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1、(10)申请公布号 CN 104093911 A (43)申请公布日 2014.10.08 C N 1 0 4 0 9 3 9 1 1 A (21)申请号 201380007127.X (22)申请日 2013.01.28 10-2012-0008896 2012.01.30 KR E02F 3/43(2006.01) E02F 9/22(2006.01) (71)申请人斗山英维高株式会社 地址韩国仁川广域市 (72)发明人姜秉一 (74)专利代理机构北京挚诚信奉知识产权代理 有限公司 11338 代理人李延虎 熊志诚 (54) 发明名称 混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方 法 (57) 。
2、摘要 本发明涉及混合动力挖掘机的动臂驱动系统 及其控制方法，包括：电动机，其作为马达或发电 机进行运转；电能存储装置，其存储由电动机生 产的电；液压泵马达，其由电动机驱动，向动臂驱 动器供应工作油；动臂控制阀，其构成使液压泵 马达的吐出管线/流入管线选择性地与动臂缸的 盖侧/杆侧连接或者切断的闭回路；第一控制阀， 其连接流入管线与工作油的排泄槽；第二控制 阀，其连接吐出管线与工作油的排泄槽，并以在动 臂驱动器下降运转时开度面积根据作用于动臂电 动机的扭矩大小而可变的方式进行控制；及控制 部，其控制电动机、液压泵马达、动臂控制阀和第 一、第二控制阀。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进。
3、入国家阶段日 2014.07.29 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/KR2013/000661 2013.01.28 (87)PCT国际申请的公布数 据 WO2013/115530 KO 2013.08.08 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 (10)申请公布号 CN 104093911 A CN 104093911 A 1/1页 2 1.一种混合动力挖掘机动臂驱动系统，其特征在于，包括： 电动机，其作为马达或发电机进行运转； 电能存储装置，其存储由所述电动机。
4、生产的电； 液压泵马达(120)，其由所述电动机驱动，向动臂驱动器(100)供应工作油； 动臂控制阀(125)，其构成使所述液压泵马达(120)的吐出管线(121)和所述液压泵马 达(120)的流入管线(122)选择性地与使所述动臂驱动器(100)运转的动臂缸的盖侧或杆 侧连接或切断的闭回路； 第一控制阀(151)，其连接所述流入管线(122)与排泄槽； 第二控制阀(300)，其连接所述吐出管线(121)与所述排泄槽，并以在所述动臂驱动器 (100)下降运转时开度面积根据作用于动臂电动机的扭矩大小而可变的方式进行控制；及 控制部(160)，其控制所述电动机、所述液压泵马达(120)、所述动臂控。
5、制阀(125)和所 述第一、第二控制阀(151、300)。 2.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机的动臂驱动系统，其特征在于， 所述第一控制阀(151)在所述动臂驱动器(100)进行上升作用时连接，在所述动臂驱 动器(100)进行下降作用时切断； 所述第二控制阀(300)在所述动臂驱动器(100)进行上升作用时切断，在所述动臂驱 动器(100)进行下降作用时连接。 3.一种混合动力挖掘机动臂驱动系统的控制方法，其特征在于，包括： 第一检测步骤(S10)，检测动臂下降操纵杆压力值； 第二检测步骤(S20)，检测动臂电动机的运转扭矩； 判断步骤(S30)，判断在所述第二检测步骤(S20)中的运转扭。
6、矩为正(+)值还是负(-) 值； 第一执行步骤(S40)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为负(-)，则最大限度 开放第二控制阀(300)；及 第二执行步骤(S50)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为正(+)，则控制第二 控制阀(300)，使得开度面积减小。 权 利 要 求 书CN 104093911 A 1/6页 3 混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法 技术领域 0001 本发明涉及混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法，更详细而言，涉及一 种驱动液压泵马达而使动臂升降运转，借助于电动机回收动臂的再生动力，提高燃油效率 的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法。 。
7、背景技术 0002 一般而言，混合动力挖掘机具备用于使动臂进行升降运转的液压泵马达，在液压 泵马达的一端，连接有体现发电与电动的电动机，在电动机的另一端，包括对发电的电力进 行充电的超级电容器等电能存储装置构成。 0003 另外，从液压泵马达吐出的工作油经由动臂控制阀提供给动臂，根据动臂控制阀 的控制，动臂进行上升、停止或下降。 0004 参照附图图1，进一步详细说明如上所述的混合动力挖掘机的构成。 0005 动臂驱动器100连接于动臂控制阀125，动臂控制阀125连接于液压泵马达120。 0006 动臂控制阀125有三个位置，在第一位置126，使得动臂驱动器100进行上升运转， 在第二位置1。
8、27，使得动臂驱动器100进行下降运转，第三位置128作为中立位置，使动臂驱 动器100的升降停止。 0007 所述的液压泵马达120可以兼备液压泵与液压马达的运转。 0008 在液压泵马达120中，连接有吐出管线121和流入管线122。另外，吐出管线121 与流入管线122的另一端连接于所述动臂控制阀125。 0009 另外，在流入管线122的一端，在连接到排泄槽的路径上，连接有第一控制阀151。 第一控制阀151在借助于动臂驱动器100的下降而回收再生能时进行关闭控制，当在不回 收再生能，或液压泵马达120超过允许容量的情况下进行开放控制，排出工作油。 0010 另外，在吐出管线121的一。
9、端，在连接到排泄槽的路径上连接有第二控制阀152。 第二控制阀152在动臂上升运转时进行关闭控制，在动臂驱动器100下降运转时进行开放 控制，排出工作油。 0011 另外，具备分别连接于吐出管线121和流入管线122的马达旁通阀200，马达旁通 阀200连接或切断吐出管线121与流入管线122之间。 0012 另一方面，在所述吐出管线121上，可以连接有动臂辅助管线145的一端，在动臂 辅助管线145的另一端，可以具备动臂辅助阀144。动臂辅助阀144进行控制，使得从主液 压泵向吐出管线121补充供应工作油。 0013 如上所述的以往的混合动力挖掘机的动臂驱动系统被指出如下问题。 0014 图。
10、1是假设动臂驱动系统中液压泵马达的允许流量多于再生流量的情形。 0015 动臂驱动器100的动臂缸盖侧高压的流体(工作油)传递到液压泵马达120的吸 入侧。液压泵马达120借助于压力油(工作油)而体现液压马达功能，使电动机旋转。结 果，电动机把动臂的势能再生为电能，电能充电到电能存储装置。 0016 通过液压泵马达120的低压的工作油向动臂驱动器100的动臂缸杆侧供应，因缸 说 明 书CN 104093911 A 2/6页 4 面积差而导致的过量流量经由第二控制阀152排出到排泄槽。 0017 当动臂下降时，动臂驱动器100的收缩速度根据动臂电动机的旋转速度而控制。 即，如图2的(a)所示，使。
11、得电动机的旋转速度与动臂下降操纵杆压力成比例地增加。 0018 在动臂驱动器100的动臂缸盖侧供应的流量及压力充分的情况下，动臂电动机借 助于作为液压马达进行运转的液压泵马达120而驱动，此时，电动机体现发电机功能，因而 电动机的扭矩具有如图2的(b)的实线所示的负(-)值。 0019 但是，诸如倾斜面挖掘作业等，在挖掘机的动臂下降时，在动臂驱动器100的动臂 缸盖侧供应的流量及压力不充分。由此，从动臂驱动器100的动臂缸向液压泵马达120供 应的动力会不够充分。 0020 如图2的(a)所示，电动机为了以希望的旋转速度旋转，如图2的(b)的虚线所 示，利用电能存储装置(capacitor)的。
12、电力，作为电动机进行运转，此时电动机的扭矩具有 正(+)值。 0021 就诸如挖掘机动臂下降时的情形而言，在动臂驱动器中，为了体现既定速度以上 的收缩速度，需在动臂驱动器100的缸杆侧形成高压，但在以往的混合动力挖掘机的动臂 驱动系统中，虽然电动机能够以目标速度旋转，但吐出流路121经由第二控制阀152与排泄 槽连接在一起，因此，吐出流路121内的压力保持较低。 0022 由此，在动臂驱动器100中，存在无法提高控制杆收缩的速度和力量的问题。 0023 现有技术文献 0024 专利文献1：大韩民国公开专利公报第10-2011-0072723号(2011.06.29.) 发明内容 0025 技术。
13、课题 0026 因此，本发明要实现的技术课题的目的在于提供一种混合动力挖掘机的动臂驱动 系统及其控制方法，使得在动臂下降时，能够以目标速度控制动臂驱动器的收缩速度及力 量，使得电动机(发电机)能够正常地生产电。 0027 本发明要实现的技术课题并不限定于以上言及的技术课题，未言及的其它技术课 题是本发明所属技术领域的技术人员能够从以下记载明确理解的。 0028 课题解决方案 0029 旨在达成所述技术课题的本发明的混合动力挖掘机的动臂驱动系统包括：电动 机，其作为马达或发电机进行运转；电能存储装置，其存储由所述电动机生产的电；液压泵 马达120，其由所述电动机驱动，向动臂驱动器100供应工作油。
14、；动臂控制阀125，其构成使 所述液压泵马达120的吐出管线121和所述液压泵马达120的流入管线122选择性地与使 所述动臂驱动器100运转的动臂缸的盖侧或杆侧闭回路或切断的闭回路；第一控制阀151， 其连接所述流入管线122与排泄槽；第二控制阀300，其连接所述吐出管线121与所述排泄 槽，并以在所述动臂驱动器100下降运转时开度面积根据作用于动臂电动机的扭矩大小而 可变的方式进行控制；及控制部160，其控制所述电动机、所述液压泵马达120、所述动臂控 制阀125和所述第一、第二控制阀151、300。 0030 另外，本发明的混合动力挖掘机动臂驱动系统的所述第一控制阀151可以在所述 动臂。
15、驱动器100上升运转时连接，在所述动臂驱动器100下降运转时切断；所述第二控制阀 说 明 书CN 104093911 A 3/6页 5 300可以在所述动臂驱动器100上升运转时切断，在所述动臂驱动器100下降运转时连接。 0031 另外，本发明的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的控制方法包括：第一检测步骤 (S10)，检测动臂下降操纵杆压力值；第二检测步骤(S20)，检测动臂电动机的运转扭矩；判 断步骤(S30)，判断在所述第二检测步骤(S20)中的运转扭矩为正(+)值还是负(-)值；第 一执行步骤(S40)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为负(-)，则最大限度开放第 二控制阀300；。
16、及第二执行步骤(S50)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为正(+)， 则控制第二控制阀300，使得开度面积减小。 0032 其它实施例的具体事项包含于详细说明及附图中。 0033 发明效果 0034 如上所述构成的本发明的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法，能够在 动臂下降时，以目标速度及力量控制动臂驱动器的收缩速度，由此能够在电动机(发电机) 中正常地生产力。 附图说明 0035 图1及图2是用于说明以往的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的图。 0036 图3及图4作为用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及 其控制方法的图，是用于说明在动臂下降时动臂再生下降与动。
17、臂负载下降作用的图。 0037 图5是用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的特性的 曲线图。 0038 图6是用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制 方法的流程图。 0039 符号说明 0040 100-动臂驱动器，110-电子装置(电动机、电能存储装置、逆变器等)，120-液压 泵马达，121-吐出管线，122-流入管线，125-动臂控制阀，126、127、128-第一、第二、第三位 置，144-动臂辅助阀，145-动臂辅助管线，151、152-第一、第二控制阀，160-控制部200-马 达旁通阀，300-第二控制阀，301-完全开放位置，302-开。
18、度面积减小位置，303-完全关闭位 置。 具体实施方式 0041 参照附图及一同详细说明的后述的实施例，本发明的优点和特征以及达成其的方 法将会明确。 0042 在通篇说明书中，相同参照符号指代相同构成要素，对于与以往的技术相同的构 成要素，赋予相同的符号并省略重复的详细说明。 0043 另一方面，后述的术语作为考虑在本发明中的功能而设定的术语，其会因生产者 的意图或惯例而异，因此，其定义应以本说明书通篇内容为基础而作出。 0044 下面参照图3至图6，对本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及 其控制方法进行说明。 0045 附图图3及图4作为用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机。
19、的动臂驱动系 统及其控制方法的图，是用于说明在动臂下降时的动臂再生下降与动臂负载下降的运转的 说 明 书CN 104093911 A 4/6页 6 图。附图图5是用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的特性的曲 线图。附图图6是用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制 方法的流程图。 0046 本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统结合有电子装置和液压装 置。 0047 电子装置包括电动机、电能存储装置、逆变器等。电动机作为马达或发电机而运 转。逆变器使电动机的驱动实现稳定化。电能存储装置存储电动机生产的电。 0048 液压装置包括动臂驱动器100。
20、、液压泵马达120和动臂控制阀125构成。 0049 所述液压泵马达120可以兼备液压泵与液压马达的运转。在液压泵马达120作为 液压泵运转的情况下，以电动机驱动，向动臂驱动器100供应工作油。在液压泵马达120作 为液压马达运转的情况下，借助于从动臂驱动器100排出的工作油而驱动，使所述电动机 驱动。 0050 在液压泵马达120的一端，连接有吐出管线121和流入管线122。吐出管线121和 流入管线122的另一端连接于所述动臂控制阀125。 0051 所述动臂控制阀125为使所述动臂驱动器100上升运转而可以正向连接，为使所 述动臂驱动器100下降运转而可以逆向连接，可以提供中立位置，以便。
21、使所述动臂驱动器 100的升降停止。 0052 另一方面，在所述吐出管线121，可以连接有动臂辅助管线145的一端，在动臂辅 助管线145的另一端，可以具备动臂辅助阀144。动臂辅助阀144进行控制，使得从主液压 泵向吐出管线121补充供应工作油。 0053 再一方面，本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统还可以包括连接 流入管线122与工作油的排泄槽的第一控制阀151，其中，所述流入管线122连接液压泵马 达120与动臂控制阀125。另外，还可以包括连接吐出管线121与工作油的排泄槽的第二控 制阀300，其中，所述吐出管线121连接液压泵马达120与动臂控制阀125。 0054 控制。
22、部160控制第一控制阀151和第二控制阀300。 0055 更详细而言，第一控制阀151在动臂驱动器100上升运转时连接，在动臂驱动器 100下降运转时切断。 0056 第二控制阀300在动臂驱动器100上升运转时切断，在动臂驱动器100下降运转 时连接。 0057 另外，第二控制阀300可以以三位置二通型提供。第一位置可以为完全开放位置 301，第二位置可以为开度面积减小位置302，第三位置可以为完全关闭位置303。 0058 其中，就第二控制阀300而言，流量通过的开度面积随着阀柱的位置而可变。 0059 另一方面，在与动臂上升信号对应的要求流量超过液压泵马达120的供应流量或 超过电动机。
23、110的容量时，动臂辅助阀144可以进行开放控制，使得第一液压泵141吐出的 工作油供应给动臂驱动器100。 0060 另外，第一控制阀151可以是在动臂驱动器100下降运转时，当从动臂驱动器100 流入液压泵马达120侧的流量超过液压泵马达120的容许容量或超过电动机110的发电容 量时进行连接，使过量的流量排出到排泄槽。 0061 下面参照附图图5及图6，说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动 说 明 书CN 104093911 A 5/6页 7 系统的控制方法。 0062 第一检测步骤(S10)，检测动臂下降操纵杆压力值。 0063 第二检测步骤(S20)，检测动臂电动机的运转扭。
24、矩。 0064 判断步骤(S30)，判断第二检测步骤(S20)中的运转扭矩为正(+)值还是负(-) 值。 0065 第一执行步骤(S40)，如果判断步骤(S30)中的运转扭矩值为负(-)，则最大限度 开放第二控制阀300。即，以完全开放位置301进行控制。 0066 第二执行步骤(S50)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为正(+)，则控制 第二控制阀300，使得开度面积减小。即，控制使得开度面积具有比最大开放狭小的开度面 积。 0067 在本发明的一个实施例中，作为判断再生下降或负载下降的根据，以作用于电动 机的作用扭矩值进行判断。更详细而言，把作用扭矩值为负(-)的情形判断为再生下。
25、降，把 作用扭矩值为正(+)的情形判断为负载下降。其中，作用扭矩是为了使电动机以目标旋转 速度旋转而控制的电动机扭矩。 0068 在动臂进行负载下降时，控制第二控制阀300，当动臂下降时，在与动臂驱动器的 缸杆连接的吐出管线121内，压力受到控制。 0069 在动臂进行负载下降时，第二控制阀300以开度面积减小位置302进行控制，从而 能够减小与排泄槽连接的流路，由此，吐出管线121内的压力上升。如此上升的压力传递到 动臂驱动器100的缸杆侧，由此使得动臂驱动器100能够按所需速度控制收缩的速度。 0070 下面参照图5所示曲线图，说明第二控制阀300的运转。 0071 在动臂进行再生下降时，。
26、第二控制阀300打开到最大。动臂电动机借助于液压泵 马达120而驱动，其中，所述液压泵马达120借助于从动臂驱动器100的缸盖通过流入管线 122供应的压力油，作为液压马达进行运转。此时，操纵杆的压力定义为p1，电动机的旋转 速度定义为w1。 0072 此时，作用于动臂驱动器100的外部负载为f1，借助于此，最终传递给动臂电动机 的扭矩为T1。动臂电动机使与w1T1相应的动力再生。此时，第二控制阀300如图5的 (c)所示，开放到最大。 0073 另一方面，由于外力作用于铲斗，存在能够再生的负载从f1减小到f2的情形。 此时，传递到动臂电动机的扭矩从T1减小到T2。但是，在这种情况下，动臂电动。
27、机也使与 w1T2相应的动力再生。同样地，第二控制阀300如图5的(c)所示，开放到最大。 0074 又一方面，如果更大的外力作用于铲斗，则发生流入管线122的压力无法使动臂 电动机按照图5的(a)中的目标旋转速度旋转的情形。动臂电动机利用电能存储装置的电 力进行旋转，此时，外部负载定义为f3，电动机扭矩定义为T3。 0075 此时，动臂电动机的扭矩从负(-)变更为正(+)后，控制部160控制第二控制阀 300，控制使得流体将通过的开度面积减小，达到a3。如果在外部负载变得大于f3，因而所 需电动机扭矩更大的情况下，最终使第二控制阀300关闭，把借助于液压泵马达而吐出的 工作油全部传递到动臂驱。
28、动器100的杆侧，从而能够使动臂下降时的下降力增加。 0076 如果连接到排泄槽的第二控制阀300的开度面积减小，则吐出管线121的流路压 力上升。该压力传递到动臂驱动器100的动臂缸杆侧，使得能够按所需速度控制动臂缸。 说 明 书CN 104093911 A 6/6页 8 0077 如上所述构成的本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制 方法，可以在动臂下降时，按目标速度控制动臂驱动器的收缩速度，由此，电动机(发电机) 能够正常地生产电。 0078 以上参照附图说明了本发明的实施例，但本发明所属技术领域的技术人员可以理 解，本发明可以在不变更其技术思想或必需特征的前提下以其他具。
29、体形态实施。 0079 因此，以上记述的实施例应理解为在所有方面只是示例，而非限定，本发明的范围 应解释为由后述的权利要求书表现，由权利要求书的意义及范围以及其均等概念导出的所 有变更或变形的形态包含于本发明的范围内。 0080 工业上的利用可能性 0081 本发明的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法可以用于体现动臂升降， 在动臂下降时回收再生能。 说 明 书CN 104093911 A 1/6页 9 图1 说 明 书 附 图CN 104093911 A 2/6页 10 图2 说 明 书 附 图CN 104093911 A 10 3/6页 11 图3 说 明 书 附 图CN 104093911 A 11 4/6页 12 图4 说 明 书 附 图CN 104093911 A 12 5/6页 13 图5 说 明 书 附 图CN 104093911 A 13 6/6页 14 图6 说 明 书 附 图CN 104093911 A 14 。