KR101378222B1 - 작업 기계의 구동제어장치 - Google Patents

Abstract

유압모터(2)와 전동기(3)에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동제어장치에, 구조체의 동작량을 결정하는 리모콘밸브(5)와, 전동기(3)의 토크를 산출하는 전동기토크산출부와, 유압모터(2)의 토크를 산출하는 유압모터토크산출부와, 상기 리모콘밸브(5)에서 결정한 구조체의 동작량에 의거하여 상기 전동기(3)의 토크와 상기 유압모터(2)의 토크로부터 구조체의 구동에 필요한 토크가 얻어지도록 콘트롤밸브(14)에 개도제어신호를 전송하는 제어장치(7)와, 이 제어장치(7)로부터의 개도제어신호에 의거하여 상기 콘트롤밸브(14)에 작용시키는 파일롯 압을 감압하는 전자감압밸브(19,20)를 구비시킨다.

Description

작업 기계의 구동제어장치{WORK MACHINE DRIVE CONTROL DEVICE}

본 발명은, 작업 기계에 사용되는 구동장치의 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압모터(hydraulic motor)와 전동기(electric motor)에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동제어장치에 관한 것이다.

종래에, 유압쇼벨(hydraulic shovel), 크레인(crane), 휠로더(wheel loader), 불도저(bulldozer) 등의 동력기계류(본 명세서 및 특허청구범위의 서류에서는 이들 동력기계류(중기)를 총칭하여 「작업 기계」라고 한다)가 토목, 건설공사 등에 사용되고 있다. 예를 들면, 유압쇼벨을 예로 설명하면, 유압쇼벨은, 하부주행체의 상부에 상부선회체(구조체)가 설치되고, 이 상부선회체에는, 엔진과 운전석, 버킷(bucket)이 선단에 설치된 암(arm), 암에 연결된 붐(boom) 등이 구비되어 있어 대형 중량물로 이루어져 있다. 이 상부선회체는, 작업 시에 운전석의 리모콘밸브(remote control valve)를 조작함으로써 하부주행체의 상부에서 선회되고, 암 선단의 버킷에 의해 각종 작업이 행해진다. 이와 같은 선회체는, 선회 구동하기 위한 구동장치에 의해 선회되고, 최근에는 이 구동장치로서, 유압모터와 전동기를 구비한 것이 제안되어 있다.

이런 종류의 구동장치를 구비한 작업 기계로서, 예를 들면 특허문헌1에 기재된 바와 같은 작업 기계가 있다. 이 작업 기계는, 유압모터를 구동원으로 하는 유압유닛(unit)과, 전동기를 구동원으로 하는 전동유닛을 가진 구동장치를 구비하고 있고, 구동장치는, 선회 시에 콘트롤러(controller)와 인버터(inverter)에 의해 전동기를 제어하고, 그 토크(torque)로 유압유닛을 어시스트(assist)하도록 구성되어 있다.

이 작업 기계에서는, 구동장치의 정상 선회 시 및 감속 시에 전동기에 회생작용을 행하게 하여 회생전력을 축전기(condenser)에 축적하도록 하고 있다. 또한, 상기 구동장치의 제어수단은, 선회 시, 선회속도 또는 선회가속도가 설정값 이상인 것, 및 축전기의 축전량이 설정값 이하로 된 것을 조건으로 하여 전동기에 회생전력을 발생시켜 축전기에 축적하도록 하고 있다. 그리고 이 작업 기계에서는, 제어수단이 선회 시 요구되는 토크를 구하고, 이 요구 토크가 설정값을 초과한 때에 전동기로부터 필요한 토크를 출력시키도록 하고 있다.

또한, 상기 제어수단은, 유압모터회로에 설치된 릴리프밸브(relief valve)에 의해 릴리프하고 있는 시간을 가능한 한 단축하도록 하여 전동기의 출력토크를 제어하도록 이루어져 있다. 이로써, 릴리프밸브에 있어서의 에너지손실을 억제하도록 하고 있다. 게다가 릴리프밸브의 스프링(spring) 측에 완충용 포펫(poppet)을 설치함으로써 가속 시에 릴리프밸브의 승압 완충(쇼크리스(shockless)) 기능을 발휘시키면서 피크(peak)에 도달한 후에 릴리프작동을 행하도록 하고 있다.

이와 같이 상기 작업 기계에서는, 전동유닛에 의해 유압유닛을 어시스트함으로써 전체로서 필요한 최대 토크를 확보하면서 전동유닛의 어시스트분(分)을 조정함으로써 필요한 토크를 발생시킬 수 있도록 하고 있다. 그리고 이것으로 에너지절약과, 과잉토크로 인한 헌팅(hunting)의 발생 방지를 도모하고 있다.

또한, 다른 선행기술로서, 예를 들면 특허문헌2에 기재된 건설기계와 특허문헌3에 기재된 하이브리드(hybrid)형 건설기계가 있다. 특허문헌2에 기재된 건설기계는, 유압액튜에이터(actuator)와 전동,발동기의 구동력을 합성하는 구동력합성기구를 가진 하이브리드형 구동장치를 구비하고 있다. 또한, 건설기계에는, 제동 시에 발생하는 에너지를 유효하게 활용하기 위하여 연통밸브(바이패스밸브(bypass valve))가 설치되어 있어 선회체의 관성 에너지를 전동,발동기로 전기에너지로서 효율적으로 회생하려고 시도하고 있다. 또한, 특허문헌3의 하이브리드형 건설기계는, 유압액튜에이터의 양 포트(port)의 차압을 검출하고, 이 차압에 관련시켜 유압액튜에이터에 병설된 전동, 발동기에 대하여 토크명령을 행하도록 이루어져 있다.

특개2005-290882호 공보 특개2008-291522호 공보 특개2008-63888호 공보

그런데, 작업 기계에서는, 유압쇼벨에 있어서의 토사의 굴삭적재작업 등과 같이 구조체인 상부선회체를 급격하게 가속, 감속하는 작업이 많다. 이 때문에, 상기한 바와 같은 대형 중량물이고 관성체인 상부선회체를 원하는 속도로 선회시키기 위하여, 리모콘밸브를 빠르면서도 크게 조작하는 경우가 많다.

그러나 상기 특허문헌1의 작업 기계에서는, 리모콘밸브의 2차압(2次壓)을 직접 콘트롤밸브(control valve)의 파일롯 포트(pilot port)에 작용시켜 유량제어하고 있기 때문에, 선회조작 시에 리모콘밸브를 크게 조작하면, 선회가속 시에 콘트롤밸브가 크게 열려 유압펌프(pump)로부터의 토출압유 전부가 유압모터회로로 유입된다. 이 경우, 상기한 바와 같은 유압모터회로에 승압완충기능을 가진 릴리프밸브를 사용했다고 하여도 관성체인 상부선회체가 원하는 선회속도에 도달할 때까지 유입유(流入油)의 일부밖에 유압모터를 구동하는 동력으로서 사용되지 못하고, 나머지는 릴리프밸브로부터 릴리프된다. 이 때문에, 에너지이용효율이 감소한다. 에너지소비량이 증대하는 선회가속 시에 큰 에너지손실을 발생시키므로 이와 같은 에너지이용효율의 감소가 현저하게 나타난다. 이와 같은 에너지이용효율의 감소는, 선회체 이외의 구조체를 가속 구동하는 구동장치에 있어서도 동일하게 발생한다.

또한, 제어수단은, 선회 시에 요구되는 토크가 요구값을 초과한 경우에 한해서, 전동기로부터 필요한 토크를 출력하는 구성으로 이루어져 있다. 이 때문에, 비교적 작은 토크가 연속으로 필요하게 되는 것과 같은 운용조건에서는, 전동기가 작동하는 시간을 충분히 확보할 수 없는 경우가 있을 수 있다. 따라서 축전한 전기에너지를 충분히 활용할 수 없는 상황이 발생할 가능성이 있다.

게다가 브레이크(brake) 시에 콘트롤밸브가 닫히면, 유압모터회로가 폐회로가 되고 전동기에서 감속토크를 어시스트했다고 하여도 유압토크가 발생하여 릴리프밸브(relief valve)가 작동하므로, 감속 시의 관성에너지를 전기에너지로서 효율적으로 회수할 수 없다.

또한, 상기 특허문헌2에 기재된 발명에 있어서도, 상기 특허문헌1과 마찬가지로 리모콘밸브의 2차압을 직접 콘트롤밸브의 파일롯 포트에 작용시키고 있기 때문에, 리모콘밸브의 조작 시에 많은 압유(壓油)가 콘트롤밸브로 공급되어 선회체가 원하는 속도에 도달하여 유압모터가 소정의 토크로 될 때까지는 많은 압유가 릴리프밸브로부터 릴리프되어 에너지손실을 일으킨다.

또한, 상기 특허문헌3에 기재된 발명에 있어서는, 유압모터의 유압공급구와 배출구에 있어서의 출력을 검출하여 발전, 전동기의 동작제어를 하는 것에 관하여 기재되어 있지만, 이 압력을 이용하여 유압모터에 압유를 공급하는 상세한 제어방법에 관해서는 조금도 기재되어 있지 않다.

그래서 본 발명은, 유압모터에 공급하는 유량을 더욱 고정확도로 제어함으로써 에너지손실을 억제할 수 있는 작업 기계의 구동제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 유압펌프로부터의 압유(壓油)가 콘트롤밸브로 유량 제어되어 유압모터회로를 통하여 공급되는 유압모터와, 상기 유압모터와 협동하는 전동기에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동제어장치로, 상기 구조체의 동작량을 결정하는 리모콘밸브와, 상기 전동기의 토크를 산출하는 전동기토크산출부와, 상기 유압모터의 토크를 산출하는 유압모터토크산출부와, 상기 리모콘밸브로 결정한 구조체의 동작량에 의거하여 상기 전동기의 토크와 상기 유압모터의 토크로부터 구조체의 구동에 필요한 토크가 얻어지도록 상기 콘트롤밸브를 동작시키기 위한 개도제어신호를 출력하는 제어장치와, 상기 콘트롤밸브에 작용시키는 파일롯 압을 상기 제어장치로부터의 개도제어신호에 의거하여 감압하는 전자감압밸브를 구비하고 있다. 이 명세서 및 특허청구범위의 서류 내에 있어서의 「구조체의 동작량」은, 예를 들면 구조체가 선회체이면, 그 선회체의 선회방향, 선회속도, 선회각도 등을 포함하는 선회체의 선회 동작량을 말하고, 직선 이동하는 구조체이면, 이동방향, 이동속도 등을 포함하는 이동 동작량을 말한다.

이에 따라 콘트롤밸브에 작용하는 파일롯 압을 전자감압밸브로 감압하고 콘트롤밸브로부터의 압유 유량을 조정하여 전동기 토크와 유압모터 토크로부터 리모콘밸브의 조작량에 따른 토크가 얻어지도록 유압모터의 토크를 제어할 수 있다. 또한 콘트롤밸브의 압유 유량은, 제어장치로부터의 개도제어신호에 의거하여 전자감압밸브가 파일롯 압유를 감압하므로 고정확도로 제어되고 있다. 따라서 고정확도로 제어된 압유 유량을 유압모터로 공급하여 필요한 분량만큼 유압모터 토크를 발생시키고 있으므로 에너지효율의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 전동기는, 유압모터의 감속 시에 관성에너지를 전기에너지로 변환하는 회생기능을 가지며, 상기 유압모터에 압유를 공급하는 유압모터회로는, 상기 유압모터의 감속 시에 상기 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시키는 연통기구를 구비하고 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 유압모터의 감속 시에 제어장치로부터의 연통명령에 의해 연통기구를 작동시켜 유압모터에 브레이크 토크가 발생하지 않도록 할 수 있다. 이에 따라 전동기의 회생기능에 의해 효율적으로 관성에너지를 전기에너지로 변화하여 회생전력으로서 회수할 수 있다.

게다가 상기 제어장치는, 상기 유압모터의 감속 시에, 상기 연통기구의 개도를 조정하는 개도조정명령을 행하도록 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 유압모터의 감속 시에, 전동기에 의한 회생기능(회생 브레이크 토크)만으로는 제동할 수 없는 경우나, 전동기에서 발생시켜야 할 브레이크 토크가 허용값을 초과한 경우, 축전기의 전압, 전류제어값이 허용값을 초과한 경우 등에, 연통기구의 개도조정에 의해 유압모터에 부족한 브레이크 토크를 발생시킴으로써 감속시킬 수 있다.

또한, 상기 연통기구는, 상기 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시키는 전자릴리프밸브를 구비하고 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 유압모터의 감속 시에 회전방향에 따른 전자릴리프밸브를 개방하고 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시켜 유압모터의 배출 측에 있어서 발생하는 압력손실을 회피할 수 있다. 이에 따라 전동기의 회생작용에 의해 관성에너지 의거의 전량을 전기에너지로서 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 전자릴리프밸브의 릴리프압 제어로 유압모터에 브레이크 토크를 발생시켜 제동시킬 수 있다.

게다가 상기 연통기구는, 상기 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시키는 바이패스밸브를 구비하고 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 유압모터의 감속 시에 바이패스밸브를 개방하고 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시켜 유압모터의 배출 측에 있어서 발생하는 압력손실을 회피할 수 있다. 이에 따라 전동기의 회생작용에 의해 관성에너지의 거의 전량을 전기에너지로서 효율적으로 회수할 수 있다. 또한 바이패스밸브의 개도 제어로 유압모터에 브레이크 토크를 발생시켜 제동시킬 수 있다.

또한, 상기 콘트롤밸브는, 유압모터의 정전(正轉)/역전(逆轉) 시에 있어서의 가속/감속 시에 개도 제어를 행하는 2개의 콘트롤밸브를 가지며, 상기 2개의 콘트롤밸브는, 상기 제어장치로부터의 개도제어신호에 의거하여 파일롯 포트에 작용시키는 파일롯 압을 감압하는 전자감압밸브를 각각 구비하고, 상기 유압모터회로는, 상기 유압모터의 감속 시에 상기 2개의 콘트롤밸브에 의해 유압모터의 배출포트를, 탱크(tank) 개방할 때에 상기 유압모터의 흡입포트에 기름을 흡인하는 체크밸브를 구비하고, 상기 제어장치는, 상기 유압모터의 감속 시에 상기 콘트롤밸브를 메타인(meter in) 제어 또는 메타아웃(meter out) 제어하도록 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 양 콘트롤밸브를 메타인 제어와 메타아웃 제어로 독립 제어함으로써 유압모터의 감속 시에 회전방향에 따라 콘트롤밸브 중 어느 하나를 개방함으로써 배출포트를 탱크 개방으로 하여 유압모터의 배출 측에 있어서 발생하는 압력손실을 회피할 수 있다. 전동기의 회생작용에 의해 관성에너지의 거의 전량을 전기에너지로서 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 메타아웃 제어에 의한 콘트롤밸브의 개도 제어로 유압모터에 브레이크 토크를 발생시켜 제동시킬 수 있고, 메타아웃 제어에 의해 유압모터의 토크를 제어할 수 있다.

게다가 상기 유압모터는, 가변경전(可變傾轉) 유압모터로 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 유압모터의 감속 시 유압모터의 경전각도를 제로(0)로 하여 유량 제로(0)로 함으로써 순환하지 않도록 하여 브레이크 토크를 제로(0)로 만들 수 있다. 이에 따라 전동기의 회생작용에 의해 관성에너지의 거의 전량을 전기에너지로 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 유압모터의 경전 제어에 의해 유압모터에 브레이크 토크를 발생시켜 제동시킬 수 있다.

또한, 상기 유압펌프는, 상기 콘트롤밸브를 통과시키는 선회동작에 필요한 유량의 잉여유(剩餘油) 유량에 의거하여 경전 제어하는 네거티브 콘트롤 또는 상기 콘트롤밸브의 파일롯 포트 압력차에 의거하여 경전 제어하는 포지티브 콘트롤에 의해 제어되도록 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 콘트롤밸브의 동작 상태에 따라 유압펌프의 경전을 제어하여 유압모터의 구동에 필요한 유량에 의거한 토출량으로 유압펌프를 제어할 수 있다.

게다가 상기 전자감압밸브는, 역비례형으로 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 전자감압밸브의 고장이나 전기적인 고장으로 전자감압밸브를 제어할 수 없어져도 최대 제어압이 콘트롤밸브의 파일롯 포트에 직접 작용하여 유압만으로 운전을 할 수 있다.

또한, 상기 제어장치는, 상기 구조체의 초기 선회 가속 시에, 상기 구조체의 가속에 필요한 토크로부터 전동기에서 출력 가능한 구동 토크를 빼고, 부족분의 토크를 상기 유압모터의 구동 토크로 보충하도록 상기 콘트롤밸브의 전자감압밸브에 개도제어신호를 전송하여 유압모터를 구동 제어하도록 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 관성체인 구조체의 초기 선회 가속 시에, 그 구조체의 가속에 필요한 토크를, 축전기의 전압에 의거하는 전동기에서 출력 가능한 구동 토크와, 그 전동기의 구동 토크를 뺀 부족분을 유압모터의 구동 토크로 보충함으로써 선회시키도록, 각각의 에너지를 연산하면서 선회 제어를 행할 수 있다. 이에 따라 축적전기에너지의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 유압모터의 압유량은, 전동기의 부족분을 보충하는 토크를 출력할 수 있는 양이 전자감압밸브로 고정확도로 제어되는 콘트롤밸브를 통하여 공급되기 때문에, 에너지 효율이 높은 운용이 가능해진다.

본 발명에 따르면, 리모콘밸브의 조작량에 따라 유압모터를 구동하는 압유량이 최적으로 되도록 전자감압밸브로 콘트롤밸브를 고정확도로 제어함으로써 조정하므로 유압모터로 구조체를 구동하기 위한 에너지효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 구동제어장치의 유압회로도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 구동제어장치의 제어블록도이다.
도 3은, 도 1에 도시한 구동제어장치에 의한 선회체의 구동시퀀스(sequence)도이다.
도 4는, 도 1에 도시한 구동제어장치에 있어서, 유압펌프 제어방법의 제1예를 나타낸 유압회로도이다.
도 5는, 도 1에 도시한 구동제어장치에 있어서, 유압펌프 제어방법의 제2예를 나타낸 유압회로도이다.
도 6은, 도 1에 도시한 구동제어장치에 있어서, 유압펌프 제어방법의 제3예를 나타낸 유압회로도이다.
도 7은, 본 발명의 제2실시예에 따른 구동제어장치의 유압회로도이다.
도 8은, 본 발명의 제3실시예에 따른 구동제어장치의 유압회로도이다.
도 9는, 도 8에 도시한 구동제어장치에 있어서, 정회전 시의 유압회로도로, 도 9의 (a)는 정회전 가속 시의 유압회로도이고, 도 9의 (b)는 정회전 감속 시의 유압회로도이다.
도 10은, 도 8에 도시한 구동제어장치에 있어서, 역회전 시의 유압회로도로, 도 10의 (a)는 역회전 가속 시의 유압회로도이고, 도 10의 (b)는 역회전 감속 시의 유압회로도이다.
도 11은, 본 발명의 제4실시예에 따른 구동제어장치의 유압회로도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 이하의 실시예에서는, 작업 기계의 구조체로서 유압쇼벨의 상부선회체를 예로 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1실시예에 따른 구동제어장치(1)는, 선회체(미도시)를 유압모터(2)와 전동기(3)의 협동에 의해 선회 구동하고, 유압모터(2)의 감속 시 전동기(3)의 회생기능에 의해 유압모터(2)의 관성에너지(운동에너지)를 전기에너지로 변환하여 회수하도록 구성되어 있다. 이 전동기(3)에 회생작용을 행하게 하여 발전기로 하는 회생기능은, 공지기술이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

또한, 구동제어장치(1)는, 상기 선회체의 선회방향 및 선회속도 등의 동작량을 결정하는 리모콘밸브(5)를 구비하고 있다. 이 리모콘밸브(5)는, 선회체의 선회방향을 결정하는 경도핸들(傾倒 handle)(4)을 가지고 있고, 이 경도핸들(4)을 경도하는 방향, 각도, 및 속도 등에 의해 선회체의 선회방향 및 속도가 결정된다. 리모콘밸브(5)에는, 조작량에 따른 2차압을 검출하는 압력센서(sensor)(6)가 설치되고, 이 압력센서(6)에서 검출된 좌우 포트의 차압(差壓)이 선회체를 회전시키기 위한 속도명령(회전수명령)으로서 제어장치(7)에 입력되도록 이루어져 있다. 양(+)의 신호를 정회전이라고 하면, 음(-)의 신호는 역회전이 된다.

한편, 상기 유압모터(2)는, 유압펌프(10)에서 토출되는 압유에 의해 구동되고, 유압펌프(10)로부터 압유를 흡입, 배출하는 유압모터회로(11)에 접속되어 있다. 이 유압모터회로(11)에서는, 유압모터(2)의 흡입포트와 배출포트에 접속된 유로(12,13)가 콘트롤밸브(14)를 통하여 유압펌프(10)에 접속되어 있고, 이 콘트롤밸브(14)에 의해 유압펌프(10)로부터 유압모터회로(11)로 공급되는 압유 유량이 제어되고 있다. 유압모터(2)의 흡입포트와 배출포트는, 유압모터(2)의 회전방향에 따라 바뀐다.

또한, 이 유압모터회로(11)의 유로(12,13) 사이에는 연통기구인 전자릴리프밸브(15,16)가 설치되어 있다. 유압모터(2)의 감속 시에, 이들 전자릴리프밸브(15,16)에 의해 유로(12,13)를 연통시킴으로써 유압모터(2)의 배출 측에 있어서 발생하는 손실을 회피할 수 있다. 이 전자릴리프밸브(15,16)는, 유압모터(2)의 정회전, 및 역회전 시에 유압이 흐르는 방향이 다르므로 유로(12,13) 각각의 방향을 향하여 설치되어 있다.

그리고 상기 콘트롤밸브(14)에 의한 압유량을 제어하기 위하여, 이 콘트롤밸브(14)의 파일롯 포트(17,18)(선회섹션)에 전자감압밸브(19,20)가 설치되어 있다. 이 전자감압밸브(19,20)에는, 1차압으로서 상기 리모콘밸브(5)의 2차압이 인도되어 있다. 본 실시예에 있어서의 전자감압밸브(19,20)는, 역비례형 전자감압밸브가 사용되고 있다.

이 전자감압밸브(19,20)에 의한 콘트롤밸브(14)의 제어는, 상기 리모콘밸브(5)의 조작량에 의거한 압유량이 유압모터(2)로 공급되도록 이루어져 있고, 제어장치(7)로부터의 개도(開度)제어신호에 의거하여 행해진다. 이 제어장치(7)에 의한 전자감압밸브(19,20)의 개도 제어는, 상기 리모콘밸브(5)의 조작량에 의거하여 행해지고, 리모콘밸브(5)로부터 공급되는 파일롯 압유(1차압)를 전자감압밸브(19,20)에서 감압하고, 감압한 파일롯 압으로 콘트롤밸브(14)의 개도를 조정하는 제어이다. 이와 같이, 전자감압밸브(19,20)에서 감압한 파일롯 압으로 콘트롤밸브(14)의 개도 제어를 행함으로써 유압펌프(10)에서부터 유압모터(2)로 공급되는 압유량이 고정확도로 제어된다. 이들 제어장치(7)에 의한 유량제어의 상세한 것에 관해서는 후술한다.

또한, 상기 유로(12,13) 사이에는, 릴리프밸브(22)와 체크밸브(23,24)가 설치되어 있다. 릴리프밸브(22)는, 유로(12,13)의 압력이 통상 사용 시의 압력을 초과한 경우에 탱크(tank)(21) 측으로 압유를 유출하도록 작동하고, 체크밸브(23,24)는, 유로(12,13) 내의 기름의 순환 시 유량이 감소하면 탱크(21)로부터 기름을 흡인하도록 이루어져 있다.

게다가 상기 유압모터(2)의 흡입포트와 배출포트에는, 압력센서(25,26)가 각각 설치되어 있다. 이들 압력센서(25,26)에서 검출된 압력의 차(즉, 차압)는, 토크피드백으로서 제어장치(7)에 입력되고 있다. 이 유압모터(2)의 흡입 및 배출포트의 차압에 의해 제어장치(7) 내에서 유압모터(2)의 발생 토크가 추정된다(음 신호의 경우는 역 토크).

또한, 상기 전동기(3)는, 이 전동기(3)를 구동하기 위한 전력을 축적하는 축전기(27)와 상기 제어장치(7)를 통하여 접속되어 있다. 이 축전기(27)는, 제어장치(7)를 통하여 전동기(3)와의 사이에서 전력 수수(授受)를 행하도록 이루어져 있다. 축전기(27)는, 선회체를 회전 구동하기 위하여 유압모터(2)가 가속 구동하고 있을 때, 유압모터(2)와 협동하는 전동기(3)에 전력을 공급하도록 방전하고, 유압모터(2)가 감속 구동할 때, 유압모터(2)를 제어하도록 전동기(3)에 회생작용을 일으켜서 얻은 회생전력이 축전되도록 구성되어 있다. 이와 같이 상기 제어장치(7)는, 유압모터(2)의 가속 구동 시에 유압모터(2)와 협동하는 전동기(3)에 회전명령을 내보내고, 유압모터(2)의 감속 구동 시에 유압모터(2)를 제동하도록 전동기(3)에 회생명령을 행하도록 이루어져 있다.

게다가 상기 전동기(3)에는, 회전센서(28)가 설치되어 있고, 이 회전센서(28)에 의해 검출된 회전수가 속도피드백으로서 상기 제어장치(7)에 입력되고 있다. 이 속도피드백에 의해, 제어장치(7) 내에서 리모콘밸브(5)로부터의 속도명령(회전수명령)과 실회전수의 차이로부터 가속도가 얻어진다.

그리고 상기 제어장치(7)는, 전동기(3)와 유압모터(2)로부터 결정된 토크가 얻어지도록 전동기(3)의 토크 및 유압모터(2)를 조정하도록 이루어져 있다. 구체적으로는, 제어장치(7)는, 리모콘밸브(5)의 차압신호에 의거하는 속도명령(회전수신호), 유압모터(2)의 차압신호에 의거하는 토크피드백(토크신호), 및 전동기(3)의 회전수신호에 의거하는 속도피드백(실회전수)과 상기 리모콘밸브(5)의 조작량에 기초하여 전동기(3)를 회전시킴과 아울러 전동기(3)의 토크 부족분을 보충하도록 전자감압밸브(19,20) 측으로 개도 제어신호를 전송하여 콘트롤밸브(14)의 개도를 조정하면서 압유를 유압모터(2)로 공급하여 유압모터(2)를 회전시키도록 이루어져 있다.

요컨대, 유압모터(2)는, 리모콘밸브(5)의 조작량에 의거한 선회구동토크로부터 전동기(3)에 의한 토크를 뺀 부족분의 토크가 얻어지도록 구동한다. 이 때, 콘트롤밸브(14)에 설치된 전자감압밸브(19,20)가 제어장치(7)로부터의 개도제어신호에 의거하여 제어되고, 이 전자감압밸브(19,20)에 의해 개도 제어되어 있는 콘트롤밸브(14)를 통하여 공급되는 압유에 의해 유압모터(2)가 구동된다.

이 제어장치(7)에 의한 콘트롤밸브(14)의 전자감압밸브(19,20)를 제어하는 방법으로서는, 리모콘밸브(5)가 조작되어 가속으로 판단되고, 또한 축전기(27)에 전동기(3)의 운전이 가능한 전기에너지가 축적되어 있을 때에는, 이 전기에너지로 우선적으로 전동기(3)를 구동한다. 그 때, 필요한 토크 중 전동기(3)에 의한 토크에서 부족하는 분량이 상기한 바와 같이 제어되는 콘트롤밸브(14)를 통하여 공급하는 압유로 구동되는 유압모터(2)에 의해 보충된다. 이 기간에, 전자릴리프밸브(15,16)는 작동하지 않는 것을 기본으로 하지만, 콘트롤밸브(14)의 압력제어성능을 보완하기 위하여 보조적으로 사용하여도 좋다.

또한, 콘트롤밸브(14)의 개도 제어를 전자감압밸브(19,20)에 의해 고정확도로 행함으로써 전동기(3)에 의한 토크와 유압모터(2)에 의한 토크의 배분을 고정확도로 변경하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 축전기(27)의 축적에너지가 규정값 이하로 되면, 전동기(3)의 토크를 서서히 감소시킴과 동시에 유압모터(2)의 토크를 증가시며 전동기(3)에서 유압모터(2)로의 전환을 쇼크 없이 부드럽게 행할 수 있다.

한편, 리모콘밸브(5)가 조작되어 감속으로 판단한 때에는, 전동기(3)에 회생작용을 행하게 하여 관성에너지를 전기에너지로 변환한 회생전력을 축전기(27)에 축적한다. 이 때 브레이크 측의 전자릴리프밸브(15 또는 16)는 언로드(unload)로 하여 작동유를 순환시킨다.

또한, 전동기(3)에서 모든 관성에너지를 회수할 수 없다고 판단한 경우(전동기(3)에서 발생시켜야 할 브레이크 토크가 허용값을 초과한 경우, 축전기(27)의 전압, 전류제어값이 허용값을 초과한 경우 등), 브레이크측 전자릴리프밸브(15 또는 16)의 설정압력을 조정하여 유로(12,13) 내의 저항을 증대시킨다. 이에 따라 부족한 브레이크 토크를 유압모터(2)에서 발생시킬 수 있다. 이 전동기(3)와 유압모터(2)의 토크 배분은, 에너지 이용율이 가장 양호하게 되는 비율로 미리 설정하여 두고, 전동기(3) 및 유압모터(2)의 토크에 관련한 상태변화(축전기(27)의 축적에너지가 미리 정한 값 이하 등)에 따라 변동시켜 전동기(3)와 유압모터(2)의 합계 토크가, 필요한 선회구동 토크로 되도록 한다.

이와 같이 리모콘밸브(5)로부터의 파일롯 압유를, 제어장치(7)로부터의 명령에 의거하여 제어되는 전자감압밸브(19,20)로 공급하고, 제어장치(7)로부터의 개도제어신호에 의거하여 이 전자감압밸브(19,20)에서 감압한 파일롯 압으로 콘트롤밸브(14)의 개도 제어를 행할 수 있다. 이에 따라 유압모터(2)로의 유량을 고정확도로 제어할 수 있어 통상 운전 시에는 릴리프밸브(22)로부터 유압펌프(10)의 압유를 배출하는 것이 없어진다. 그러므로 에너지효율의 향상을 도모할 수 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 구동제어장치(1)에 있어서의 제어블럭도에서는, 리모콘밸브(5)의 경도방향과 조작량에 의거하여 속도명령연산(30)에 의해 속도가 연산된다. 이 속도는, 전동기(3)에 설치된 회전센서(28)로부터의 속도피드백과의 차이로부터 필요한 가속도가 가속도연산(31)에 의해 연산되고, 그 가속도의 가속토크가 가속토크연산(32)에 의해 연산된다.

한편, 축전기(27)의 전압이 축전기전압검출(33)에 의해 검출되고, 그 전압과 상기 가속토크연산(32)에서 연산된 전체 토크 등에 의거하여 전동기토크연산(34)에 의해 전동기(3)에서 출력 가능한 토크가 산출된다. 이 산출된 전동기(3)에서 출력 가능한 토크는, 상기 가속토크연산(32)에서 연산된 전체 토크로부터 감산되고, 이 감산된 토크가 유압모터(2)에 필요한 토크로서 산출된다. 또한, 유압모터(2)에 필요한 토크에 제한이 필요한 경우(예를 들면, 유압모터(2)의 흡입포트압을 어느 값 이상으로 하고 싶은 경우 등)에는, 전체 토크로부터 반대로 유압모터(2)에 필요한 토크를 감산하여 전동기(3)에서 출력해야할 토크를 산출하여도 좋다.

그리고 유압모터(2)의 제어로서는, 이 유압모터(2)에 필요한 토크에 대하여 차압명령연산(35)이 행해진다. 이 차압명령에 대하여 유압모터(2)의 흡입, 배기포트에 있어서의 압력을 검출하는 압력센서(25,26)로부터의 차압피드백이 감산된 후, 그 산출 결과에 의거하여 압력제어(36)에 의해 전자감압밸브(19,20)로 개도제어신호가 출력되고, 콘트롤밸브(14)(후술하는 제4실시예에서는, 가변경전 유압모터의 경전)의 스풀(spool)의 위치가 제어된다. 이에 따라 전동기(3)에서 출력할 수 있는 토크를 뺀 분량의 토크를 유압모터(2)가 출력하도록 구동된다.

한편, 전동기(3)의 제어로서는, 상기 전동기토크연산(34)에서 산출된 토크를 출력하도록 전류명령연산(37)에서 전류가 연산되고, 이 연산 결과에 대하여 전동기(3)로 공급되는 전류의 피드백신호가 감산된 후, 그 산출 결과에 의거하여 전류제어(38)에 의해 제어된 전류로 전력변환기(39)가 제어되어 전동기(3)가 구동되도록 되어 있다. 이 전동기(3)의 구동은, 회전센서(28)에 의해 검출되고, 상기 속도피드백으로서 속도명령연산(30)의 연산 결과에 피드백된다.

다음에, 도 3에 의거하여 상기 구동제어장치(1)에 의한 동작 시퀀스의 일 예를 설명한다. 이 동작 시퀀스로서는, 리모콘밸브(5)에 의한 속도명령과, 선회체의 속도실적, 전동기(3)의 발생 토크, 유압모터(2)에 의한 어시스트 토크, 및 이들 전동기(3)와 유압모터(2)에 의한 합계 토크를, 횡축을 시간축으로 하여 나타내고 있다.

도시한 예에서는, 속도실적으로 나타낸 바와 같이 리모콘밸브(5)를 일측으로 경도함으로써 선회체를 일방향으로 「가속」,「정속」으로 선회시킨 후, 리모콘밸브(5)를 중립으로 되돌려 「감속」시킨 후, 타측으로 경도시켜 선회체를 역방향으로 「가속」,「정속」,「감속」으로 선회시키는 예를 나타내고 있다.

상기 리모콘밸브(5)를 조작하여 도시하는 상방향(일측으로 선회)의 속도명령이 나오면, 관성체인 선회체를 회전시키기 위한 토크로서, 전동기(3)를 미리 결정된 토크로 회전시킴으로써 축전기(27)는 방전되고, 이 전동기(3)에 의한 토크의 부족분을 보충하도록 유압모터(2)가 구동된다. 이에 따라 이들 전동기 토크와 유압모터 토크의 합계 토크에 의해, 관성체인 선회체를 선회 시작 시에 가속시키기 위한 큰 합성 토크가 얻어지도록 전동기(3)와 유압모터(2)가 구동된다. 요컨대 정지상태의 선회체를 선회시키는 시작 시에, 최대의 에너지절약효과가 얻어지도록 전동기(3)의 출력을 이용하고, 그 부족분을 유압모터(2)에서 보충하도록 하고 있다. 그리고 정속 선회 시에는 작은 선회토크를 유압모터(2)에 의해서만 얻는 것과 같은 운전으로 하고, 감속 시에는 전동기(3)의 회생작용에 의해 관성에너지의 거의 전량을 전기에너지로서 효율적으로 회수하여 축전기(27)에 축전하고 있다.

도면에서는, 이 동작 후에, 역방향을 향하여 리모콘밸브(5)를 조작한 때도 나타내고 있지만, 방향이 반대인 토크를 발생시키는 것 외에는 상기 작용과 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다.

이와 같이 상기 제1실시예에 따른 구동제어장치(1)에 따르면, 리모콘밸브(5)의 조작량에 의거한 전체 토크에 대하여 전동기(3)에 의해 발생시킬 수 있는 토크의 부족분을 유압모터(2)에서 발생시키도록 하고 있다. 이 때, 이 유압모터(2)를 구동하는 압유량은, 최적으로 되도록 전자감압밸브(19,20)에서 감압한 파일롯 압으로 콘트롤밸브(14)를 제어함으로써 고정확도로 조정할 수 있다. 이에 따라 전동기(3)와 유압모터(2)에 의해 선회체를 구동하기 위한 에너지효율을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 축전기(27)의 전압을 감시하고, 전동기(3)에 공급할 수 있는 에너지를 연산하면서 선회제어를 행하므로 축적에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 유압모터(2)의 감속 시에는, 전자릴리프밸브(15 또는 16)를 개방함으로써 유압모터(2)의 배출 측에 있어서 발생하는 압력손실을 회피할 수 있다. 이에 따라 선회체의 관성에너지의 거의 전량을 전동기(3)의 회생작용에 의한 전기에너지로서 회수할 수 있으므로 에너지효율이 좋은 구동제어장치(1)의 운용을 할 수 있다.

게다가 선회체의 정지 시, 이런 종류의 유압구동에 의한 기름의 압축효과 등으로 인하여 생기는 되흔들림이 발생하지 않도록 상기 전동기(3)의 회전수를 관측하여 정지 시에 전동기(3)의 토크를 제어함으로써 승차감을 개선할 수도 있다. 또한, 전동기(3)와 유압모터(2)의 토크를 개별로 제어하므로 선회 필링(feeling)의 설정도 자유롭게 할 수 있다.

더욱이 상기 실시예에서는, 콘트롤밸브(14)의 파일롯 포트(17,18)를 제어하는 전자감압밸브(19,20)를 역비례형 전자감압밸브로 함으로써 전자감압밸브(19,20)의 고장이나 전기적인 고장으로 전자감압밸브(19,20)를 제어할 수 없게 경우에 리모콘밸브(5)의 2차압이 직접 콘트롤밸브(14)의 파일롯 포트(17,18)에 접속한다. 그러므로 유압만으로도 선회운동이 가능한 신뢰성이 높은 구동제어장치(1)로 이루어져 있다.

다음에, 상기 구동제어장치(1)에 있어서, 상기 유압펌프(10)의 경전제어를 동시에 행함으로써 유압펌프(10)의 구동계에서 한층 더 에너지절약효과를 얻도록 한 구성의 일 예를 설명한다. 이하 설명하는 유압펌프(10)의 제어방법은, 사용조건 등에 따라 적절히 선택하면 좋다.

도 4에 나타낸 예는, 상기 유압펌프(10)의 제어로서 오픈센터(open center), 네거티브 콘트롤(negative control) 제어의 예이다. 이 경우, 유압모터(2)의 선회동작에 필요한 유량을 콘트롤밸브(14)에 연통시켜 센터 바이패스에서 토출되어 탱크(21)로 유출되는 잉여 기름의 유량에 의거하여 유압펌프(10)의 사판(斜板)을 경동(傾動)시켜 펌프 유량이 제어된다. 이에 따라 유압모터(2)의 구동에 필요한 유량만을 공급하도록 유압펌프(10)가 경전제어되므로 에너지효율이 좋고, 에너지손실을 더 작게 하여 에너지절약효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 5에 나타낸 예는, 오픈 센터, 포지티브 콘트롤 제어의 예이다. 이 경우, 콘트롤밸브(14)의 양측 파일롯 포트(17,18)에 작용하는 파일롯 압을 고압 선택하고, 그 고압 측의 압에 의거하여 유압펌프(10)의 사판(斜板)을 경동시켜 펌프 유량을 제어한다. 이에 의해서도, 리모콘밸브의 조작으로부터 얻어지는 속도명령에 따른 유량만을 공급하도록 유압펌프(10)의 경전이 제어되므로 에너지 효율이 좋고, 에너지손실을 더욱 작게 하여 에너지절약효과를 얻을 수 있다. 게다가 도 6에 나타낸 예와 같이, 전자감압밸브(19,20)로부터의 파일롯 압을 압력센서(29)에서 검출하고, 검출된 2개의 압력 중 고압 측의 압에 의거하여 제어장치(7)로부터 전기적인 유압펌프(10)의 경전제어를 행하는 전기 포지티브 콘트롤 제어로 유량을 보다 세밀하게 제어하면, 보다 우수한 에너지절약효율을 얻을 수도 있다.

도 7은, 제2실시예에 따른 구동제어장치(40)이고, 상술한 제1실시예에 있어서의 연통기구인 전자릴리프밸브(15,16) 대신에 바이패스밸브(41)를 사용한 예이다. 또한, 상술한 제1실시예의 구동제어장치(1)와는, 이 바이패스밸브(41)가 다르기만 하기 때문에 동일한 구성에는 동일 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.

이 실시예에서는, 상기 유압모터회로(11)의 유로(12,13) 사이에 연통기구인 바이패스밸브(41)가 설치되어 있고, 이 바이패스밸브(41)를 상술한 제어장치(7)에 의해 개도 제어하도록 하고 있다. 제어장치(7)에 의한 제어는, 상술한 제1실시예와 마찬가지로 리모콘밸브(5)의 차압신호에 의거하는 속도명령, 유압모터(2)의 흡입포트와 배출포트에 있어서의 차압신호에 의거하는 토크피드백, 전동기(3)의 회전센서(28)에 의한 회전수신호에 의거하는 속도피드백에 의거하여 제어된다.

이 실시예의 경우, 유압모터(2)의 감속 시에 바이패스밸브(41)를 개방함으로써 유압모터(2)의 배출 측에 있어서 발생하는 압력손실을 회피할 수 있다. 이에 따라 전동기(3)에 의한 회생작용으로 관성에너지를 전기에너지로 효율적으로 변환할 수 있다. 또한, 이 실시예에서도, 유압모터(2)의 브레이크 조작 시, 바이패스밸브(41)의 개도조정을 행함으로써 원하는 브레이크 토크를 얻을 수 있다.

도 8은, 제3실시예에 따른 구동제어장치(50)의 유압회로도이고, 이 실시예에서는, 콘트롤밸브의 메타인 제어와 메타아웃 제어를 독립적으로 제어할 수 있도록 하고 있다. 또한, 상술한 제1실시예와 동일한 구성에는 동일 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도시한 바와 같이, 이 실시예에서는 제1콘트롤밸브(51)와 제2콘트롤밸브(52)가 설치되어 있다. 제1콘트롤밸브(51)의 파일롯 포트에는, 제1전자감압밸브(53,54)가 설치되고, 제2콘트롤밸브(52)의 파일롯 포트에는 제2전자감압밸브(55,56)가 설치되어 있다. 이 예에서는, 제1전자감압밸브(53,54) 및 제2전자감압밸브(55,56)에 비례형 전자감압밸브가 사용되고 있다. 또한, 이 실시예에서는, 제1전자감압밸브(53,54) 및 제2전자감압밸브(55,56)를 제어하는 파일롯 압의 자유도(압력범위)를 높이기 위하여, 파일롯 압유를 공급하는 제2유압펌프(57)가 설치되어 있다.

게다가 이 실시예의 제어장치(7)는, 유압모터(2)의 감속 시에 전동기(3)의 브레이크 토크만으로는 제어할 수 없는 경우에, 유압모터(2)의 브레이크 토크를 조정하도록 제1전자감압밸브(53,54), 제2전자감압밸브(55,56)에 개도제어신호를 전송한다. 이에 따라 제1콘트롤밸브(51) 또는 제2콘트롤밸브(52)는, 메타아웃 제어로 유압모터(2)로부터 배출되는 압유의 유량을 조정하도록 이루어져 있다.

그리고 이 실시예의 구동제어장치(50)에 따르면, 선회체의 가속 시에는, 메타인 측의 개도 제어를 행하고, 메타아웃 측은, 전개(全開)로 하도록 하고 있다. 또한 감속 시에는 메타인 측은 전폐(全閉)로 하여 유압펌프(10)로부터의 압유를 언로드하고, 상기 메타아웃 측의 개도 제어를 행함으로써 유압모터(2)의 감속 토크를 제어하도록 하고 있다.

구체적으로는, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 선회체의 정회전 가속 시에는, 제1전자감압밸브(53) 및 제2전자감압밸브(55)에 개도제어신호가 전송되고, 제1콘트롤밸브(51) 및 제2콘트롤밸브(52)가 도시한 우측으로 슬라이드된다. 이에 따라 유압펌프(10)로부터의 압유가 제1콘트롤밸브(51)를 통하여 유압모터(2)의 흡입포트로 공급된다. 유압모터(2)의 배출포트는, 제2콘트롤밸브(52)를 통하여 탱크(21)에 연통된다. 이에 따라 유압모터(2)가 제1콘트롤밸브(51)를 통하여 공급되는 압유에 의해 회전된다. 이 예에서는, 제1콘트롤밸브(51)의 개도 제어에 의해, 유압모터(2)로 공급되는 압유량이 조정된다(메타인 제어).

한편, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 선회체의 정회전 감속 시에는, 제1콘트롤밸브(51)의 스풀을 되돌려 유압펌프(10)로부터의 압유를 탱크(21)로 되돌리게 함과 아울러 유압모터(2)의 배출포트가 제2콘트롤밸브(52)를 통하여 탱크(21)에 연통시킨 상태가 된다. 이에 따라 유압모터(2)의 배출포트로부터 배출되는 기름은 탱크(21)로 배출된다. 또한, 유압모터(2)의 흡입포트에는, 유압모터회로(11)로부터 배출된 기름 중 부족분의 기름이 체크밸브(23)를 통하여 탱크(21)로부터 공급된다.

따라서 유압모터(2)의 감속 시에 있어서 배출포트 측에서 발생하는 압력손실을 회피할 수 있다. 이에 따라 전동기(3)의 회생작용에 의해 관성에너지의 거의 전량을 전기에너지로서 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 제2콘트롤밸브(52)의 파일롯 압을 제2전자감압밸브(55)에 의해 조정함으로써 유압모터(2)에 브레이크 토크를 발생시켜 제동시킬 수 있다(메타아웃 제어).

또한, 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 선회체의 역회전 가속 시에는, 제1전자감압밸브(54) 및 제2전자감압밸브(56)에 개도제어신호가 전송되고, 제1콘트롤밸브(51) 및 제2콘트롤밸브(52)가 도시한 좌측으로 슬라이드된다. 이에 따라 유압펌프(10)로부터의 압유가 제2콘트롤밸브(52)를 통하여 유압모터(2)의 흡입포트로 공급된다. 유압모터(2)의 배출포트는, 제1콘트롤밸브(51)를 통하여 탱크(21)에 연통된다. 이에 따라 유압모터(2)가 제2콘트롤밸브(52)를 통하여 공급되는 압유에 의해 회전된다. 이와 같이, 제2콘트롤밸브(52)의 개도 제어에 의해, 유압모터(2)로 공급되는 압유량이 조정된다(메타인 제어).

한편, 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이, 선회체의 역회전 감속 시에는, 제2콘트롤밸브(52)의 스풀을 되돌려 유압펌프(10)로부터의 압유를 탱크(21)로 되돌리게 함과 아울러 유압모터(2)의 배출포트가 제1콘트롤밸브(51)를 통하여 탱크(21)에 연통시킨 상태가 된다. 이에 따라 유압모터(2)의 배출포트로부터 배출되는 기름은 탱크(21)로 배출된다. 또한, 유압모터(2)의 흡입포트에는, 유압모터회로(11)로부터 배출된 기름 중 부족분의 기름이 체크밸브(24)를 통하여 탱크(21)로부터 공급된다.

따라서 유압모터(2)의 감속 시에 있어서 배출포트 측에서 발생하는 압력손실을 회피할 수 있다. 이에 따라 전동기(3)의 회생작용에 의해 관성에너지의 거의 전량을 전기에너지로서 효율적으로 회수할 수 있다. 또한, 제1콘트롤밸브(51)의 파일롯 압을 제1전자감압밸브(54)에 의해 조정함으로써 유압모터(2)에 브레이크 토크를 발생시켜 제동시킬 수 있다(메타아웃 제어).

또한, 이와 같은 제어를, 제어장치(7)로부터의 명령에 의해 제어되는 전자감압밸브(53,54 및 55,56)에서 개도 제어가 행해지는 콘트롤밸브(51,52)를 통하여 행하므로 유압모터(2)에 관한 유량 제어가 고정확도로 가능해진다. 이에 따라 릴리프밸브(22)로부터 유압펌프(10)의 압유를 배출하는 것이 거의 없어져 에너지효율의 향상을 도모할 수 있다.

도 11은, 제4실시예에 따른 구동제어장치(60)의 유압회로도이고, 이 실시예에서는, 상기 실시예에 있어서의 고정경전(固定傾轉) 유압모터(2) 대신에 가변경전 유압모터(61)를 사용한 실시예이다. 상술한 제1실시예와 동일한 구성에는 동일 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도시한 바와 같이, 선회체를 구동하는 가변경전 유압모터(61)는, 제로(0) 경전 시에 토크를 발생하지 않으므로 가속 시의 필요 토크에 따라 경전을 증가시킴과 동시에 콘트롤밸브(14)의 개도 제어를 행하여 필요한 유량을 가변경전 유압모터(61)로 공급한다. 이 콘트롤밸브(14)의 개도 제어도, 전자감압밸브(19,20)에서 감압한 파일롯 압유에 의한 파일롯 포트(17,18)의 개도 제어에 의해 행하여지므로 고정확도로 유량 제어할 수 있어 에너지효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 가변경전 유압모터(61)의 감속 시에는, 콘트롤밸브(14)를 전개(全開)로 하여 유압펌프(10)를 언로드의 상태로 하고, 가변경전 유압모터(61)의 경전을 낮춤과 동시에 전동기(3)에 의한 회생작용에 의해 관성에너지가 전기에너지로 변환된다. 이 가변경전 유압모터(61)의 경전각도는, 제어장치(7)로부터의 경전명령에 의해 가변경전 유압모터(61)의 토출량이 제로(0)가 되도록(유압모터(61)의 브레이크 토크가 발생하지 않도록), 사판이 경전된다.

이와 같이, 이 실시예의 경우, 가변경전 유압모터(61)가 경전량에 따라 유압 토크를 발생시킬 수 있으므로 감속 시에 토출량이 제로(0)가 되도록 경전시켜 가변경전 유압모터(61)에 의한 브레이크 토크의 발생이 없도록 할 수 있다. 이에 따라 전동기(3)의 회생작용에 의해 관성에너지의 거의 전량을 전기에너지로서 효율적으로 회수하여 축전기(27)에 축전할 수 있다.

이상과 같이, 각 실시예의 구동제어장치(1,40,50,60)에 따르면, 유압모터(2,61)를 구동하는 압유의 공급량을 콘트롤밸브(14,51,52)에 설치한 전자감압밸브(19,20,53,54,55,56)로 감압한 파일롯 압유에 의해 고정확도로 제어하므로 선회동작에 필요한 유량만을 콘트롤밸브(14,51,52)를 통과시켜 유압모터(2)를 구동할 수 있다. 이에 따라 릴리프밸브(22)로부터 탱크(21)로 되돌리는 압유로 인한 손실을 감소시켜 선회체를 구동하기 위한 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 선회체의 관성에너지(회전에너지)를, 감속 시에 전동기(3)의 회생작용에 의해 거의 전량을 전기에너지로서 효율적으로 회수하여 축전기(27)에 축적하고 다음의 회전체 가속 시에 사용하므로 에너지의 이용효율이 향상되어 작업 기계의 연비 개선으로 연결됨과 아울러 온난화 가스의 배출도 억제할 수 있다.

게다가 상술한 실시예에서는, 축전기(27)의 축적에너지를 우선적으로 사용하여 전동기(3)를 구동하고, 부족분을 유압모터(2, 61)로 보충하므로 신속한 가속과 축적에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있다.

더욱이 상술한 실시예와 같이, 연통기구로서 전자릴리프밸브(15,16), 바이패스밸브(41), 메타인, 메타아웃 제어 등의 방법을 사용함으로써 이것들의 개도 제어를 제어장치(7)로부터의 신호에 의거하여 행함으로써 유압모터(2)의 브레이크 토크를 가변적으로 할 수 있으므로 유압모터(2)의 감속 시에 전동기(3)의 브레이크 토크(회생작용)만으로는 제동할 수 없는 경우(전동기(3)로 모든 관성에너지를 회수할 수 없는 경우)에는, 필요한 분량만큼 유압모터(2)에서 브레이크 토크를 발생시킴으로써 감속시키는 것을 용이하게 할 수 있다.

또한, 유압모터(2)의 토크 배분은, 콘트롤밸브(14,51,52)의 개도 제어를 전자감압밸브(19,20,53,54,55,56)를 통하여 행함으로써 세밀하게 조정할 수 있으므로 전동기(3)에서 유압모터(2)로의 전환을 쇼크 없이 행하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 실시예에서는, 축전기(27)의 축적에너지를 우선적으로 사용하여 전동기(3)를 구동하고, 부족분의 토크를 유압모터(2,61))로 보충하는 예를 설명하였지만, 축전기(27)의 축적에너지가 적은 경우에는 전동기(3)를 사용하지 않고 유압모터(2,61)에 의해서만 선회체를 회전 구동하는 경우도 있고, 반드시 전동기(3)를 우선적으로 사용하여 부족분을 유압모터(2,61)에서 보충하는 구성에 한정되는 것은 아니다.

또한, 리모콘밸브(5)의 2차압을 전자감압밸브(19,20)의 1차압으로서 안내하는 구성 이외이어도 좋고, 콘트롤밸브(14)의 파일롯 포트(17,18)로 공급하는 파일롯 압유를 전자감압밸브(19,20)에서 고정확도로 제어하는 것과 같은 구성이면 같은 작용효과를 얻을 수 있어 상기 실시예에 있어서의 구성에 한정되는 것은 아니다.

게다가 상기 실시예에서는, 작업 기계의 구조체로서 유압쇼벨의 상부선회체를 예로 설명하였지만, 크레인의 선회체, 휠로더의 주행체 등 다른 작업 기계에 있어서의 구조체에도 적용할 수 있어 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상술한 실시예는 일 예를 나타내고 있고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하여 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 작업 기계의 구동제어장치는, 유압쇼벨이나 유압크레인 등의 중기이고, 구동계에 유압모터와 전동기를 병설한 작업 기계에 이용할 수 있다.

1: 구동제어장치
2: 유압모터
3: 전동기
4: 경도(傾倒)핸들
5: 리모콘밸브
6: 압력센서
7: 제어장치
10: 유압펌프
11: 유압모터회로
12, 13: 유로(油路)
14: 콘트롤밸브
15, 16: 전자릴리프밸브
17, 18: 파일롯 포트
19, 20: 전자감압밸브
21: 탱크
22: 릴리프밸브
23, 24: 체크밸브
25, 26, 29: 압력센서
27: 축전기
28: 회전센서
30: 속도명령연산
31: 가속도연산
32: 가속토크연산
33: 축전기전압검출
34: 전동기토크연산
35: 차압명령연산
36: 압력제어
37: 전류명령연산
38: 전류제어
39: 전력변환기
40: 구동제어장치
41: 바이패스밸브
50: 구동제어장치
51: 제1콘트롤밸브
52: 제2콘트롤밸브
53, 54: 제1전자감압밸브
55, 56: 제2전자감압밸브
60: 구동제어장치
61: 가변경전(可變傾轉) 유압모터

Claims (10)

1. 유압펌프로부터의 압유가 콘트롤밸브로 유량 제어되어 유압모터회로를 통하여 공급되는 유압모터와, 상기 유압모터와 협동하는 전동기에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동제어장치로서,
   상기 구조체의 동작량을 결정하는 리모콘밸브와,
   상기 전동기의 토크를 산출하는 전동기토크산출부와,
   상기 유압모터의 토크를 산출하는 유압모터토크산출부와,
   상기 리모콘밸브로 결정한 구조체의 동작량과 상기 전동기토크산출부에서 산출된 상기 전동기의 토크에 의거하여 상기 구조체의 구동에 필요한 토크 중 상기 산출된 전동기의 토크를 뺀 부족분의 토크를 상기 유압모터로부터 얻도록 상기 콘트롤밸브를 동작시키기 위한 개도제어신호를 출력하는 제어장치와,
   상기 콘트롤밸브에 작용시키는 파일롯 압을 상기 제어장치로부터의 개도제어신호에 의거하여 감압하는 전자감압밸브를 구비하고,
   상기 전동기는, 유압모터의 감속 시에 관성에너지를 전기에너지로 변환하는 회생기능을 가지며,
   상기 유압모터에 압유를 공급하는 유압모터회로는, 상기 유압모터의 감속 시에 상기 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시키는 연통기구를 구비하고,
   상기 제어장치는, 상기 유압모터의 감속 시에, 상기 연통기구의 개도를 조정하는 개도조정명령을 행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동제어장치.
2. 유압펌프로부터의 압유가 콘트롤밸브로 유량 제어되어 유압모터회로를 통하여 공급되는 유압모터와, 상기 유압모터와 협동하는 전동기에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동제어장치로서,
   상기 구조체의 동작량을 결정하는 리모콘밸브와,
   상기 전동기의 토크를 산출하는 전동기토크산출부와,
   상기 유압모터의 토크를 산출하는 유압모터토크산출부와,
   상기 리모콘밸브로 결정한 구조체의 동작량과 상기 전동기토크산출부에서 산출된 상기 전동기의 토크에 의거하여 상기 구조체의 구동에 필요한 토크 중 상기 산출된 전동기의 토크를 뺀 부족분의 토크를 상기 유압모터로부터 얻도록 상기 콘트롤밸브를 동작시키기 위한 개도제어신호를 출력하는 제어장치와,
   상기 콘트롤밸브에 작용시키는 파일롯 압을 상기 제어장치로부터의 개도제어신호에 의거하여 감압하는 전자감압밸브를 구비하고,
   상기 전동기는, 유압모터의 감속 시에 관성에너지를 전기에너지로 변환하는 회생기능을 가지며,
   상기 유압모터에 압유를 공급하는 유압모터회로는, 상기 유압모터의 감속 시에 상기 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시키는 연통기구를 구비하고,
   상기 연통기구는, 상기 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시키는 전자릴리프밸브를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동제어장치.
3. 유압펌프로부터의 압유가 콘트롤밸브로 유량 제어되어 유압모터회로를 통하여 공급되는 유압모터와, 상기 유압모터와 협동하는 전동기에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동제어장치로서,
   상기 구조체의 동작량을 결정하는 리모콘밸브와,
   상기 전동기의 토크를 산출하는 전동기토크산출부와,
   상기 유압모터의 토크를 산출하는 유압모터토크산출부와,
   상기 리모콘밸브로 결정한 구조체의 동작량과 상기 전동기토크산출부에서 산출된 상기 전동기의 토크에 의거하여 상기 구조체의 구동에 필요한 토크 중 상기 산출된 전동기의 토크를 뺀 부족분의 토크를 상기 유압모터로부터 얻도록 상기 콘트롤밸브를 동작시키기 위한 개도제어신호를 출력하는 제어장치와,
   상기 콘트롤밸브에 작용시키는 파일롯 압을 상기 제어장치로부터의 개도제어신호에 의거하여 감압하는 전자감압밸브를 구비하고,
   상기 전동기는, 유압모터의 감속 시에 관성에너지를 전기에너지로 변환하는 회생기능을 가지며,
   상기 유압모터에 압유를 공급하는 유압모터회로는, 상기 유압모터의 감속 시에 상기 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시키는 연통기구를 구비하고,
   상기 연통기구는, 상기 유압모터의 흡입포트와 배출포트를 연통시키는 바이패스밸브를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동제어장치.
4. 유압펌프로부터의 압유가 콘트롤밸브로 유량 제어되어 유압모터회로를 통하여 공급되는 유압모터와, 상기 유압모터와 협동하는 전동기에 의해 구조체를 구동하는 작업 기계의 구동제어장치로서,
   상기 구조체의 동작량을 결정하는 리모콘밸브와,
   상기 전동기의 토크를 산출하는 전동기토크산출부와,
   상기 유압모터의 토크를 산출하는 유압모터토크산출부와,
   상기 리모콘밸브로 결정한 구조체의 동작량과 상기 전동기토크산출부에서 산출된 상기 전동기의 토크에 의거하여 상기 구조체의 구동에 필요한 토크 중 상기 산출된 전동기의 토크를 뺀 부족분의 토크를 상기 유압모터로부터 얻도록 상기 콘트롤밸브를 동작시키기 위한 개도제어신호를 출력하는 제어장치와,
   상기 콘트롤밸브에 작용시키는 파일롯 압을 상기 제어장치로부터의 개도제어신호에 의거하여 감압하는 전자감압밸브를 구비하고,
   상기 콘트롤밸브는, 유압모터의 정전(正轉) 또는 역전(逆轉) 시에 있어서의 가속 또는 감속 시에 개도 제어를 행하는 2개의 콘트롤밸브를 가지며, 상기 2개의 콘트롤밸브는, 상기 제어장치로부터의 상기 개도제어신호에 의거하여 파일롯 포트에 작용시키는 파일롯 압을 감압하는 전자감압밸브를 각각 구비하고,
   상기 유압모터회로는, 상기 유압모터의 감속 시에 상기 2개의 콘트롤밸브에 의해 유압모터의 배출포트를 탱크 개방할 때에 상기 유압모터의 흡입포트에 기름을 흡인하는 체크밸브를 구비하고,
   상기 제어장치는, 상기 유압모터의 감속 시에 상기 콘트롤밸브를 메타인 제어 또는 메타아웃 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동제어장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 유압모터는, 가변경전 유압모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동제어장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 유압펌프는, 상기 콘트롤밸브를 통과시키는 선회동작에 필요한 유량의 잉여유(剩餘油) 유량에 의거하여 경전 제어하는 네거티브 콘트롤 또는 상기 콘트롤밸브의 파일롯 포트 압력차에 의거하여 경전 제어하는 포지티브 콘트롤에 의해 제어되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동제어장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 전자감압밸브는, 역비례형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동제어장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 구조체의 초기 선회 가속 시에, 상기 구조체의 가속에 필요한 토크로부터 전동기에서 출력 가능한 구동 토크를 빼고, 부족분의 토크를 상기 유압모터의 구동 토크로 보충하도록 상기 콘트롤밸브의 전자감압밸브에 개도제어신호를 전송하여 유압모터를 구동 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 구동제어장치.
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10. 삭제

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