KR930007511B1 - 전기식 변환장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기식 변환장치

제1도는 유체모터에 사용되는 본 발명에 따른 전기식 변환장치를 개략적으로 나타내는 도면.

제1a도는 유체모터에 사용되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기식 변환장치를 개략적으로 나타내는 도면.

제2도는 제1도의 유체모터의 측면 단면도.

제3도는 제2도의 유체모터의 부분확대 단면도.

제4도는 다른위치에 있는 상태를 나타내는, 제3도와 유사한 도면.

제5도는 제2도의 선 5-5를 따라 취한 평면도.

제6도는 본 발명의 제어기에 의해 수행되는 작동 단계들을 나타내는 순서도.

제7도는 유체모터에 사용되는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기식 변환장치를 개략적으로 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 유압 시스팀 20 : 유압모터

22 : 유입통로 24 : 배출통로

26 : 제어밸브 조립체 28 : 위치센서

30 : 제어기 32 : 펌프

42 : 하우징 44 : 단부캡

52 : 스테이터 62 : 출력축

72 : 로우터

본 발명은 제로터 기어세트(gerotor gear set)의 상호작용하는 치부들(teeth, 톱니)에 의해 마련되는 다수의 팽창 및 수축되는 작동실을 갖는, 유체펌프 또는 유압모터와 같은, 유체장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상기 작동실로의 유체공급 및 상기 작동실로 부터의 유체배출을 변환시키기 위한 전기식 변환장치(electrical commutator apparatus)에 관한 것이다.

제로터 기어세트의 상호작용하는 치부들에 의해 형성되는 팽창 및 수축가능한 다수의 작동실들을 갖는, 펌프 또는 머터와 같은, 유압장치들은 당업계에 공지되어 있다. 전형적으로, 제로터 기어세트는 내부 치부를 갖는 스테이터(stator) 및 외부 치부를 갖는 로우터(rotor)를 포함한다. 스테이터보다 하나 작은 치부를 갖는 로우터는 스테이터내에서 편심적으로 배설된다. 로우터는 스테이터에 관하여 상대적으로 회전이동 및 궤도이동을 할 수 있도록 장착되며, 상기와 같은 회전이동 및 궤도이동시에 스테이터의 치부들에 의해 지지 및 안내된다. 로우터 및 스테이터의 상호작용하는 치부들은 다수의 작동실들(working chambers)을 마련하며, 상기 작동실들은 로우터의 이동에 의해 팽창 및 수축된다.

팽창 및 수축되는 작동실내에 유체를 공급하거나 배출시키기 위한 다양한 밸브 구조들이 개발되었다. 이와같이 밸브들은 당 업계에서 변환밸브로 알려져 있다. 상기 변환밸브들의 예는 미합중국 특허 제4,087,215호, 4,219,313호 및 4,411,606호에 기재되어 있다. 상기 특허들에 기재된 변환밸브들은 기계적으로 회전되는 밸브부재들을 포함한다. 이 밸브부재들은 정밀하게 위치되는 개구부 및 랜드(openings and lands)를 갖고, 상기 개구부 및 랜드는 밸브부재의 회전중 i) 작동실내로의 또는 작동실로 부터의 유체유동을 선택적으로 차단하고 ii) 팽창되는 작동실내로의 유체유동을 허용하며 iii) 수축되는 작동실로 부터의 유체유동을 허용하기 위해 타이밍이 조절된다.

공지된 유압장치들의 변환밸브 배열체들은 정밀한 기계가공 및/또는 조립을 필요로 하게 된다. 유압모터에 있어서, 상기와 같은 변환밸브들은 유압모터의 출력축의 면밀한 속도제어를 제공하지 못할 뿐만아니라 모터가 정지될때 출력축의 최종 회전위치의 면밀한 제어도 제공하지 못하게 된다. 상기와 같은 면밀한(정확한) 제어는 제로터형 유압모터를 로보트 산업이나 자동생산에 사용하는 경우에 필요하게 된다. 이와같은 용도에 있어서는 모터가 고하중 지탱능력, 비교적 높은 작동속도, 모터가 정지될때 출력축의 정밀한 위치제어, 출력축의 증분이동을 제공할 수 있는 능력, 및 가역 작동능력을 구비하여야 한다.

본 발명은, 유압모터 또는 유압펌프와 같은, 제로터형 유체장치로의 또는 상기 유체장치로 부터의 유체유동을 제어하기 위한 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 변환장치를 사용하는 유압모터는 모터의 속도, 방향, 변위, 작동 정지 및 작동 개시특성, 모터 출력축의 위치, 모터 출력축의 증분이동 및 가역작동의 정밀제어를 허용한다.

본 발명에 따른 장치는 다수의 내부 치부를 갖는 스테이터 및 다수의 외부 치부를 갖는 로우터를 포함하는 제로터 기어세트를 갖는 유체모터에 사용될 수 있다. 출력축은 로우터에 구동적으로 연결된다. 스테이터는 로우터보다 하나 더 많은 치부를 갖는다. 스테이터 및 로우터의 치부들은 서로 협력하여 다수의 가변체적 작동실들을 마련한다. 스테이터 및 로우터는 상대적으로 회전가능하게 되며, 로우터는 스테이터의 중심축선에 관하여 상대적으로 궤도이동된다. 유압모터에서, 상기와 같은 상대적인 회전 및 궤도이동은 작동실의 팽창 및 수축에 의해 발생된다. 로우터의 회전 및 궤도이동은 출력축을 회전적으로 구동시키게 된다. 유입통로는 압축유체 공급원에 연결되며 선택된 작동실들에 연결가능하게 되어 상기 선택된 작동실들이 팽창될 수 있도록 한다. 배출통로는 저장기에 연결되고 다른 작동실들에 연결가능하게 되어 다른 작동실들의 수축시에 유체를 배출시킨다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치는 다수의 전기적으로 작동가능한 밸브수단들을 포함한다. 각각의 밸브수단은 유입통로 및 배출통로와 유체연통(fluid communication)되며 단지 하나의 관련되는 작동실과 유체연통된다. 각각의 밸브수단은 그 관련되는 작동실내로의 또는 작동실로 부터의 유체유동을 제어한다. 각각의 밸브수단은 이동가능한 밸브부재를 갖고, 이 밸브부재는 제1위치 및 제2위치로 제어적으로 이동될 수 있다. 제1위치에 있을 때, 밸브부재는 그 관련되는 작동실과 배출통로의 유체연통을 허용한다. 제2위치에 있을 때, 밸브부재는 유입통로와 그 관련되는 작동실의 유체연통을 허용한다. 밸브부재의 이동은 관련되는 솔레노이드(solenoid)에 의해 제어된다. 밸브부재는 상기 두개의 위치들중의 하나의 위치로 스프링에 의해 압압되며(biased), 제어기로 부터의 전기적인 제어신호에 응답하여 다른 하나의 위치로 이동될 수 있게 된다.

제어기는 바람직하게는 마이크로프로세서를 구비하는 제어 시스팀으로 구성되며, 적당한 입력원으로 부터, 요구되는 모터 출력축 속도, 출력축의 회전방향 및/또는 모터가 정지되었을 때의 출력축의 위치를 지시하는, 입력신호를 수납한다. 제어기는 또한, 위치센서로 부터, 로우터 및 스테이터의 상대적인 위치 즉 출력축의 위치를 나타내는 전기적인 신호를 수납한다. 제어기는, 위치센서로 부터의 전기적인 신호를 근거로 하여, 출력축의 속도 및 방향을 결정한다. 제어기는 입력원으로 부터의 입력신호에 응답하여 밸브수단의 솔레노이드에 적당한 전기제어 신호를 출력시킨다. 제어기는 위치센서로 부터의 출력신호를 근거로 하여 현재의 모터상태를 계속적으로 점검한다. 제어기는 밸브수단의 솔레노이드들 중의 하나 또는 다수를 작동시켜 요구되는 모터속도, 이동방향 및/또는 회전축의 최종 정지위치를 제어하게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.

본 발명은 다수의 팽창 및 수축가능한 작동실들을 갖는 유체장치의 상기 작동실로의 또는 작동실로 부터의 유체유동을 제어하기 위한 개선된 변환장치에 관한 것이다. 본 발명의 변환장치가 유압모터에 사용되는 경우의 실시예를 이하에 설명한다. 그러나, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 다수의 팽창 및 수축가능한 작동실들을 갖는, 유체펌프와 같은, 다른 유체장치에도 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

제1도 및 2도를 참조하면, 유압 시스팀(10)은 유압모터(20), 유입통로(22), 배출통로(24), 다수의 제어밸브 조립체(26), 위치센서(28)(제2도 참조) 및 제어기(30)(제1도 참조)를 포함한다. 유압 시스팀(10)은 또한, 유입통로(22) 및 저장기(34)와 유체연통되는 펌프(32)를 포함한다. 배출통로(24)는 저장기와 유체연통된다. 펌프(32)는 바람직하게는 당 업계에 잘 알려진 가변위 등압펌프이다.

유압모터(20)은 하우징(42)(제2도 참조) 및 단부캡(44)를 포함한다. 스테이터(52)는 하우징(42)내의 요구부에 수납된다. 스테이터(52)는 바람직하게는 하나의 대편으로 된 균질 구조물 또는 분말금속부재로 제조된다. 단부캡(44)는 다수의 보울트(46)과 같은 통상적인 수단에 의해 하우징(42)에 고정되며, 스테이터(52)는 단부캡(44)와 하우징(42)의 사이에서 고정위치에 유지된다.

밀봉체(54)(제3도 참조)는 스테이터(52)내의 홈(56)에 수납되고, 조립시 압축되어 단부캡(44)와 스테이터(52)와 하우징(42)의 사이에서의 유체손실을 방지하게 된다. 밀봉체(58)은 단부캡(44)의 반경방향 요구부(60)에 배설되어 하우징(42) 및 단부캡(44) 사이에서의 유체손실을 방지하게 된다.

출력축(62)(제2도 참조)는, 베어링(64)에 의해, 하우징(42)내의 축선(axis)(74)를 중심으로 회전가능하게 지지된다. 요동축(wobble shaft)(66)은 그 축향 대향단부들에 외측으로 돌출되는 스플라인들(68a, 68b)를 갖는다. 요동축(66)은 출력축(62)의 종방향 축선(74)에 관하여 각도상으로 편의(offset)되는 종방향 축선(76)을 갖는다. 로우터(72)는 스테이터(52)내에 배설된다. 스테이터(52) 및 로우터(72)는 유압모터(20)의 제로터 기어세트를 형성한다. 로우터(72)는 그 내부에 형성되는 스플라인들(70)을 갖는다. 요동축(66)의 스플라인들(68a)는 로우터(72)내의 스플라인들(70)과 계합한다. 출력축(62)는 그 내측단부 부분에 형성된 내부 스플라인들(71)을 갖는다. 요동축(66)의 스플라인들(68b)는 출력축(62)내의 스플라인들(71)에 계합되어 로우터(72) 및 출력축(62)를 구동적으로 연결시킨다.

스테이터(52)에 관한 로우터(72)의 상대적인 궤도 및 회전이동에 의해 출력축(62)는 회전구동된다. 도시한 실시예에서, 스테이터(52)는 일곱개의 원주방향으로 격설되는 내부 치부(82)를 갖는다. 로우터(72)는 여섯개의 원주방향으로 격설되는 외부 치부(84)를 갖는다. 작동중, 치부들(82, 84)는 상호작용하여, 로우터(72)가 그 축선(76)을 중심으로 회전될때 상기 로우터(72)는 스테이터(52)의 중심 축선(72)를 중심으로 궤도이동하게 된다.

로우터(72) 및 스테이터(52)의 기어 치부들은 상호작용하여 다수의 가변체적 작동실들(92)를 마련한다. 상호 작용하는 치부들(82, 84)에 의해 형성되는 작동실들(92)내의 유체압력을 제어함에 의해 로우터(72)는 스테이터(52)에 관하여 상대적으로 궤도 및 회전이동 하도록 구동된다. 예컨대, 압력유체가 펌프(32)로 부터 유입통로(22)를 통하여 작동실(92c)로 전달되면, 기어치부 표면상에 유체압력이 작용하여 작동실(92c)가 팽창되고 로우터(72)가 그 축선(76)을 중심으로 회전된다. 작동실(92c)가 팽창됨에 따라, 작동실(92f)는 그 체적이 감소되며, 유체는 작동실(92f)로 부터 배출통로(24)를 통하여 배출된다.

출력축(62)의 매 일회전마다 로우터(72)의 축선(76)은 스테이터 축선(74)를 중심으로 여섯번에 걸쳐서 궤도이동된다. 출력축(62)의 매 일회전마다 로우터(72)의 특정의 단일 치부(84)는 42개의 조합으로 스테이터(52)의 치부(82)와 계합된다. 따라서, 출력축(62)가 일회전되기 위해, 작동실(92)는 42번에 걸쳐서 연속적으로 압축 및 팽창되게 된다. 그러므로, 출력축(62)의 매 회전은 42단계로 분할될 수 있다. 모터(20)의 제로터 기어세트가, 출력축(62)의 이동의 분석을 세밀하게 하기 위해, 바람직한 실시예에 따라 도시된 것보다 많은 치부를 가질 수 있다는 것을 알 수 있다.

제3도를 참조하면, 하우징(42) 및 단부캡(44)는 유체가 작동실(92)로 또는 작동실(92)로부터 관통하여 유동될 수 있도록 하는 다수의 통로들을 마련한다. 하우징(42)는 그 내부에 배치되는 통로들(22, 24)를 갖는다. 단부캡(44)는 유입통로(22) 및 배출통로(24)와 각각 유체 연통되는 통로부분들(22a, 24a)를 포함한다. 단부캡(44)는 또한 다수의 작동실 통로들(102)를 포함하며, 각각의 작동실 통로(102)는 관련되는 작동실(92)와 유체 연통된다. 각각의 작동실(92)는 관련되는 제어밸브 조립체(26)을 갖는다. 각각의 제어밸브 조립체(26)은 단부캡(44)에 고정된다.

각각의 제어밸브 조립체(26)은 동일하게 구조된다. 설명의 명료화를 위해 단지 하나의 제어밸브 조립체만을 상세하게 설명하며, 각각의 다른 제어밸브 조립체들도 동일하게 구조된다. 제어밸브 조립체(26)은 유체실(fluid chamber)(104)내에 활주가능하게 수납되는 밸브부재(106)을 포함한다. 유체실(104)는 유입통로(22a), 배출통로(24a) 및 작동실 통로(102a)의 공통 분기점을 형성한다. 각각의 통로들(22a, 24a 및 102a)는 유체실(104)를 마련하는 벽 표면으로 부터 반경방향 외측으로 형성되는 각각의 환형공간과 연통된다. 밸브부재(106)은 두개의 랜드부분(112, 114)를 가지며, 상기 랜드부분들(112, 114)는 유체실(104)의 벽 표면과 합력하여 작동실 통로(102)와 유입통로(22a) 또는 배출통로(24a)중의 선택된 하나와의 유체 연통을 허용하게 된다.

제어밸브 조립체(26)은 또한 전기적으로 충전이 가능한 코일(108)을 포함한다. 밸브부재(106)은 코일(108)의 충전에 의해 형성되는 자기장이 작용하게 되는 본체부분(109)를 포함한다. 스프링(110)은, 코일(108)이 충전되지 않았을 때, 밸브부재(106)을 제1위치로 압압한다. 코일(108)이 전기적으로 충전되면, 자기장이 형성되어 본체부분(109)에 작용하게 된다. 상기 자기장은 코일(108)의 종방향 중심을 향하여 본체부분(109)를 이동시킨다. 본체부분(109)가 코일중심을 향하여 이동되면, 밸브부재(106)은 제2위치에 있게 된다.

제3도에는 비작동상태로 언급되는 제1위치에 있는 밸브부재(106)을 도시한다. 밸브부재(106)이 제1위치에 있을때, 그 관련되는 작동실(92a)는 작동실(92a), 작동실 통로(102a), 유체실(104), 배출통로(24a) 및 저장기(34) 사이의 유체연통에 의해 저장기(34)로 통기된다(vented). 랜드(112)는 작동실 통로(102a)와 유입통로(22a)간의 유체 연통을 차단한다. 작동실(92a)가 수축되고 밸브부재(106)이 제1위치에 있을때, 작동실(92a)내의 유체는 저장기(34)로 배출된다.

제4도에는 작동상태로 언급되는 제2위치에 있는 밸브부재(106)을 도시한다. 코일(108)의 전기적인 충전에 의해 제어밸브(26)이 작동되면, 밸브부재(106)은 도면의 좌측으로 이동된다. 제2위치는 작동실(92a), 작동실 통로(102a), 유체실(104), 유입통로(22a) 및 펌프(32) 사이에 의해 유체 연통을 제공한다. 이와 동시에, 배출통로(24a) 및 작동실 통로(102a) 사이의 유체 연통은 랜드(114)에 의해 차단된다. 밸브부재(106)이 상기 제2위치에 있을때 작동실(92a)는 작동실이 팽창되도록 하는 펌프(32)에 의해 가압된다.

작동실(92)의 가압 및 통기(pressurization and venting)에 의해, 스테이터(52)에 관한 로우터(72)의 상대적인 회전 및 궤도이동이 유발된다. 전형적으로, 작동실들(92)는 순차적으로 가압되며 그리고나서 저장기(34)로 통기된다. 도시한 실시예에서, 로우터(72)의 회전 및 궤도이동중의 특정의 주어진 시간에 세개의 작동실들이 팽창되고 세개의 작동실들이 수축되기 때문에, 최대 세개의 작동실들(92)가 한번에 가압될 수 있다. 가압되는 세개의 작동실(92)의 군은 로우터(72)의 회전이동방향에 반대되는 회전방향으로 하나씩 전진된다.

본 발명에 따라, 각각의 제어밸브 조립체들(26)은 그 관련되는 작동실로의 또는 작동실로 부터의 유체유동을 제어하기 위해 선택적으로 작동된다. 유체유량이 특정의 작동실(92)로 지향되거나 또는 작동실(92)로부터 배출될때, 유압모터(20)의 로우터(72)의 이동 즉, 출력축(62)의 이동은 회전속도, 방향 및 출력축의 최종위치에 관하여 정밀하게 제어될 수 있다. 또한, 출력축(62)의 작동 개시 및 정지 특성 뿐만 아니라 출력축의 증분이동(incremental movement)도 제어될 수 있다.

바람직하게는 마이크로컴퓨터인 제어기(30)은 입력신호에 응답하여 제어밸브 조립체들(26)의 충전을 제어함에 의해 모터작동을 제어하기 위해 사용된다. 제어기(30)은 제어밸브 조립체들(26)중의 선택된 하나를 작동시키기 위한 전기 제어신호를 출력한다. 제어기(30)은 다양한 입려신호/또는 모터 피이드백 신호에 응답하여 전기적인 제어신호를 출력한다. 입력신호는 적당한 입력원(115)에 의해 공급되고 피이드백 신호는 모터 위치센서(28)로 부터 수납된다.

출력축(62)의 위치, 회전방향 및 회전속도와 같은 현재의 모터상태는 위치센서(28)로 부터 수납되는 피이드백 신호로 부터 유도된다. 위치센서(28)은 요동축(66)의 단부부분의 중심에 고정되는 자석(132)를 포함한다. 자석(132)는 바람직하게는 영구 막대자석으로 되고 요동축(66)의 중앙구멍내에 고정된다. 자석(132)의 극단부들은 요동축(66)의 종방향 축선(76)과 정렬된다. 자석(132)의 일 극단부는 요동축(66)의 중심구멍으로 부터 축방향으로 연장된다. 위치센서(28)은 또한 축선(74)를 중심으로 환형배열로 단부캡(44)에 고정되는 다수의 홀효과 센서(Hall effect sensor)(134)를 포함한다. 홀효과 센서들(134)의 수는 바람직하게는 유압모터(20)내의 작동실의 수에 일치하며, 각각의 작동실(92)는 반경방향으로 정열되는 관련되는 홀효과 센서(134)를 갖는다.

모터(20)의 작동중 요동축(66)이 회전 및 궤도이동됨에 따라, 자석(132)는 각각의 홀효과 센서(134)에 순차적으로 접근하여 통과하게 된다. 각각의 홀효과 센서(134)는 상기 센서(134)에 관한 자석(132)의 위치를 나타내는 크기와 같은 특성치를 갖는 전기신호를 출력한다. 자석(132)가 홀효과 센서(134)에 접근하여 통과함에 따라, 상기 센서는 변화되는 상대위치를 나타내는 전기신호를 출력한다. 각각의 홀효과 센서(134)는 도선(138)에 의해 제어기(30)에 접속된다. 제어기(30)은 각각의 홀효과 센서(134)로 부터의 출력신호를 점검하고 이에 의해 요동축(66)의 회전 및 궤도위치를 결정한다. 출력축의 회전속도는 요동축(66)의 변화되는 위치를 근거로 하여 제어기(30)에 의해 시간의 함수로서 결정된다. 회전방향은 근접한 센서들(134)를 통과하는 자석(132)를 점검하에 의해 제어기(30)에 의해 결정된다.

요동축(66)의 위치가 결정되면, 각각의 작동실(92)의 방위(orientation)를 알게 된다. 출력축(62)를 새로운 요구위치에 위치시키기 위해 입력원(115)으로 부터 명령이 수납되면, 제어기(30)은 로우터(72)를 점검된 현재의 위치로 부터 새로운 요구위치로 이동시키기 위해 어떤 작동실(92)가 가압되어야 하고 어떤 작동실이 통기되어야 하는가를 결정한다. 이러한 정보를 근거로 하여, 제어기(30)은 어떤 작동실(92)가 가압 또는 통기되어야 하는가에 관한 결정에 응답하여 어떤 제어밸브 조립체(26)이 작동되어야 하는가를 결정한다.

제어기(30)은 또한 입력원(115)로 부터의 입력 명령에 응답하여 모터(20)의 출력축(62)의 속도 및 방향을 제어한다. 제어기(30)은 모터 출력축(62)의 속도 및 방향을 연속적으로 결정하고 정확한 모터작동을 보장하기 위해 실제 속도 및 방향을 요구되는 속도 및 방향과 비교한다. 전기한 바와같이, 출력축(62)의 속도 및 방향을 결정하기 위해, 제어기(30)은 위치센서(28)의 두개 이상의 근접한 홀효과 센서(134)로 부터의 피이드백 위치신호를 점검한다. 예컨대, 위치센서(28)이 자석(132)가 센서(134a) 및 그에 이어 센서(134b)(제5도 참조)를 통과하였다는 것을 나타내는 신호를 제어기(30)에 출력하면, 제어기는 요동축(66)이 제5도에 도시한 바와같이 반시계방향으로 회전되고 있다는 것을 결정한다. 또한, 제어기(30)은, 내부의 시계를 점검함에 의해, 자석(132)가 근접한 홀효과 센서들(134a 및 134b)를 통과하였다는 것을 나타내는 각각의 피이드백 신호들을 수납할 때의 사이의 시간 간격을 측정한다. 이와같은 시간 간격으로 부터, 제어기(30)은 요동축(66)의 회전속도를 결정한다.

제어기(30)은, 중앙처리장치, 등속호출 기억장치(RAM) 및 판독전용 메모리(ROM)를 갖는 마이크로컴퓨터를 포함한다. ROM은 그 내부에 영구 저장되는 제어프로그램 논리를 갖는다. RAM은 i) 위치센서(28)로 부터 수납되는 모터위치 데이타, ii) 입력 데이타, iii) 다른 프로그램 및 제어 필요사항들을 일시적으로 저장하는 역할을 한다. 마이크로컴퓨터는 입력원(115)로 부터의 입력신호를 모터(20)의 현재상태와 비교한다. 모터(20)의 현재상태 즉, 출력축(62)의 위치, 회전방향 또는 회전속도가 예정된 허용범위이내에서 요구되는 모터상태에 일치되지 않으면, 제어 프로그램은 제어밸브 조립체들에 제어신호를 창출하여 점검된 모터상태가 요구되는 모터상태에 일치할때까지 모터(20)의 상태를 변화시키게 된다.

제6도의 순서도에는 본 발명의 전기식 변환장치를 제어하기 위해 제어기(30)에 의해 사용될 수 있는 프로그램 논리의 일 실시예를 도시한다. 제어기(30)의 내부장치들의 초기치를 설정하고 유입통로(22)를 가압시키기 위해 펌프(32)를 작동시키게 되는 단계(150)에 의해, 프로그램은 시작된다. 초기화 단계(150)중, 제어기(30)으로 부터 특정의 제어밸브 조립체들(26)으로 어떠한 전기 신호도 출력되지는 않게 된다. 스프링(110)은 각각의 밸브부재(106)을 제1위치로 압압하여 모든 작동실(92)를 저장기(34)로 통기시키게 된다. 제어기(30)의 RAM은 최초에는 정화된다(cleared). 단계(150)의 일부로서, 제어기(30)은 홀효과 센서(134)의 출력신호로 부터 요동축(66)의 현재위치를 결정하며 이 위치정보를 RAM 메모리내에 저장한다. 그리고나서 프로그램은 단계(152)로 진행되며, 이 단계(152)에서 제어기(30)은 입력원(115)로 부터 명령신호를 수납한다. 입력원(115)는 수개의 공지된 장치들중 특정의 것이 사용될 수 있다. 예컨대, 요구되는 모터 작동 또는 모터 출력축(62)의 요구되는 위치를 입력하기 위해 키보드가 사용될 수 있다. 입력원(115)는 컴퓨터일수도 있다. 또한, 입력원은 "조이스틱"의 이동에 상응하는 입력신호를 창출하기 위한 인터페이스(interface)와 조합되는 "조이스틱"일 수 있다.

제어기(30)에 의해 입력신호가 수납되면, RAM 메모리내에 저장된 현재의 모터상태(위치, 속도 및 방향)과 요구되는 모터상태를 비교하기 위해 단계(154)에서 비교작업이 수행된다. 단계(156)에서는, 모터상태의 변화가 요구되는가 즉, 출력축(62)의 속도, 방향 또는 위치가 요구되는 바와 동일한가의 여부에 관한 결정이 행하여진다. 현재의 모터상태가 입력원(115)로 부터 입력된 요구되는 모터상태와 동일한 경우와 같이 단계(156)에서의 결정이 '아니오'이면, 프로그램은 단계(152)로 복귀되어 제어기는 새로운 명령을 기다리게 된다.

단계(156)에서의 결정이 '예'이면, 프로그램은 단계(158)로 진행되어 모터(20)이 입력신호에 의해 연속운전 모우드로 작동되도록 명령을 받았는가에 관한 결정이 이루어진다. 단계(158)에서의 결정이 '아니오'일 경우에, 이것은 모터 출력축(62)가 연속 모우드로 운전되어서는 아니되고 현재의 회전위치로 부터 새로운 회전위치로 회전되어야 한다는 것을 의미한다. 그리고나서 프로그램은 단계(162)로 진행되며, 이 단계(162)에서, 제어기는 로우터(72) 즉 출력축이 요구되는 위치로 회전되기 위해 어떤 작동실들(92)가 가압되어야 하고 어떤 작동실들이 통기되어야 하는가를 결정한다. 요구되는 회전위치에 도달되기 전에 하나 이상의 작동실들(92)가 순차적으로 가압 및 통기될 수 있다. 단계(164)에서는, 단계(162)에서의 결정에 따라, 제어밸브 조립체들(26)에 전기 제어신호들이 출력된다. 단계(166)에서는 홀효과 센서들(134)가 점검되고 출력축(62)의 새로운 위치가 결정된다. 그리고나서, 프로그램은 단계(170)으로 진행되어 제어기의 RAM이 새로이 점검된 위치값으로 갱신된다. 그리고나서, 프로그램은 단계(154)로 복귀된다. 단계(154)로의 복귀에 의해 새로운 모터위치는 요구위치에 일치하게 된다. 만약 일치하지 않을 경우에는 전기한 루프가 다시 수행된다.

단계(158)에서의 결정이 '예'일 경우 즉, 모터의 연속운전이 요구되는 경우에는, 프로그램은 단계(172)로 진행되며 방향변화가 필요한가에 관한 결정이 이루어진다. 모터 출력축(62)가 이미 연속 모우드로 운전되고 있지만 요구되는 방향과 반대방향으로 운전되고 있을 경우에, 단계(172)에서의 결정은 '예'로 된다. 또한, 모터 출력축(62)가 정지되고 특정방향으로 이동되도록 명령을 받은 경우에도, 단계(172)에서의 결정은 '예'가 된다. 단계(172)에서의 결정이 '예'일 경우에, 프로그램은 단계(173)으로 진행되며 모터 출력축이 정지되었는가에 관한 결정이 이루어진다. 상기 결정이 '예'일 경우에, 프로그램은 단계(175)로 진행된다. 상기 결정이 '아니오'일 경우 즉, 출력축(62)가 이동되고 있기는 하지만 요구되는 방향과 반대방향으로 이동되고 있을 경우에, 프로그램은 단계(174)로 진행되며, 이 단계(174)에서 모터(20)은 제동된다. 팽창되는 작동실(92)를 통기시키는 것과 같은 수개의 방식으로 모터(20)의 제동은 수행될 수 있다. 수축되는 작동실(92)를 가압시키고 팽창되는 작동실을 통기시킴에 의해 "경성" 제동 작용("hard" brake action)이 이루어질 수 있다. 단계(175)에서, 제어기는 출력축의 요구되는 방향 및 회전속도를 얻기 위해 어떤 작동실(92)가 통기 또는 가압되어야 하는가를 결정한다. 단계(176)에서, 제어기(30)으로 부터의 새로운 제어신호가 제어밸브 조립체들(26)으로 출력되어 모터 출력축(62)를 요구되는 방향으로 유도하게 된다. 단계(178)에서는, 모터상태 즉, 속도 및 방향이 측정되고, 모터상태를 저장하기 위한 RAM 메모리는 단계(170)에서 갱신된다. 그리고나서, 프로그램은 단계(154)로 복귀된다.

모터 출력축(62)가 이미 연속운전 모우드로 운전되고 있고 요구되는 방향으로 운전되고 있는 경우에, 단계(172)에서의 결정은 '아니오'가 된다. 이때 프로그램은 단계(182)로 진행되며, 이 단계(182)에서는 모터 출력축(62)의 속도가 요구되는 속도와 동일한가 또는 속도변화가 요구되는가에 관한 결정이 수행된다. 측정된 속도가 요구되는 속도와 동일한 경우에, 프로그램은 단계(154)로 복귀된다. 속도가 요구속도와 동일하지 않을 경우에는, 단계(182)에서의 결정은 '아니오'가 되며 프로그램은 단계(184)로 진행되고, 이 단계(184)에서 제어기는 모터 출력축(62)의 요구되는 회전속도를 얻기 위해 필요한 제어밸브 작동속도를 결정한다. 단계(186)에서, 실제 모터속도를 요구되는 모터속도와 동일하게 되도록 하기 위한 속도로 제어신호들을 출력시킨다. 단계(188)에서 프로그램은 모터(20)의 속도를 점검하며 그리고나서 단계(170)으로 진행되어 마이크로컴퓨터의 RAM 메모리내에서 속도인자가 갱신되게 된다.

본 발명에 통합되는 모터 시스팀의 작동을 보다 명료하게 설명하기 위해, 특별한 예를 설명한다. 모터(20)의 출력축(62)가 최초에 정지되어 있는 것으로 가정한다. 단계(150)에서 시스팀이 작동될때, 제어기(30)은 홀효과 센서(134)로 부터의 출력신호를 점검하며 그에 의해 출력축(62)의 회전위치를 결정한다. 그리고나서, 제어기(30)은 상기 회전위치에 관한 정보를 RAM 메모리내에 저장한다. 단계(152)에서 적당한 입력원으로 부터 출력축(62)를 제2도의 우측에서 관찰되었을때 시계방향으로 그리고 특정속도로 회전시키기 위한 입력신호가 수납된 것으로 가정한다. 단계(154)에서, 제어기(30)은 현재의 모터상태(정지된 모터축)과 요구되는 모터상태(요구되는 속도로 시계방향으로 회전되는 모터축)을 비교한다. 요구되는 모터상태가 현재의 모터상태와 다르기 때문에, 단계(56)에서의 결정은 '예'로 된다.

단계(154)에서 수납된 입력신호의 일부로서 특정의 위치정보가 포함되지 않을 경우에는, 명령은, 연속운전 명령으로서 간주되며 즉, 출력축(62)는 새로운 입력신호가 수납될 때까지 최근에 명령되었던 방향 및 속도로 연속적으로 구동된다. 단계(158, 172 및 173)에서의 결정이 모두 '예'일 경우에, 단계(175)에서 제어기(30)은 시계방향 회전을 달성하기 위해 어떤 작동실들(92)가 통기되고 가압되어야 하는가를 결정한다. 또한, 제어기(30)은 요구되는 회전속도를 얻기 위해 필요한 가압율(rate of pressurization)을 결정한다.

그리고나서 제어기(30)은 도선(122g)를 통하여 전기적인 작동신호를 출력하여 작동실(92g)와 관련되는 밸브부재(106g)가 제1위치로 부터 제2위치로 이동되도록 함으로써 상기 작동실(92g)를 가압시키게 된다. 작동실(92g)의 가압으로 인하여 로우터(72)는 제1도에서 관찰되었을 때 축선(76)을 중심으로 반시계방향으로 회전되기 시작하며 축선(74)를 중심으로 반시계방향으로 궤도이동되기 시작한다. 이로 인하여 출력축(62)는 제2도의 우측으로 부터 관찰될때 시계방향으로 회전된다.

요동축(66)의 회전중, 자석(132)(제5도 참조)는 회전 및 궤도이동이며 그로 인하여 홀효과 센서(134a)에서의 자력 선속밀도(magnetic flux density)를 변화시킨다. 이와같은 변화는 도선(138a)를 통한 홀효과센서 피이드백 신호로 부터 제어기(30)에 의해 측정된다. 출력축(62)의 계속적인 시계방향 회전이 요구될 경우, 제어기(30)(제1도 참조)는 작동실(92a)와 관련되는 제어밸브 조립체(26)내의 밸브부재(106)을 이동시키기 위한 전기신호를 창출하여 작동실(92a)를 가압시키게 된다. 작동실(92b)는 순차적으로 가압된다.

모터 출력축(62)의 연속적인 시계방향 회전을 위해, 작동실(92c)가 다음으로 가압되며, 동시에 작동실(92g)가 체적이 수축되는 위치에 있기 때문에 상기 작동실(92g)는 통기된다. 작동실(92)의 이러한 순차적인 가압 및 통기는 제어기(30)이 입력원(115)로 부터 새로운 입력신호를 수납할 때까지 계속된다. 제어기(30)은 모터 속도 및 방향을 연속적으로 점검하여 실제 모터상태가 요구되는 모터상태와 동일하게 되는 것을 보장한다.

최초에 모터(20)으로 부터 큰 토오크가 요구될 경우에는, 제어기(30)은 세개의 근접한 팽창되는 작동실들(92)를 위한 세개의 근접한 제어밸브 조립체들(26)을 작동시키게 된다. 작동실(92)의 제어밸브 조립체(26)은 따라서 세개의 군으로서 작동되며 상기 세개의 군은 각각의 다음 작동을 위해 하나의 밸브위치씩을 전진하게 된다. 예컨대, 로우터(72)가 큰 토오크로 제1도로 부터 관찰되었을때 시계방향으로 회전되도록 입력원에 의해 명령을 받은 것으로 가정한다. 제어밸브 조립체들(26e, 26f, 26g)가 최초에 작동되어 각각의 격실들(92e, 92f, 92g)를 가압한다. 연속적인 시계방향 회전을 위해, 밸브들(26f, 26g, 26a)가 다음으로 작동되어 각각의 작동실들(92f, 92g, 92a)를 가압시킨다. 이상의 설명으로 부터 알 수 있는 바와같이, 가압되는 세개의 작동실들의 제2군은 작동되는 제1군으로 부터 반시계방향으로 하나의 작동실씩 전진된다.

일단 모터(20)이 요구되는 속도에 있게 되면, 모터를 동일한 속도로 유지시키기 위해서는 적은 양의 유체만이 필요하게 된다. 따라서, 각각의 유체 작동실을 순차적으로 가압하는 대신에, 특정의 작동실의 가압을 건너뛰어 작동실들을 선택적으로 가압하는 것도 가능하게 된다.

모터를 점진적으로 정지시키기 위해, 제어기(30)은 모든 작동실들(92)를 통기시키게 된다. 요동축(66)은 관성에 의해 계속해서 회전되며 점진적으로 멈추게 된다. 급격한 또는 '경성'정지가 필요한 경우에는, 제어기(30)은 체적이 감소되는 작동실들(92)중 어떤 작동실이 가압되어야만 로우터(72)의 더이상의 회전을 정지시킬 수 있는가를 결정한다.

본 발명을 바람직한 실시예에 관하여 설명하였다. 예컨대, 통로(22)는 펌프(32)에 연결되는 유입구로서 설명되었고, 통로(24)는 저장기(34)와 연통되는 배출구로서 설명되었다. 상기 통로들이 가능적으로 역전되어 통로(22)가 저장기(34)와 연통되고 통로(24)가 펌프(32)에 연결될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 이와같은 실시예에서는, 밸브(26)은 상기한 것과 다른 방식으로 작동된다. 또한, 밸브 조립체(26)은 제1도와 관련하여 설명한 것으로 부터 제1a도에 도시한 것으로 변경될 수 있다. 밸브 조립체(26)은 코일이 충전되지 않았을때 제2상태로 스프링 압압되고 코일의 충전에 의해 제1상태로 이동되도록 배열될 수 있다. 또한, 제어밸브 조립체(26)이, 코일(108)이 충전되지 않았을 때 밸브부재(106)을 제1위치로 압압하는 스프링(110)을 포함하는, 단일 솔레노이드 장치로서 설명되었지만 ; 상기 제어밸브 조립체들(26)이, 제7도에 도시한 바와같이 그 관련되는 스풀부재(spool member)에 대하여 대향적으로 작용하는 한 쌍의 솔레노이드를 각각 갖는, 밸브 조립체(26')으로 대체될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있다. 하나의 솔레노이드가 작동되면, 밸브 스풀은 제1상태로 이동되어 그 관련되는 작동실과 유입통로 사이에 유체연통을 제공한다. 제2솔레노이드가 작동되면, 밸브 스풀은 제2상태로 이동되어 그 관련되는 작동실과 배출통로 사이에 유체연통을 제공한다. 본 명세서에 따라, 당 업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 다른 개조 및 대체로 가능하다. 따라서, 상기와 같은 개조 및 대체가 첨부된 특허청구의 범위의 분야를 이탈하지 않는 한 본 발명에 포함되는 것임을 알 수 있다.

Claims (8)

1. 전기식 변환장치에 있어서, 다수의 내부 치부를 갖는 제1부재와 상기 제1부재내에 배치되어 다수의 외부 치부를 갖는 제2부재를 포함하고, 상기 제2부재의 외부 치부들의 수가 상기 제1부재의 내부 치부들의 수보다 하나 적으며, 상기 제1부재 및 제2부재의 치부들이 협력하여 다수의 가변체적 작동실들을 마련하고, 상기 제1 및 제2부재들은 상대적으로 궤도이동 및 회전이동할 수 있도록 장착되며, 상기 상대이동중 특정의 상기 작동실들은, 팽창되고 다른 작동실들은 수축되게 되는, 기어 세트 ; 상기 작동실에 유체를 공급하기 위해 압력유체 공급원에 연결되는 유입통로 ; 유체를 배출시키기 위해 저장기에 연결되는 배출통로 ; 및 다수의 전기적으로 작동되는 밸브수단을 구비하고 ; 각각의 상기 작동실이 상기 작동실과 배출통로와 유입통로 사이의 유체연통을 직접적으로 제어하기 위해 관련되는 밸브수단을 가지며, 각각의 밸브수단은 제1상태 및 제2상태로 위치되고, 상기 제1상태에서는 관련되는 작동실과 상기 배출통로 사이의 유체 연통을 허용하며, 상기 제2상태에서는 관련되는 작동실과 상기 유입통로 사이의 유체 연통을 허용하고, 각각의 상기 밸브수단은 특정의 다른 밸브수단의 상태와는 관계없이 상기 밸브수단을 상기 상태들중의 하나로 선택적으로 작동시키기 위한 각각의 전기적인 제어신호에 응답하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전기적인 제어신호를 창출하기 위한 제어수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전기식 변환장치.
3. 제2항에 있어서, 각각의 상기 밸브수단이, 상기 제어수단에 전기적으로 접속되고 상기 상태들중의 하나로 압압되는 밸브부재를 갖는, 전기적으로 작동되는 솔레노이드 밸브로 구성되고 ; 솔레노이드 밸브를 충전시킴으로써 관련되는 밸브부재가 상기 다른 상태로 이동되게 되는 것을 특징으로 하는 전기식 변환장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1부재와 상기 제2부재 사이의 상대적인 위치를 감지하고 이를 나타내는 전기적인 신호를 창출시키기 위한 위치센서 수단을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전기식 변환장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 제어수단이, 제1부재 및 제2부재 사이의 요구되는 위치관계를 나타내는 입력신호와 감지된 위치신호를 비교하기 위한 비교수단, 및 요구되는 위치관계를 달성하기 위해 상기 비교수단에 응답하여 각각의 상기 밸브수단에 전기적인 제어신호를 창출하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기식 변환장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 제어수단이, 제1부재 및 제2부재 사이의 상대이동 방향 및 속도를 결정하기 위한 수단 ; 이와같이 결정된 방향 및 속도를 입력원으로 부터 입력된 요구되는 방향 및 속도와 비교하기 위한 비교수단 ; 및 상기 제1부재 및 제2부재 사이의 상대이동의 요구되는 방향 및 속도를 달성하기 위해 상기 비교수단에 응답하여 각각의 상기 밸브수단에 전기적인 제어신호를 창출시키기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기식 변환장치.
7. 제1항에 있어서, 압축유체를 공급하기 위해 저장기 및 유입통로에 연결되는 유체펌프를 추가로 구비하고 ; 상기 배출통로는 상기 저장기에 연결되는 것을 특징으로 하는 전기식 변환장치.
8. 상대 이동중 협력하여 다수의 가변체적 작동실들을 마련하는 다수의 치부들을 갖는 로우터 및 스테이터를 갖는 유압장치용의 전기식 변환장치에 있어서, 압력유체 공급원에 연결되는 유입실, 저장기에 연결되는 배출실, 및 다수의 전기적인 밸브수단을 구비하고 ; 각각의 작동실이 개개적으로 제어가 가능한 관련되는 밸브수단을 갖고, 각각의 밸브수단은 유입실과 배출실과 관련 작동실과 유체 연통되고 선택적으로 하나의 상태에서 유입실 및 관련되는 작동실 사이에 유체연통을 제공하기 위해 그리고 제2의 상태에서 배출실 및 관련되는 작동실 사이에 유체연통을 제공하기 위해 전기적인 제어신호에 응답하게 되는 것을 특징으로 하는 유압장치용의 전기식 변환장치.

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