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KR20250131259A - hydraulic system - Google Patents

hydraulic system

Info

Publication number
KR20250131259A
KR20250131259A KR1020257025312A KR20257025312A KR20250131259A KR 20250131259 A KR20250131259 A KR 20250131259A KR 1020257025312 A KR1020257025312 A KR 1020257025312A KR 20257025312 A KR20257025312 A KR 20257025312A KR 20250131259 A KR20250131259 A KR 20250131259A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electric motor
rotational speed
torque
control device
hydraulic
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.)
Pending
Application number
KR1020257025312A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
히데키 다나카
유키토 이마무라
Original Assignee
카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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
Priority claimed from JP2023015529A external-priority patent/JP2024110754A/en
Application filed by 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 filed Critical 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Publication of KR20250131259A publication Critical patent/KR20250131259A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/08Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/06Control using electricity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/20Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by changing the driving speed

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Abstract

일 실시예에 따른 유압 시스템(1)은, 유압 액추에이터(12)의 작동 시에 유압 액추에이터(12)에 작동유를 공급하는 가변 용량형의 유압 펌프(2)와, 배터리(8)로부터 전력이 공급되어 유압 펌프(2)를 구동하는 전동기(3)와, 유압 펌프(2)의 용량을 변경하는 레귤레이터(21)와, 전동기(3)를 제어하는 제어 장치(4)를 포함한다. 제어 장치(4)는, 배터리(8)의 전압에 기초하여 전동기(3)의 토크-회전수 특성을 갱신하고, 유압 액추에이터(12)에 대한 속도 지령에 따른 전동기(3)의 회전수 및 전동기(3)의 토크로부터 정해지는 작동점이 토크-회전수 특성 외이면, 전동기(3)의 회전수를, 토크-회전수 특성 내의 전동기(3)의 토크에 대응하는 회전수로 변경한다.A hydraulic system (1) according to one embodiment includes a variable displacement hydraulic pump (2) for supplying operating fluid to a hydraulic actuator (12) when the hydraulic actuator (12) is operated, an electric motor (3) for driving the hydraulic pump (2) by receiving power from a battery (8), a regulator (21) for changing the capacity of the hydraulic pump (2), and a control device (4) for controlling the electric motor (3). The control device (4) updates a torque-rotational speed characteristic of the electric motor (3) based on a voltage of the battery (8), and if an operating point determined from the rotational speed of the electric motor (3) and the torque of the electric motor (3) according to a speed command for the hydraulic actuator (12) is outside the torque-rotational speed characteristic, the control device (4) changes the rotational speed of the electric motor (3) to a rotational speed corresponding to the torque of the electric motor (3) within the torque-rotational speed characteristic.

Description

유압 시스템hydraulic system

본 개시는 유압 펌프의 토출 유량을 전기적으로 변경하는 유압 시스템에 관한 것이다.The present disclosure relates to a hydraulic system for electrically changing the discharge flow rate of a hydraulic pump.

종래부터, 유압 펌프의 토출 유량을 전기적으로 변경하는 유압 시스템이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 가변 용량형의 유압 펌프, 상기 유압 펌프를 구동하는 전동기, 상기 유압 펌프의 용량을 기계적으로 변경하는 레귤레이터, 및 상기 전동기를 제어하는 제어 장치를 포함하는 유압 시스템이 개시되어 있다. 여기서, 특허문헌 1에서는, 유압 시스템이 「인버터 구동 액압 장치」, 레귤레이터가 「압력 조정 기구」로 칭해지고 있다. 또한, 특허문헌 1에서는, 제어 장치가 인버터와 주제어 유닛을 포함하고, 상기 주제어 유닛을 「컨트롤러」로 칭하고 있다. Conventionally, hydraulic systems that electrically change the discharge flow rate of a hydraulic pump have been known. For example, Patent Document 1 discloses a hydraulic system comprising a variable displacement hydraulic pump, an electric motor for driving the hydraulic pump, a regulator for mechanically changing the displacement of the hydraulic pump, and a control device for controlling the electric motor. In this regard, Patent Document 1 refers to the hydraulic system as an "inverter-driven hydraulic device" and the regulator as a "pressure regulating mechanism." Furthermore, Patent Document 1 refers to the control device as including an inverter and a main control unit, and refers to the main control unit as a "controller."

일본 특허공개 특개2019-183944호 공보Japanese Patent Publication No. 2019-183944

그런데, 전동기는, 최대 토크(Tmax) 및 최대 회전수(Nmax)에 기초한 토크-회전수 특성을 가진다. 전동기에 배터리로부터 전력이 공급되는 경우, 배터리의 전압 저하에 따라서, 토크-회전수 특성이 저하되는 것이 알려져 있다. 더 구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 전동기가 출력 가능한 최대 마력이 배터리의 전압 강하에 의해 감소한다. 여기서, 마력은 토크와 회전수의 곱이다.However, electric motors have torque-speed characteristics based on maximum torque (Tmax) and maximum rotational speed (Nmax). It is known that when the motor is powered by a battery, the torque-speed characteristics deteriorate as the battery voltage drops. More specifically, as illustrated in Fig. 4, the maximum horsepower that the motor can output decreases as the battery voltage drops. Here, horsepower is the product of torque and rotational speed.

이 경우, 유압 액추에이터에 대한 속도 지령에 따른 전동기의 회전수 및 전동기의 토크로부터 정해지는 작동점이 토크-회전수 특성 외가 되어, 전동기에 대한 요구 출력이 전동기의 최대 출력을 초과하는 경우가 있다. 이러한 상황에서도 전동기를 안정적으로 제어하는 것이 바람직하다.In this case, the operating point determined from the motor's rotational speed and torque according to the speed command for the hydraulic actuator may fall outside the torque-rotational speed characteristics, resulting in the required output from the motor exceeding its maximum output. It is desirable to maintain stable control of the motor even in such situations.

따라서, 본 개시는, 배터리의 전압이 저하된 경우에도 전동기를 안정적으로 제어할 수 있는 유압 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present disclosure aims to provide a hydraulic system capable of stably controlling an electric motor even when the voltage of a battery is reduced.

본 개시는, 유압 액추에이터의 작동 시에 유압 액추에이터에 작동유를 공급하는 가변 용량형의 유압 펌프와, 배터리로부터 전력이 공급되어 상기 유압 펌프를 구동하는 전동기와, 상기 유압 펌프의 용량을 변경하는 레귤레이터와, 상기 전동기를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 전동기의 토크-회전수 특성을 갱신하고, 상기 유압 액추에이터에 대한 속도 지령에 따른 상기 전동기의 회전수 및 상기 전동기의 토크로부터 정해지는 작동점이 상기 토크-회전수 특성 외이면, 상기 전동기의 회전수를, 상기 토크-회전수 특성 내의 상기 전동기의 토크에 대응하는 회전수로 변경하는 유압 시스템을 제공한다.The present disclosure provides a hydraulic system comprising a variable displacement hydraulic pump for supplying operating fluid to a hydraulic actuator when the hydraulic actuator is operated, an electric motor for driving the hydraulic pump by receiving power from a battery, a regulator for changing the capacity of the hydraulic pump, and a control device for controlling the electric motor, wherein the control device updates the torque-rotational speed characteristic of the electric motor based on the voltage of the battery, and when an operating point determined from the rotational speed of the electric motor and the torque of the electric motor according to a speed command for the hydraulic actuator is outside the torque-rotational speed characteristic, changes the rotational speed of the electric motor to a rotational speed corresponding to the torque of the electric motor within the torque-rotational speed characteristic.

본 개시에 따르면, 배터리의 전압이 저하되었을 때도 전동기를 안정적으로 제어할 수 있는 유압 시스템이 제공된다.According to the present disclosure, a hydraulic system capable of stably controlling an electric motor even when the voltage of a battery is reduced is provided.

[도 1] 일 실시예에 따른 유압 시스템의 개략 구성도이다.
[도 2] 제어 장치가 수행하는 제어의 플로우 차트이다.
[도 3] 저하된 토크-회전수 특성과, 상기 제어에 의한 작동점의 시프트를 나타내는 도면이다.
[도 4] 토크-회전수 특성이 어떻게 저하되는지를 나타내는 도면이다.
[도 5] 전동기 효율의 맵이다.
[도 6] 펌프 효율의 맵이다.
[Figure 1] A schematic diagram of a hydraulic system according to one embodiment.
[Figure 2] This is a flow chart of control performed by the control device.
[Figure 3] This is a diagram showing the reduced torque-rpm characteristics and the shift of the operating point due to the above control.
[Figure 4] This is a diagram showing how the torque-rotation speed characteristics are deteriorated.
[Figure 5] This is a map of motor efficiency.
[Figure 6] This is a map of pump efficiency.

도 1에, 일 실시예에 따른 유압 시스템(1)을 도시한다. 유압 시스템(1)은 가변 용량형의 유압 펌프(2)의 토출 유량(Q)을 전기적으로 변경하는 것이다.In Fig. 1, a hydraulic system (1) according to one embodiment is illustrated. The hydraulic system (1) electrically changes the discharge flow rate (Q) of a variable displacement hydraulic pump (2).

구체적으로, 유압 시스템(1)은, 유압 펌프(2)와, 유압 펌프(2)를 구동하는 전동기(3)와, 유압 펌프(2)의 용량(q)을 변경하는 레귤레이터(21)와, 전동기(3) 및 레귤레이터(21)를 제어하는 제어 장치(4)를 포함한다. 용량(q)은 유압 펌프(2)의 일 회전 당의 토출량이고, 토출 유량(Q)은 유압 펌프(2)의 용량(q)과 전동기(3)의 회전수(N)의 곱이다. Specifically, the hydraulic system (1) includes a hydraulic pump (2), an electric motor (3) driving the hydraulic pump (2), a regulator (21) changing the capacity (q) of the hydraulic pump (2), and a control device (4) controlling the electric motor (3) and the regulator (21). The capacity (q) is the discharge amount per rotation of the hydraulic pump (2), and the discharge flow rate (Q) is the product of the capacity (q) of the hydraulic pump (2) and the rotational speed (N) of the electric motor (3).

유압 펌프(2)는, 유압 액추에이터(12)가 작동할 때에, 유압 액추에이터(12)에 작동유를 공급한다. 예를 들어, 유압 펌프(2)는, 전환 밸브(11)를 통해 유압 액추에이터(12)와 접속된다. 유압 액추에이터(12)는, 유압 모터나 복동 실린더 등의 압유의 공급에 의해 쌍방향으로 작동하는 액추에이터라도 좋고, 단동 실린더 등의 압유의 공급에 의해 일방향으로 작동하는 액추에이터라도 좋다. 전자의 경우에는 전환 밸브(11)가 3위치 밸브이고, 후자의 경우에는 전환 밸브(11)가 2위치 밸브이다.The hydraulic pump (2) supplies operating fluid to the hydraulic actuator (12) when the hydraulic actuator (12) operates. For example, the hydraulic pump (2) is connected to the hydraulic actuator (12) via a switching valve (11). The hydraulic actuator (12) may be an actuator that operates bidirectionally by supplying hydraulic fluid, such as a hydraulic motor or a double-acting cylinder, or may be an actuator that operates unidirectionally by supplying hydraulic fluid, such as a single-acting cylinder. In the former case, the switching valve (11) is a three-position valve, and in the latter case, the switching valve (11) is a two-position valve.

본 실시예에서는, 유압 펌프(2)가, 사판 펌프나 사축 펌프 등의 액시얼 피스톤 펌프이다. 그러나, 유압 펌프(2)는 베인 펌프 등의 다른 형식의 펌프라도 좋다.In this embodiment, the hydraulic pump (2) is an axial piston pump such as a swash plate pump or a swash plate pump. However, the hydraulic pump (2) may be another type of pump such as a vane pump.

레귤레이터(21)에는 제어 장치(4)로부터 용량 지령이 출력되고, 레귤레이터(21)는 용량 지령에 따라 유압 펌프(2)의 용량(q)을 변경한다. 예를 들어, 용량 지령은 지령 전류이다. 예를 들어, 유압 펌프(2)가 사판 펌프인 경우, 레귤레이터(21)는, 유압 펌프(2)의 사판과 연결된 서보 피스톤에 작용하는 유압을 전기적으로 변경하는 것이라도 좋고, 유압 펌프(2)의 사판과 연결된 전동 액추에이터라도 좋다.A capacity command is output from the control device (4) to the regulator (21), and the regulator (21) changes the capacity (q) of the hydraulic pump (2) according to the capacity command. For example, the capacity command is a command current. For example, when the hydraulic pump (2) is a swash plate pump, the regulator (21) may be one that electrically changes the hydraulic pressure applied to a servo piston connected to the swash plate of the hydraulic pump (2), or may be an electric actuator connected to the swash plate of the hydraulic pump (2).

전동기(3)에는, 배터리(8)로부터 전력이 공급된다. 전동기(3)는, 예를 들어 서보 모터이다. 그러나, 전동기(3)는 유도 전동기 등의 다른 모터라도 좋다.The electric motor (3) is supplied with power from a battery (8). The electric motor (3) is, for example, a servo motor. However, the electric motor (3) may be another motor, such as an induction motor.

제어 장치(4)에 관하여, 본 명세서에 개시된 요소의 기능은, 개시된 기능을 실행하도록 구성 또는 프로그램된 범용 프로세서, 전용 프로세서, 집적 회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuits), 종래의 회로 및/또는 이들의 조합을 포함하는 회로 또는 처리 회로를 사용하여 실행할 수 있다. 프로세서는, 트랜지스터나 다른 회로를 포함하기 때문에, 처리 회로 또는 회로로 간주된다. 본 개시에서, 회로, 유닛 또는 수단은, 열거된 기능을 실행하는 하드웨어이거나, 또는 열거된 기능을 실행하도록 프로그램된 하드웨어이다. 하드웨어는, 본 명세서에 개시되어 있는 하드웨어라도 좋고, 또는, 열거된 기능을 실행하도록 프로그램 또는 구성된 다른 공지된 하드웨어라도 좋다. 하드웨어가 회로의 일종으로 간주되는 프로세서인 경우, 회로, 수단 또는 유닛은 하드웨어와 소프트웨어의 조합이며, 소프트웨어는 하드웨어 및/또는 프로세서의 구성에 사용된다.With respect to the control device (4), the functions of the elements disclosed in this specification can be performed using circuits or processing circuits including general-purpose processors, dedicated processors, integrated circuits, Application Specific Integrated Circuits (ASICs), conventional circuits, and/or combinations thereof configured or programmed to perform the functions disclosed. A processor is considered a processing circuit or circuit because it includes transistors or other circuits. In the present disclosure, a circuit, unit, or means is hardware that performs the functions enumerated, or hardware programmed to perform the functions enumerated. The hardware may be hardware disclosed in this specification, or may be other known hardware programmed or configured to perform the functions enumerated. If the hardware is a processor considered to be a type of circuit, the circuit, means, or unit is a combination of hardware and software, and the software is used in the configuration of the hardware and/or processor.

본 실시예에서는, 제어 장치(4)가, 전동기(3)와 배터리(8) 사이에 개재하는 인버터(5)와, 인버터(5)에 지령을 출력하는 주제어 유닛(6)을 포함한다. 또한, 본 실시예에서는, 유압 액추에이터(12)를 작동시키기 위한 조작을 받는 조작 장치(7)가 채용되고, 조작 장치(7)로부터 주제어 유닛(6)에 유압 액추에이터(12)에 대한 속도 지령이 입력된다. 예를 들어, 조작 장치(7)가 조작 레버를 포함하는 경우, 조작 레버의 경사각이 커질수록 유압 액추에이터(12)에 대한 속도 지령이 커진다.In this embodiment, the control device (4) includes an inverter (5) interposed between the electric motor (3) and the battery (8), and a main control unit (6) that outputs a command to the inverter (5). In addition, in this embodiment, an operating device (7) that receives an operation for operating a hydraulic actuator (12) is employed, and a speed command for the hydraulic actuator (12) is input from the operating device (7) to the main control unit (6). For example, when the operating device (7) includes an operating lever, the speed command for the hydraulic actuator (12) increases as the inclination angle of the operating lever increases.

본 실시예에서는, 주제어 유닛(6)이 인버터(5)에 회전수 지령을 출력한다. 인버터(5)는 전동기(3)의 회전수(N) 및 토크(T)를 파악 가능하고, 속도의 피드백 제어와 토크의 피드백 제어를 수행한다. 전동기(3)의 회전수(N) 및 토크(T)는 인버터(5)로부터 주제어 유닛(6)에 입력된다. 그러나, 주제어 유닛(6)이 속도의 피드백 제어를 수행하는 동시에, 그 결과로부터 얻은 토크 지령을 인버터(5)에 출력하고, 인버터(5)가 토크의 피드백 제어를 수행하여도 좋다.In this embodiment, the main control unit (6) outputs a rotation speed command to the inverter (5). The inverter (5) can detect the rotation speed (N) and torque (T) of the motor (3) and performs speed feedback control and torque feedback control. The rotation speed (N) and torque (T) of the motor (3) are input from the inverter (5) to the main control unit (6). However, the main control unit (6) may perform speed feedback control and, at the same time, output a torque command obtained from the result to the inverter (5), and the inverter (5) may perform torque feedback control.

인버터(5)는 배터리(8)의 전압도 파악 가능하고, 배터리(8)의 전압이 인버터(5)로부터 주제어 유닛(6)으로 입력된다. 그러나, 배터리(8)의 전압은 전압계에 의해 검출되어도 좋다.The inverter (5) can also detect the voltage of the battery (8), and the voltage of the battery (8) is input from the inverter (5) to the main control unit (6). However, the voltage of the battery (8) may also be detected by a voltmeter.

다음으로, 도 2를 참조하여, 제어 장치(4)가 수행하는 제어를 설명한다. 제어 장치(4)는, 먼저 유압 펌프(2)의 용량(q)이 기준 용량(qr)이 되도록 레귤레이터(21)를 제어한다(스텝(S1)). 기준 용량(qr)은, 예를 들어 최대 용량(qmax)이다.Next, with reference to Fig. 2, the control performed by the control device (4) will be described. The control device (4) first controls the regulator (21) so that the capacity (q) of the hydraulic pump (2) becomes the reference capacity (qr) (step (S1)). The reference capacity (qr) is, for example, the maximum capacity (qmax).

이 상태에서, 조작 장치(7)가 조작되면, 제어 장치(4)는 전동기(3)의 회전수(N)가, 유압 액추에이터(12)에 대한 속도 지령에 따른 회전수가 되도록 전동기(3)를 제어한다(스텝(S2)). 구체적으로는, 제어 장치(4)의 주제어 유닛(6)이, 속도 지령이 커질수록 커지는 회전수 지령을 인버터(5)에 출력한다.In this state, when the operating device (7) is operated, the control device (4) controls the motor (3) so that the rotation speed (N) of the motor (3) becomes the rotation speed according to the speed command for the hydraulic actuator (12) (step (S2)). Specifically, the main control unit (6) of the control device (4) outputs to the inverter (5) a rotation speed command that increases as the speed command increases.

다음으로, 제어 장치(4)는 배터리(8)의 전압에 기초하여 전동기(3)의 토크-회전수 특성을 갱신한다(스텝(S3)). 제어 장치(4)의 주제어 유닛(6)에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리(8)의 전압에 대응하는 복수의 전동기(3)의 토크-회전수 특성이 미리 격납되어 있다.Next, the control device (4) updates the torque-rpm characteristics of the electric motor (3) based on the voltage of the battery (8) (step (S3)). As illustrated in Fig. 4, the main control unit (6) of the control device (4) stores in advance the torque-rpm characteristics of a plurality of electric motors (3) corresponding to the voltage of the battery (8).

그 후, 제어 장치(4)는, 전동기(3)의 회전수(N) 및 토크(T)로부터 정해지는 작동점이 토크-회전수 특성 내인지 여부를 판정한다(스텝(S4)). 여기서, 「토크-회전수 특성 내」란, 작동점이 토크-회전수 특성의 선 상에 위치하는 경우도 포함한다.Thereafter, the control device (4) determines whether the operating point determined from the rotation speed (N) and torque (T) of the motor (3) is within the torque-rotation speed characteristic (step (S4)). Here, “within the torque-rotation speed characteristic” also includes cases where the operating point is located on the line of the torque-rotation speed characteristic.

전동기(3)의 작동점이 토크-회전수 특성 내인 경우(스텝(S4)에서 YES), 제어 장치(4)는 스텝(S2) 및 스텝(S3)을 반복한다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 전동기(3)의 작동점이 토크-회전수 특성 외인 경우, 제어 장치(4)는 전동기(3)의 회전수(N)를 토크-회전수 특성 내의 전동기(3)의 토크(T)에 대응하는 회전수로 변경한다(스텝(S5)). 이에 따라서, 전동기(3)의 작동점은, 횡축이 회전수, 종축이 토크인 그래프 상에서 좌방으로 시프트한다. 변경처의 회전수는 토크-회전수 특성의 선 상의 회전수라도 좋고, 토크-회전수 특성의 선 상의 회전수보다 낮은 회전수라도 좋다. If the operating point of the motor (3) is within the torque-rpm characteristic (YES in step (S4)), the control device (4) repeats steps (S2) and (S3). On the other hand, as illustrated in Fig. 3, if the operating point of the motor (3) is outside the torque-rpm characteristic, the control device (4) changes the rotation speed (N) of the motor (3) to a rotation speed corresponding to the torque (T) of the motor (3) within the torque-rpm characteristic (step (S5)). Accordingly, the operating point of the motor (3) shifts to the left on a graph in which the horizontal axis represents the rotation speed and the vertical axis represents the torque. The rotation speed at which the change is made may be a rotation speed on the line of the torque-rpm characteristic or a rotation speed lower than the rotation speed on the line of the torque-rpm characteristic.

이어서, 제어 장치(4)는, 유압 펌프(2)의 토출 유량(Q)을 유지하는 조건 하에서, 유압 펌프(2)의 용량(q)을 감소시키는 동시에 전동기(3)의 회전수(N)를 증가시킨다(스텝(S6)). 이에 따라서, 전동기(3)의 작동점은, 횡축이 회전수, 종축이 토크인 그래프 상에서 우하방으로 시프트한다.Next, the control device (4) reduces the capacity (q) of the hydraulic pump (2) while simultaneously increasing the rotational speed (N) of the electric motor (3) under the condition of maintaining the discharge flow rate (Q) of the hydraulic pump (2) (step (S6)). Accordingly, the operating point of the electric motor (3) shifts downward to the right on a graph in which the horizontal axis represents the rotational speed and the vertical axis represents the torque.

그 후, 제어 장치(4)는 전기 에너지를 유압 에너지로 변환할 때의 종합 효율(η)이 개선되었는지 여부를 판정한다(스텝(S7)). 전기 에너지는 전압과 전류와 시간의 곱이고, 유압 에너지는 압력과 유량과 시간의 곱이다. 또한, 종합 효율(η)은 전동기 효율(ηm)과 펌프 효율(ηp)의 곱이다.Thereafter, the control device (4) determines whether the overall efficiency (η) when converting electrical energy into hydraulic energy has improved (step (S7)). Electrical energy is the product of voltage, current, and time, and hydraulic energy is the product of pressure, flow rate, and time. In addition, the overall efficiency (η) is the product of the motor efficiency (ηm) and the pump efficiency (ηp).

주제어 유닛(6)에는, 도 5에 도시된 바와 같은 전동기 효율(ηm)의 맵과, 도 6에 도시된 바와 같은 펌프 효율(ηp)의 맵이 미리 격납되어 있다. 그러나, 전동기 효율(ηm) 및 펌프 효율(ηp)은 맵 대신에 함수화되어도 좋다. 전동기 효율(ηm)은 회전수 및 토크를 파라미터로 하고, 펌프 효율(ηp)은 토출 압력 및 최대 용량에 대한 용량비, 즉 q/qmax를 파라미터로 한다. 본 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 유압 펌프(2)의 토출 압력이 압력 센서(9)에 의해 검출된다.The main control unit (6) has a map of the motor efficiency (ηm) as shown in Fig. 5 and a map of the pump efficiency (ηp) as shown in Fig. 6 stored in advance. However, the motor efficiency (ηm) and the pump efficiency (ηp) may be functions instead of maps. The motor efficiency (ηm) has the rotational speed and torque as parameters, and the pump efficiency (ηp) has the discharge pressure and the capacity ratio to the maximum capacity, i.e., q/qmax, as parameters. In the present embodiment, the discharge pressure of the hydraulic pump (2) is detected by the pressure sensor (9) as shown in Fig. 1.

종합 효율(η)이 개선된 경우(스텝(S7)에서 YES), 다시 말해서 종합 효율(η)이 커진 경우, 제어 장치(4)는 스텝(S6)을 반복한다. 한편, 종합 효율(η)이 개선되지 않은 경우(스텝(S7)에서 NO), 다시 말해서 종합 효율(η)가 작아진 경우, 제어 장치(4)는 유압 펌프(2)의 용량(q) 및 전동기(3)의 회전수(N)를 하나 전의 스텝(S6)의 값으로 되돌린다(스텝(S8)). 즉, 스텝(S8)에 도달하기 전에 스텝(S6)이 n 회 수행되어 있는 경우, 유압 펌프(2)의 용량(q) 및 전동기(3)의 회전수(N)는 n-1 번째의 스텝(S6)의 값으로 설정된다.If the overall efficiency (η) is improved (YES in step (S7)), in other words, if the overall efficiency (η) increases, the control device (4) repeats step (S6). On the other hand, if the overall efficiency (η) is not improved (NO in step (S7)), in other words, if the overall efficiency (η) decreases, the control device (4) returns the capacity (q) of the hydraulic pump (2) and the rotational speed (N) of the electric motor (3) to the values of the previous step (S6) (step (S8)). That is, if step (S6) is performed n times before reaching step (S8), the capacity (q) of the hydraulic pump (2) and the rotational speed (N) of the electric motor (3) are set to the values of the (n-1)th step (S6).

이상 설명한 구성의 유압 시스템(1)에서는, 전동기(3)에 대한 요구 출력이 전동기(3)의 최대 출력을 초과할 때에는, 전동기(3)의 회전수(N)가 토크-회전수 특성 내의 회전수까지 감소한다. 따라서, 배터리(8)의 전압이 저하된 때에도 전동기(3)를 안정적으로 제어할 수 있다.In the hydraulic system (1) of the configuration described above, when the required output for the electric motor (3) exceeds the maximum output of the electric motor (3), the rotational speed (N) of the electric motor (3) is reduced to a rotational speed within the torque-rotational speed characteristic. Therefore, the electric motor (3) can be stably controlled even when the voltage of the battery (8) is reduced.

또한, 본 실시예에서는, 전동기(3)의 회전수(N)의 변경 후에 종합 효율(η)이 커지도록 유압 펌프(2)의 용량(q)의 감소 및 전동기(3)의 회전수(N)의 증가의 처리가 반복되기 때문에, 토크-회전수 특성 내에서 전동기(3)를 에너지 소비 양이 적은 상태에서 운전할 수 있다. 나아가, 종합 효율(η)이 작아지는 경우에는 유압 펌프(2)의 용량(q) 및 전동기(3)의 회전수(N)가 하나 전의 처리의 값으로 되돌아가기 때문에, 전동기(3)의 에너지 소비량이 최소가 되는 상태를 간단하게 결정할 수 있다.In addition, in this embodiment, since the process of decreasing the capacity (q) of the hydraulic pump (2) and increasing the rotational speed (N) of the electric motor (3) is repeated so that the overall efficiency (η) increases after the rotational speed (N) of the electric motor (3) is changed, the electric motor (3) can be operated in a state of low energy consumption within the torque-rotation speed characteristics. Furthermore, since the capacity (q) of the hydraulic pump (2) and the rotational speed (N) of the electric motor (3) return to the values of the previous process when the overall efficiency (η) decreases, the state in which the energy consumption of the electric motor (3) is minimum can be easily determined.

<변형예><Variations>

본 개시는 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 개시의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present disclosure.

예를 들어, 기준 용량(qr)은 최대 용량(qmax)이 아니라도 좋다. 이 경우, 제어 장치(4)는, 스텝(S5) 후에, 유압 펌프(2)의 토출 유량(Q)을 유지하는 조건 하에서, 종합 효율(η)이 커지도록, 유압 펌프(2)의 용량(q)의 증가 및 전동기(3)의 회전수(N)의 감소의 처리를 반복하여도 좋다. 이 경우, 스텝(S5) 후에, 제어 장치(4)는, 유압 펌프(2)의 용량(q)을 소정량(Δq) 감소시키는 동시에 유압 펌프(2)의 토출 유량(Q)이 유지되도록 전동기(3)의 회전수(N)를 증가시켰을 때의 종합 효율(η1)을 산출하는 것과 동시에, 유압 펌프(2)의 용량(q)을 소정량(Δq) 증가시키는 동시에 유압 펌프(2)의 토출 유량(Q)이 유지되도록 전동기(3)의 회전수(N)를 감소시켰을 때의 종합 효율(η2)을 산출하여도 좋다. 그리고, 제어 장치(4)는, η1이 η2보다 크면 스텝(S5)으로 진행하여 유압 펌프(2)의 용량(q)의 감소 및 전동기(3)의 회전수(N)의 증가의 처리를 반복하고, η2가 η1보다 크면 유압 펌프(2)의 용량(q)의 증가 및 전동기(3)의 회전수(N)의 감소의 처리를 반복하여도 좋다.For example, the reference capacity (qr) may not be the maximum capacity (qmax). In this case, the control device (4) may repeat the process of increasing the capacity (q) of the hydraulic pump (2) and decreasing the rotational speed (N) of the electric motor (3) so that the overall efficiency (η) increases under the condition of maintaining the discharge flow rate (Q) of the hydraulic pump (2) after step (S5). In this case, after step (S5), the control device (4) may calculate the overall efficiency (η1) when the rotational speed (N) of the electric motor (3) is increased so that the discharge flow rate (Q) of the hydraulic pump (2) is maintained while reducing the capacity (q) of the hydraulic pump (2) by a predetermined amount (Δq), and may also calculate the overall efficiency (η2) when the rotational speed (N) of the electric motor (3) is decreased so that the discharge flow rate (Q) of the hydraulic pump (2) is maintained while increasing the capacity (q) of the hydraulic pump (2) by a predetermined amount (Δq). And, the control device (4) may proceed to step (S5) when η1 is greater than η2 and repeat the process of decreasing the capacity (q) of the hydraulic pump (2) and increasing the rotation speed (N) of the electric motor (3), and may repeat the process of increasing the capacity (q) of the hydraulic pump (2) and decreasing the rotation speed (N) of the electric motor (3) when η2 is greater than η1.

또한, 제어 장치(4)는, 스텝(S5) 내지 스텝(S8)의 처리를 수행하지 않아도 좋다. 이 경우, 레귤레이터(21)가 제어 장치(4)로 제어되지 않고 유압 펌프(2)의 용량을 기계적으로 변경하여도 좋다.Additionally, the control device (4) may not perform the processing of steps (S5) to (S8). In this case, the regulator (21) may mechanically change the capacity of the hydraulic pump (2) without being controlled by the control device (4).

<정리>Summary

제1 양태로서, 본 개시는, 유압 액추에이터의 작동 시에 유압 액추에이터에 작동유를 공급하는 가변 용량형의 유압 펌프와, 배터리로부터 전력이 공급되어 상기 유압 펌프를 구동하는 전동기와, 상기 유압 펌프의 용량을 변경하는 레귤레이터와, 상기 전동기를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 전동기의 토크-회전수 특성을 갱신하고, 상기 유압 액추에이터에 대한 속도 지령에 따른 상기 전동기의 회전수 및 상기 전동기의 토크로부터 정해지는 작동점이 상기 토크-회전수 특성 외이면, 상기 전동기의 회전수를, 상기 토크-회전수 특성 내의 상기 전동기의 토크에 대응하는 회전수러 변경하는 유압 시스템을 제공한다.In a first aspect, the present disclosure provides a hydraulic system comprising: a variable displacement hydraulic pump for supplying operating fluid to a hydraulic actuator when the hydraulic actuator is operated; an electric motor for driving the hydraulic pump by receiving power from a battery; a regulator for changing the capacity of the hydraulic pump; and a control device for controlling the electric motor, wherein the control device updates a torque-rotational speed characteristic of the electric motor, and when an operating point determined from the rotational speed of the electric motor and the torque of the electric motor according to a speed command for the hydraulic actuator is outside the torque-rotational speed characteristic, changes the rotational speed of the electric motor to a rotational speed corresponding to the torque of the electric motor within the torque-rotational speed characteristic.

상기 구성에 의하면, 전동기에 대한 요구 출력이 전동기의 최대 출력을 초과할 때에는, 전동기의 회전수가 토크-회전수 특성 내의 회전수까지 감소한다. 따라서, 배터리의 전압이 저하된 때에도 전동기를 안정적으로 제어할 수 있다.According to the above configuration, when the required output for the motor exceeds the maximum output of the motor, the motor's rotational speed is reduced to a speed within the torque-rotational speed characteristic. Therefore, the motor can be stably controlled even when the battery voltage drops.

제2 양태로서, 제1 양태에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 레귤레이터를 제어하고, 상기 제어 장치는, 상기 전동기의 회전수를 상기 토크-회전수 특성 내의 상기 전동기의 토크에 대응하는 회전수로 변경한 후에, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 유지하는 조건 하에서, 전기 에너지를 유압 에너지로 변환할 때의 종합 효율이 커지도록, 상기 유압 펌프의 용량의 감소 및 상기 전동기의 회전수의 증가의 처리를 반복하거나, 상기 유압 펌프의 용량의 증가 및 상기 전동기의 회전수의 감소의 처리를 반복하여도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 토크-회전수 특성 내에서 전동기를 에너지 소비량이 적은 상태에서 운전할 수 있다.In a second aspect, in the first aspect, the control device controls the regulator, and the control device may, after changing the rotational speed of the electric motor to a rotational speed corresponding to the torque of the electric motor within the torque-rotational speed characteristic, repeat the process of decreasing the capacity of the hydraulic pump and increasing the rotational speed of the electric motor, or repeat the process of increasing the capacity of the hydraulic pump and decreasing the rotational speed of the electric motor, so as to increase the overall efficiency when converting electric energy into hydraulic energy under the condition of maintaining the discharge flow rate of the hydraulic pump. According to this configuration, the electric motor can be operated with low energy consumption within the torque-rotational speed characteristic.

제3 양태로서, 제1 또는 제2 양태에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 처리 후에 상기 종합 효율이 작아지는 경우에는, 상기 유압 펌프의 용량 및 상기 전동기의 회전수를 하나 전의 상기 처리의 값으로 되돌려도 좋다. 이러한 구성에 의하면, 전동기의 에너지 소비량이 최소가 되는 상태를 간단하게 결정할 수 있다.As a third aspect, in the first or second aspect, if the overall efficiency decreases after the processing, the control device may return the capacity of the hydraulic pump and the rotational speed of the electric motor to the values of the previous processing. With this configuration, it is possible to simply determine a state in which the energy consumption of the electric motor is minimized.

제4 양태로서, 제1 내지 제3 양태 중 어느 하나에 있어서, 예를 들어, 상기 제어 장치는, 상기 전동기와 상기 배터리 사이에 개재하는 인버터와, 상기 인버터에 지령을 출력하는 주제어 유닛을 포함하여도 좋다. As a fourth aspect, in any one of the first to third aspects, for example, the control device may include an inverter interposed between the electric motor and the battery, and a main control unit that outputs a command to the inverter.

Claims (4)

유압 액추에이터의 작동 시에 유압 액추에이터에 작동유를 공급하는 가변 용량형의 유압 펌프와,
배터리로부터 전력이 공급되어 상기 유압 펌프를 구동하는 전동기와,
상기 유압 펌프의 용량을 변경하는 레귤레이터와,
상기 전동기를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 배터리의 전압에 기초하여 상기 전동기의 토크-회전수 특성을 갱신하고, 상기 유압 액추에이터에 대한 속도 지령에 따른 상기 전동기의 회전수 및 상기 전동기의 토크로부터 정해지는 작동점이 상기 토크-회전수 특성 외이면, 상기 전동기의 회전수를, 상기 토크-회전수 특성 내의 상기 전동기의 토크에 대응하는 회전수로 변경하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
A variable displacement hydraulic pump that supplies operating fluid to the hydraulic actuator when the hydraulic actuator is in operation,
An electric motor that is powered by a battery and drives the hydraulic pump,
A regulator that changes the capacity of the above hydraulic pump,
Equipped with a control device for controlling the above motor,
A hydraulic system characterized in that the control device updates the torque-rotational speed characteristic of the electric motor based on the voltage of the battery, and if the operating point determined from the rotational speed of the electric motor and the torque of the electric motor according to the speed command for the hydraulic actuator is outside the torque-rotational speed characteristic, the control device changes the rotational speed of the electric motor to a rotational speed corresponding to the torque of the electric motor within the torque-rotational speed characteristic.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 레귤레이터를 제어하고,
상기 제어 장치는, 상기 전동기의 회전수를, 상기 토크-회전수 특성 내의 상기 전동기의 토크에 대응하는 회전수로 변경한 후에, 상기 유압 펌프의 토출 유량을 유지하는 조건 하에서, 전기 에너지를 유압 에너지로 변환할 때의 종합 효율이 커지도록, 상기 유압 펌프의 용량의 감소 및 상기 전동기의 회전수의 증가의 처리를 반복하거나, 상기 유압 펌프의 용량의 증가 및 상기 전동기의 회전수의 감소의 처리를 반복하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
In the first paragraph,
The above control device controls the above regulator,
A hydraulic system characterized in that the control device repeats the process of decreasing the capacity of the hydraulic pump and increasing the rotational speed of the electric motor, or repeats the process of increasing the capacity of the hydraulic pump and decreasing the rotational speed of the electric motor, so as to increase the overall efficiency when converting electric energy into hydraulic energy under the condition of maintaining the discharge flow rate of the hydraulic pump after changing the rotational speed of the electric motor to a rotational speed corresponding to the torque of the electric motor within the torque-rotational speed characteristic.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 처리 후에 상기 종합 효율이 작아지는 경우에는, 상기 유압 펌프의 용량 및 상기 전동기의 회전수를 하나 전의 상기 처리의 값으로 되돌리는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
In the second paragraph,
A hydraulic system characterized in that the control device, when the overall efficiency decreases after the processing, returns the capacity of the hydraulic pump and the rotational speed of the electric motor to the values of the processing before.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 전동기와 상기 배터리 사이에 개재된 인버터와, 상기 인버터에 지령을 출력하는 주제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 시스템.
In any one of the first to third paragraphs,
A hydraulic system characterized in that the control device includes an inverter interposed between the electric motor and the battery, and a main control unit that outputs a command to the inverter.
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