將由馬達驅動的、轉速可變的液壓泵作為流體靜力的傳動裝置的應用的制作方法
【專利摘要】一種用于對由馬達（10）驅動的液壓泵（20）進行調節(jié)的調節(jié)裝置（30）和一種調節(jié)方法。所述調節(jié)裝置（30）為了對所述液壓泵（20）進行壓力調節(jié)或者對液壓缸進行力調節(jié)或者位置調節(jié)而包括用于對所述轉速（n）和所述液壓泵（20）的排量（Vh）進行調整的調整機構（35）。在此，所述液壓泵（20）的排量（Vh）要么靜態(tài)地通過對于所述液壓泵（20）的擺動角（α）的調節(jié)要么動態(tài)地在被調節(jié)的運行中通過在調節(jié)運行中對于所述液壓泵（20）的擺動角（α）的以及對于所述馬達（10）的轉速（n）的動態(tài)的調整來得到調整。所述由液壓泵（20）、馬達（10）和傳動調速器或者調節(jié)裝置（30）構成的單元在此用作用于對系統(tǒng)效率進行優(yōu)化的、電子液壓的傳動裝置。
【專利說明】將由馬達驅動的、轉速可變的液壓泵作為流體靜力的傳動 裝置的應用

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于對由馬達驅動的、轉速可變的液壓泵進行調節(jié)的一種調 節(jié)裝置和一種調節(jié)方法，其中所述馬達-泵組件用作具有可變的并且適應地修正的 (nachgefUhrt)傳動比的傳動裝置。所述傳動比在此根據(jù)工作點和優(yōu)化目標、尤其是動力、 能效等等來定義并且自動地由系統(tǒng)來設定。

【背景技術】
[0002] 轉速可變的液壓機用在許多的技術應用領域。在這里一般要求所述液壓機的、較 高的定位精度以及最小的能耗。此外，首先在安靜的工作環(huán)境中，經(jīng)常預先給定較小的、通 過所述液壓機引起的噪聲污染，從而對于所述環(huán)境來說將噪聲負荷保持在盡可能小的程度 上。
[0003] 在這里成問題的是，應該以降低的馬達動力在由所述馬達驅動的液壓系統(tǒng)中獲得 足夠的動力。尤其所述動力在這樣的情況中在傳統(tǒng)的液壓機的上功率范圍內還是不夠的。
[0004] 目前對于有些液壓機來說在這方面經(jīng)常需要液壓蓄能器或者液壓儲存器。所述液 壓蓄能器或者液壓儲存器一方面使所述液壓機變得昂貴并且另一方面為此對所述液壓機 的能耗的水平具有并非無關緊要的影響。


【發(fā)明內容】

[0005] 因此，本發(fā)明的任務是，提供用于對由馬達驅動的、轉速可變的液壓泵進行調節(jié)的 一種調節(jié)裝置和一種調節(jié)方法，利用所述調節(jié)裝置和所述調節(jié)方法可以解決前面提到的問 題。尤其應該提供用于對由馬達驅動的、轉速可變的液壓泵進行調節(jié)的一種調節(jié)裝置和一 種調節(jié)方法，其中可以成本低廉地降低液壓泵和馬達的能量損耗和噪聲并且尤其可以在上 功率范圍內獲得動力提升效果。
[0006] 該任務通過一種按權利要求1所述的、用于對由馬達驅動的、轉速可變的液壓泵 進行調節(jié)的調節(jié)裝置得到解決。
[0007] 所述裝置的、其它有利的設計方案在從屬權利要求中得到說明。
[0008] 在權利要求中所說明的調節(jié)裝置可以是液壓機的一部分，所述液壓機此外包括用 于驅動馬達的液壓泵。所述馬達尤其可以是由變頻器或者伺服驅動裝置調節(jié)器來操控的電 動機。
[0009] 此外，所述任務通過一種按權利要求10所述的、用于對由馬達驅動的、轉速可變 的液壓泵進行調節(jié)的調節(jié)方法得到解決。
[0010] 利用在權利要求中所說明的調節(jié)裝置和在權利要求中所說明的調節(jié)方法，對于轉 速可變的液壓泵來說不僅可以將所述轉速用作用于對于所述液壓泵的壓力調節(jié)的調節(jié)量， 而且可以改變所連接的液壓泵的排量，從而擁有兩個用于在所述系統(tǒng)中進行動力及功率調 整的調節(jié)量。在此區(qū)分以下基本原理： 多參量調節(jié)：在調節(jié)運行中對于轉速和泵排量(擺動角）的動態(tài)的調整； 功率調整：對于轉速和泵排量(擺動角）的靜態(tài)的調整，用于進行功率調整和系統(tǒng)優(yōu)化。 [0011] 在權利要求中所說明的調節(jié)裝置和在權利要求中所說明的調節(jié)方法相應地能夠 在所述系統(tǒng)中的功率要求較低時降低所述馬達的轉速或者所述泵排量(擺動角）。這一點尤 其對于所述液壓機的較長的穩(wěn)壓時間或者停止狀態(tài)時有意義。
[0012] 此外，由此可以在部分負載運行中以更低的轉速來降低所述液壓泵的及所述馬達 的能量損耗和噪聲。作為部分負載運行，是指所述液壓機的一種運行，其中在所述液壓泵的 穩(wěn)壓運行中降低了所述馬達的功率，也就是說僅僅需要較小的液壓的輸出功率。在這種情 況下，在所述部分負載運行中可以按照控制法則并且借助于馬達-泵模型來對實際轉速和 擺動角進行調整。
[0013] 本發(fā)明的其它可能的實施方式也包括前面或者下面關于實施例所描述的特征或 者實施方式的、未明確提到的組合。在此，本領域的技術人員也會將單個方面作為改進方案 或者補充方案來添加到本發(fā)明的相應的基本形式中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 下面參照附圖并且借助于實施例來對本發(fā)明進行詳細說明。附圖示出： 圖1是按第一種實施例的、具有調節(jié)裝置的液壓機的方框圖；并且 圖2是按所述第一種實施例的液壓機的、狀態(tài)參量的時間曲線圖表。
[0015] 在附圖中，只要未作其它說明，相同的或者功能相同的元件設有相同的附圖標記。

【具體實施方式】
[0016] 圖1示出一種液壓機1，該液壓機具有馬達10、轉速可變的液壓泵20、調節(jié)裝置30 和放大器40。所述馬達10驅動著所述液壓泵20,其中所述液壓泵20由所述調節(jié)裝置30 來調節(jié)。在調節(jié)時使用所述放大器40。
[0017] 所述馬達10尤其是電動機。所述馬達10通過傳動軸11與所述液壓泵20相耦 合。所述馬達10以實際上的轉速或者實際轉速n IST轉動著所述傳動軸11。所述實際轉速 nIST可以用轉速傳感器12來測量，或者不過在無傳感器的運行中用馬達模型在所測量的電 流實際值的基礎上來估算所述實際轉速n IST。將測量結果、也就是所述實際轉速nIST輸入到 所述調節(jié)裝置30中。
[0018] 所述液壓泵20可以驅動著比如注塑模具、壓力機、鑄印機、升降臺等等的形式的 負載。所述液壓泵20擁有擺動盤21，該擺動盤借助于調節(jié)機構22、比如比例閥等等能夠以 能夠調節(jié)的擺動角α為幅度來偏轉。通過所述擺動盤21的偏轉，能夠調節(jié)所述液壓泵20 的液壓介質的體積流量Q和壓力Ρ。所述液壓介質比如可以是液壓油等等。利用擺動角傳 感器23可以檢測所述擺動盤21的、實際上的擺動角或者實際擺動角a IST。在圖1中僅僅 勾畫出所述擺動角傳感器23。作為替代方案，對于具有壓力傳感器和同步電機的系統(tǒng)來說， 也可以在測量值的基礎上用模型計算來求得所述擺動角α。利用壓力傳感器24,可以檢測 所述液壓泵20的液壓介質的、實際上的壓力或者實際壓力p IST。
[0019] 所述調節(jié)裝置30具有三個用于電信號的輸入端31、32、33。所述輸入端31、32也 可以稱為模擬輸入端。此外，所述調節(jié)裝置30擁有一個用于模擬的電信號的輸出端34。該 輸出端34也可以稱為模擬輸出端。此外，所述調節(jié)裝置30在所述輸入端31、32中的每個 輸入端上并且必要時在所述輸入端33都擁有模數(shù)轉換器A/D。在所述輸出端34上，所述調 節(jié)裝置30擁有數(shù)模轉換器D/A。由此所述調節(jié)裝置30可以如后面還要更為詳細地描述的 那樣相應地以數(shù)字的方式用調整機構35對所述信號進行處理。
[0020] 更詳細地說，所述調節(jié)裝置30擁有實際擺動角模擬輸入端31，將所述液壓泵20的 擺動盤21的、由所述擺動角傳感器23所檢測到的實際擺動角a IST輸入到所述實際擺動角 模擬輸入端31中。除此以外，所述調節(jié)裝置30擁有實際壓力模擬輸入端32,將所述液壓泵 20的液壓介質的、由所述壓力傳感器23所檢測到的實際壓力p IST輸入到所述實際壓力模擬 輸入端32中。將所述液壓泵20的擺動盤21的、由所述轉速傳感器14所檢測到的實際擺 動角a IST輸入到所述調節(jié)裝置30的實際轉速模擬輸入端33中。所述調節(jié)裝置30從額定 擺動角模擬輸出端34中輸出所述液壓泵20的擺動盤21的額定擺動角a S(^。
[0021] 如可以從圖1中看出的那樣，以模擬的電信號的形式將所述液壓泵20的、擺動盤 21的額定擺動角a S(^輸入到所述放大器40中。所述放大器40又將調節(jié)值xIST尤其以電 壓UAUS等等的形式輸出給所述調節(jié)機構22。根據(jù)所述調節(jié)值x IST，所述調節(jié)機構22根據(jù)預 先給定的額定擺動角aS(^來使所述液壓泵10的擺動盤21偏轉或者對其進行調節(jié)。作為 結果，又可以將所述調節(jié)機構22的實際調節(jié)值尤其以實際電壓U IST等等的形式輸送給所述 放大器40。
[0022] 圖2關于時間t示出了在所述液壓機1的穩(wěn)壓運行中所述液壓泵20的實際壓力 PIST的、體積流量Q_pe的、排量體積Vpumpe的以及轉矩Μ_ ρε的曲線的圖表。在所述穩(wěn)壓運行 中，所述實際壓力PIST是恒定的。在此，在圖2中的線條50的左邊，示出了在圖1的液壓機 1的標準運行中也就是在所述調節(jié)裝置30不工作時所述液壓泵20的實際壓力p IST的、體積 流量Qpumlre的、排量體積Vpumpe的以及轉矩M pumpe的曲線。在圖2中的線條50的右邊，則示出 了在圖1的液壓機1的目標運行中所述液壓泵20的實際壓力p IST的、體積流量Q_pe的、排 量體積Vpu^的以及轉矩M_ pe的曲線，其中在用所述調節(jié)裝置30調節(jié)時實現(xiàn)所述目標運行。
[0023] 對于所述液壓機1來說，通過對于擺動角α的調整用所述調節(jié)裝置30、尤其是用 其調整機構35來對所述液壓泵20進行壓力調節(jié)和體積流量調節(jié)。在所述液壓機1的、與在 穩(wěn)壓運行中降低了的功率相對應的部分負載運行中，用所述調節(jié)裝置30來對所述馬達10 的轉速η進行調整。由此將在所述液壓機1的系統(tǒng)中的損失降低到最低限度并且降低所述 馬達10的轉矩Μ，用于保持所述壓力ρ。由此對于所述轉速可變的液壓泵20來說，不僅將 所述轉速η用作用于所述液壓泵20的壓力調節(jié)的調節(jié)量，而且改變所述液壓泵20的排量。
[0024] 所述調整機構35尤其構造用于：在所述液壓泵20的被調節(jié)的運行中調整所述擺 動角α和馬達轉速η，用于對由所述液壓機1操縱的缸進行壓力調節(jié)、力調節(jié)或者位置調 節(jié)。
[0025] 在所述第一種實施例中，借助于所述調整機構35來局部地對所述擺動角α進行 調整。在這種情況下，在"壓力形成"階段中根據(jù)壓力來操控所述擺動角α，用于盡最大可 能恒定地控制（fahren)所述馬達10的力矩Μ。在"壓力保持"階段中，將所述擺動角α降 低到最小值，用于將所述馬達10的力矩Μ降低到最低限度。所述"壓力形成"階段相應于 所述液壓機1的壓力形成運行。所述"壓力保持"階段則相應于所述液壓機1的穩(wěn)壓運行。
[0026] 也可以在沒有傳感器的情況下在現(xiàn)存的測量值的基礎上按照以下方程式（1)來計 算所述實際擺動角a IST :

【權利要求】
1. 用于對由馬達（10)驅動的、轉速可變的液壓泵（20)進行調節(jié)的調節(jié)裝置（30)，所述 調節(jié)裝置具有用于對所述液壓泵（20)的轉速（η)和排量（V h)進行調整的調整機構（35)，以 便由此實現(xiàn)一種電子液壓的傳動裝置。
2. 按權利要求1所述的調節(jié)裝置，其中所述調整機構（35)構造用于在所述馬達（10) 的所測量的實際轉速（nIST)、所述液壓泵（20)的所測量的實際轉矩(M IST)以及所述液壓泵 (20)的所測量的實際壓力（pIST)的基礎上對所述液壓泵（20)的擺動角（α )進行調整，并且 其中所述調整機構（35)構造用于在所述液壓泵（20)的被調節(jié)的運行中對所述擺動角（α ) 和馬達轉速（η)進行調整，以便對缸（20)進行壓力調節(jié)、力調節(jié)或者位置調節(jié)。
3. 按權利要求2所述的調節(jié)裝置，其中所述調整機構（35)構造用于在所述液壓泵（20) 的穩(wěn)壓運行中將所述擺動角（α )降低到最小值，以便將所述馬達（10)的實際轉矩(MIST)進 而將系統(tǒng)損失降低到最低限度。
4. 按權利要求1到3中任一項所述的調節(jié)裝置，其中所述調整機構（35)構造用于在所 述液壓泵（20)的壓力形成運行中根據(jù)壓力來計算所述擺動角（α )，以便將所述馬達（10) 的實際轉矩(MIST)恒定地保持在最大可能的數(shù)值上。
5. 按前述權利要求中任一項所述的調節(jié)裝置，其中所述調整機構（35)構造用于在部 分負載運行中如此改變所述擺動角（α )，從而按照控制法則并且借助于馬達-泵模型來調 整所述實際轉速和所述擺動角（α )，其中在所述部分負載運行中在所述液壓泵（20)的穩(wěn) 壓運行中降低了所述馬達（10)的功率。
6. 按前述權利要求中任一項所述的調節(jié)裝置，其中所述調整機構（35)構造用于或者 靜態(tài)地通過對于所述液壓泵（20)的擺動角（α )的調節(jié)，或者動態(tài)地在被調節(jié)的運行中通 過在調節(jié)運行中對于所述液壓泵（20)的擺動角（α )和對于所述馬達（10)的轉速（η)的動 態(tài)的調整來調整所述液壓泵（20)的排量（Vh)。
7. 按權利要求6所述的調節(jié)裝置，其中所述調整機構（35)在靜態(tài)地調整所述液壓泵 (20)的排量（Vh)時作為兩點調節(jié)器來工作。
8. 按前述權利要求中任一項所述的調節(jié)裝置，此外具有用于將所述擺動角作為模擬信 號（α )輸出給所述液壓泵（20)的模擬輸出端（34)，和/或用于將作為模擬信號的實際擺 動角（aIST)由所述液壓泵（20)輸入的實際擺動角模擬輸入端（31)，和/或用于將作為模擬 信號的實際壓力（P IST)由所述液壓泵（20)輸入的實際壓力模擬輸入端（32)，和/或用于將 作為信號的實際轉速（nIST)由所述液壓泵（20)和/或由驅動用的馬達（10)輸入的實際轉 速輸入端（33)。
9. 液壓機（1)，其具有能夠由馬達（10)驅動的液壓泵（20)以及按前述權利要求中任一 項所述的調節(jié)裝置（30)，其中所述調節(jié)裝置（30)布置在伺服驅動裝置或者變頻器中。
10. 用于對由馬達（10)驅動的、轉速可變的液壓泵（20)進行調節(jié)的調節(jié)方法，所述方 法具有以下步驟：為了對液壓的系統(tǒng)進行壓力調節(jié)、力調節(jié)以及位置調節(jié)而利用調整機構 (35)對所述液壓泵（20)的轉速（η)和排量（V h)進行調整。
【文檔編號】F04B49/06GK104100508SQ201410134834
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2013年4月5日
【發(fā)明者】M.瓦勒 申請人:羅伯特·博世有限公司