템에 의해 제어될 수 있다. 제어시스템은 운영자들에 의해 운영될 수 있다. 이로써, 운영자는 굴삭기의 유압 실린더들과 모터들을 포함해 굴삭기를 작동하고 제어할 수 있다.
많은 통상적인 굴삭기들은 유압 실린더들 및/또는 모터들로/로부터 유압 유체를 드로틀링(throttling)함으로써 유압 실린더들 및/또는 모터들은 제어한다. 드로틀링은 전형적으로, 소정 압력에서 유압 유체흐름의 에너지를 열에너지로 변환함으로써 에너지를 낭비한다. 이렇게 낭비된 열에너지는 굴삭기의 출력소모(예컨대, 연료소모)를 증가시킨다.
에너지를 재생하는데 조력하기 위해 전기 하이브리드 시스템이 개발되었다. 그러나, 이러한 시스템은 상당히 비싸고 또한 고전압 에너지 축전지를 가지는 복잡한 전기/전자 기반 시스템에 대한 릴리언스는 내구성과 신뢰성의 문제를 일으킬 수 있다.
미국특허 제7,908,852호에 기술된 것과 같은 시스템은 유압 위치에너지(hydraulic potential energy) 축적하고 또한 재사용하기 위해 유압 어큐뮬레이터를 사용한다. 그러나, 이러한 시스템은 감속을 제공하기 위해 드로틀링 밸브들에 주로 의존하여 시스템의 전체 효율성을 저감한다.
본 발명의 일면은 관성에너지를 재생하기 위한 방법과 장치에 관련된다.
본 발명의 다른 면은 관성에너지를 재생하기에 적합한 유압시스템에 관련된다. 유압시스템은 펌프와, 입력/출력축을 가지는 가변 변위펌프/모터와, 어큐뮬레이터와 그리고 밸브배열을 가진다. 밸브배열은 :a) 입력/출력축과 부하를 회전시키기 위해 가변 변위펌프/모터가 펌프에 의해 구동되는 제1모드와; b) 어큐뮬레이터를 충전하기 위한 부하의 감속으로부터의 관성에너지를 가변 변위펌프/모터가 사용하는 제2모드와; 그리고 c) 입력/출력축과 부하를 회전시키기 위해 가변 변위펌프/모터가 어큐뮬레이터에 의해 구동되는 제3모드에서 작동할 수 있다. 유압시스템은 또한 펌프의 작동을 제어하기 위한 제어기와, 가변 변위펌프/모터와 밸브배열을 포함한다.
추가적인 다양한 면들이 다음에 오는 상세한 설명에서 주어지게 된다. 이들 면들은 개별적인 특징들과 특징들의 조합에 관련된다. 상기 일반적인 설명과 다음에 오는 상세한 설명은 예시적이고 또한 설명적인 것이며 또한 여기에서 기술되는 실시예들이 기반으로 하는 광범위한 개념들을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 예시적인 면들의 특징을 가지는 유체시스템의 개략도.
도 2는 제1모드 작동에서 도 1의 유체시스템의 개략도.
도 3은 제2모드 작동에서 도 1의 유체시스템의 개략도.
도 4는 제3모드 작동에서 도 1의 유체시스템의 개략도.
도 5는 모드의 제1압력경감에서 도 1의 유체시스템의 개략도.
도 6은 모드의 제2압력경감에서 도 1의 유체시스템의 개략도.
도 7은 도 1의 유체시스템의 작동을 제어하기 위한 제어논리를 설명하는 흐름도.
도 8은 시스템의 작동을 제어하기 위해 도 1의 유체시스템의 제어기에 의해 제어맵이 액세스될 수 있는, 면으로서 나타낸 제어맵.
도 9는 도 1의 유체시스템이 통합될 수 있는 굴삭기의 우측면도.
도 10은 도 9의 굴삭기의 사시도.
첨부도면들에서 설명되는 본 발명의 다양한 면들을 상세히 참조하게 된다. 가능하다면, 도면 전체를 통해 동일하거나 같은 구조를 언급하는데 동일 참조번호를 사용하게 된다.
도 1 내지 6을 참조하면, 참조번호 10으로 표시된, 본 발명의 원리에 따른 유체시스템의 개략도가 도시되어 있다. 유체시스템(10)은 다양한 굴삭장치 또는 다른 장비에 사용하기에 적합하다. 도 1 내지 6은 유압회로구성(20)을 보여준다. 유압회로구성(20)은 원동력(prime mover)(24)(예컨대, 디젤엔진, 점화엔진 또는 전기모터와 같은 동력원)에 의해 구동되는 유압펌프(22)를 포함한다. 펌프(22)는 탱크(440(즉, 저유기)로부터 유압 유체를 인출하여, 가압된 유압 유체를 다수의 부하회로들에 제공한다. 예컨대, 도 1은 펌프(22)가 제1부하회로(26a)와, 제2부하회로(26b)와, 제3부하회로(26c)에 가압된 유압 유체를 제공하도록 구성된 유압회로구성(20)을 보여준다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제1부하회로(26a)는 가변 변위펌프/모터(28)와 가변 변위펌프/모터(28)에 연결된 작업부하(예컨대, 굴삭기의 상부구조물)의 감속과 관련된 에너지를 재생하기에 적합한 어큐뮬레이터(30)를가지는 에너지효율 부하회로이다. 밸브배열은 부하회로(26a)를 통한 유압 유체흐름을 제어하는데 사용된다. 밸브배열은, 도시된 실시예에서 3-방향 밸브인 지향성 흐름 제어밸브(32)를 포함한다. 밸브배열은 또한 회수흐름 제어밸브(34)와, 제1체크밸브(36)와, 제2체크밸브(38)와, 제3체크밸브(39)와, 제1압력경감밸브(40)와, 그리고 제2압력경감밸브(42)를 포함한다. 압력경감밸브(40, 42)들은 설정압력이 초과되면 두 측들을 연결함으로써 펌프/모터(28)를 가로질러 차분 압력(differential pressure)을 제한하는 교차포트 경감밸브(cross port relief valves)들이다(도 5 및 6 참조). 전자제어기(50)는, 펌프/모터(28)의 입력/출력축(82)을 통해 원하는 토크레벨이 전달되도록 펌프/모터(28)의 작동을 제어한다. 소정의 실시예들에서, 축(82)을 통해 전달된 토크레벨은 펌프/모터(28)의 용적(volumetric) 유압 유체변위(예컨대 축(82)의 한 회전에서 펌프/모터에 의해 변위되는 유체의 양)를 변경함으로써 변경될 수 있다.
축(82)을 통해 전달되는 토크를 제어함으로써, 축(82)과 그리고 축(82)에 연결된 대응하는 작업부하가 가속되고 또한 감속될 수 있으며, 감속 동안에 드로틀링의 필요성이 극소화되거나 또는 제거될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 제2체크밸브(38)와, 제3체크밸브(39)와, 제1압력경감밸브(40)와 그리고 제2압력경감밸브(42)들은 펌프/모터(28)를 따라 한 유닛으로 모두 통합되어 펌프/모터유닛(28a)을 형성한다. 또한, 지향성 제어밸브(32)와, 회수흐름밸브(34)와 제1체크밸브(36)들은 하나의 밸브유닛을 형성하기 위하여 밸브몸체(37) 내로 통합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템은 펌프/모터(28)와, 체크밸브(36, 38 및 39)들과, 압력경감밸브(40, 42)들과, 지향성 흐름 제어밸브(32)와 회수밸브(34)와 함께 하나의 통합된 유닛으로 패키지될 수 있다.
도 2는 펌프(22)로부터 가압된 유압 유체를 가변 변위펌프/모터(28)를 구동/작동시키는데 사용하여 입력/출력축(82)과 축(82)에 연결된 부하의 회전을 일으키는 제1모드에서 작동하는 제1부하회로(26a)를 보여준다. 제1모드는 "펌프구동"모드로 부를 수 있다. 이 모드에서, 펌프/모터(28)는 모터로서 기능하고 또한 축(82)과 대응하는 작업부하의 회전을 구동(예컨대, 가속)한다. 펌프구동모드에서, 지향성 흐름제어 밸브(32)는 펌프(22)의 유출구측(즉, 고압측)이 가변 변위펌프/모터(28)의 제1측(즉, 고압측 또는 유입구측)과 유체 연통하도록 위치시키고 또한 회수 흐름제어 밸브(34)는 가변 변위펌프/모터(28)의 제2측(29)(즉, 유출구측 또는 저압측)이 탱크(44)와 유체 연통하도록 위치시킨다.
도 3은 가변 변위펌프/모터(28)의 입력/출력축(82)에 연결된 부하의 감속에 대응하는 에너지를 어큐뮬레이터(30)을 가압 충전하는데 사용되는 제2모드에서 작동하는 제1부하회로(26a)를 보여준다. 제2모드는 "충전(charge)"모드로 부를 수 있다. 이 모드에서, 펌프/모터(28)는 펌프로서 기능하고 또한 축(82)과 축(82)에 연결된 작업부하의 제어된 감속을 제공하는 제동기능(braking function)을 제공한다. 제1부하회로(26a)가 충전모드에 있으면, 지향성 제어밸브(32)는 펌프(22)와 가변 변위펌프/모터(28)의 제1측(27) 간에 유체 연통을 차단하고 또한 회수 흐름제어 밸브(34)는 가변 변위펌프/모터(28)의 제2측(29)과 탱크(44) 간에 유체 연통을 차단단하다. 감속 동안에 가변 변위펌프/모터(28)에 의한 유압 유체의 변위는 어큐뮬레이터(30)를 충전하기 위하여 유압 유체가 가변 변위펌프(28)의 제2측(29)에서부터 제1체크밸브(36)를 지나 어큐뮬레이터(30)로 향하도록 한다. 동시에, 유압 유체가 탱크(44)에서부터 제3체크밸브(39)를 지나 가변 변위펌프/모터(28)의 제2측(27)을 향해 인출된다.
도 4는 어큐뮬레이터(30)로부터의 유압 압력을 가변 변위펌프/모터(28)를 구동/작동시키는데 사용하여 입력/출력축(82)과 입력/출력축(82)에 연결된 부하를 회전시키게 되는 제3모드에서 작동하는 제1부하회로(26a)를 보여준다. 제3모드는 "어큐뮬레이터 방출"모드로 부를 수 있다. 제3모드에서 펌프/모터(28)는 모터로서 기능한다. 이 모드에서, 지향성 흐름제어 밸브(32)는 어큐뮬레이터(30)가 가변 변위펌프/모터(28)의 제1측(27)과 유체 연통하도록 위치시킨다. 지향성 흐름제어 밸브(32)는 또한 가변 변위펌프/모터(28)의 제1측(27)에서부터 펌프(22)의 고압측을 분리시킨다. 또한, 회수 흐름제어 밸브(34)는 가변 변위펌프/모터(28)의 제2측(29)이 탱크(44)와 유체 연통하도록 위치시킨다. 이 어큐뮬레이터 방출모드에서, 아큐뮬레이터(30)로부터의 누적된 유압압력은 가변 변위펌프/모터(28)를 가속하거나 아니면 구동하는데 사용된다.
도 1을 다시 참조하면, 유압회로구성(20)의 작동은 유압회로구성의 다양한 요소들과 인터페이스하는 전자제어기(50)에 의해 제어된다. 예컨대, 전자제어기(50)는 인터페이스라인(53)을 통해 운영자 인터페이스(52)(예컨대, 조이스틱, 레버아암, 바퀴, 제어판 등)로부터 제어입력을 수신한다. 전자제어기(50)는 또한 유압회로구성 전체에 걸쳐 제공된 다양한 센서요소들로부터 입력/ 데이터/신호들을 수신한다. 예컨대, 인터페이스라인(54)은 전자제어기(50)를, 가변 변위펌프/모터(28)의 제1측(27)에서 유압 유체압력을 감시하는 압력센서(55)에 연결시킨다. 또한, 인터페이스라인(56)은 전자제어기(50)를, 가변 변위펌프/모터(28)의 제2측(29)에서 제1부하회로(26a)의 압력을 감시하는 압력센서(57)에 연결시킨다. 또한, 인터페이스라인(58)은 전자제어기(50)를, 어큐뮬레이터(30)에서 누적된 압력을 감시하는 압력센서(59)에 연결시킨다.
전자제어기(50)는 펌프(22), 지향성 흐름제어 밸브(32), 가변 변위펌프/모터(28) 및 회수 흐름제어 밸브(34)의 작동을 제어한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제어라인(60)은 제어기(50)를 펌프(22)의 펌프제어회로(99)에 연결시킨다. 펌프제어회로(99)는 음 흐름제어 오리피스(negative flow control orifice)(97)를 포함할 수 있다. 또한 제어라인(61)은 제어기(50)를 지향성 흐름제어 밸브(32)에 연결시킨다. 또한, 제어라인(62)은 전자제어기(50)를 가변 변위펌프/모터(28)에 연결시킨다. 또한, 제어라인(63)은 전자제어기(50)를 회수 흐름제어 밸브(34)에 연결시킨다. 또한, 인터페이스라인(96)은 전자제어기(50)를 펌프/모터(28)의 입력/출력축(82)의 회전속도를 감지하는 축회전센서(95)에 연결시킨다.
펌프(22)는 상이한 속도들에서 작동할 수 있고 또한 소정의 회전속에서 상이한 흐름율을 펌프하도록 조정될 수 있는 가변 변위펌프일 수 있다는 이해하게 될 것이다. 예컨대, 펌프(22)는 원동력(24)에 의해 구동/회전되는 입력축(23)을 포함할 수 있다. 펌프(22)는 또한 입력축(23)의 주어진 회전속도에서 펌프(22)로부터 흐름 출력율을 조정하기 위하여 상이한 각도들로 이동될 수 있는 경사판(70)을 포함할 수 있다(즉, 펌프의 체적 변위가 변경될 수 있다). 전자제어기(50)는 전체 유압회로구성(20)의 작동 필요성을 기반으로 경사판(70)의 위치를 조정하도록 구성될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 가변 변위펌프/모터(28)는 오버-더-센터(over-the-center) 경사판(80)과 회전 입력/출력축(82)을 포함할 수 있다. 회전 입력/출력축(82)은 기계적 부하에 연결될 수 있다. 오버-더-헤더 경사판(80)은 입력/출력축(82)이 가변 변위펌프/모터(28)에 의해 시계방향 및 반시계방향으로 구동되도록 한다. 예컨대, 경사판(80)이 중심의 한 측면에 있으면, 입력/출력축(82)은 가변 변위펌프/모터(28)에 의해 시계방향으로 구동된다. 반대로, 경사판(80)의 중심의 반대측에 있으면. 입력/출력축(82)은 반시계방향으로 구동된다. 경사판(80)의 위치를 변경시키면, 펌프/모터축(82)을 통해 전달되는 토크가 조정되도록 하고 또한 동시에 펌프/모터(28)의 용적 유압 유체변위를 조정한다. 펌프/모터(28)의 용적 유압 유체변위는 축(82)의 한 회전에서 변위되는 유압 유체의 양이다. 비슷하게, 만일 가변 변위펌프/모터(28)의 제1측(27)에서 유압 압력이 변하면(예컨대, 어큐뮬레이터(30)가 충전하거나 또는 방출함에 따라), 경사판(80)의 위치는 입력/출력축(82)에서 원하는 토크 입력/출력을 유지하도록 조정될 수 있다. 경사판(80)의 위치는 라인(62)을 통해 전자제어기(50)에 의해 제어된다는 것을 이해하게 될 것이다.
전자제어기(50)는 입력/출력축(82)에서 입력/출력 토크를 제어함으로써 가속/감속율을 제어한다. 원하는 입력/출력 토크는 충전모드에서는 입력 토크일 수 있고, 그리고 원하는 입력/출력 토크는 펌프구동모드와 어큐뮬레이터 방출모드에서는 출력 토크일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 가변 변위펌프/모터(28)는 경사판과 회전그룹(rotating group)을 포함하고, 그리고 축 회전당 회전그룹에 의해 변위되는 유압 유체의 양은 경사판의 각도에 의존한다.회전그룹은 실린더 블록 내 피스톤들을 포함할 수 있고, 또한 경사판은 펌프/모터(28)의 용적 변위를 변경하기 위하여 피스톤의 행정 길이를 변경하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다른 유형의 가변 변위펌프/모터들이 사용될 수 있다.
입력/출력축(82)의 가속율(즉, 시간에 걸쳐 입력/출력축의 회전속도를 증가시키는 비율)은 펌프/모터(28)의 현재 작동상태뿐만 아니라 운영자 인터페이스(52)로부터 수신된 운영자 명령의 값을 기반으로 제어기(50)에 의해 제어된다. 가속율을 증가시키기 위하여, 경사판(80)은 펌프/모터(28)로부터 축(82)에 전달되는 토크를 증가시키도록 조정된다. 가속율을 감소시키기 위하여, 경사판(80)은 펌프/모터(18)로부터 축(82)에 전달되는 토크를 감소시키도록 조정된다. 가속을 구동하기 위한 구동력은 펌프(22) 및/또는 어큐뮬레이터(30) 각각으로부터의 유압 압력/흐름에 의해 제공된다. 입력/출력축(82)의 감속율(즉, 입력/출력축의 회전속도가 시간에 걸쳐 감소되는 비율)은 펌프/모터(28)의 현재 작동상태뿐만 아니라 운영자 인터페이스(52)로부터 수신된 운영자 명령의 값을 기반으로 제어기(50)에 의해 제어된다. 감속율을 증가시키기 위하여(즉, 증가된 제동을 제공하기 위해), 경사판(80)은 이동하는 외부부하에서 축(82)으로 전달되는 토크를 증가시키도록 조정된다. 감속율을 감소시키기 위하여, 경사판(80)은 이동하는 외부부하에서 축(82)으로 전달되는 토크를 감소시키도록 조정된다. 감속 동안에 제동으로부터 발생하는 출력은 어큐뮬레이터(30) 및/또는 압력경감밸브(40, 42)로 가는 유압 압력/흐름에 의해 소비된다.
도 7은 유압회로구성(20)의 작동을 제어하기 위해 전자제어기(50)에 의해 사용되는 제어논리(85)를 설명하는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 제어논리(85)는, 전자제어기(50)가 인터페이스 라인(53)을 통해 운영자 인터페이스(52)로부터 수신된 토크 제어신호를 감시하는 박스(86)에서 시작한다. 한 실시에에서, 토크 제어신호는 운영자 인터페이스(52)에 제공된 조이스틱의 위치에 의존한다. 토크 제어신호의 값은 운영자 인터페이스(52)에 제공된 조이스틱의 위치에 의해 확립될 수 있다. 박스(87)에서, 제어기(50)는 토크 제어신호의 값이 운행명령(motoring)(즉, 펌프/모터가 모터로서 기능하도록 하고 또한 축(82)의 구동회전이 축의 회전을 가속하거나 또는 축의 현재 회전속도를 유지하도록 하는 명령)에 대응하는 또는 감속명령(즉, 펌프/모터가 펌프로서 기능하도록 하고 또한 축(82)의 제동 회전이 축의 회전을 감속하도록 하는 명령)에 대응하는지를 질의하거나 및/또는 계산한다.
만일 운영자 스테이션(52)으로부터의 토크 제어신호의 값이, 신호가 운행명령을 나타내는 것으로 된다면, 제어논리(85)는, 어큐뮬레이터 내 압력(P)이 압력(PMIN)보다 큰지를 질의하거나 및/또는 계산하는(예컨대, 결정한다) 박스(88)로 진행한다. 압력(PMIN)은 운행명령을 충족하기 위하여 어큐뮬레이터(30)가 가변 변위펌프/모터(28)를 구동하기 위한 압력원으로서 사용되도록 하기에 충분한 어큐뮬레이터(30) 내 최소압력 및/또는 임계압력과 동일하다. 만일 압력(P)이 압력(PMIN)보다 크다면, 제어논리(85)는, 축(82)과 축(82)에 연결된 부하의 회전을 일으키도록 가변 변위펌프/모터(28)를 구동하는데 어큐뮬레이터(30)로부터의 압력이 사용되는 어큐뮬레이터 방출모드(도 4 참조)에 유압회로구성(20)이 위치하는 박스(89)로 진행한다.
박스(88)를 참조하면, 만일 어큐뮬레이터(30) 압력(P)이 압력(PMIN)보다 작다면, 제어논리(85)는, 유압회로구성(20)이 도 2의 펌프구동모드에 위치하는 박스(90)로 진행한다. 펌프구동모드에서, 펌프(22)로부터의 가압된 유압 유체출력은 축(82)과 축(82)에 연결된 부하의 회전을 구동하기 위해(예컨대, 축 회전속도를 가속하거나 또는 회전하는 축 속도를 유지하기 위해) 가변 변위펌프/모터(28)를 구동하기 위한 유압 유체흐름을 제공하는데 사용된다. 축(82)이 구동되면, 전자제어기(50)는, 운영자 인터페이스(52)로부터의 토크 제어신호에 의해 지시되는 축 구동레벨을 제공하는 출력 토크를 입력/출력(82)에 제공하기 위해 경사판(80)의 위치를 제어한다. 경사판(80)의 위치와 구동/운행레벨은 제어기(50)에 의해 제어되고 또한 펌프/모터(28)의 현재 실시간 상태(예컨대, 센서(95)에 의해 감지된 입력/출력축(82)의 회전의 방향과 속도, 펌프/모터(28)에 걸쳐 압력의 차이, 현재 경사판 위치, 현재 흐름율 등)와 운영자 인터페이스(52)로부터 수신된 토크 제어신호의 값에 의존한다.
박스(87)을 다시 참조하면, 만일 토크 제어신호가 감속명령에 대응하도록 토크 제어신호의 값이 이루어진다, 제어논리는, 전자제어기(50)가 도 3의 충전모드로 유압회로구성을 위치시키는 박스(92)로 진행한다. 이 충전모드에서, 펌프/모터(28)는 축(82)과 축(82)에 연결된 부하의 회전을 감속시키기 위하여 축(82)을 제동하는데 사용될 수 있다. 축(82)에 연결된 부하의 감속에 대응하는 에너지는 어큐뮬레이터(30)를 충전하기 위해(즉, 펌프/모터(28)로 어큐뮬레이터(30) 내로 유체를 펌핑함으로써) 에너지(즉, 관성에너지)를 사용함으로써 재생된다. 축(82)이 제동되면, 전자제어기(50)는 운영자 인터페이스(52)로부터의 토크 제어신호에 의해 지시되는 축 제동레벨을 제공하는 입력 토크를 입력/출력축(82)에 제공하기 위해 경사판(80)의 위치를 제어한다. 경사판(80)의 위치와 제동레벨은 제어기(50)에 의해 제어되고 또한 운영자 인터페이스(52)로부터 수신한 토크 제어신호의 값과 그리고 펌프/모터(28)의 현재 실시간 동작상태(에컨대, 센서(95)에 의해 감지된 입력/출력축(82)의 회전속도와 방향, 펌프/모터(28)에 걸친 압력 차이, 현재 경사판 위치, 현재 흐름율 등)에 의존한다. 감속을 제어하기 위해 경사판(80) 위치를 사용함으로써, 드로틀링의 필요성이 극소화되거나 또는 제거되어, 유체시스템(10)의 전체 효율을 향상시킨다. 전체 제어논리(85)를 통해, 전자제어기(50)는 운영자 인터페이스(52)와 센서들(예컨대, 압력센서(55, 57 및 59))로부터 수신한 토크 제어신호들을 지속적으로 감시하여, 유체시스템(1)은 운영자 인터페이스 명령들의 변화에 적절히 응답할 수 있다.
소정의 실시예들에서, 전자제어기(50)는 알고리즘들과, 룩업 테이블(look-up table)과, 룩업 그래프와, 룩업 챠트와, 제어모델들과, 실증 데이터와, 제어 맵들, 또는 유압회로구성(20)의 작동을 제어하는데 사용을 위해 액세스될 수 있는 다른 정보를 저장하는 메모리(81)(예컨대, 랜덤 액세스 메모리, 판독전용 메모리, 또는다른 데이터 저장수단)와 인터페이스한다. 예컨대, 제어모델은 메모리에 저장되어, 운영자 인터페이스(52)로부터 수신된 토크 제어신호의 값과 축(82)의 현재 회전속도와 방향을 고려하여 입력/출력축(82)에서 필요한 토크레벨을 결정하기 위하여 제어기(50)에 의해 사용될 수 있다. 경사판(80)의 위치는 운영자 인터페이스(52)f부터 수신된 토크 제어신호의 값과, 가변 변위펌프/모터(28)의 입력/출력축(82)의 회전속도와, 가변 변위펌프/모터(28)에 걸친 압력 차이 및 가변 변위펌프/모터(28)의 현재 변위에 의존한다. 압력 차이는 펌프(22) 또는 어큐뮬레이터(30)에 의해 가변 변위펌프/모터(28)에/에 걸쳐 제공되는 흐름의 함수이다.
모터속도는 제어기(50)에 의해 회전 속도센서(95)로부터 수신된 데이터에 의해 결정된다. 그러므로, 모터속도는 소정의 조이스틱 명령이 수신되는 시점에서 축(82)의 실제 실시간 회전속도와 방향을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 시계방향 회전은 양이고 또한 반시계방향 회전은 음이다. 제어기(50)는 또한 펌프/모터(28)에 걸친 압력 차이를 감시한다.
토크 값들/명령들은 축(82)의 실시간 회전속도와 방향을 고려하여 조이스틱 위치에 대응하는 작동상태에 도달하기 위해 필요한 토크의 양을 나타낸다. 도 8에 도시된 제어맵 표면(control map surface)은 토크 값들 및/또는 토크 명령값들의 맴핑을 제공한다. 맵 표면의 상부 수평면은 최대 시계방향 토크(예컨대, 시계방향 토크의 포화 한계치)를 나타내고 그리고 맴 표면의 하부 수평면은 최대 반시계방향 토크(예컨대, 반시계방향 토크의 포화 한계치)를 나타낸다. 상부와 하부 면들 사이의 경사진 표면 또는 경사진 표면들은 최대 토크값들 간의 과도 토크값(transitional torque value)을 나타낸다.
제어시스템의 사용에서, 운영자는 조이스틱을 펌프/모터(2)의 원하는 동작상태에 대응하는 조이스틱 위치로 이동한다. 축(82)에 인가되게 되는 토크의 양과 방향은 조이스틱의 위치와 감지된 축(82)의 회전속도를 기반으로 한 제어모델(즉, 토크 맵핑)로부터 결정된다. 토크가 결정된다. 제어기는 경사판(80)을 조정하여. 제어모델에 의해 결정된 토크레벨을 제공한다. 만일 조이스틱으로부터의 토크 제어신호의 값과 축(82)의 현재 회전속도와 방향을 기반으로 하여 결정된 토크 명령이 축(82)에 인가되고 있는 실시간 토크와 동일한 방향을 가진다면(예컨대, 두 코드들이 시계방향으로 있던지 또는 두 토크들이 반시계방향에 있다), 토크 명령은 운행명령이다. 이러한 경우에, 조이스틱의 위치는 운행명령에 대응하는 토크 제어신호를 발생시킨다. 만일 조이스틱으로부터의 토크 제어신호의 값과 축(82)의 현재 회전속도와 방향을 기반으로 하여 결정된 토크 명령이 축(82)에 인가되고 있는 실시간 토크와 반대 방향을 가진다면(예컨대, 한 토크는 시계방향을 가지고 또한 다른 토크는 반시계방향을 가진다), 토크 명령은 감속 명령이다. 이러한 경우에, 조이스틱의 위치는 감속 명령에 대응하는 토크 제어신호를 발생시킨다.
바람직한 실시예에서, 유체시스템(10)이 통상적인 유체시스템(즉, 기준시스템)을 모사하거나(simulate) 모방하도록 (emulate) 제어맵이 배열된다. 유체시스템(10)의 동작특성들은 유체시스템(10)의 제어맵을 재배열함으로써 수정될 수 있다. 따라서, 유체시스템(10)의 특성들은 하드웨어의 최소 또는 전혀 변경없이 수정되거나 가공될 수 있다.
소정의 실시예들에서, 펌프(22)는 음 흐름 제어(NFC) 펌프제어 방법을 사용하여 전자제어기(50)에 의해 제어될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제어맵은 유체시스템(10)이 NFC 펌프제어 방법을 사용하는 통상적인 유체시스템을 모사 또는 모방하도록 할 수 있다. 펌프/모터(28)에 걸친 유압 흐름율은 음 흐름 제어펌프 방법과, 부하 압력과 그리고 지향성 흐름 제어밸브(32)에 제공된 밸브 오리피스 영역에 의해 제어될 수 있다. 밸브(32)에서 원하는 오리피스 영역을 제공하기 위하여 전자제어기(50)는 밸브(32)를 제어할 수 있다.
여기에서 기술한 시스템의 면들은, 필요한 하드웨어의 개발을 줄이고, 또한 상당한 하드웨어 개발을 필요로 하는 일이 없이 시스템의 감성(feel)을 소정의 운영자의 기호에 맞춤으로써 시스템의 시장 출시를 용이하게 한다.
한 예시적 실시예에서, 유압회로구성(20)은 굴삭기와 같은 이동형 굴삭장비의 일부에 통합된다. 예컨대, 도 9와 10은 하부 캐리지(110) 상에 지지되는 상부 구조물(112)을 포함하는 예시적 굴삭기(100)를 보여준다. 하부 캐리지(110)는 지면에 대해 굴삭기(100)를 수송하기 위한 추진 구조물을 포함한다. 예컨대, 하부 캐리지(110)는 좌우 트랙을 포함할 수 있다. 상부 구조물(112)은 피벗축(즉, 스윙 축)을 중심으로 하부 캐리지(110)에 관해 주축적으로(피벗적으로) 이동할 수 있다. 소정의 실시예에서, 유압회로구성(20)의 가변 변위펌프/모터(28)는 하부 캐리지(110)에 대해 스윙 축(108)을 중심으로 상부 구조물(112)을 피벗팅하 위한 스윙 모터로서 사용될 수 있다.
상부 구조물(112)은 원동력(24)을 지지하고 또한 수송할 수 있으며, 또한 운영자 인터페이스(52)가 안에 제공되는 캡(1125)을 포함할 수 있다. 붐(102)은 상부 구조물(102)에 의해 수송되고 또한 붐 실린더(102c)에 의해 상승 및 하강위치들 사이에서 피벗적으로 이동한다. 소정의 실시예들에서, 붐 실린더(102c)는 제2부하회로(26b)의 일부일 수 있다. 아암(104)이 붐(102)의 말단부에 피벗적으로 연결된다. 아암 실린더(104c)는 붐(102)에 관해 아암(104)을 피벗시키는데 사용된다. 소정의 실시예들에서, 아암 실린더(104c)는 유압회로구성(20)의 다른 부하회로(즉, 회로(26b)와 유사한 회로)의 일부일 수 있다. 굴삭기(100)는 또한 아암(104)의 말단부에 피벗적으로 연결되는 버킷(106)을 포함한다. 버킷 실린더(106c)은 아암(104)에 관해 버킷(106)을 피벗시키는데 사용된다. 소정의 실시예들에서, 실린더(106c)는 유압회로구성(20)의 다른 부하회로(예컨대, 회로(26c)와 유사한 회로)의 이부일 수 있다. 소정의 실시예에서, 제3부하회로(26c)가 추진시스템의 좌측 및/또는 d측 구동트랙들을 추진시키는데 사용되는 유압모터(114)를 구동할 수 있다.
많은 통상적인 굴삭장치들은 굴삭장치의 선형 액추에이터(예컨대, 유압 실린더)와 회전 액추에이터(예컨대, 유압 모터)에 출력을 제공하기 위해 가압된 유압유체를 사용한다. 통상적인 굴삭장치들은 예시적 굴삭기(100)의 특징들 중 많은 것을 가진다. 선형 액추에이터들은 굴삭장치의 다양한 연결장치를 구동할 수 있다. 예컨대, 붐 연결장치, 아암 연결장치 및 버킷 연결장치들 각각은 유압 실린더(102c, 104c, 106c)와 같은 전용 유압 실린더 또는 실린더들에 각각에 의해 구동될 수 있다. 회전 액추에이터들은 굴삭장치의 다양한 회전 조인트들에 걸쳐 상대 이동을 구동할 수 있다. 예컨대, 스윙 모터는 굴삭장치의 스윙 축을 중심으로 상부 구조물과 하부 캐리지 간에 스윙 조인트(108)와 유사한 스윙 조인트를 구동할 수 있고, 그리고 트랙 모터(114)는 굴삭장치의 트랙드라이브(116)를 구동할 수 있다.
유체시스템(10)은, 예시적 굴삭기(100)가 통상적인 굴삭장치를 모사하도록 (예컨대, 제어맵을 배열함으로써) 배열될 수 있다. 통상적인 굴삭장치를 모사함으로써, 통상적인 굴삭장치를 작동하는데 친숙한 운영자는 앞서 작동 경험에 의존해, 높은 생산성으로 굴삭기(100)를 작동할 수 있다.
상기에서 상세히 설명하였듯이, 본 발명의 명세서는 가압된 유압유체와 액추에이터들 간에 출력을 효율적으로 전달하기 위한 방법을 제공한다. 특히, 본 발명의 유체시스템(10)은 가압된 유압유체에서 회전 액추에이터(예컨대, 가변 변위펌프/모터(28))로 출력을 효율적으로 전달하고 또한 회전 액추에이터(예컨대, 가변 변위펌프/모터(28))에서부터 가압된 유압유체로 출력을 효율적으로 전달한다. 이외에도, 본 발명의 방법과 유체시스템(10)은 가압된 유압유체를 통해, 회전 액추에이터에서 유압 어큐뮬레이터(30)로 출력을 효율적으로 축적하고, 또한 가압된 유압유체를 통해, 유압 어큐뮬레이터(30)로부터 출력을 효율적으로 재생하여 이를 회전 액추에이터로 전달한다. 도시한 실시예에서, 회전 액추에이터는 굴삭기의 스윙 모터로서 역할한다.
통상적인 굴삭장치에서, 가압된 유압유체는 전형적으로, 유압 저장치(즉, 유압탱크)로부터 저압 유압유체를 인출하는 유압펌프에 의해 가압된다. 유압펌프는 전형적으로 원동력(에컨대, 디젤엔진)에 의해 구동된다. 가압된 유압유체에 의해 출력이 소정의 액추에이터로 전달되면, 액추에이터를 통해 흐르는 가압된 유압유체의 압력이 줄어든다. 유압유체가 액추에이터를 통해 흐르면, 유압유체는 저압의 유체 저장기로 회수된다. 유압유체는 열교환기를 통과하여 유압유체로부터 열을 발산시킬 수 있다. 유압유체가 펌프와, 액추에이터 또는 액추에이터들과 폐루프인 유압 저장기 간을 순환하기 때문에, 유압회로가 형성된다.
도시한 바람직한 실시예에서, 가압된 유압유체는 유압 저장기(예컨대, 유압탱크)로부터 저압 유압유체를 인출하는 펌프(22)에 의해 가압된다. 이로써, 펌프(22)는 가압된 유압유체에 유압출력을 제공한다. 결과적으로, 펌프(22)는 원동력(예컨대, 디젤 엔진)에 의해 구동된다. 펌프(22)로부터의 유압출력은 상기에서 언급한 바와 같이 가압된 유압유체에 의해 다수의 액추에이터들에게 선택적으로 전달될 수 있다.
도시한 바와 같이, 회전 액추에이터들과 선형 액추에이터들은 제어밸브를 통해 펌프(22)에 유압적으로 연결된다. 다른 액추레이터들이 펌프(22)에 유압적으로 추가 연결될 수 있다. 회전 액추에이터들은 예컨대, 트랙모터(114)(즉, 우측 트랙모터 또는 좌측 트랙모터)를 포함할 수 있다. 선형 액추에이터들은 예컨대, 붐 연결장치 유압실린더(102c)와, 아암 연결장치 유압실린더(104c), 및/또는 버킷 연결장치 유압실린더(106c)를 포함할 수 있다. 유압출력이 전달되면, 액추에이터 또는 액추에이터들을 통해 흐르는 가압된 유압유체의 압력이 줄어든다. 유압유체가 액추에티터들을 통해 흐르면, 유압유체는 저압인 유압 저장기(44)로 회수된다. 유압유체는 열 교환기를 통과해 유압유체로부터 열을 발산시킬 수 있다. 유압유체가 펌프(22)와, 액추에이터 또는 액추에이터들과, 그리고 폐루프인 유압 저장기 간을 순환하기 때문에 유압회로가 형성된다.
상기에서 상세히 설명하였듯이, 회전 액추에이터(예컨대, 가변 변위펌프/모터(28))가 펌프(22)로부터 분리되고, 대신에 유압 어큐뮬레이터(30)로부터 유압출력을 받을 수 있다. 회전 액추에이터는 또한 유압출력을 유압 어큐뮬레이터(30)로 전달할 수 있다. 회전 액추에이터는 또한 하나 이상의 압력 경감밸브들에 걸쳐 유압출력을 버릴 수 있다(예컨대, 유압 어큐뮬레이터(30)가 그의 에너지 축적 능력에 도달하면). 압력 경감밸브의 압력 경감셋팅은 유체시스템(10)의 제어맵의 상한 및 하한을 효과적으로 규정할 수 있다.
유압회로에서 소정의 회전 유압요소(예컨대, 유압펌프, 유압모터, 또는 유압 펌프/모터)는 전형적으로 두 개의 주요 포트들(즉, 제1포트와 제2포트)를 가진다. 유압펌프와 유압모터에서, 제1포트는 유입포트일 수 있고 또한 제2포트는 유출포트일 수 있으며, 유압유체는 전형적으로 유입포트에서 유출포트로 흐른다. 소정의 가변 변위 유압펌프/모터(예컨대, 가변 변위펌프/모터(28))는 가변 변위 유압펌프/모터 내 경사판의 조정으로 변위될 수 있으며 또한 유체 흐름방향과 입력/출력축 회전방향 간에 관계를 보존할 수 있다. 이러한 두 포트 회전 유압요소들은 전형적으로, 제1포트와 제2포트에서 실질적으로 동일한 흐름율을 가진다. 두 포트들에서 흐름율의 작은 차이는, 예컨대 회전 유압요소의 내부 누설에 의해 기인될 수 있다.
유압회로의 소정 지점에서 두 개의 주요 변수들은 유압압력과 흐름율이다. 유압압력과 흐름율의 곱(product)은 실질적으로, 유압회로의 소정 지점에서 얻을 수 있는 출력에 관련된다. 흐름율은 소정의 회전 유압요소의 두 포트들 간에 실질적으로 동일하기 때문에, 가압된 유압유체에 의해 소정의 회전 유압요소로 전달되거나 또는 요소로부터 받은 출력은 실질적으로, 소정의 회전 유압요소를 통한 흐름율과 그리고 소정의 회전 유압요소의 두 포트들에서 유압압력의 차이(즉, 압력강하 또는 압력상승)의 곱과 동일하다. 만일 소정의 회전 유압요소의 두 포트들에서 유압압력 간의 차이가 유압 유체흐름의 방향으로 감소한다면, 압력강하가 발생하고 또한 소정의 회전 유압요소가 가압된 유압유체로부터 출력을 받아들인다. 만일 호정의 회전 유압요소의 두 포트들에서 유압압력 간의 차이가 유압 유체흐름의 방향으로 증가한다면, 압력상승이 발생하고 또한 소정의 회전 유압요소가 가압된 유압유체에 출력을 전달한다. 가압된 유압유체와 소정의 회전 유압요소 간에 전달된 출력 중 전형적으로 적은 소정 부분이 소정의 회전 유압요소의 비능률 때문에 손실되어 열을 발생시킨다.
전용 유압회로에서 소정의 회전 유압요소들은 다른 회전요소 또는 요소들과 정합된다. 예컨대, 유체 정역학적인 변속기(hydrostatic transmission)는 전형적으로, 전용 모터 또는 전용 모터들의 셋트에 유체적으로 결합된 전용 펌프를 포함한다. 이렇게 정합된 회전 유압요소들의 셋트에서, 유압압력과 흐름율은 지속적으로 모터 또는 모터들 상의 외부 부하들에 정합된다. 이는 전형적으로 가변 변위펌프를 사용함으로써 이루어진다. 이렇게 정합된 회전 유압요소들의 셋트에서, 열로 인해 손실된 유압출력의 부분은 실질적으로, 소정의 회전 유압요소들의 비능률과 그리고 회전 유압요소들에 연결되는 다양한 튜브들과 호스들에서 유체 마찰에 제한될 수 있다.
소정의 유압시스템들(예컨대, 유체시스템(10)과 통상적인 굴삭기의 유압시스템)에서, 소정의 회전 유압요소들은, 직접적으로 관련되지 않는 두 개 이상의 회전 유압요소들 간에 공유된다. 예컨대, 통상적인 굴삭장치에서, 공통의 펌프가 스윙 모터와 트랙 모터에 의해 공유될 수 있다. 공통의 펌프는 다른 유압요소들(예컨대, 유압실린더들)에 의해 더 공유될 수 있다. 이러한 유압요소들의 셋트에서, 공통 펌프의 유압압력 및/또는 흐름율은 모터들(예컨대, 스윙 모터와 트랙 모터) 중 하나 또는 둘 다 상의 외부 부하들 또는 다른 유압요소들 상의 외부 부하들을 정합시킬 필요가 없을 수 있다. 펌프의 유압출력과 모터들 각각과 다른 유압요소들 각각에 의해 총합적으로 요구되는 유압출력을 정합시키기 위하여, 모터들 각각으로 및/또는 모터들 각각에서부터 및/또는 다른 유압요소들 각각으로 및/또는 요소들 각각으로부터의 유압 흐름율은 통상적인 유압시스템에서, 예컨대 드로틀링 밸브 (throttling valve)에 의해 드로틀될 수 있다. 반대로, 어큐뮬레이터(30)가 완전히 충전될 때를 제외하고는, 가변 변위펌프/모터(28)는 전형적으로 드로틀될 필요가 없다. 어큐뮬레이터(30)와 완전히 충전되는 이러한 상황들을 줄이거나 또는 제거하기 위해, 어큐뮬레이터(30)는, 굴삭기(100)의 듀티 싸이클(duty cycle)의 관점에서 적절히 그 크기가 조절될 수 있다. 어큐뮬레이터(30)의 크기는 에너지 절감 대 어큐뮬레이터(30)의 업사이징(upsizing)의 비용의 경제성을 기반으로 선택될 수 있다.
회전 유압요소들과 마찬가지로, 흐름율은 소정의 드로틀링 밸브의 두 포트들 간에 실질적으로 동일할 수 있다. 가압된 유압유체에 의해 드로틀링 밸브로 전달된 출력은 실질적으로, 드로틀링 밸브의 두 포트들에서 유압 압력들 간의 차이와 드로틀링 밸브를 통한 흐름율의 곱과 동일하다. 드로틀링 밸브의 경우에, 두 포트들에서 차이는 압력 강하이다(즉, 유압 유체흐름의 방향으로 압력이 줄어든다). 가압된 유압유체에 의해 드로틀링 밸브로 전달된 출력은 열로 변환되고 또한 전형적으로 낭비된다. 낭비된 열은 정형적으로 굴삭장치의 냉각시스템에 의해 제거되어야만 한다.
통상적인 굴삭기에서, 드로틀링은 굴삭기의 작동특성에 영향을 미친다. 본 발명에서, 유체시스템(10)과 굴삭기(100)는 스윙 구동을 작동하고 또한 스윙 구동으로 관성에너지를 재생하는 동안 드로틀링 없이 통상적인 굴삭기를 모사한다.
유체시스템(10)은 병렬 출력원(즉, 펌프(22)와 어큐뮬레이터(30))를 유압부하에 제공한다. 이로써, 유체시스템(10)은 보다 많은 전체 출력을 총합적인 유압 부하들에 공급할 수 있다. 이는, 원동력(24)의 주어진 크기에 대해 굴삭기(100)의 높은 성능을 이루게 된다. 택일적으로, 원동력(24)은 크기가 작아질 수 있고 또한 굴삭기(100)는 통상적인 굴삭기와 동일하거나 또는 유사한 성능을 이룰 수 있다.
본 발명의 다양한 수정안들과 변형안들은 본 발명의 범위와 사상을 벗어나는 일이 없이 본 기술분야의 전문가들에게 자명하게 될 것이고, 또한 본 발명의 범위는 여기에서 설명한 설시적인 실시예들에 진정으로 제한되지 않는 것으로 이해하여야만 한다.

Claims (20)

  1. 관성에너지를 재생하기에 적합한 유압시스템에서, 유압시스템은:
    펌프와;
    부하에 접속에 적합한 입력/출력축을 가지는 가변 변위펌프/모터와;
    어큐뮬레이터와;
    a) 가변 변위펌프/모터가 펌프에 위해 구동되어 입력/출력축과 부하를 회전시키는 제1모드와; b) 가변 변위펌프/모터가 부하의 감속으로부터의 관성에너지를 사용하여 어큐뮬레이터를 충전하는 제2모드와; c) 가변 변위펌프/모터가 어큐뮬레이터에 의해 구동되어 입력/출력축과 부하를 회전시키는 제3모드에서 동작할 수 있는 밸브 배열과; 그리고
    펌프와, 가변 변위펌프/모터와 밸브 배열의 작동을 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 관성에너지를 재생하기에 적합한 유압시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제어기는 가변 변위펌프/모터의 동작을 제어하여 가변 변위펌프/모터의 입력/출력축을 통해 전달되는 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  3. 제1항에 있어서, 입력/출력축의 회전 방향을 제어하고 또한 입력/출력축의 회전 속도를 제어하기 위해 제어기에 토크 제어신호를 입력하기 위한 운영자 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  4. 제3항에 있어서, 토크 제어신호가 감속명령에 대응하면, 제어기는 밸브 배열을 제2모드로 변환하고, 또한 밸브 배열에 제2모드에 있으면, 가변 변위펌프/모펌핑 및 제동(브레이킹) 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  5. 제1항에 있어서, 가변 변위펌프/모터는 경사판을 포함하고, 또한 제어기는 경사판의 위치를 제어하여 제동 동안에 가변 변위펌프/모터의 입력/출력축을 통해 전달되는 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 경사판은 오버-더-센터(over-the-center) 경사판인 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  7. 제3항에 있어서, 토크 제어신호의 값과, 가변 변위펌프/모터의 입력/출력축의 회전속도와, 가변 변위펌프/모터를 통해 전달되는 토크 간의 관계를 규정하는 제어모델을 저장하기 위한 메모리를 더 포함하고, 상기 제어기는 제어모델을 사용하여 입력/출력축을 통해 전달되어야 하는 토크의 양을 결정하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  8. 제7항에 있어서, 제어기는 입력/출력축의 회전속도를 감지하는 속도센서와 인터페이스되는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  9. 제1항에 있어서, 제어기는 가변 변위펌프/모터에 걸친 압력차이를 감지하는 압력센서배열과 인터페이스하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  10. 제3항에 있어서, 어큐뮬레이터의 충전압력을 감지하기 위한 압력센서를 더 포함하고, 충전압력이 규정된 임계압력보다 크면 제어기는 밸브배열은 제3모드로 변위만 시키는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  11. 제1항에 있어서, 가변 변위펌프/모터는 굴삭기의 하부 캐리지에 관해 스윙축을 중심으로 굴삭기의 상부 구조물을 피벗시키고, 상부 구조물은 굴삭붐을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  12. 제11항에 있어서, 펌프는 또한 굴삭붐을 상하로 피벗시키는데 사용되는 유압실린더를 구동하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  13. 제12항에 있어서, 펌프는 또한 하부 캐리지의 트랙을 구동하는 유압모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  14. 제3항에 있어서, 가변 변위펌프/모터는 경사판을 포함하고, 제어기는 토크 제어신호의 값에 응해 경사판의 위치를 조정하여 입력/출력축을 통해 인가되는 토크를 변경하는 것을 특징으로 하는 유압시스템.
  15. 굴삭장치에 사용하기 위한 유압 스윙 드라이버에 있어서, 유압 스윙 드라이브는 굴삭장치의 굴삭 구조물에 가속 및 감속이 이루어지도록 하고, 상기 유압 스윙 드라이버는:
    펌프 공급라인 내 유압유체에 펌프 압력을 생성하기 위한 유압펌프를 포함하고;
    어큐뮬레이터 압력 하의 유압유체를 가지는 어큐뮬레이터를 포함하되, 어큐뮬레이터는 어큐뮬레이터 라인과 유체 연통하고;
    탱크라인과 유체 연통하는 유압유체를 가지는 탱크를 포함하고;
    굴삭구조물에 가속과 감속이 선택적으로 이루어지도록 하게 하는 가변 변위펌프/모터를 포함하되, 가변 변위펌프/모터는 가변 변위펌프/모터의 제1라인과 제2라인과 유체 연통하고;
    밸브배열을 포함하되, 어큐뮬레이터 압력이 임계압력보다 크고 또한 굴삭구조물의 가속이 필요하면 밸브배열은 어큐뮬레이터 라인을 가변 변위펌프/모터의 제1라인과 선택적으로 연결하고 또한 탱크라인을 가변 변위펌프/모터의 제2라인과 선택적으로 연결하며, 어큐뮬레이터 압력이 임계압력보다 작거나 또는 임계압력과 같고 또한 굴삭구조물의 가속이 필요하면 밸브배열은 펌프 공급라인을 가변 변위펌프/모터의 제1라인과 선택적으로 연결하고 또한 탱크라인을 가변 변위펌프/모터의 제2라인과 선택적으로 연결하며, 굴삭구조물의 감속이 필요하고 또한 어큐뮬레이터 충전이 필요하면 밸브배열은 어큐뮬레이터 라인을 가변 변위펌프/모터의 제2라인과 선택적으로 연결하고 또한 탱크라인을 가변 변위펌프/모터의 제1라인과 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 유압 스윙 드라이브.
  16. 제15항에 있어서, 굴삭구조물의 감속이 필요하고 또한 어큐뮬레이터 충전이 필요하지 않으면, 밸브배열은 드로틀을 가변 변위펌프/모터의 제2라인과 선택적으로 연결하고 또한 탱크라인을 가변 변위펌프/모터의 제1라인과 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 유압 스윙 드라이브.
  17. 제15항에 있어서, 가변 변위펌프/모터는 오버-센터 가변 변위펌프/모터인 것을 특징으로 하는 유압 스윙 드라이브.
  18. 제17항에 있어서, 제어기와 운영자 인터페이스를 더 포함하고, 굴삭구조물의 가속이 필요하면 운영자 인터페이스는 가속 요청신호를 발생하고, 굴삭구조물의 감속이 필요하면 운영자 인터페이스는 감속 요청신호를 발생하고, 제어기는 가속 및 감속신호를 수신하고, 그리고 제어기가 가속 또는 감속 요청신호를 수신하면 제어기는 적어도 하나의 밸브신호를 밸브배열에 전송하는 것을 특징으로 하는 유압 스윙 드라이브.
  19. 제18항에 있어서, 가속 및 감속 요청신호는 비례 요청신호들인 것을 특징으로 하는 유압 스윙 드라이브.
  20. 제19항에 있어서, 제어기는 비례 요청신호들로부터 적어도 부분적으로 계산된 변위신호를 오버-센터 가변 변위펌프/모터로 전송하는 것을 특징으로 하는 유압 스윙 드라이브.
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