KR880001655B1 - 자동 추진 차량의 구동시스템 및 그 작동방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자동 추진 차량의 구동시스템 및 그 작동방법

제1도는 본 발명을 구체화하는 엔진-발전기-모터 구동 시스템에 대한 회로 및 기계적 연결의 다이어그램.

제2도는 최종단에 대한 회로다이어 그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 디젤엔진 3 : 발전기

6 : 모터 8 : 모터필드전류 제어기

10 : 연료분사펌프 15 : 가속페달

20 : 페달설정신호발생기 23 : 인테그레이터(integrator)

27 : 속도제어기 30 : 전류제어기

34 : 동력제어기 35 : 기관측속도신호발생기

37 : 비교기 41 : 변환기 (convertor)

43 : 최종단 46 : 스위치

본 발명은 자동차량, 특히 포크리프트(forklift) 트럭과 같은 플로어 타입(floor-type)산업용 차량의 추진력 제어시스템에 관한 것이다. 또 본 발명은 이러한 차량의 운전이나 제어방법 및 그 목적을 위한 회로에 관한 것이기도 하다. 특히, 본 발명은, 내연기관이 직류발전기를 구동시키고 이 발전기의 전기 출력이 전기모터를 구동시키는데 사용되며 모터는 부하부, 즉 차량의 바퀴와 결합되어 있는 구동시스템의 제어에 관한 것이다. 이런 시스템을 엔진/발전기/모터 셋트라고 부를 수 있을 것이다.

엔진/발전기 모터 셋트는 여러가지 응용에 제공되어 왔는데, 그런 동력셋트의 한 응용분야에서는 내연기관이 디젤엔진이고 발전기는 직류 발전기이며 모터는 직류모터이다.

이와같은 구동시스템은 산업용차량, 특히 포크리프트 트럭 같은 플로어차량들을 추진시키는데 사용될 수 있다.

그런 차량들에서는 구동 페달이 내연기관의 고정점(set point) 입력의 역할을 하며, 디젤 엔진의 경우에는 속도 설정요소 로서 작용하는 연료 분사 펌프가 있다. 따라서 속도 설정요소는 구동 페달이나 고정점장치에 연결된다.

내연기관의 출력축에 구동되는 직류발전기는 외부 여기형일 수 있고 직류모터 역시 외부로부터 여기될 수 있으며 아울러 차량의 바퀴에 연결된다.

그와같은 구동시스템에서는, 차량의 속도를 제어하는 데 있어서 내연기관을 원하는 속도로 설정시키든지, 직류발전기를 선택적으로 제어하든지 혹은 모터로 들어가는 전류나 모터의 에너지 필드(energizing field)를 선택적으로 제어하는 것이 보통이다. 이 필드는 차량의 바테리나 전기장치에 연결된 공급회로망으로 부터 공급된다. 보통 차량속도를 조절하는데는 이들 선택적인 제어가능 동작들 중 단 한가지만 필요하다.

따라서, 이 모든 시스템은 엔진이나 전기모터 시스템의 제어에 있어서 이미 오래전부터 알려져 있는 기술을 적용하여 엔진의 속도를 조절하거나 경우에 따라서는 구동모터의 전류 또는 필드에너지를 제어한다.

그런 시스템은 상태가 변화하지 않는 응용에 대해서 그리고 실제 속도가 항상 페달위치의 함수인 명확히 정해져 있는 동작조건하에서는 효과적이지만 항상 만족스러울 수는 없는 것이다.

그런 시스템에서 문제점에 봉착하는 경우가 있는데, 그중 어느 경우보다 두드러진 것들이 좀 있다. 예를들면, 가속 페달에 의해서만 속도가 제어되는 차량의 경우, 페달을 고정위치로 유지시켜 두더라도 지형의 변화라든지 바퀴가 처한 상태에 따라 차량속도는 변하게 된다. 따라서, 차량의 언덕을 오르거나 경사를 따라 내려갈 때에는 가속페달이 고정되어 있더라도 차량속도는 현저하게 변하는 것이다.

차량의 실제속도를 극히 정밀하게 제어할 수 있게 되기란 매어 어렵고 속도 제어 페달이 고정되어 있으면서 이동 저항이 현저하게 변할때 이 속도를 정확하게 결정짓기는 사실 힘들다.

이는 포크리프트 트럭 같은 플로어타입 산업용 차량의 경우 특히 그러하다. 그런 차량들은 연소성 혹은 유독성 액체를 담고 있는 유리병이나 플라스크가 실린 팔레트(pallet)처럼 극히 민감한 장치나 물품을 수송하게 될 때가 있는데, 그런 경우 및 민감한 전자설비 또는 그와 유사한 경우 화물의 수송, 적재 및 운반시 극히 정밀하고 민감한 제어를 해야함이 절대로 필수적이다.

무계단적이며 유체정역학적으로 변속동작하는 내연기관을 갖춘 차량이 이미 제안된 바 있는데 거기서는 가속 페달이 무계단적으로 조정되는 가변적비율의 변속을 지정하는 신호를 발생시킨다.

이 시스템에서는 내연기관의 속도를 나타내기 위한 신호가 발생될 수 있고 또 다른 신호는 변속기에 인가되는 부하를 나타낼 수 있는데 이들 신호는 가속페달로 부터 나온 신호와 함께 처리된다. (독일 특허 DE-OS 20 49 048 참조).

이들 장치에서는 그러나 내연기관 속도 신호와 변속기부하 신호가 무계단 조정식변속을 설정하는데 있어서 연속적인 효과를 제공하는게 아니라 가속을 제어하기 위한 제한신호를 만들어서 신호가 어떤 한계를 넘어가게 하는 과도한 가속을 막아준다.

더우기, 미국특허 제4,315,121호에서는 무계단적이고 가변식인 유체정역학적 변속을 통해 바테리로 공급되어 외부로 부터 여기되는 저기 모터에 의해 차량이 추진되는 차량구동시스템이 발표되어 있다. 이 경우에는, 병렬권선모터(shunt wound-motor)의 여기가 무계단 변속기에 가해지는 부하에 영향을 받도록 되어 있다. 이경우 역시 한편으로는 변속의 설정과 다른 한편으로는 일차적인 운동부, 즉 추진모터의 설정이 독립적일 수 있으며 단지 특정조건하에서만 서로 겹쳐져서 연관될 것이다.

본 발명의 가장 주요한 목적은 엔진/발전기/모터 추진세트를 위한 제어시스템을 특별히 고안해서 종래 시스템의 난점을 극복하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 이런류의 구동셋트 특히 포크 리프트 트럭과 같은 플로어타입 산업용 차랴의 속도제어를 위한 제어시스템을 제공하여 종래에 비해 보다 정밀한 속도 제어를 가능케 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 직류발전기 축에 걸리는 과도한 토오크(torque)로 인한 내연기관의 무리한 부하를 배제하는 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 엔진/발전기/모터셋트의 동작방법을 제공하여 구동셋트내의 무리한 부하를 배제함으로써 출력축의 속도 제어 민감도를 증진시키는데 있다.

개략적인 설명이 전개됨에 따라 점차 명확해질 이러한 목적 및 그 부차적목적은, 엔진/발전기/모터 동력셋트 특히 자동차의 속도 조절을 민감하면서도 정밀하게 제어하기 위한 것으로, 가속 페달등의 속도 설장장치를 갖춘, 가급적이면 디젤엔진인 내연기관으로 이루어진 동력시스템을 채택한 포크 리프트 트럭 같은 산업용 플로어차량에 운용되는 제어시스템 및 방법에 본 발명을 운용함으로써 달성될 수 있다. 디젤엔진의 속도 제어 요소는 연료분사펌프이다. 디젤엔진의 엔진출력축 즉, 크랭크 샤프트는 외부로 부터 여기된 직류발전기에 연결되어 있고 이 직류발전기는 부하부, 즉 차량의 바퀴에 접속되어 있는 외부로부터 여기된 직류 모터에 전기적으로 연결되어 있다.

본 발명의 원리에 따르면, 내연기관의 속도제어요소는 속도설정신호 발생기를 갖추고 있으며, 엔진의 출력축은 기관속도 신호 발생기를 갖추고 있다. 직류모터축은 모터속도신호발생기를 갖추고 있으며 속도설정신호발생기 및 모터속도 신호발생기의 신호들은 속도 제어기로 보내어지고 속도 제어기의 출력신호는 동력제어기로 보내진다. 속도설정신호 발생기 및 엔진속도 신호발생기의 신호들은 비교기에 인가되고 비교기의 출력도 또 다시 동력제어기에 인가된다. 동력제어기는 직류발전기의 필드권선을 통과하는 전류를 조절하는, 이른바, 발전기 필드의 여기를 변화시킨다.

직류 발전기 출력축 속도가 그 고정점값과 다를 경우, 그 차이는 속도제어기내에서 그곳에 보내지는 신호들이 비교됨으로써 감지되고 이 차동신호는 동력제어기에 인가된다. 이 차동신호는 직류발전기의 여기상태를 변화시켜 직류모터로 전달되는 전류를 조정하게 된다. 이라하여 직류모터의 축속도와 차량의 속도가 고정점값으로 조정된다.

속도 설정신호 발생기에 의해 신호는 속도제어요소 즉 연료분사펌프의 이러한 조작에 의해 무부하상태의 내연기관 속도와 상응하게 된다.

만약 직류발전기에 가해지는 토오크가 속도제어요소의 설정속도에 비해 내연기관의 속도를 감소시킬 정도로 증가하여 속도제어 요소에 의해 설정된 것에 비해 상당한 정도로 낮아지면, 속도 설정신호 발생기의 신호와 기관속도 신호 발생기의 신호 사이의 비교기에서는 차등신호가 감지되며, 이 차등신호는 동력제어기로 인가되어 직류 발전기의 여기도를 토오크가 감소하는 방향으로 변화시키되 기관속도 신호 발생기가 속도제어요소의 고정위치 및 그에따른 정해진 엔진속도에 상응한 예정된 하용오차 범위내의 값으로 되돌아갈때 까지 동력제어기로 계속 인가된다.

제어시스템을 설치함에 있어 인테그레이터(integrotor), 속도제어기, 동력제어기 및 필드 여기 전류제어기로 쓰이는 여러가지 회로와 제어요소를 적절히 선택함으로서 즉, 이들이 동작중 조절될 수 있도록 이들을 가변적 또는제어가능하게 만듬으로써, 예를들면, 구동저항이나 경사들과 관계없이 차량의 속도가 항상 가속 폐달의 설정에 비례하도록 보증할 수 있는 뛰어난 특성을 가지는 차량구동 시스템이 얻어지게 된다.

달리 말해서, 가속 페달의 주어진 위치에따라, 가속도가 미리 결정되며 그럼에도 불구하고 내연기관의 과도하중 방지가 보장된다는 것이다.

또한 동작특성을 실제로 원하는 어떠한 레벨이나 패턴으로 설절할 수도 있다. 예를들어, 본 발명의 시스템에서는 유체 정역학적 변속 및 유체역학적구동의 장점들을 합한 모터 및 엔진특성을 얻을 수 있는 것이다.

일반적으로 본 발명의 시스템은 직렬권선(series-wound)모터를 사용하는 통상적인 디젤 전기구동에 대한 광범위한 개선을 나타낸다.

제어공정은 우선 순위적 성질을 가지고 있어서 종속된 전류 제어 및 종속된 동력제어로써 속도 제어가 허용된다. 본 발명에 따른 여러소자의 회로는 견인력, 차량속도 및 가속도에 대한 한계를 설정하고 내연기관의 입력동력 및 출력동력이 어려움 없이 미리 정해진 관계에 있도록 해준다.

차량구동은 4국면의 양상으로 동작될 수 있다. 즉, 전,후방 및 각 방향에 대해 가속 또는 감속으로 최적 제어된다. 실용차량특허 포크리프트 트럭 같은 차량의 경우 특별한 동작조건이 있다. 예를들어 포크나 부움 또는 비임등을 들어올릴때에는 내연기관이 고속으로 동작하지만 차량구동을 위한 직류발전기는 아무런 출력도 내지않거나 단지 비교적 작은 출력만을 내는 것이다.

이러한 조건하에서는 내연기관에 대한 속도제어요소가 가속페달의 직접적인 영향을 받지 않고 기관속도에 따라 변하도록 만들 수 있다.

속도 설정신호발생기가 가속페달과 관련되어 있을 경우, 가속페달로 부터 나온 신호는 항상 내연기관의 설정치를 표시하고 있는 것은 아니다. 이는 특히 가속페달과 내연기관의 속도제어요소 사이에 불확실한 운동학적 운동전달연결부가 장치되어 있을때 그러하다.

이러한 문제점은 본 발명에 따른 속도 설정신호 발생기를 가속페달과 직접 연결함으로써 해결되며, 속도설정신호발생기(다음부터는 페달설정신호 발생기로 부를 것이다)가 직접적인 고정값 발생기의 역할을 한다.

이 경우 페달설정신호 발생기로 부터 나온 신호는 속도제어기로 보내지고 속도제어요소로 부터 즉 속도설정신호발생기로 부터 나온 신호는 비교기로 보내어져서 모터축속도와 비교되며 기관속도 신호 발생기는 자신의 신호를 속도설정신호 발생기의 신호와 함께 비교기로 보내지고 비교기는 그 차동신호를 직접 동력제어기로 공급한다.

더우기, 속도제어기와 동력제어기 사이에 전류제어기를 장치하는 것이 유리하다는 사실이 발견되었다. 전류 제어기가 받는 입력은 직류발전기와 직류모터 사이에 흐르는 전류를 나타내는 신호의 형태로 되어 있다. 자기저항성 장치인 이 전류센서(sensor)로 부터 모터의 필드 전류를 제어하는 모터필드 전류제어기까지에 피이드백경로를 만들 수 있다. 전류제어기는 전류측정치라 임계치에 도달하면 동력제어기로 전달되는 신호를 제한할 수 있다.

전류제어기는 또한 직류발전기의 최대아마츄어(armature)전류를 제한하는 작용을 하는데 이 아마츄어 전류는 직류모터의 아마츄어 전류이기도 하므로 이것 역시 제한시키게 된다.

본 발명의 또 다른 특징으로서 페달설정신호 발생기로 부터 나온 신호는 그 내부에서의 급속한 변화를 측정하기 위해 모니터되고, 본 발명에 따라, 속도제어기의 일부분을 이루고 있는 인테그레이터로 보내진다. 이 경우 만약 가속페달이 갑자기 눌러져 여기 필드전류의 급속한 변화로 인해 아마츄어 전류가 허용될 수 없을 정도로 높아지면, 직류발전기나 직류모터내로 흐르는 전류가 과도하게 커지는 것을 막기 위해 미리 정해진 프로그램에 따라 인테그레이터에 의해 그 신호가 가감될 것이며, 그럼에도 불구하고 직류모터축의 속도는 재빨리 원하는 속도에 도달된다.

인테그레이터의 기능은 미리 정해진 프로그램에 따라 영향을 받고 단순히 그 프로그램을 교체함으로서 바뀔 수 있다. 이렇게 인테그레이터가 프로그램될 수 있는 성질이 있으므로서 가튼 구동 시스템이 여러 차량이나 여러 조건하에 사용될 경우 매우 편리해지는 것이다.

가장 편리한 것은 인테그레이터를 차량의 시스템과 결합한 채로 수동식으로 설정(set)시킬 수 있다는 점이다.

신호 변화율이 변함으로써 차량의 가속율이 변하며 최대의 차량가속 또는 감속이 이루어질 수 있으며, 차량의 운전판에는 거칠거나 단단하거나 건조한 또는 그밖의 도로상태에 따라 인테그레이터의 응답율(responserate)을 수정할 수 있는 레버가 장치될 수 있다. 따라서 위와같은 상태하에서는 축축하고 미끄러운 표면상태때와는 다르게 값이 설정될 수 있는 것이다.

본 발명의 또하나의 특징에 따르면, 인테그레이터의 변화기능이 직류모터로 구동되는 바퀴의 자축하중에 따른 신호에 따라 자동적으로 바뀔 수 있으므로 차축하중이 과도하거나 바퀴와 이동표면 사이의 마찰이 심하면 더욱 크게 가속이 되는 반면 차축하중이 작아서 미끄러지기 쉬울 경우에는 바퀴의 미끄러짐이나 헛돌기의 위험이 감소되게끔 한다.

인테그레이터가 운전수의 제어 혹은 자동적으로 변화될 수 있다는 점은 다음과 같은 이유로 매우 유리하다. 즉, 여러가지 화물이 각기 다른 민감도를 가지고 수송될 수 있어서 이 시스템은 한편으로는 금속주괴(ingot)따위를 운반할 수 있으며 다른 한편으로는 연화성, 유속액체를 담은 민감한 얇은 유리플라스크도 수송할 수 있다.

차량에는 전방 및 후방이동을 가능하게 해주는 회로가 장치되어 있다. 물론 이 회로는 방향선택회로를 만들어내는 신호발생기로 작용하는 이동방향 선택기에 반응한다. 방향신호 발생기가 가속페달이 위치와 연관성을 가질 수도 있지만 이 신호 발생기를 독립된 요소로 장치하고, 그 입력이 인테그레이터에 인가되게 하여 인테그레이터 출력신호의 극서에 영향을 주도록 만드는 것이 더욱 유리하다는 사실이 밝혀졌다.

또한 동력제어기로 부터 나온 신호는 직류발전기의 필드코일에 연결된 회로로 보내어 이 필드코일의 전류를 조절함으로써 직류발전기의 여기도를 제어하도록 하는 것이 바람직하다는 사실도 발견되었다.

이 회로는 전압의 형태로 된 입력신호를 전류펄스로 변화시키되 펄스지속기간이나 펄스의 OFF시간이 입력 전압신호에 따라 정해지도록 하여 그것이 필드여기를 제어하게 하는 기능을 가지고 있다. 이요소는 물론 직류발전기의 펄스제어를 제공해준다.

본 발명의 또다른 특징에 의하면, 위의 회로와 필드코일 사이에 있는 최종단이 극성감응성이고 차량 이동방향을 선택하고 따라서 모터회전방향을 선택하도록 두 방향으로 선택적으로 필드코일에 에너지를 준다.

따라서 동력제어기의 출력은 그 극성에 따르지 않고 단지 그 절대값에 따라서만 영향을 줄 수 있으며 최종단에 인가되는 이 출력신호의 극성은 전류제어기 출력으로 제어되는 스위치 회로에 의해 만들어진다.

본 발명에 따르면, 기관속도 신호발생기는 로타리타입의 펄스전송발생기로 될 수 있는데, 거기서는 회전운동과 전기출력 사이의 변환이 교류전류나 일련의 광펄스형태로 이루어지며 광펄스는 상응한 전기신호로 변환된다. 따라서 기관속도 신호발생기는 기관속도의 함수로 된 연속적 출력을 갖거나 혹은 주파수가 기관속도의 함수인 펄스열을 갖게 될 수도 있다.

엔진에는 펄스발생기의 일부를 이루는 잇날을 가진 플라이휠이 장치될 수 있는데, 더욱 일반적으로 말하자면 기관속도 신호발생기는 엔진에 붙어있는 일부분을 이용하는 장치할 수 있다.

본 발명에 따른 바람직한 동작형태에서는, 이 신호발생기의 출력은 전압신호이어야하며 기관축의 회전을 측정하기 위해 펄스발생기가 사용되는 경우에는, 이 펄스발생기과 기관축의 속도 신호가 인가되는 회로사이에 주파수/전압 변환기가 장치되어야 한다.

페달설정신호발생기 역시 여러가지 형태로 제공될 수 있다. 예를들면, 차동필드플레이트 센서(differential field plate sensor)즉, 자기저항성 또는 전류자기(galvanomagnetic)장치를 차량의 프레임에 고정시켜 페달에 연결된 자석에 의해 영향을 받도록 할 수 있다. 그렇지만 이런 신호 발생기는 포토다이오드와 같은 광감응성 소자에 향해 있는 일정한 광원으로 부터 나온 빛줄기를 선택적으로 차단시키는 장치로 될 수도 있는 것이다.

유리하게도, 변환기 회로와 필드코일사이에는 파워 트랜지스터의 브리지회로 형태로 최종단이 장치되어 있어서 콜렉터 이미터회로 망(collector emitter networks)이 각기 다이오드로 브리지된 채 각 쌍별로 도통되게 되어 있다.

이상에서 기술한 본 발명의 여러가지 목적과 특징 및 장점들은 첨부 및 도면을 참조한 다음의 설명으로 더욱 분명해질 것이다.

제1도는 내연기관으로서 디젤엔진(1)을 도시한 것으로, 이것의 크랭크샤프트가 엔진출력축을 형성하고 있다. 이 엔진출력축은 외부여기형 직류반전기(3),(4)를 구동시키는데(3)은 회전자를 표시하고 (4)는 이 모터의 필드코일을 표시한 것이다.

필드코일(4)로 공급되는 실제전류는 제2도와 더불어 상세히 설명될 것이고 제1도에서는 다만 도시적으로 표시되어 있다. 도선(5)은 발전기(3)과 직류모터(6)(7)을 연결하고 있는데 직류모터는 외부로 부터 여기된 것으로서 (6)은 아마츄어이고 (7)은 필드권선이다. 모터의 필드권선(7)은 (8)로 표시된 모터필드전류제어기에 의하여 (9)로 표시된 전도로를 통하는 전류에 의해 여기된다.

디젤엔진(1)에는 연료분사펌프(10)이 장치되어 엔진의 속도제어요소를 구성하고 있다. 이 속도제어요소는 레버(lever)(11)에 의해 그 출력이 변화되며 레버의 한쪽끝이 공전 연결부(lost motion linkage)(12),(13)에 의해 로드(14)에 연결되어 있고 로드는 차량의 가속페달(15)와 추축 연결되어 있다. 가속페달은 본 발명에 따른 속도설정장치를 구성한다.

좀더 상세히 설명하면, 페달(15)은, (15a)에서 차량의 샤시(15b)와 추축연결되어 있고 샤시(16a)의 부분에 고정된 전달스프링(16)에 의해 위쪽 즉 시계방향으로 담겨져 있다. 로드(14)는 (14a)에서 페달(15)과 추축연결되어 있고 연결되지 않은 쪽은 홈(13)이 파여져 있는데 이 홈은 핀(12)이 미끄러질 수 있도록 공전연결부를 구성하고 있다. 핀(12)은 레버(11)에 의해 움직인다. 이에 따르는 장력스프링(17)은 샤시(17a)에 연결되어 레버(11)를 상방 즉 시계방향으로 당길 수 있도록 되어 있다.

레버(11)는 연결로드(18)에 의해 레버(11)의 위치를 계측하는 전위차계(potentiometer)형인 속도 설정신호발생기와 연결되어 속도 제어요소를 이룬다. 위치 측정신호발생기를 이루는 전위차계의 출력은 기관속도의 고정점 신호로 나타난다. 달리 설명하자면, 속도제어요소(10)의 모든 설정을 위해, 미리 정해진 기관속도가 엔진(1)의 크랭크샤프트(2)에서 측정가능하게 얻어져야 한다.

이러한 목적을 위해 고안된 위치 측정 계기로서의 전위차계 활용법이 감지된 출력신호와 함께 뉴욕의 매그로우힐 출판사에서 간행된 1960년도판 Servomechanism Practice 44페이지 이하에 설명되어 있다.

가속페달(15)은 이 역시 연결로드(15c)에 의해 전위자계 형태인 가속페달설정-신호발생기(20)에 의해 연결되어 있다(상기에 인용된 Servomechanism Practice 참조).

운행방향의 선택은 도선(22)를 통해 (24)로 표시된 전류공급원에 연결된 인테그레이터(23)로 그 신호가 인가되는 선택기(21)의 작동으로 이루어진다. 인테그레이터는 뉴욕의 맥그로우힐 출판사의 1971년도판 Operational Amplifiers 213페이지 이하에 설명된 타입이다.

페달설정신호 발생기(20)의 신호 역시 도선(25)를 통해 인테그레이터로 인가되고 인테그레이터 출력신호는 도선(26)을 통해 속도제어기(27)로 전달된다.

속도제어기 또한 (28)로 표시된, 타코미터(29)의 입력신호를 받는데(상기에 인용된 Servomechanism Practice 315페이지 이하 참조) 타코미터는 코터(6)(7)의 출력축에 연결되어 도면에 명시되지 않은 부하부, 즉 차량바퀴중 하나 혹은 전부에 알려져 있다. 그리하여 타코미터(29)는 모터 축-속도 신호발생기의 구실을 하게된다. 속도제어기(27)에는 (26)과(28)로 전달된 신호를 비교하고 그 차등신호를 도선(29')을 통하여 전류제어기(30)으로 보내는 비교기(상기에 인용된 Operational Amplifiers 358페이지 이하 참조)가 부속되어 있다.

도선(5)를 통해 발전기(3),(4)와 모터(6),(7)간에 흐르는 전류는 전류센서(31)에 의해 감지되고 전류에 상응하는 신호가 도선(32)에서 전류제어기(30)로, 도선(32)를 통해 모터필드전류제어기(8)에도 연결되는 피이드백루프를 통해 전달된다. 전류제어기의 출력신호는 도선(33)에서 동력제어기(34)로 전달된다.

크랭크 샤프트(2)는 또 타코미터나 엔진 크랭크 샤프트 속도를 표시하는 신호를 보내는 기관축 속도 신호 발생기(35)에 연결되기도 하는데 그 신호는 도선(36)을 통해 속도 설정신호발생기(19)로 부터 입력(38)을 받는 비교기(37)로 보내진다.

비교기(37)에서 이 신호들은 비교되고 그 편차 즉 차동신호는 (39)에서 동력제어기(34)로 인가된다.

동력제어기의 출력신호는 (40)에서 변환기(41)로 전달되고 변환기의 출력은 도선(42)와 스위치(46)(도식적으로 표시되어 있음)를 통해 직류발전기(3),(4)의 필드 코일(4)의 여기상태를 제어하는 최종단(43)으로 보내진다.

전류제어기(30)과 동력제어기(34) 사이의 도선(33)으로 부터 나뉜 지선(45)는 스위치(46)에 이어지고, 도선(33) 및 도선(45)내의 신호의 극성에 따라 도선(47)이나 도선(48)을 통해 최종단(43)에 에너지가 가해진다.

제1도 회로의 최종단은 제2도에 상세히 도시되어 있는 바 설명된 회로에 공급하는 차량의 바테리나 특수바테리인 바테리(50)에 연결되는 포지티브 및 네가티브 버스(49),(51)로 구성된다.

회로(43) 역시 이들 버스와 직류발전기의 필드코일(4)사이의 브리지회로에 연결된 4개의 파워 트랜지스터(52),(53),(54),(55)로 구성된다.

다이오드(56),(57),(58) 및 (59)는 각각 상응하는 트랜지스터(52),(53),(54),(55)로 구성된다.

다이오드(56),(57),(58) 및 (59)는 각각 상응하는 트랜지스터(52),(53),(54),(55)의 이미터-콜렉터 회로망을 가로질러 브리지되어 있다. 그결과 트랜지스터들은 정류기 브리지형 다이알을 분로(分路)되게 한다. 트랜지스터(52)와, (55)의 베이스는 도선(47)에 연결되어 있고 도선(47)은 편의상, 도선(47a)와(47b)로 분리되어 도시되었다. 이와 유사하게 트랜지스터(53),(54)는 스위치(46)를 통해 트랜지스터(52),(55)와 교대로 접속되어 있고 (48a)와(48b)로 도시되어 있는 도선(48)으로 여기된다.

도면에 의하면 도선(47a),(47b)상의 신호가 전도성 트랜지스터(55),(52)를 통해 포지티브 블록 즉, 버스(49)로 부터 필드코일(4)의 좌에서 우로 전류를 흐르게 함이 명확하다. 이와같이, 도선(48a),(48b)의 여기는 트랜지스터(53),(54)을 도통시켜 필드코일(4)을 역류하는 전류가 도선(44a),(44b)을 통해 흐르게끔 한다.

그리하여 상응되는 전기스위치일 수 있는 스위치(46)의 스윗칭 상태에 따라, 필드코일(4)을 통하는 전류가 순방향 혹은 그 역방향으로 흐르게 되고 이에따라 필드는 쌍극으로 극성화되어 회전방향 즉 차량의 운행방향을 결정케된다.

전류측정장치 곧 센서(31)는 측정된 전류의 플레이트신호(실효치 신호)를 직류전압형태로 공급한다.

이를 위해 전류감지기는 차동필드 플레이트 센서가 되어야 한다.(Galvanomagnetic Devices Date Book, 1976/77 Siemens AG,Munich, Germany 참조).

전위차계, 즉, 속도설정신호발생기(19)의 슬라이더는 레버(11)의 변위에 비례하여 각도 있게 변위되며 이 레버(11)의 위치에 비례하는 직류전압을 보낸다. 이러한 전압의 크기는 내연기관의 속도율 측정치를 의미한다. 기관축속도 신호발생기(35)는 주파수가 엔진의 크랭크샤프트 회전속도에 비례하는 출력을 내고 이는 주파수/전압변환기(도시하지 않음)내에서 엔진속도에 비례하는 전압으로 변환된다. 이 전압은 그리하여 내연기관(1)의 속도의 실효치를 표시하는 신호로 나타난다.

언급된 바, 가속페달(15)은 내연기관(1)의 속도제어요소에 로드(14), 레버(11)에 의해 접속되어 있다.

필드플레이드센서 즉 Galvanomagnetic Devices에 설명되어 있는 자기저항장치가 센서(20)로 사용될 수 있는데 센서에 부착하여 가속페달(15)에 의해 변위되는 자석과 병용함으로써 이러한 자기저항장치에 따른 전압으로 페달(15)의 위치를 표시하는 전압을 얻을 수 있고 이로써 차량속도의 설정치를 산출할 수 있다.

본 발명 시스템을 갖춘 포크리프트 트럭에 쓰이는 플런저(60)가, 레버(11)을 반 시계방향으로 움직이게 작동시키고 또한 차량속도는 변함없이 어떤 부가의 힘이 화물을 들어올리는데 필요할때는 차량의 속도제어요소(10)를 보다 큰 출력을 얻을 수 있는 방향으로 이동시키기 위해 제공될 수 있다.

물론, 이러한 경우엔, 그에 상응하는 신호가 속도설정신호발생기(19)에서 발생되어야 한다.

기관속도를 나타내는 타코미터(29)의 전기신호 역시 전기모터속도의 실제치를 나타내는 직류전압의 형태이다. 그리하여 속도제어기(27)에서 직류모터(6),(7)의 설정치와 실제치의 비교가 이루어진게 된다.

동력제어기(34)의 기능을 요약하면 다음과 같다.

속도설정신호발생기(19)는 이미 언급된 바와 같이 레버(11)의 주어진 위치와 속도 제어요소(10)의 설정에 따라 하중이 걸리지 않는 엔진의 정상속도를 계측하는 전압을 송출한다. 이 속도는 하중이 완전히 배제된 상태에서 샤프트(2)가 낼 수 있는 속도가 되며 레벨(11)의 주어진 위치에 따른 샤프트의 최대속도를 의미한다.

전압형태의 이 신호는 가관축 신호발생기(35)의 신호형태로 나타나는 엔진속도 측정치와 끊임없이 비교되고 그 차이는 도선(39)에서 화물적재시 엔진속도가 설정시 이하로 떨어지는 것을 표시하는 신호가 된다. 이차등신호는 동력제어기(34)로 인가된다.

회로(41)는 동력제어기의 출력전압 0에서 100%까지 온-타임 가변 구형펄스로 변환시키는 변환기이며 최종단(43)은 이미 언급된, 교대적으로 여기되는 필수적인 브리지(52),(55) 혹은 (54),(53)을 갖춘 브리지 회로이다.

모터(6),(7)의 필드권선(7) 내의 여기전류는 도선(5)을 통하는 최대전류의 50내지 100%에 이르는 아마츄어 전류에 따라서 피이드백 회로에 의해 제어된다. 그리하여, 필드전류제어기(8)는 변환기(41)과 유사하게 기능하여 필드코일(4)의 여기에 따른 그겅 및 도선(43)내의 신호의 극성에 무관하여 50% 내지 100%에 이르는 지속기간의 펄스를 송출한다. 이러한 타입의 제어의 잇점은 필드권선의 가열을 감소시켜 부분적재시와 전량 적재시의 속도범위를 크게한다.

본 발명에 따르면 여타신호에 독립적일 수도 있고 의존적일 수도 있는 필드권선(7)의 전류조절기를 만들 수 있다. 예를들자면, 쇄손(29a)으로 표시된 모터속도 신호발생기 즉, 타코미터(29)의 출력에 제어기(8)가 반응 할 수 있는 몇몇 경우에서 유리하다.

제어동작은 상세한 여러 동작모오드를 예시함으로써 가장 용이하게 설명될 수 있는바, 예를들자면, 가속시에 운행방향은 선택기(21)에 의해 선택되며 가속페달(15)은 신호 발생기(20)를 통해 차량속도의 설정치 만큼 압력을 받게 되며 차량속도 설정치는 도선(25)를 통해 인테그레이터(23)과 여타 속도제어기로 인가된다. 증폭율은 1500에 이를 것이므로 페달의 움직임에 따라 결정되는 가속상의 여하한 변화에도 실질적으로 차량의 가속을 완벽히 제어할 수 있게끔 된다.

전류제어기(30)과 동력제어기(34)는 유사하게 동작되고 발전기(3),(4)가 여기되어 전류가 아마츄어(3)을 통해 홀러 모터로 전달되며, 이 아마츄어 전류전폭은 전류센서(31)에 의해 측정되고 전류센서의 출력은 전류제어기(30)로 인가된다. 아마츄어 전류가 그 최대치에 도달하면 전류제어기가 최종단을 통해 동작하여 전류가 감소되거나 과다한 아마츄어 전류를 막아준다.

만약 내연기관(1)의 하중이 속도감소를 초래하게 되면 동력제어기(34)가 비교기(37)로 부터 나온 출력에 의해 동작하게 되며 필드코일(4)로 지나가는 전류를 제어하여 엔진에 과다 하중이 걸리지 않게 된다.

차량의 속도가 페달(15)의 설정치와 상응한 속도에 도달하게 되면 속도제어기(17)에 의해 속도제어기능이 다시 시작되는데 속도제어기는 모터(6),(7)의 출력측에 원하는 속도로 유지시켜 차량속도를 원하는 대로 되게 한다.

만약 운전수가 차량속도를 줄이기 위해 페달을 뗀다면, 속도제어기(27)에 의한 제어는 반대 양상으로 되고 모터속도신호 발생기(29)는 속도설정요소로 연결된 신호발생기(20)의 출력보다 더 큰 출력을 갖게 될 것이다.

그러면 전류제어기(30)가 역방향으로 동작하여 제동 모멘트가 엔진에 가해진다. 이런 제동 상태에서는 모터(6),(7)가 발전기의 기능을 하고 발전기는 모터의 기능을 하게 된다.

모터속도신호발생기 즉, 타모미터(29)가 신호발생기(20)에서 발생된 고정점 속도신호 보다 더 큰 실제치의 신호를 제공하게 되면, 즉 예를들어 고정점 신호가 실제치 신호보다 더 작으면, 바테리(50)에 표시된 회로가 전도로, 즉, 도선(5)를 차단시킬 수 있으며 전기적으로 발전기를 모터와 격리시켜서 현재 발전기로 동작하는 모터로 하여금 바테리에 전류를 저장시키도록 할 수 있는데 그 경우 모터와 바테리 단자 사이의 전압차는 제동작용을 보장하기에 충분한 것이 된다.

높은 가속의 경우, 전류를 증가시키기 위해 바테리(50')가 아마츄어(3)과 함께 추가로 바테리(50)에 연결될 수 있다.

Claims (22)

1. 차량을 구동시키기 위한 것으로써, 속도제어 요소와 출력축을 가지는 내연기관, 상기 속도제어요소에 동작가능하게 연결된 속도설정장치, 상기 출력축에 연결된 외부여기형직류발전기, 상기 직류발전기에 전기적으로 연결되고 아울러 모터축이 차량을 추진시키기 위한 부하부에 연결된 외부 여기형 직류 모터로 구성되는 엔진/발전기/모터셋트의 제어시스템에 있어서, 상기 속도제어요소에 연결되어 이 제어요소의 위치에 의해 정해진 무부하 엔진속도의 고정점 값을 나타내는 신호를 발생시키는 속도설정 신호발생기, 상기 출력축에 연결되어 출력축의 속도를 나타내는 신호를 발생시키는 기관축 속도신호발생기, 상기 모터축에 연결되어 모터축의 속도를 나타내는 신호를 발생시키는 모터축 속도 신호발생기, 상기 속도 설정장치와 모터축 속도신호 발생기로부터 신호를 받아서 속도제어기 신호출력을 내는 속도 제어기, 상기 속도제어기신호출력을 입력으로서 받는 동력제어기, 상기 기관축 속도신호발생기와 속도 신호발생기로 부터 신호를 받으며, 또한 상기 동력제어기에 연결되어서 동력제어기에 입력을 공급하는 비교기 및 상기 동력제어기의 출력에 연결되어 상기 직류 발전기의 필드코일의 여기를 제어하는 제어장치로 구성됨을 특징으로 하는 제어시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 직류발전기와 직류모터 사이의 전류흐름을 감지해서 피이드백신호를 만들고 아울러 이 피이드백 신호를 상기 동력제어기에 인가시키는 전류센서를 포함하는 제어 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 직류모터의 필드코일을 통해 흐르는 전류를 제어하는 모터필드 전류제어기를 포함하는 제어시스템.
4. 제2항 또는 3항에 있어서, 상기 직류모터의 필드코일을 통해 흐르는 전류가 상기 직류발전기와 직류모터간의 전류에 따라 제어되는 제어 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 속도설정 신호 발생기가 부분적으로는 상기 속도 설정장치에 의해 제어되는 제어 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 속도제어기와 동력제어기 사이에 배치되는 것으로서, 속도제어기의 출력신호와 전류의 진폭에 관한 신호를 받아서 상기 직류발전기와 직류모터 사이의 전류측정치를 나타내는 신호가 제한치에 도달하면 상기 동력제어기에 보내진 신호를 제한하는 전류제어기를 포함하는 제어 시스템.
7. 제5항에 있어서, 상기 속도설정치가 가속 페달이고 아울러 가변성 프로그램 인테그레이터를 거쳐서 상기 속도 제어기에 연결된 가속페달 설정신호 발생기를 갖추고 있는 제어 시스템.
8. 제7항에 있어서, 차랴의 이동의 선택방향에 따라 상기 속도제어기에 출력되는 신호의 극성을 변화시키는 인테그레이터를 포함하는 제어 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 동력제어기와 직류 발전기의 필드코일 사이에 변환기회로를 포함하는 제어 시스템.
10. 제9항에 있어서, 극성감용스위치가 상기 직류발전기의 필드코일의 여기를 제어하는 최종단과 상기 변환기 사이에 제공되는 제어 시스템.
11. 제10항에 있어서, 상기 스위치가 전류제어기로 부터 나온 신호의 출력 극성에 감응하도록 연결된 제어 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 기관축 속도 신호발생기는 펄스발생기이며, 또한 이 펄스발생기와 사이 비교기 사이에는 주파수/전압 변환기가 포함되는 제어 시스템.
13. 제5항에 있어서, 상기 각소페달 설정신호 발생기가 전류자기장치인 제어 시스템.
14. 제1항에 있어서, 상기 제어장치가 신호극성에 따라 쌍극으로 여기되는 4개의 파워트랜지스터를 갖춘 브리지회로를 포함하는 제어 시스템.
15. 내연기관, 이 내연기관에 연결된 외부여기형 직류발전기, 이 발전기에 전기적으로 연결된 직류모터 및 상기 내연기관의 속도를 제어하기 위한 고정점요소를 포함하는 엔진시스템의 동작방법이, 직류모터의 아마츄어 전류와 관계없는 신호로서 상기 직류모터를 여기시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 엔진시스템의 동작 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 전류제어를 속도 제어에 종속되도록 한 엔진시스템의 동작방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 발전기의 동력을 제어시키고 또한 발전기에 전류 제어를 종속시키는 단계를 포함하는 엔진시스템의 동작방법.
18. 제17항에 있어서, 동력제어기가 최대치 제한제어를 받도록 한 엔진시스템의 동작방법.
19. 제18항에 있어서, 실제치 속도신호의 고정점이 상기 발전기의 필드코일의 전류여기를 제어하기 위해 발생, 비교, 이용되는 엔진시스템의 동작방법.
20. 제19항에 있어서, 비교 결과치가 엔진의 고정점속도와 그 실제치의 비교로 부터 나온 비교치와 합해지는 엔진시스템의 동작방법.
21. 제18항 또는 19항에 있어서, 아마츄어 전류에 따른 신호가 실제치 속도신호의 고정점 비교의 신호에 종속되는 엔진 시스템의 동작방법.
22. 속도제어요소 및 출력축을 가지는 내연기관, 상기 속도제어요소에 동작 가능하게 연결된 속도설정장치, 상기 출력에 연결된 외부여기형 직류발전기, 및 상기 직류발전기에 전기적으로 연결되고 아울러 모터축이 추전시키기 위한 부하부에 연결된 외부 여기형 직류모터를 포함하는 엔진/발전기/모터 구동부의 동작방법이, 상기 속도제어요소의 위치를 나타내는 제1신호를 발생시키고, 출력축의 소도를 나타내는 제2신호를 발생시키고, 제1 및 제2신호를 비교해서 제1출력신호를 발생시키고, 모터축 속도 신호를 발생시켜 이 신호를 속도제어요소에 연결된 페달의 위치를 나타내는 인테그레이터 신호와 함께 속도제어기에 인가하여서 제2출력신호를 발생시키고, 상기 제2출력신호를 상기 발전기와 상기 모터 사이의 전류를 나타내는 또하나의 신호와 더불어 전류제어기에 인가하여 제3출력 신호를 발생시키고, 상기 제1및 제3출력신호를 동력제어기에 인가하여 제4출력신호를 발생시키고, 상기 제4출력 신호를 일련의 펄스열에 연결시키고, 그리고 상기 발전기의 필드코일을 통해 흐르는 전류흐름을 제어하여 상기 펄스열로서 발전기를 선택적으로 여기시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 엔진/발전기/모터 구동부의 동작방법.

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