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KR20220054367A - 유압 장치 및 작동 방법 - Google Patents

유압 장치 및 작동 방법 Download PDF

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KR20220054367A
KR20220054367A KR1020227010227A KR20227010227A KR20220054367A KR 20220054367 A KR20220054367 A KR 20220054367A KR 1020227010227 A KR1020227010227 A KR 1020227010227A KR 20227010227 A KR20227010227 A KR 20227010227A KR 20220054367 A KR20220054367 A KR 20220054367A
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KR
South Korea
Prior art keywords
hydraulic
circuit
valves
pump
pump module
Prior art date
Application number
KR1020227010227A
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English (en)
Inventor
니얼 콜드웰
우베 스테인
질 맥피어슨
매튜 그린
캘런 맥케이
Original Assignee
아르테미스 인텔리전트 파워 리미티드
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
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Abstract

유압 장치는 공통의 고압 매니폴드를 갖는 복수의 작동 챔버들에 의해 각각 형성되는 복수의 펌프 모듈들을 갖는다. 연결 회로는 유압유에 대한 제1 및 제2 요구들이 달라짐에 따른 용량을 할당하기 위해 펌프 모듈들을 제1 및 제2 유압 회로부들에 스위칭 가능하게 연결한다. 두 개 이상의 연결 회로 출력들을 가질 수 있는 장치에서, 하나의 출력으로부터 또 다른 출력으로의 펌프 모듈의 재할당을 용이하게 하도록 밸브들이 제어되거나 작동 챔버 펌핑 사이클들이 비활성으로 되고, 제어 전략은 유압유에 대한 요구들이 가용 용량을 초과할 때 펌프 모듈 할당을 다룬다.

Description

유압 장치 및 작동 방법
본 발명은 차량(예를 들어, 굴착기) 또는 산업용 기계(예를 들어, 사출 성형 기계, 워터젯 절단 기계)와 같은 유압 기계 내의 액추에이터 회로에 펌핑된 여러 유압유 흐름을 제공하는 분야에 관한 것이다.
현재, 종래의 굴착기의 유압 액추에이터들은 두 개의 직렬 펌프들(제1 및 제2 펌프들)에 의해 구동되며, 펌프들은 동일한 원동기에 의해 구동되는 것이 통상적이다. 통상적으로, 제1 및 제2 유압 회로부들이 존재하며, 각 유압 회로부는 유압유 입력으로부터 액추에이터들의 그룹(액추에이터들의 제1 및 제2 그룹들)으로 연장된다. 제1 및 제2 유압 회로부들의 유압유 입력들은 액추에이터들의 제1 및 제2 그룹들이 정상 동작 동안 상이한 펌프들로부터 가압된 유압유를 수신하도록 (1 대 1 대응으로) 제1 및 제2 펌프들에 연결되고 이들로부터 유체를 수신한다. 각 유압유 회로부는 예를 들어, 제어가능한 양의 유압유를 액추에이터로 전환시키는 직렬로 연결된 비례 밸브들을 사용함으로써, 액추에이터들의 각 그룹 내의 개별 액추에이터들에 유압유를 분배한다. 반대 방향들로 작동하도록(예를 들어, 좌측 및 우측 슬루 기능들) 유체를 수신하는 두 개의 포트들을 갖는 단일 액추에이터들은 동일한 비례 밸브의 상이한 출력들에 연결될 수 있다. 유압유 회로부 입력들에서의 유체의 압력들은 예를 들어, 관련 액추에이터들의 상이한 요건들(예를 들어, 흐름률)로 인해, 상이하게 제어될 수 있다.
일부 상황들 하에서, 액추에이터들의 흐름 요건들이 충분히 높아서, 양 펌프들로부터의 가압된 유체를 사용하여 액추에이터들의 하나 또는 양 그룹들을 일시적으로 구동하기 위해 양 펌프들로부터 흐름을 조합하는 것이 바람직하고, 이를 위해 하나 이상의 제어가능한 밸브를 제공하는 것이 알려져 있다. 이는 예를 들어, 비례 밸브들(10 및 8)('아암 I' 및 '아암 II')이 아암 액추에이터로의 피크 흐름을 위해 흐름을 조합하도록 스위칭될 수 있고 비례 밸브들(7 및 11)('붐 I' 및 '붐 II')이 붐 액추에이터에 대한 피크 흐름을 위해 조합된 흐름으로 스위칭될 수 있는 US 5940997(Hitachi)에서 볼 수 있다. 조합 기능을 수행하기 위한 제어가능한 밸브들 없이, 펌프들은 각각 최대 흐름량 및 압력을 제공하기 위해 더 높은 사양들을 요구할 것이고, 이는 덜 효율적인 기계를 초래할 것이다.
본 출원인들은 상기한 접근법이 특히 상이한 유압 회로부들에 연결된 액추에이터들의 그룹들이 상이한 유체 공급 요건들을 갖는 경우에, 실제로 에너지 효율적이지 않다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 제1 그룹의 액추에이터들이 비교적 높은 압력이지만 비교적 낮은 흐름률의 유압유를 필요로 하는 한편, 제2 그룹의 액추에이터들은 비교적 낮은 압력과 비교적 높은 흐름률의 유압유를 필요로 하는 경우, 펌프 출력들이 병합 밸브들에 의해 조합될 때, 펌프들이 비교적 높은 유체 압력(가장 높은 요구 압력)과 비교적 높은 흐름률 둘 다를 전달할 필요가 있다. 이는 스풀 밸브 내의 통로와 같은 오리피스를 통해 보다 낮은 압력을 필요로 하는 유압 회로부로 유체를 스로틀링하기 위한 요건으로 인해 상당한 에너지 손실을 초래한다. 또한, 본 출원인들은 이러한 시나리오가 예를 들어, 굴착기가 도로를 긁고 굴삭기 아암을 낮은 압력에서 빠르게 이동하고 붐을 높은 압력에서 천천히 올려야 할 때, 매우 통상적이라는 것을 발견했다. 따라서, 흐름을 혼합 밸브와 조합하는 기존의 전략은 에너지를 낭비할 수 있고, 본 발명의 실시예들은 액추에이터들의 각 그룹들을 갖는 상이한 유압 회로부들로의 보다 효율적인 제어된 유압유 흐름을 제공하려고 한다.
본 발명의 일부 양태들은 유압유를 하나의 액추에이터 그룹으로 향하게 하는 것으로부터 유압유를 또 다른 액추에이터 그룹으로 향하게 하는 것으로의 전이 동안 펌프들의 제어에 관한 문제들을 해결한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 장치로서,
제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부,
제1 유압 회로부는 제1 유압 회로부 입력, 및 제1 유압 회로부 입력으로부터 적어도 두 개의(그리고 통상적으로는 적어도 세 개의) 유압 액추에이터들의 제1 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 밸브들을 갖고,
제2 유압 회로부는 제2 유압 회로부 입력, 및 제2 유압 회로부 입력으로부터 적어도 두 개의(그리고 통상적으로는 적어도 세 개의) 유압 액추에이터들의 제2 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 밸브들을 가짐 -,
원동기,
원동기와 구동 체결되는 회전 샤프트를 갖고, 회전 샤프트의 회전에 따라 사이클로 달라지는 체적을 갖는 적어도 세 개의 작동 챔버를 포함하는 유압 기계 - 유압 기계의 각 작동 챔버는 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 유압유 흐름을 조절하는 저압 밸브, 및 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 유압유 흐름을 조절하는 고압 밸브를 포함하되, 작동 챔버들은 복수의 펌프 모듈들로 형성되며, 각 펌프 모듈은 하나 이상의 작동 챔버의 그룹, 및 그룹 내의 각 작동 챔버에 공통인 고압 매니폴드를 포함함 -,
각 펌프 모듈의 고압 매니폴드와 각각 유체 연통하는 복수의 연결 회로 입력들, (즉, 제1 유압 회로부의) 제1 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 제1 연결 회로 출력, 및 (즉, 제2 유압 회로부의) 제2 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 제2 연결 회로 출력을 포함하는 유압 연결 회로 - 유압 연결 회로는 각각의 상기 연결 회로 출력을 상기 연결 회로 입력에 연결하도록 구성되고, 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 유압 회로부에 연결되고 펌프 모듈들 중 일부 또는 전부에 대해, 각 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부가 변경될 수 있도록 상기 유압 회로부 입력이 연결되는 연결 회로 출력을 변경하도록 (통상적으로 제어기의 제어 하에서) (예를 들어, 전자적으로) 스위칭 가능한 복수의 밸브들을 포함함 -,
각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 각 사이클에 대해, 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖는 활성 사이클을 거치는지, 또는 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드, 그리고 또한 밸브들 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖지 않는 비활성 사이클을 거치는지를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들(그리고 일부 실시예들에서 또한 고압 밸브들)을 능동적으로 제어하고, 또한, 제1 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 제1 유압 회로부의 유압유에 대한 제1 요구에 응답하여 제어되고, 제2 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 제2 유압 회로부의 유압유에 대한 독립적인 제2 요구에 응답하여 제어되도록 밸브들을 능동적으로 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 장치가 제공된다.
본 발명은 제2 양태에서 장치로서,
제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부,
제1 유압 회로부는 제1 유압 회로부 입력, 및 제1 유압 회로부 입력으로부터 적어도 두 개의(그리고 통상적으로는 적어도 세 개의) 유압 액추에이터들의 제1 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 밸브들을 갖고,
제2 유압 회로부는 제2 유압 회로부 입력, 및 제2 유압 회로부 입력으로부터 적어도 두 개의(그리고 통상적으로는 적어도 세 개의) 유압 액추에이터들의 제2 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 밸브들을 가짐 -,
원동기,
원동기와 구동 체결되는 회전 샤프트를 갖고, 회전 샤프트의 회전에 따라 사이클로 달라지는 체적을 갖는 적어도 세 개의 작동 챔버를 포함하는 유압 기계 - 유압 기계의 각 작동 챔버는 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 유압유 흐름을 조절하는 저압 밸브, 및 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 유압유 흐름을 조절하는 고압 밸브를 포함하되, 작동 챔버들은 복수의 펌프 모듈들로 형성되며, 각 펌프 모듈은 하나 이상의 작동 챔버의 그룹, 및 그룹 내의 각 작동 챔버에 공통인 고압 매니폴드를 포함함 -,
각 펌프 모듈의 고압 매니폴드와 각각 유체 연통하는 복수의 연결 회로 입력들, (즉, 제1 유압 회로부의) 제1 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 제1 연결 회로 출력, 및 (즉, 제2 유압 회로부의) 제2 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 제2 연결 회로 출력을 포함하는 유압 연결 회로 - 유압 연결 회로는 각각의 상기 연결 회로 출력을 상기 유얍 회로부 입력에 연결하도록 구성되고, 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 유압 회로부에 연결되고 펌프 모듈들 중 일부 또는 전부에 대해, 각 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부가 변경될 수 있도록 상기 유압 회로부 입력이 연결되는 연결 회로 출력을 변경하도록 (통상적으로 제어기의 제어 하에서) (예를 들어, 전자적으로) 스위칭 가능한 복수의 밸브들을 포함함 - 를 포함하는 장치의 작동 방법으로 확장되며,
방법은:
각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 각 사이클에 대해, 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖는 활성 사이클을 거치는지, 또는 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드, 그리고 이에 따라 상기 밸브들 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖지 않는 비활성 사이클을 거치는지를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들(그리고 일부 실시예들에서 또한 고압 밸브들)을 능동적으로 제어하고, 또한, 제1 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 제1 유압 회로부의 유압유에 대한 제1 요구에 응답하여 제어되고, 제2 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 제2 유압 회로부의 유압유에 대한 독립적인 제2 요구에 응답하여 제어되도록 밸브들을 (예를 들어, 제어기에 의해) 능동적으로 제어하는 단계,
및 유압 연결 회로의 하나 이상의 상기 밸브를 스위칭함으로써 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부를 변경하는 단계를 포함한다.
유압 연결 회로는 유압유를 펌프 모듈들로부터 유압 회로부들로 분배하는 기능을 한다. 연결이란 유체적으로 연결된 것을 지칭한다.
각 펌프 모듈을 구성하는 작동 챔버들은 인접할 필요는 없다. 통상적으로, 각 펌프 모듈은 그룹 내의 각 작동 챔버가 (고압 밸브를 통해) 연결되는 고압 매니폴드인 고압 매니폴드를 갖는다. 이에 따라, 펌프 모듈들은 각 고압 매니폴드를 통해 작동 유체를 연결 회로 입력으로, 그리고 이에 따라 (유압 연결 회로 내의 밸브들의 설정에 따라) 연결 회로 출력으로, 그리고 이에 의해 유압 회로부 입력으로 변위시킬 수 있으며, 이 변위는 각 펌프 모듈과 독립적이다.
통상적으로, 펌프 모듈들의 고압 매니폴드들은 적어도 정상 동작 동안, 서로 별개이다. (저압 매니폴드들은 동작에 영향 없이 모든 작동 챔버들에 공통일 수 있다). 통상적으로, 상이한 연결 회로 출력들에 연결된 펌프 모듈들의 작동 챔버들은 별도의 요구 신호들에 기초하여 제어된다. 이에 따라, 제1 및 제2 연결 회로 출력들에 연결된 작동 챔버들은 독립적인 출력 압력들 및 흐름률들을 갖도록 제어될 수 있고, 하나 이상의 펌프 모듈(그리고 이에 따라 이들의 각 작동 챔버들)은 제1 연결 회로 출력에 연결되는 것과 제2 연결 회로 출력에 연결되는 것 사이에서 교대될 수 있다.
유압유에 대한 제1 요구 및 제2 요구는 이들의 각 액추에이터들에 유체를 제공하기 위한, 제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부에 의한 유압유에 대한 요구를 나타내는 신호들이다. 제1 요구 및 제2 요구(및 임의의 제3 요구 또는 그 이상의 요구들)는 유압유의 압력 또는 흐름률에 대한 요구들일 수도 있다. 제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부, 및/또는 액추에이터들의 제1 그룹 및 제2 그룹의 하나 이상의 액추에이터는 각각 센서, 예를 들어 압력 센서 또는 흐름 센서, 또는 액추에이터들의 경우, 위치 센서, 속도 센서 또는 가속도 센서를 포함할 수 있다. 요구들은 이러한 센서들의 출력으로부터 계산되는 것일 수 있다. 요구들은 사용자 작동가능한 제어부들, 예를 들어 사용자 인터페이스(예를 들어, 터치 스크린 제어기) 또는 수동 작동 제어부, 예컨대 조이스틱 또는 핸들로부터의 전기 신호(아날로그 또는 디지털) 또는 유압으로부터 계산될 수 있다. 요구는 비례 밸브 제어 신호들로부터 계산될 수 있다(본 발명과 관련하여, 이는 각 유압 회로부 내에 포함된 비례 밸브를 제어하기 위해 임의 사항적으로 사용될 수도 있고(이는 종래의 제어 방법임), 그렇지 않을 수도 있다)). 요구들은 CAN(controller area network, 제어기 영역 네트워크)과 같은 전기 통신 네트워크를 통해 (사용자로부터든 또는 전자 제어기로부터든) 수신된 신호들로부터 계산될 수 있다. 제1 및 제2(그리고 임의의 제3 또는 그 이상의) 요구들은 서로 독립적이어서, 제1 유압 회로부와 제2 유압 회로부, 및 이들에 연결되는 액추에이터가 독립적으로 제어될 수 있게 한다. 통상적으로, 제1 요구 및/또는 제2 요구는 각 액추에이터 그룹 내의 두 개 이상의 액추에이터들의 요건을 고려하여 결정된다.
이에 따라, 제1 유압 회로부 입력에서의 유압유의 압력과 제2 유압 회로부 입력에서의 유압유 압력은 독립적으로 변화될 수 있다. (제1 유압 회로부 입력을 통해 그리고 제1 액추에이터 그룹에 대한) 제1 유압 회로부 내로의 유압유의 흐름률 및 (제2 유압 회로부 입력을 통해 그리고 제2 액추에이터 그룹에 대한) 제2 유압 회로부 내로의 유압유의 흐름률은 독립적으로 변화될 수 있다. 또한, 변화가 작동 챔버 체적의 각 사이클마다 구현될 수 있으므로, 압력 및 흐름률은 빠르게 변화될 수 있다. 그러나, 개별 펌프 모듈들은 제1 유압 회로부로부터 제2 유압 회로부로, 또는 그 반대로 재할당될 수 있어서, 필요한 경우 더 많거나 더 적은 수의 펌프 모듈이 함께 사용될 수 있게 한다.
유압 회로부에 연결되게 스위칭되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위는 유압 회로부에 의한 유압유에 대한 요구를 충족시키도록 제어된다. 각 연결 회로 출력에 더 이상 연결되지 않게 스위칭되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위는 각 유압 회로부에 의해 유압유에 대한 요구를 충족시키도록 더 이상 제어되지 않는다. 각 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위는 유압 회로부에 의한 유압유에 대한 요구를 충족시키기 위해 조합하여 제어된다.
이러한 특징들의 결과로서, 장치는 제1 펌프 모듈 및 제2 펌프 모듈의 출력들이 혼합 밸브와 조합되고 제1 유압 회로부와 제2 유압 회로부 둘 다의 입력들에 직접 공급되는 경우에 발생할 수 있는 전력의 손실 없이 효율적으로 작동한다.
또한, 장치는 별개의 제1 유압 회로부 입력 및 제2 유압 회로부 입력과 제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부를 갖는 기존의 유압 장치로 개조 또는 수정에 의해 유용하게 형성될 수 있고, 이들 각각은 복수의 유압 액추에이터들을 갖고, 이에 따라 제1 및 제2 회로부들 및 액추에이터들은 수정될 필요가 없을 수 있다.
제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부는 각각 적어도 두 개(그리고 통상적으로 적어도 세 개의 액추에이터들)를 포함한다. 이것들은 통상적으로 각각 수신된 유압유의 선택 가능한 부분을 각 액추에이터 그룹 내의 상이한 액추에이터들로 유도하는 하나 이상의(통상적으로 복수의) 흐름 분할 밸브를 포함한다. 흐름 스플릿 밸브들은 통상적으로 비례 밸브들이다. 통상적으로, 각 유압 회로부는 상이한 액추에이터들에 대한 유압유의 적어도 두 개, 또는 통상적으로 적어도 세 개의 독립적으로 제어가능한 공급부들을 제공한다.
제1 유압 회로부는 제1 밸브 블록부를 포함하고, 제2 유압 회로부는 제2 밸브 블록부들을 포함하는 것일 수 있다. 한 또는 각 밸브 블록부는 밸브들이 위치하는 금속 블록의 일부일 수 있다. 제1 밸브 블록부 및 제2 밸브 블록부는 각각 제1 유압 회로부 입력 또는 제2 유압 회로부 입력으로서 기능하는 포트를 각각 포함할 수 있다.
유압 연결 회로는 유압 기계에 적합한 밸브 블록(예를 들어, 스위칭 밸브들을 포함하는 블록)을 포함하는 것일 수 있다. 이는 펌프 모듈들의 유압 회로부들에의 편리한 연결을 가능하게 한다.
상기 밸브들은 펌프 모듈의 포트를 제1 연결 회로 출력 또는 제2 연결 회로 출력 중 어느 하나에 독점적으로 연결하도록 전자적으로 제어 가능한 전환 밸브들인 것일 수 있다. 밸브들은 전환 밸브들이고 방법은 상기 전환 밸브를 스위칭하여 펌프 모듈이 제1 연결 회로 출력에 독점적으로 연결되는 것으로부터 제2 연결 회로 출력에 독점적으로 연결되는 것으로, 또는 그 반대로 스위칭하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 이러한 배열은 제1 및 제2 펌프 모듈들 사이의 작동 챔버들의 스위칭에도 불구하고 안전하고 신뢰성 있게 구현될 수 있다. 밸브에서의 흐름 차단으로 인한 유압 데드헤드의 위험은 대부분 회피된다. 이는 (펌프 모듈로부터의 유체를 위한) 각 연결 회로 입력이 (유압 연결 회로의) 각 제1 및 제2 밸브들 - 이들은 소정의 시간에 단지 하나 또는 다른 하나만이 개방되도록 제어됨 - 을 통해 제1 또는 제2 연결 회로 출력에(그리고 이에 따라 제1 또는 제2 유압 회로부에) 연결 가능할 수 있다. 각 연결 회로 입력은 (제1 또는 제2) 연결 회로 입력이 제1 연결 회로 출력에 연결되는 제1 위치와 (제1 또는 제2) 연결 회로 입력이 제2 연결 회로 입력에 연결되는 제2 위치 사이에서 작동 가능한 단일 전환 밸브를 통해 제1 또는 2 연결 회로 출력에 연결 가능할 수 있다.
각 펌프 모듈 내의 하나 이상의 작동 챔버는 함께 연결된다. 각 펌프 모듈은 유압 연결 회로(의 연결 회로 입력)에 대한 유압유의 공통 출력을 갖는 펌프 모듈일 수 있다. 방법은 각 펌프 모듈에 의해 작동 유체의 순 변위를 조절하는 단계를 포함한다. 통상적으로, 제어기는 각 펌프 모듈에 의해 작동 유체의 순 변위를 조절하도록 작동가능하다. 통상적으로, 유압 기계는 복수의 펌프 모듈들을 포함하며, 각 펌프 모듈은 공통 고압 매니폴드 - 이를 통해 유압 연결 회로에 연결됨 - 를 갖는 하나 이상의 작동 챔버의 각 그룹을 포함한다.
제어기는 각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 각 사이클에 대해, 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖는 활성 사이클을 거치는지, 또는 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖지 않는 비활성 사이클을 거치는지를 결정하도록 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들을 제어하는 것일 수 있다. 방법은 각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 각 사이클에 대해, 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖는 활성 사이클을 거치는지, 또는 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖지 않는 비활성 사이클을 거치는지를 결정하도록 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 적어도 일부 상황들에서(예를 들어, 요구가 값들의 적어도 하나의 범위 내에 남아 있을 때), 작동 챔버는 활성 및 비활성 사이클들을 산재시킬 수 있다(통상적으로 제어기는 작동 챔버가 활성 사이클 및 비활성 사이클을 산재시키게 한다).
각 펌프 모듈의 고압 매니폴드는 단지 제1 유압 회로부 또는 제2 유압 회로부의 입력에 선택적으로 연결가능하다(그리고 사용시 선택적으로 연결된다). 이에 따라, 단지 두 개의 상기 유압 회로부들이 존재할 수 있다. 그러나, 장치는 하나 이상의 추가 유압 회로부(제n 유압 회로부, 예를 들어 제3 유압 회로부)를 포함하며, 각 추가 유압 회로부는 각 유압 회로부 입력(제n(예를 들어, 제3) 유압 회로부 입력), 및 하나 이상의 추가 유압 액추에이터(예를 들어, 하나 이상의 추가 유압 액추에이터의 그룹, 제n(예를 들어, 제3) 하나 이상의 추가 유압 액추에이터의 그룹)를 갖는 것일 수 있다. 하나 이상의 (또는 각) 추가 유압 회로부는 각 유압 회로부 입력으로부터 하나 이상(선택 사항적으로 적어도 두 개 또는 통상적으로는 적어도 세 개)의 유압 액추에이터의 각 추가 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 하나 이상의 밸브를 더 포함할 수 있다.
제어기는 각 추가(제n, 예를 들어, 제3) 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 유압유에 대한 각 추가(제n, 예를 들어, 제3) 요구에 응답하여 제어되도록 상기 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들을 제어할 수 있다. 방법은 각 추가(제n, 예를 들어, 제3) 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 유압유에 대한 각 추가(제n, 예를 들어, 제3) 요구에 응답하여 제어되도록 상기 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 각 유압 회로부(제n(예를 들어, 제3) 유압 회로부)에서의 유압유의 속성 또는 각 액추에이터 그룹(제n(예를 들어, 제3의) 액추에이터 그룹) 중 하나 이상의 액추에이터 그룹의 속성을 측정 - 이 측정은 제n(예를 들어, 제3) 요구를 생성하기 위해 사용됨 - 하도록 구성된 각 추가 센서(제n(예를 들어, 제3) 센서)가 존재할 수 있다. 유압 연결 회로는 각 추가 유압 회로부에 대해, 각 유압 회로부 입력(제n(예를 들어, 제3) 연결 회로 입력)과 유체 연통하는 추가 연결 회로 출력(제n(예를 들어, 제3) 연결 회로 출력)을 더 포함할 수 있으며, 유압 연결 회로의 복수의 밸브들은 각 펌프 모듈의 고압 매니폴드를 한 번에 연결 회로 출력들 중 하나 또는 또 다른 하나(제1 연결 회로 출력, 제2 연결 회로 출력 및 하나 이상의 추가 연결 회로 출력)에 연결하도록 (예를 들어, 전자적으로) 스위칭 가능하다.
유압 연결 회로는 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 유압 회로부에 독점적으로 연결될 수 있도록 구성되는 것일 수 있으며, 이때 하나 이상의 펌프 모듈은 상기 추가 유압 회로부에 연결될 수 있다. 통상적으로, 유압 연결 회로는 각 펌프 모듈이 제1 또는 제2 유압 회로부에 연결가능하고 적어도 하나의 펌프 모듈이 각 유압 회로부 입력에 연결가능하도록 구성되고, 통상적으로 유압 연결 회로는 임의의 소정의 시간에 각 펌프 모듈이 연결가능한 유압 회로부들 중 하나에 독점적으로 연결되도록 구성된다. 제어기는 추가(제n, 예를 들어, 제3) 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 유압유에 대한 추가(제n, 예를 들어, 제3) 요구에 응답하여 제어되도록 상기 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들을 제어할 수 있다. 방법은 추가(제n, 예를 들어, 제3) 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 유압유에 대한 추가(제n, 예를 들어, 제3) 요구에 응답하여 제어되도록 상기 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
유압 연결 회로는 추가 유압 회로부 입력들 중 일부 또는 전부를 하나 이상의 펌프 모듈 중 일부에만 연결하도록 (예를 들어, 전자적으로) 스위칭 가능한 것일 수 있다. 그러나, 통상적으로, 개별 고압 매니폴드들을 갖는 펌프 모듈들이 존재하는 것보다, 독립적인 입력들을 갖는 상기 유압 회로부들(제1 및 제2 유압 회로부들에 더하여 임의의 그 이상의 상기 유압 회로부들)이 더 적다.
상술한 바와 같이, 제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부는 통상적으로 제1 밸브 블록 및 제2 밸브 블록을 포함한다. 회로부들(통상적으로 밸브 블록들) 각각은 유압 회로부에 의해 수신되는 작동 유체의 일부를 하나 이상의 액추에이터로 전환하도록 제어 가능한 적어도 하나의 비례 밸브를 포함한다. 하나 이상의 상기 추가 유압 회로에 대해, 연결 회로는 하나 이상의 펌프 모듈의 고압 매니폴드를 직접 유압 액추에이터에 연결하도록 작동 가능한 것일 수 있다. 하나 이상의 상기 추가 유압 회로에 대해, 연결 회로는 하나 이상의 펌프 모듈의 고압 매니폴드를 사이에 오는 비례 흐름 밸브 없이 유압 액추에이터에 연결하도록 작동 가능한 것일 수 있다. 제어기는 상기 유압 액추에이터의 목표 위치, 이동율 또는 힘과 관련된 요구 신호에 응답하여 상기 유압 액추에이터에 연결되는 작동 챔버들의 순 변위를 선택하도록 작동가능한 것일 수 있다. 방법은 상기 유압 액추에이터의 목표 위치, 이동율 또는 힘과 관련된 요구 신호에 응답하여 상기 유압 액추에이터에 연결되는 작동 챔버들의 순 변위를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 유압 액추에이터는 하나 이상의 펌프 모듈의 변위의 변동에 의해 직접 제어될 수 있는 한편, 연결 회로는 대신에 유체 흐름을 하나 이상의 작동 챔버 그룹으로부터 제1 또는 제2 유압 회로부들로 전환시킬 수 있으며, 통상적으로 유체 흐름의 일부는 하나 이상의 비례 흐름 밸브를 통과할 것이다.
제1 유압 회로부 및/또는 제2 유압 회로부는 유압 회로부 입력으로부터 유압 회로부의 비례 밸브들을 통하지 않고 유압 회로부의 적어도 하나의 액추에이터(통상적으로 각 유압 회로부에 포함된 모든 액추에이터들은 아님)로 유압유가 흐르기 위한 경로를 제공하는 유압 도관, 및 유압 회로부 입력으로부터 하나 이상의 비례 밸브를 통해 또는 유압 도관을 통해 그리고 임의 사항적으로 양자를 통해 상기 적어도 하나의 액추에이터에 유압유가 선택적으로 제공될 수 있도록 유압 도관을 통한 유체 흐름을 선택적으로(통상적으로 제어기의 제어 하에서) 허용하는 제어 가능한 바이패스 밸브를 더 포함하는 것일 수 있다. 방법은 제1 및/또는 제2 유압 회로부의 입력에 의해 수신된 유체가 유압 회로부의 비례 밸브들을 통하는 것 이외에 유압 회로부의 적어도 하나의 액추에이터로 흐르게 하도록 바이패스 밸브를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 적어도 하나의 액추에이터는 직접적으로 수신된 유체에 의해 선택적으로 구동될 수 있다. 이는 비례 밸브들을 통한 에너지의 손실을 감소시키거나 회피하고/거나 필요할 때, 유압유의 더 큰 흐름률을 적어도 하나의 액추에이터에 가능하게 하므로, 이는 상기 적어도 하나의 액추에이터에 의한 높은 흐름 요구 시에 바람직하다. 바이패스 밸브를 설치하는 것에 대한 하나의 대안은 스로틀링 손실이 최대 흐름 용량에 대해 유의하지 않도록 기존의 비례 밸브를 더 큰 용량의 비례 밸브로 교체하는 것이다. 표준 굴착기에서, 액추에이터로의 흐름은 두 개의 비례 밸브들에 의해 공급될 수 있지만, 본 출원에 따른 설계에서는, 단지 하나의 비례 밸브만이 이러한 액추에이터를 서비스할 것이다. 바이패스 밸브는 유의한 스로틀링 손실 없이 완전한 흐름을 제공하도록 요구된다. 바이패스 밸브는 적어도 하나의 액추에이터에 의한 또는 유압 회로부에 의한 유체에 대한 요구가 임계 요구 - 이 임계 요구는 통상적으로 펌프 모듈들의 절반이 넘게 충족할 것을 필요로 함 - 를 초과할 때 유압 도관을 통한 흐름을 허용하도록 개방될 수 있다. 적어도 하나의 비례 밸브를 통한 적어도 하나의 액추에이터로의 흐름 경로는 바이패스 밸브가 개방될 때 폐쇄될 수 있다. 이는 비례 밸브의 제어(예를 들어, 파일럿) 유압 연결의 압력을 조정함으로써 (제어기의 제어 하에서) 또는 액추에이터를 직접 사용하여 비례 밸브의 위치를 폐쇄 또는 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 유압 도관 및 바이패스 밸브는 메인 밸브 블록과 별개일 수 있거나 통합될 수 있으며, 이 경우에 바이패스 밸브는 통상적으로, 그렇지 않으면 적어도 하나의 액추에이터로의 유압유의 흐름을 조절할 비례 밸브보다 개방될 때 큰 단면적을 가질 것이다.
장치는 펌프 모듈이 하나의 유압 회로부에 연결되는 것으로부터 또 다른 유압 회로부로 스위칭될 때(연결 회로 입력이 하나의 연결 회로 출력으로부터 또 다른 연결 회로 출력으로 스위칭될 때), 밸브들이 스위칭되는 동안 각 펌프 모듈의 작동 챔버들이 비활성 사이클들(만)을 수행하게 되지 않도록 구성되는(예를 들어, 제어기가 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 방법은 펌프 모듈을 상이한 유압 회로부에 연결하기 위해 유압 연결 회로의 밸브들이 스위칭되는 동안 펌프 모듈의 작동 챔버들이 (단지) 비활성 사이클들을 수행하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 펌프 모듈과 연관된 밸브들이 스위칭되는 동안, 작동 챔버들은 (예를 들어, 이들의 저압 밸브들의 폐쇄에 의해) 임의의 활성 사이클들을 시작하게 되지 않는 것일 수 있다. 방법은 펌프 모듈을 상이한 유압 회로부에 연결하기 위해 유압 연결 회로의 밸브들이 스위칭되는 동안 펌프 모듈의 작동 챔버들이 어떠한 활성 사이클도 시작하지 않게 하는 단계를 포함할 수 있다. 통상적으로, 적어도 일부 상황들에서, 이것들은 그렇지 않으면 활성 사이클들을 수행했을 것이다.
장치는 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부가 변경될 때, 스위칭가능한 밸브들이 스위칭되기 전에 각 펌프 모듈의 작동 챔버들이 각 펌프 모듈의 고압 매니폴드 내의 압력을 증가시키기 위해 추가적인 활성 사이클들을 수행하게 되도록 구성되는(예를 들어, 제어기가 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 방법은 펌프 모듈을 상이한 유압 회로부에 연결하기 위해 유압 연결 회로의 밸브들이 스위칭되기 전에 펌프 모듈의 고압 매니폴드 내의 압력을 증가시키기 위해 펌프 모듈의 작동 챔버들이 추가적인 활성 사이클들을 수행하게 하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 또는 모든 펌프 모듈들의 고압 매니폴드는 제1 밸브를 통해 제1 유압 회로부에 연결되고 제2 밸브를 통해 제2 유압 회로부에 연결되는 것일 수 있다. 제어기는 양자가 동시에 폐쇄되는 것을 회피하기 위해 제1 밸브 및 제2 밸브의 스위칭을 스태거링하는 것일 수 있다. 방법은 양자가 동시에 폐쇄되는 것을 회피하기 위해, 제1 밸브 및 제2 밸브의 스위칭을 스태거링하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 밸브들 중 하나는 통상 개방 밸브이고 다른 하나는 통상적으로 통상 폐쇄 밸브인 것일 수 있다. 이러한 특징들은 유압 데드헤드의 위험을 감소시킨다. 제1 및 제2 밸브들을 스위칭하는 타이밍을 제어하고/거나 하나 이상의 작동 챔버가 비활성 사이클들을 수행하게 하면서 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부를 변경할 때, 통상 개방 밸브는 폐쇄할 것보다 더 빨리 개방될 것이고, 통상 폐쇄 밸브에 대해서는 그 반대일 것이라는 것이 고려될 수 있다.
유압 연결 회로는 제1 연결 회로 출력과 제2 연결 회로 출력 사이에서 연장되는 도관으로서, 도관의 길이를 따라 있는 복수의 유체 접합부들 - 각 접합부는 상이한 연결 회로 입력에 연결됨 -, 및 도관을 선택적으로 차단하고 이에 의해 어느 연결 회로 입력들이 어느 연결 회로 출력들에 연결되는지(그리고 이에 따라 어느 펌프 모듈들이 어느 유압 회로 부분들에 연결되는지)를 결정하도록 (통상적으로 제어기에 의해) 제어 가능한 복수의 차단 밸브들을 갖는 도관을 포함하는 것일 수 있다. 방법은 상기 차단 밸브들을 제어하여 어느 연결 회로 입력들이 어느 연결 회로 출력들에 연결되는지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 도관은 제1 연결 회로 출력으로부터 제2 연결 회로 출력으로 그리고 다시 제1 연결 회로 출력으로 폐쇄 루프로 연장될 수 있으며, 상기 접합부들 및 차단 밸브들이 루프 주위에 분산된다. 도관은 유압 기계의 종판 내에 위치될 수 있다. 접합부들은 회전가능한 샤프트의 회전축에 평행한 유압 기계 내의 축방향 도관들과의 접합부들일 수 있다.
유압 연결 회로는 제1 연결 회로 출력으로 연장되는 제1 매니폴드부(이는 제1 분배 매니폴드 또는 이의 일부일 수 있음), 제2 연결 회로 출력으로 연장되는 제2 매니폴드부(이는 제2 분배 매니폴드 또는 이의 일부일 수 있음), 및 제3 연결 회로 출력으로 연장되어, 하나 이상의 액추에이터의 제3 그룹을 포함하는 제3 유압 회로부의 입력에 연결되는 제3 매니폴드부, 및 스위칭 매니폴드부를 포함하고, 적어도 제1 매니폴드부, 제2 매니폴드부, 및 스위칭 매니폴드부는 각각 하나 이상의 밸브를 통해 하나 이상의 상기 연결 회로 입력에 선택적으로 연결 가능하며, 유압식 연결 회로는 스위칭 매니폴드부를 제1 매니폴드부 또는 제3 매니폴드부에 연결하도록 (통상적으로 제어기에 의해) 제어 가능한 매니폴드 전환 밸브를 더 포함하는 것일 수 있다. 방법은 상기 매니폴드 전환 밸브를 스위칭하여 스위칭 매니폴드부를 제1 매니폴드부에 연결되는 것으로부터 제3 매니폴드부에 연결되는 것으로, 또는 그 반대로 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 일부 펌프 모듈들은 밸브들을 통해 제1 또는 제2 매니폴드부들 중 어느 하나에 연결될 수 있고, 하나 이상의 펌프 모듈은 전환 밸브를 포함하는 밸브들을 통해 제1 또는 제3 매니폴드부 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 더 나아가, 하나 이상의 펌프 모듈은 매니폴드 전환 밸브의 동작에 의해 제1 연결 회로 출력 또는 제3 연결 회로 출력에의 연결로부터, 또는 그 반대로 한 번에 스위칭될 수 있다.
장치는 제1 및 제2 유압 회로부들의 총 요구가 장치의 최대 용량을 초과할 때, 펌프 모듈들을 제1 및 제2 유압 회로부들에 동등하게 연결하도록 구성되는(통상적으로 제어기가 구성됨, 예를 들어 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 방법은 제1 및 제2 유압 회로부들의 총 요구가 장치의 최대 용량을 초과할 때, (유압 연결 회로의 스위치들을 제어함으로써) 펌프 모듈들을 제1 및 제2유압 회로부들에 동등하게 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 장치는 제1 및 제2 유압 회로부들의 총 요구가 장치의 최대 용량을 초과할 때, 예컨대 작동 챔버들이 제1 및 제2 유압 회로부들 중 미리 결정된 하나의 요구를 (성공적으로) 충족시키지만, 제1 및 제2 유압 회로부들 중 다른 하나의 요구를 완전히 충족시키지 않도록 유체를 변위시킬 수 있게 펌프 모듈들을 제1 및 제2 유압 회로부들에 연결하도록 구성되는(통상적으로 제어기가 구성됨, 예를 들어 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 방법은 제1 및 제2 유압 회로부들의 총 요구가 장치의 최대 용량을 초과할 때, 예컨대 작동 챔버들이 제1 및 제2 유압 회로부들 중 미리 결정된 하나의 요구를 (성공적으로) 충족시키지만, 제1 및 제2 유압 회로부들 중 다른 하나의 요구를 완전히 충족시키지 않도록 유체를 변위시킬 수 있게 (유압 연결 회로의 스위치들을 제어함으로써) 펌프 모듈들을 제1 및 제2 유압 회로부들에 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
제어기는 제1 및 제2 요구들에 따라 그리고/또는 제1 및 제2 요구의 추후 값들의 예측에 따라 하나 이상의 펌프 모듈이 어느 유압 회로부에 연결되는지를 변경하게 유압 연결 회로의 밸브들을 제어하도록 구성되는(예를 들어, 프로그래밍됨) 것일 수 있다.
제어기의 기능은 두 개 이상의 별개의 회로들 및/또는 하드웨어 프로세서들 사이에 분산될 수 있다.
방법은 제1 및 제2 유압 회로부들의 총 요구가 장치의 최대 용량을 초과할 때, 펌프 모듈들을 제1 및 제2 유압 회로부들에 동등하게 연결하게 유압 연결 회로의 밸브들을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제1 및 제2 유압 회로부들의 총 요구가 장치의 최대 용량을 초과할 때, 예컨대 작동 챔버들이 제1 및 제2 유압 회로부들 중 미리 결정된 하나의 요구를 (성공적으로) 충족시키지만, 제1 및 제2 유압 회로부들 중 다른 하나의 요구를 완전히 충족시키지 않도록 유체를 변위시킬 수 있게 펌프 모듈들을 제1 및 제2 유압 회로부들에 연결하게 유압 연결 회로의 밸브들을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 제1 및 제2 요구들에 따라 그리고/또는 제1 및 제2 요구의 추후 값들의 예측에 따라 하나 이상의 펌프 모듈이 어느 유압 회로부에 연결되는지를 변경하게 밸브들을 제어하도록 유압 연결 회로의 밸브들을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
요구들은 통상적으로 각 센서로부터의 측정치들을 고려하여 계산되는 요구 신호들로 표현된다. 이것들은 복수의 센서들 및/또는 수동으로 작동 가능한 제어부들로부터의 측정치들을 추가로 고려하여 계산될 수 있다.
매니폴드들의 고압 및 저압은 상대 압력을 나타낸다. 저압 매니폴드들은 작동 챔버들로의 공급을 위한 유압유의 저장소로의 역할을 하거나 이와 연통하여 펌핑하고 이에 의해 가압한다. 고압 매니폴드들은 작동 챔버들의 작용에 의해 가압된 유압유를 위한 도관들로서의 역할을 한다.
상술된 특징들 중 일부는 펌프 모듈들과 액추에이터들 간의 연결이 변경될 수 있는 유압 장치의 다른 카테고리들과 관련되고, 제3 양태에서본 발명은 보다 일반적으로 장치로서,
복수의 유압 액추에이터,
원동기,
원동기와 구동 체결되는 회전 샤프트를 갖고, 회전 샤프트의 회전에 따라 사이클로 달라지는 체적을 갖는 적어도 세 개의 작동 챔버를 포함하는 유압 기계 - 유압 기계의 각 작동 챔버는 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 유압유 흐름을 조절하는 저압 밸브, 및 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 유압유 흐름을 조절하는 고압 밸브를 포함하되, 작동 챔버들은 해당 펌프 모듈에 공통인 각 고압 매니폴드를 각각 갖는 복수의 펌프 모듈들로 형성됨-,
각 펌프 모듈의 고압 매니폴드와 각각 유체 연통하는 복수의 입력들, 유압 액추에이터들의 상이한 하나 이상의 유압 액추에이터와 각각 유체 연통하는 복수의 연결 회로 출력들을 포함하는 유압 연결 회로 - 유압 연결 회로는 각각의 상기 연결 회로 입력을 상기 연결 회로 출력에 연결하도록 구성되고, 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 연결 회로 그리고 이에 의해 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 유압 액추에이터들 중 하나 이상에 연결되도록 상기 연결 회로가 연결되는 연결 회로 출력을 변경하도록 (통상적으로 제어기의 제어 하에서) (통상적으로 전자적으로) 스위칭 가능한 복수의 밸브들을 포함함 -,
각 연결 회로 출력에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 각 요구를 충족시키게 제어되도록, 작동 챔버 체적의 각 사이클마다 각 작동 챔버의 순 변위를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들(그리고 일부 실시예들에서 또한 고압 밸브들)을 능동적으로 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 장치에 관한 것이다.
장치는 요구들에 따라 그리고/또는 요구들의 추후 값들의 예측들에 따라 펌프 모듈이 어느 유압 연결 회로 출력, 그리고 이에 따라 어느 하나 이상의 액추에이터에 연결되는지를 변경하게 유압 연결 회로의 밸브들을 제어하도록 구성될(통상적으로 제어기가 구성됨, 예를 들어 프로그래밍됨) 수 있다.
본 발명은 제4 양태에서 장치로서,
복수의 유압 액추에이터,
원동기,
원동기와 구동 체결되는 회전 샤프트를 갖고, 회전 샤프트의 회전에 따라 사이클로 달라지는 체적을 갖는 적어도 세 개의 작동 챔버를 포함하는 유압 기계 - 유압 기계의 각 작동 챔버는 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 유압유 흐름을 조절하는 저압 밸브, 및 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 유압유 흐름을 조절하는 고압 밸브를 포함하되, 작동 챔버들은 해당 펌프 모듈에 공통인 각 고압 매니폴드를 각각 갖는 복수의 펌프 모듈들로 형성됨-,
각 펌프 모듈의 고압 매니폴드와 각각 유체 연통하는 복수의 입력들, 유압 액추에이터들의 상이한 하나 이상의 유압 액추에이터와 각각 유체 연통하는 복수의 연결 회로 출력들을 포함하는 유압 연결 회로 - 유압 연결 회로는 각각의 상기 연결 회로 입력을 상기 연결 회로 출력에 연결하도록 구성되고, 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 연결 회로 그리고 이에 의해 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 유압 액추에이터들 중 하나 이상에 연결되도록 연결 회로가 연결되는 연결 회로 출력을 변경하도록 (통상적으로 전자적으로) 스위칭 가능한 복수의 밸브들을 포함함 - 를 포함하며,
방법은 각 액추에이터에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 각 요구를 충족시키게 제어되도록, 작동 챔버 체적의 각 사이클마다 각 작동 챔버의 순 변위를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들(그리고 일부 실시예들에서 또한 고압 밸브들)을 능동적으로 제어하는 단계,
및 유압 연결 회로의 하나 이상의 밸브들을 스위칭함으로써 연결 회로 출력 그리고 이에 의해 펌프 모듈이 연결되는 하나 이상의 유압 액추에이터를 변경하는 단계를 포함한다.
이에 따라, 각 연결 회로 출력에 연결되게 스위칭되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위가 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 요구를 충족시키도록 제어된다. 이에 따라, 각 연결 회로 출력에 더 이상 연결되지 않게 스위칭되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위는 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 요구를 충족시키도록 더 이상 제어되지 않는다. 하나보다 많은 펌프 모듈이 각 연결 회로 출력에 연결되는 경우, 각 연결 회로 출력에 연결되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위는 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 요구를 충족시키도록 조합하여 제어된다.연결 회로 출력과 유체 연통하는 액추에이터는 유압 연결 회로를 통하는 것보다 연결 회로 출력에 유압 연결되는 것을 의미한다.
통상적으로, 각 펌프 모듈은 한 번에 단지 하나의 연결 회로 출력에 연결될 수 있다(예를 들어, 독점적으로). 각 연결 회로 출력은 하나의 액추에이터에 연결될 수 있다(예를 들어, 독점적으로). 이는 각 액추에이터로 변위되는 유체의 정밀한 제어를 허용한다. 그러나, 각 연결 회로 출력은 하나 이상의 액추에이터의 그룹에 연결되는 것일수 있다. 통상적으로, 각 액추에이터는 하나의 연결 회로 출력에 연결된다(예를 들어, 독점적으로). 복수의 펌프 모듈들은 (예를 들어, 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터를 함께 구동하기 위해) 동일한 연결 회로 출력에 연결될 수 있다.
각 펌프 모듈을 구성하는 작동 챔버들은 인접할 필요는 없다. 통상적으로, 각 펌프 모듈은 그룹 내의 각 작동 챔버가 (고압 밸브를 통해) 연결되는 고압 매니폴드인 고압 매니폴드를 갖는다. 이에 따라, 펌프 모듈들은 각 고압 매니폴드를 통해 작동 유체를 연결 회로 입력으로, 그리고 이에 따라 (유압 연결 회로 내의 밸브들의 설정에 따라) 연결 회로 출력으로, 그리고 이에 의해 연결 회로 출력으로(그리고 해당 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터로) 변위시킬 수 있으며, 이 변위는 각 펌프 모듈과 독립적이다.
통상적으로, 펌프 모듈들의 고압 매니폴드들은 적어도 정상 동작 동안, 서로 별개이다. (저압 매니폴드들은 동작에 영향 없이 모든 작동 챔버들에 공통일 수 있다). 통상적으로, 상이한 연결 회로 출력들에 연결된 펌프 모듈들의 작동 챔버들은 별도의 요구 신호들에 기초하여 제어된다. 이에 따라, 상이한 회로 출력들에 연결된 작동 챔버들은 독립적인 출력 압력들 및 흐름률들을 갖도록 제어될 수 있고, 펌프 모듈들은 하나의 연결 회로 출력에 연결되는 것으로부터 상이한 연결 회로 출력에 연결되는 것으로 교대될 수 있다.
유압유에 대한 요구들은 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의한 유압유에 대한 요구를 나타내는 신호들이다. 요구들은 예를 들어, 유압유의 압력 또는 흐름률, 또는 액추에이터의 위치에 대한 요구들(특정 액추에이터 위치를 달성하도록 제어될 유체 흐름에 대한 요구)일 수 있다. 액추에이터들 또는 연결 회로 출력들 사이의 유체 연결부들은 센서들, 예를 들어 압력 센서 또는 흐름 센서, 또는 액추에이터들의 경우, 위치 센서, 속도 센서 또는 가속도 센서를 포함하는 것일 수 있다. 요구들은 이러한 센서들의 출력으로부터 계산되는 것일 수 있다. 요구들은 사용자 작동가능한 제어부들, 예를 들어 사용자 인터페이스(예를 들어, 터치 스크린 제어기) 또는 수동 작동 제어부, 예컨대 조이스틱 또는 핸들로부터의 전기 신호(아날로그 또는 디지털) 또는 유압으로부터 계산될 수 있다. 요구들은 비례 밸브 제어 신호들로부터 계산될 수 있다(본 발명과 관련하여, 이는 각 유압 회로부 내에 포함된 비례 밸브를 제어하기 위해 임의 사항적으로 사용될 수도 있고(이는 종래의 제어 방법임), 그렇지 않을 수도 있다)). 요구들은 CAN(controller area network, 제어기 영역 네트워크)과 같은 전기 통신 네트워크를 통해 (사용자로부터든 또는 전자 제어기로부터든) 수신된 신호들로부터 계산될 수 있다. 요구들은 상이한 연결 회로 출력들에 연결된 액추에이터들이 독립적으로 제어될 수 있게 하기 위해, 서로 독립적이다.
따라서, 상이한 연결 회로 출력들에서의 (그리고 이에 의해 하나 이상의 액추에이터의 상이한 그룹들에 의해 수신되는) 유압유의 압력은 독립적으로 변화될 수 있다. 통상적으로, 상이한 연결 회로 출력들을 통한 유압유의 흐름률은 독립적으로 변화될 수 있다. 또한, 변화가 작동 챔버 체적의 각 사이클마다 구현될 수 있으므로, 압력 및 흐름률은 (상이한 연결 회로 출력들에 연결된) 하나 이상의 액추에이터의 개별 그룹들에 대해 빠르게 변화될 수 있다. 그러나, 개별 펌프 모듈들은 연결 회로 출력들(그리고 이에 따라 액추에이터들) 사이에서 재할당될 수 있어서, (하나 이상의 특정 액추에이터에 대해) 필요한 경우 더 많거나 더 적은 수의 펌프 모듈이 함께 사용될 수 있게 한다.
연결 회로 출력에 연결되게 스위칭되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위는 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 요구를 충족시키도록 제어된다. 연결 회로 출력에 더 이상 연결되지 않게 스위칭되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위는 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 요구를 충족시키도록 더 이상 제어되지 않는다. 각 연결 회로 출력에 연결되되는 각 펌프 모듈의 작동 챔버들의 순 변위는 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 요구를 충족시키도록 조합하여 제어된다.
상기 밸브들은 펌프 모듈의 포트를 제1 연결 회로 출력 또는 제2 연결 회로 출력 중 어느 하나에 독점적으로 연결하도록 전자적으로 제어 가능한 전환 밸브들인 것일 수 있다. 그러나, 유압 연결 회로는 각 연결 회로 입력, 그리고 이에 따라 각 펌프 모듈이 복수의(또는 일부 실시예들에서는 각) 연결 회로 출력 중 임의의 것에 연결된느 것을 허용하는 복수의 (예를 들어, 매트릭스) 밸브들을 포함하는 것일 수 있다. 방법은 펌프 모듈을 제1 연결 회로 출력에 연결되는 것으로부터 제2 연결 회로 출력에 연결되는 것으로 스위칭하게 하나 이상의 상기 밸브를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
복수의 스위치들은 연결 회로 입력을 연결 회로 출력에 병렬로 연결하는 두 개의 스위치들을 포함하는 것일 수 있다. 방법은 소정의 시간에 단지 하나 또는 다른 하나만이 개방되도록 두 개의 스위치들을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다(그리고 제어기는 작동하도록 구성될 수 있다). 방법은 각 연결 회로 입력(그리고 이에 따라 각 펌프 모듈)이 항상 적어도 하나의 연결 회로 출력에 연결되는 것을 보장하는 단계를 포함할 수 있다(그리고 제어기는 보장하도록 구성될 수 있다).
일부 또는 모든 펌프 모듈들의 고압 매니폴드는 제1 밸브를 통해 제1 연결 회로 출력에 연결되고 제2 밸브를 통해 제2 연결 회로 출력에 연결되는 것일 수 있다. 제어기는 양자가 동시에 폐쇄되는 것을 회피하기 위해 제1 밸브 및 제2 밸브의 스위칭을 스태거링하는 것일 수 있다. 방법은 제1 밸브 및 제2 밸브의 스위칭을 스태거링하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 밸브들 중 하나는 통상 개방 밸브이고 다른 하나는 통상적으로 통상 폐쇄 밸브인 것일 수 있다. 이러한 특징들은 유압 데드헤드의 위험을 감소시킨다. 제어기는, 제1 및 제2 밸브들을 스위칭하는 타이밍을 제어하고/거나 하나 이상의 작동 챔버가 비활성 사이클들을 수행하게 하면서 펌프 모듈이 제1 연결 회로 출력(그리고 이에 따라 제1 액추에이터, 또는 하나 이상의 액추에이터의 그룹)으로부터 연결 해제되고 제2 연결 회로 출력에(그리고 이에 따라 하나 이상의 액추에이터의 그룹 중 제2 액추에이터에) 연결되게 할 때, 통상 개방 밸브가 더 빨리 개방될 것이고, 통상 폐쇄 밸브에 대해서는 그 반대일 것이라는 것을 고려하는 것일 수 있다.
제1 및 제2 양태들과 같이, 각 펌프 모듈 내의 하나 이상의 작동 챔버는 함께 연결된다. 각 펌프 모듈은 유압 연결 회로(의 연결 회로 입력)에 대한 유압유의 공통 출력을 갖는 펌프 모듈일 수 있다. 방법은 각 펌프 모듈에 의해 작동 유체의 순 변위를 조절하는 단계를 포함한다. 통상적으로, 제어기는 각 펌프 모듈에 의해 작동 유체의 순 변위를 조절하도록 작동가능하다. 통상적으로, 유압 기계는 복수의 펌프 모듈들을 포함하며, 각 펌프 모듈은 공통 고압 매니폴드 - 이를 통해 유압 연결 회로에 연결됨 - 를 갖는 하나 이상의 작동 챔버의 각 그룹을 포함한다.
제어기는 각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 각 사이클에 대해, 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖는 활성 사이클을 거치는지, 또는 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖지 않는 비활성 사이클을 거치는지를 결정하도록 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들을 제어하는 것일 수 있다. 방법은 각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 각 사이클에 대해, 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖는 활성 사이클을 거치는지, 또는 작동 챔버의 저압 매니폴드와 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖지 않는 비활성 사이클을 거치는지를 결정하도록 작동 챔버들의 적어도 저압 밸브들을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 적어도 일부 상황들에서(예를 들어, 요구가 값들의 적어도 하나의 범위 내에 남아 있을 때), 작동 챔버는 활성 및 비활성 사이클들을 산재시킬 수 있다(통상적으로 제어기는 작동 챔버가 활성 사이클 및 비활성 사이클을 산재시키게 한다).
동작 동안, 유압 연결 회로는 통상적으로 사이에 오는 비례 흐름 밸브 없이, 유압 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 유압 액추에이터에 직접적으로 하나 이상의 펌프 모듈을 연결하는 것일 수 있다. 적어도 하나의(그리고 일부 실시예들에서는 각) 연결 회로 출력은 단일 액추에이터에 연결되는 것일 수 있다. 제어기는 상기 액추에이터의 목표 위치, 이동율 또는 힘과 관련된 요구 신호에 응답하여 상기 유압 회로 출력(그리고 이에 따라 단일 액추에이터)에 연결되는 작동 챔버들의 순 변위를 선택하도록 작동가능할 수 있다. 방법은 상기 유압 액추에이터의 목표 위치, 이동율 또는 힘과 관련된 요구 신호에 응답하여 상기 유압 액추에이터에 연결되는 작동 챔버들의 순 변위를 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 유압 액추에이터는 하나 이상의 펌프 모듈의 변위의 변동에 의해 직접 제어될 수 있다.
장치는 펌프 모듈이 하나의 연결 회로 출력에(그리고 연결 회로 출력과 연통하는 하나 이상의 액추에이터에) 연결되는 것으로부터 스위칭될 때, 밸브들이 스위칭되는 동안 각 펌프 모듈의 작동 챔버들이 비활성 사이클들을 수행하게 되지 않도록 구성되는(예를 들어, 제어기가 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 펌프 모듈과 연관된 유압 연결 회로 밸브들이 스위칭되는 동안, 작동 챔버들은 (예를 들어, 이들의 저압 밸브들의 폐쇄에 의해) 임의의 활성 사이클들을 시작하게 되지 않는 것일 수 있다. 통상적으로, 적어도 일부 상황들에서, 이것들은 그렇지 않으면 활성 사이클들을 수행했을 것이다.
장치는 펌프 모듈이 하나의 연결 회로 출력에 연결되는 것으로부터 또 다른 연결 회로 출력에 연결되는 것으로 스위칭될 때, 밸브들이 스위칭되기 전에 각 펌프 모듈의 작동 챔버들이 각 펌프 모듈의 고압 매니폴드 내의 압력을 증가시키기 위해 추가적인 활성 사이클들을 수행하게 되도록 구성되는(예를 들어, 제어기가 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 펌프 모듈이 하나의 액추에이터에 연결되는 것으로부터 또 다른 액추에이터에 연결되는 것으로 스위칭되기에 앞서, 각 펌프 모듈의 작동 챔버들은 밸브들이 스위칭되기 전에 각 펌프 모듈의 고압 매니폴드 내의 압력을 증가시키기 위해 추가적인 활성 사이클들을 수행하게 되는 것일 수 있다.
장치는 펌프 모듈이 하나의 유압 회로부에 연결되는 것으로부터 또 다른 유압 회로부로 스위칭될 때(연결 회로 입력이 하나의 연결 회로 출력으로부터 또 다른 연결 회로 출력으로 스위칭될 때), (유압 연결 회로의) 밸브들이 스위칭되는 동안 각 펌프 모듈의 작동 챔버들이 비활성 사이클들(만)을 수행하게 되지 않도록 구성되는(예를 들어, 제어기가 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 방법은 펌프 모듈을 상이한 유압 회로부에 연결하기 위해 유압 연결 회로의 밸브들이 스위칭되는 동안 펌프 모듈의 작동 챔버들이 (단지) 비활성 사이클들을 수행하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 펌프 모듈과 연관된 연결 회로 밸브들이 스위칭되는 동안, 작동 챔버들은 (예를 들어, 이들의 저압 밸브들의 폐쇄에 의해) 임의의 활성 사이클들을 시작하게 되지 않는 것일 수 있다. 방법은 펌프 모듈을 상이한 유압 회로부에 연결하기 위해 유압 연결 회로의 밸브들이 스위칭되는 동안 펌프 모듈의 작동 챔버들이 어떠한 활성 사이클도 시작하지 않게 하는 단계를 포함할 수 있다. 통상적으로, 적어도 일부 상황들에서, 이것들은 그렇지 않으면 활성 사이클들을 수행했을 것이다.
장치는 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부가 변경될 때, 연결 회로 밸브들이 스위칭되기 전에 각 펌프 모듈의 작동 챔버들이 각 펌프 모듈의 고압 매니폴드 내의 압력을 증가시키기 위해 추가적인 활성 사이클들을 수행하게 되도록 구성되는(예를 들어, 제어기가 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 방법은 펌프 모듈을 상이한 유압 회로부에 연결하기 위해 유압 연결 회로의 밸브들이 스위칭되기 전에 펌프 모듈의 고압 매니폴드 내의 압력을 증가시키기 위해 펌프 모듈의 작동 챔버들이 추가적인 활성 사이클들을 수행하게 하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 또는 모든 펌프 모듈들의 고압 매니폴드는 (유압 연결 회로의) 제1 밸브를 통해 제1 유압 회로부에 연결되고 (유압 연결 회로의) 제2 밸브를 통해 제2 유압 회로부에 연결되는 것일 수 있다. 제어기는 양자가 동시에 폐쇄되는 것을 회피하기 위해 제1 밸브 및 제2 밸브의 스위칭을 스태거링하는 것일 수 있다. 방법은 양자가 동시에 폐쇄되는 것을 회피하기 위해, 제1 밸브 및 제2 밸브의 스위칭을 스태거링하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 밸브들 중 하나는 통상 개방 밸브이고 다른 하나는 통상적으로 통상 폐쇄 밸브인 것일 수 있다. 이러한 특징들은 유압 데드헤드의 위험을 감소시킨다. 제1 및 제2 밸브들을 스위칭하는 타이밍을 제어하고/거나 하나 이상의 작동 챔버가 비활성 사이클들을 수행하게 하면서 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부를 변경할 때, 통상 개방 밸브는 폐쇄할 것보다 더 빨리 개방될 것이고, 통상 폐쇄 밸브에 대해서는 그 반대일 것이라는 것이 고려될 수 있다.
제어기는 요구들에 따라 그리고/또는 요구들의 추후 값들의 예측들에 따라 하나 이상의 펌프 모듈이 어느 연결 회로 출력에 연결되는지를 변경하도록 (유압 연결 회로의) 밸브들을 제어하도록 구성되는(예를 들어, 프로그래밍됨) 것일 수 있다. 방법은 요구들에 따라 그리고/또는 요구들의 추후 값들의 예측들에 따라 하나 이상의 펌프 모듈이 어느 연결 회로 출력에 연결되는지를 변경하게 (유압 연결 회로의) 밸브들을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
제어기의 기능은 두 개 이상의 별개의 회로들 및/또는 하드웨어 프로세서들 사이에 분산될 수 있다.
유압 연결 회로는 각 액추에이터에 대한 방향성 제어 밸브(즉, 액추에이터의 움직임 방향을 제어하는, 예를 들어 유체를 양쪽 피스톤 실린더의 한 쪽 또는 다른 쪽으로 전환시키는 밸브)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 및 제3 양태들의 장치, 및 발명의 제2 및 제4 양태들의 방법에서, 두 개 이상의 유압 회로부들에 대한 작동 유체에 대한 총 요구(제1 요구와 독립적인 제2 요구의 합 + 일부 실시예들에서 추가 유압 회로부의 유압유에 대한 하나 이상의 추가 요구)가 유압 연결 회로에 의해 두 개 이상 유압 회로부들에 동시에 연결될 수 있는 펌프 모듈들의 작동 챔버들의 최대 순 변위의 높은 분율이거나 이를 초과할 때 문제들이 발생할 수 있다. 이것이 발생할 때, 유압유에 대한 모든 요구들이 동시에 충족될 수 없고 두 개 이상의 유압 회로부들 중 제1 유압 회로부에 연결된 펌프 모듈들의 작동 챔버들의 순 변위가 완전히 충족되지 않는 상황들이 있을 수 있지만, 추후에 요구들 중 하나 이상의 변화로 인해, 하나 이상의 펌프 모듈이 두 개 이상의 유압 회로부들 중 제1 유압 회로부에 연결되도록 스위칭될 때, 추가적인 용량으로 인해, 두 개 이상의 유압 회로들 중 제1 유압 회로부로의 순 변위는 갑자기 급증하며, 이는 장치의 제어에 급격한 동요 및 어려움을 초래할 수 있다.
이에 따라, 요구 신호들은 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부 및/또는 연결 회로 출력을 변경하는 것에 응답하여 유압 회로부(본 발명의 제1 또는 제2 양태의 경우) 및/또는 연결 회로 출력(본 발명의 제3 또는 제4 양태의 경우)으로의 작동 유체의 변위에 있어서의 갑작스런 증가(예를 들어, 임계치를 초과하는 증가)를 회피하도록 조절되는 것일 수 있다. 통상적으로, 펌프 모듈이 연결되는 유압 회로부 및/또는 연결 회로 출력에 관한 요구 신호는 조절되는 요구 신호이다.
요구들은 예를 들어, 작동 챔버 체적의 단위 시간당 또는 사이클당 또는 회전 가능한 샤프트의 회전당 (제1 또는 제2 양태들의 경우 각 유압 회로부, 또는 제3 또는 제4 양태들의 경우 각 연결 회로 출력에 연결된 하나 이상의 액추에이터로의) 유압유의 요구되는 흐름률에 비례할 수 있다. 이것들은 아날로그 또는 디지털 신호들일 수 있다.
각 유압 회로부들(제1 또는 제2 양태의 경우), 또는 각 연결 회로 출력들과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터(제3 또는 제4 양태의 경우)와 관련되는 유압유에 대한 복수의 요구들이, 어느 펌프 모듈들이 어느 유압 회로부들 또는 연결 회로 출력들에 연결되는지에 관계없이, 복수의 요구들이 동시에 충족될 수 없게 될 때, 복수의 요구들 중 일부 또는 전부는 스케일링 팩터의 승산에 의해 (통상적으로 비례적으로) 감소되는 것일 수 있다. 스케일링 팩터는 그것들이(복수의 요구들이) 전체적으로 최대한으로 잡아서, 개별 유압 회로 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 동시에 가능한 최대 변위율이 되도록 하는 것일 수 있다(계산될 수 있다). 통상적으로 스케일링 팩터는 (a) 개별 유압 회로 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 동시에 가능한 최대 변위율 대 (b) (적절히, 각 유압 회로들 또는 연결 회로 출력들 각각과 관련된 유압유에 대한) 복수의 요구들의 합의 비이거나, 또는 최대한으로 잡아서 비인 것일 수 있다.
이는 통상적으로, 복수의 유형들의 합이 (a) 개별 유압 회로 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 동시에 가능한 최대 변위율을 초과할 때(그리고 그것이 (c) 개별 유압 회로 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 모든 펌프 모듈들에 의해 동시에 가능한 최대 변위율을 초과할 때는 아님) 적용될 것이다.
펌프 모듈들은 모두 동일한 용량을 가지며, 모두 동일한 유압 또는 연결 회로 출력들에 연결되는 것일 수 있다. 이 경우, 비 (a)/(c)는 (펌프 모듈 수 - 1) 대 (펌프 모듈 수)의 비이다.
일부 실시예들에서, 요구들은 제1 유압 회로부, 또는 제1 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 대한 유압유에 대한 제1 요구, 및 제2 유압 회로부, 또는 제2 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 대한 유압유에 대한 제2 요구로 이루어진다.
이 경우, 적어도 제1 요구와 제2 요구의 합이 제1 또는 제2 유압 회로부, 또는 제1 연결 회로 출력과 유체 연통하는 하나 이상의 액추에이터에 연결될 수 있는 펌프 모듈들의 최대 변위를 초과할 때, 제1 및/또는 제2 요구들이 스케일링 팩터의 승산에 의해 감소되며, 스케일링 팩터는 최대한으로 잡아서 (a) 제1 또는 제2 유압 회로 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 동시에 가능한 최대 변위율 대 (b) 제1 및 제2 요구들의 합의 비이다.
이는 복수의 요구들의 합이 (a) 개별 유압 회로 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 동시에 가능한 최대 변위율을 초과할 때 적용될 수 있다.
이러한 스케일링 비의 사용은 추가 펌프 모듈을 (적절하게) 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 연결하는 것이 유압 회로부 또는 연결 회로 출력으로의 출력 변위의 갑작스런 점프를 초래하지 않는 효과를 갖는다. 스케일링된 요구가 현재 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 연결되어 있는 펌프 모듈들의 최대 출력에 도달할 때, 추가적인 펌프 모듈은 (적절하게) 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 연결되는 것일 수 있다. 이에 따라, 요구는 감소된 요구들이 현재 (적절하게) 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 연결되어 있는 펌프 모듈들의 최대 출력을 초과하지 않도록 스케일링 팩터의 승산에 의해 감소된다.
보다 일반적으로, (본 발명의 제1 또는 제2 양태들의 경우) 각각 관련된 요구를 가짐에 따라, 총 n개의 요구들을 갖는 n개의 유압 회로부들이 존재할 수 있다. (본 발명의 제3 또는 추가 양태들의 경우) 각각 관련된 요구를 가짐에 따라, 총 n개의 요구들을 갖는 n개의 연결 회로 출력들이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, n = 2이다. 그러나, n은 2보다 큰 것일 수 있다.
각 유압 회로부들에 대한(본 발명의 제1 또는 제2 양태의 경우), 또는 각 연결 회로 출력들에 연결되는 하나 이상의 액추에이터에 대한(본 발명의 제3 양태 또는 제4 양태의 경우) 유압유에 대한 n개의 요구들이 있고, n개의 요구들이 어느 펌프 모듈들이 어느 연결 회로 출력들에 연결되는지에 관계없이, n개의 요구들이 모두 동시에 충족될 수 없게 될 때, n개의 요구들 중 하나가 각 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 펌프 모듈들의 최대 변위의 (100/n)% 초과에 대한 것인 경우, 각 유압 회로부 또는 연결 회로 출력은 이에 연결되는 최대 변위의 적어도 (100/n)%를 전달할 수 있는 펌핑 모듈을 가질 수 있다.
n개의 요구둘 중 제1 요구가 상기 최대 변위의 (100/n)% 초과에 대한 것이지만, n 개의 요구들 중 또 다른 제2 요구는 상기 최대 변위의 (100/n)% 미만에 대한 것이어서 제2 요구가 상기 최대 변위의 (100/n)%를 전달하는 데 필요한 것보다 더 적은 펌프 모듈을 사용하여 충족될 수 있는 경우, 제2 요구를 충족시키는 데 필요하지 않은 하나 이상의 펌프 모듈은 제1 요구와 연관된 유압 회로부 또는 연결 회로 출력이 최대 변위의 (100/n)%를 초과하여 전달할 수 있는 펌프 모듈들에 연결되도록(그리고 제1 요구와 연관된 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 전달되는 변위는 최대 변위의 (100/n)% 보다 크도록) 제2 요구와 연관된 것 대신에 제1 요구와 연관된 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있다.
요구들 중 하나가 펌프 모듈들의 최대 변위의 (100/n)% 미만이지만 임계치 초과에 대한 것인 경우, 각 유압 회로부 또는 연결 회로부는 이에 연결되는 최대 변위의 (100/n)%를 전달할 수 있는 펌프 모듈들을 갖고, 선택 사항적으로 요구들 중 하나가 임계치 미만인 경우, 요구들은 최대한으로 잡아서, 유압 회로부들 또는 연결 회로 출력들 중 임의의 것에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 가능한 최대 변위율까지 합산되도록 스케일 다운되는 것일 수 있다.
선택 사항적으로, n = 2이다. 이에 따라, (제1 및 제2 유압 회로부들 또는 제1 및 2 연결 회로부들에 연결된 하나 이상의 액추에이터에 대한 유압유에 대한) 제1 및 제2 요구들이 있을 수 있고, 제1 및 제2 요구들이 어느 펌프 모듈들이 제1 유압 회로부 또는 연결 회로부에 연결되는지 그리고 어느 펌프 모듈들이 제2 유압 회로부 또는 연결 회로부에 연결되는지에 관계 없이, 제1 및 제2 요구들이 동시에 충족될 수 없을 때, 연결 회로 출력의 각 유압 회로부는 그에 연결된 최대 변위의 50%를 전달할 수 있는 펌프 모듈들을 갖는다. 뿐만 아니라, 요구들 중 하나가 펌프 모듈들의 최대 변위의 50% 미만이지만 임계치 초과에 대한 것인 경우, 각 유압 회로부 또는 연결 회로부는 이에 연결되는 최대 변위의 50%를 전달할 수 있는 펌프 모듈들을 갖고, 선택 사항적으로 요구들 중 하나가 임계치 미만인 경우, 요구들은 최대한으로 잡아서, 제1 또는 제2 유압 회로부들 또는 연결 회로 출력들에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 가능한 최대 변위율까지 합산되도록 스케일 다운되는 것일 수 있다.
방법은 각 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 연결되는 펌프 모듈들의 수 또는 용량은 상기 유압 회로부들(제1 또는 제2 양태의 경우) 또는 연결 회로 출력들에 연결되는 하나 이상의 액추에이터(제3 또는 제4 양태의 경우)에 대한 유압유에 대한 요구들에 (통상적으로 가장 가까운 정수로 라운딩(rounding)하여) 비례하도록, 예컨대 유압 회로부들(제1 또는 제2 양태의 경우) 또는 연결 회로 출력들에 펌프 모듈들을 연결하게 유압 연결 회로를 제어하는 단계를 포함하거나, 제어기가 구성될 수 있다.
각 요구 신호에 최대 슬루 레이트를 적용하는 것과 같이, 변위의 급증을 회피하기 위해 요구 신호들을 조절하는 다른 방법들이 고려될 수 있다.
상술한 특징들은 본 발명의 네 개의 양태들 각각의 임의 사항적인 특징들이다.
본 발명의 예시적인 실시예가 이제 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 유압 장치의 개략도이다;
도 2는 도 1에 대응하고, 일부 추가적인 상세를 갖는다;
도 3은 펌프 모듈 및 종판의 부분 분해도이다;
도 4는 펌프 모듈의 개략도이다;
도 5는 제어기의 개략도이다;
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 저부하에서 펌핑된 흐름을 병합하지 않는 종래 기술의 기계(6a); 고부하에서 펌핑된 흐름을 병합하는 종래 기술의 기계(6b); 및 고부하에서(병합하지 않는) 본 발명에 따른 기계(6c)에 대한 두 개의 유압 회로부들에 대한 흐름 요구(x 축) 대 압력(y 축)의 그래프이다;
도 7은 세 개의 유압 회로부들을 갖는 유압 장치의 개략도이다;
도 8은 전환 밸브 배열을 도시하는 분배 블록의 정수부의 개략도이다;
도 9는 펌프 모듈들을 유압 회로부들에 재할당하기 위한 작동 절차의 흐름도이다;
도 10은 두 개의 유압 회로부들 각각에 대한 흐름 요구 신호 및 최대 흐름량, 및 펌프 모듈을 유압 회로부(2)로부터 유압 회로부(1)로 재할당하는 프로세스 동안의 전환 밸브 제어 신호들 및 위치들의 시간에 따른 변화들을 도시한다;
도 11은 대안적인 전환 밸브 배열의 개략도이다;
도 12는 대안적인 전환 밸브 배열의 개략도이다;
도 13은 대안적인 전환 밸브 배열의 개략도이다;
도 14는 대안적인 연결 회로 배열의 개략도이다;
도 15a 및 도 15b는 추가의 대안적인 연결 회로 배열들의 개략도들이다;
도 16은 추가의 대안적인 연결 회로 배열의 개략도이다;
도 17은 방열 밸브 배열의 개략도이다;
도 18a는 개별 출력들에 대한 요구 신호들을 제한하지 않고, 요구 흐름이 선형으로 상승될 때 시간(x축)에 따른, 연결 회로 출력을 통한 최대 흐름(점선), 및 소정의 요구된 흐름(점선)에 대한 실제 흐름(실선)의 y축 상의 플롯이며, 숫자들은 유압 회로부/연결 회로 출력에 연결되는 펌프 모듈들의 개수를 나타낸다;
도 18b는 도 18a에 대응하는 한편, 개별 출력들에 대한 요구 신호들을 제한한다;
도 19는 제1 접근법에서 제1 및 제2 유압 회로부들/연결 회로 출력들에 의해 충족되는 흐름의 개략도이다;
도 20a, 도 20b 및 도 20c는 제2 접근법에서 제1 및 제2 출력들에 대한 요구된 흐름의 개략도들로서, x축은 개별 펌프 모듈들의 용량의 단위들로 요구를 나타내며, 요구 제한 없이, 제1 및 제2 요구들 양자는 최대 변위의 50%를 초과하고(도 20a), 제2 요구가 최대 변위의 50% 바로 아래로 감소되고(도 20b), 제2 요구가 더 감소되며(도 20c), 도 20d, 도 20e 및 도 20f는 도 20a, 도 20b 및 도 20c에 대응하지만 요구들이 제한된다.
도 1을 참조하면, 굴착기(1)(유압 장치의 일례임)는 엔진(2)을 포함하며, 이 엔진은 복수의 펌프 모듈들(4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4H)(복수의 펌프 모듈들임)을 구동하며, 각 펌프 모듈은 공통의 회전 샤프트(6)를 통해 원동기에 의해 구동되는 피스톤 실린더 유닛들(PCU들) 형태의 복수의 작동 챔버들을 포함한다. 소정의 펌프 모듈 내의 작동 챔버들은 유압유의 공통 출력을 각 고압 매니폴드(8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F, 8G, 8H)를 통해 분배 블록(10)에 제공하도록 연결되며, 이 분배 블록은 각 고압 매니폴드로부터 유체를 수신하기 위한 입력들(연결 회로 입력들), 및 제1 및 제2 유압 회로부들(20, 22)에 대한 유입구들(16, 18)(유압 회로부 유입구들)과 연결되거나 유입구들로서 기능하는 출력들(12, 14)(연결 회로 출력들)을 갖는다. 압력 센서들(17, 19)은 제1 및 제2 유압 회로부들에 대한 유입구들에서의 압력을 측정한다. 제1 유압 회로부는 제1 밸브 블록(24) 및 제1 복수의 액추에이터들(6, 28, 30), 이 예에서는 붐(26), 버킷(28) 및 우측 트랙(30)을 갖는다. 붐 바이패스 밸브(32)는 유입구로부터 제1 유압 회로부로의 유압유가 제1 밸브 블록을 통하기보다는 직접 붐으로 흐르는 선택가능한 대안적인 경로를 제공하도록 구성된다. 제2 유압 회로부는 제2 밸브 블록(26) 및 제2 복수의 액추에이터들(34, 36, 38), 이 예에서는 디퍼(34), 슬루 기능부(36) 및 좌측 트랙(38)을 갖는다. 디퍼 바이패스 밸브(40)는 유입구로부터 제2 유압 회로부로의 유압유가 제2 밸브 블록을 통하기보다는 직접 디퍼로 흐르는 선택가능한 경로를 제공하도록 구성된다. 제1 및 제2 유압 회로부들은 유체를 다시 탱크(42)로 출력한다. 제어기(50)는 후술할 바와 같이 각 작동 챔버 내의 유체 흐름을 조절하는 밸브들 및 분배 블록 내의 밸브들을 제어한다.
도 2의 특징부들은 도 1의 특징부들에 대응하고, 도 2는 분배 블록 내에, 각 펌프 모듈에 대해, 제1 및 제2 전환 밸브들(52, 54)이 있다는 것을 도시하며, 이 전환 밸브들은 펌프 모듈의 고압 매니폴드(펌핑할 때, 출력)를 제1 또는 제2 분배 매니폴드(56, 58) - 분배 블록을 통해 제1 및 제2 밸브 블록들의 각 출력들(12, 14) 및 입력들(16, 18)(연결 회로 출력들)로 연장됨 - 중 어느 하나에 연결하도록 제어 가능하다. 또한, 방압 밸브(55)는 각 고압 매니폴드를 탱크에 연결한다. 제어기는 센서로부터 입력들(49)을 통해 요구 신호를 수신하고, 입력들(47)을 통해 압력(및 다른 피드백 신호들)을 수신하며, 신호 라인들(89, 93)을 통해 작동 챔버 밸브로 그리고 제어 라인들(51)을 통해 분배 블록의 스위칭 가능한 밸브들로 신호들을 전송한다. 본 발명에 맞춘 특징부들은 점선 박스(53) 내에 도시되어 있고, 나머지 특징부들은 굴착기들과 같은 기존의 유압 장치들에 관해 알려져 있다.
분배 블록의 단일 정수부에 대한 더 많은 세부 사항이 도 8에 도시되어 있다. 이러한 예에서, 각 펌프 모듈에 대한 제1 및 제2 전환 밸브는 하나가 개방되고 다른 하나가 폐쇄되도록 - 양자는 개방과 폐쇄 사이에서 또는 그 반대로 동시에(또는 유압 데드헤드의 위험을 감소시키기 위해, 하나가 항상 개방되는 것을 보장하기 위해, 조금 지체하여) 스위칭됨 - 동시에 제어되는 포핏 밸브들이다. 이에 따라, 이것들은 전환 밸브들로서 기능한다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 밸브들은 단일 밸브 제어 신호의 제어 하에서 함께 이동하는 단일 밸브 부재로 형성된다. 다른 실시예들에서, 이들은 별개이지만 동시에 제어된다. 제1 및 제2 밸브들의 각 쌍에 대해, 하나는 통상적으로 통상 개방 밸브이고 다른 하나는 통상적으로 통상 폐쇄 밸브이며, 이는 또한 특히 제어 신호가 손실되는 경우에 유압 데드헤드의 위험을 감소시킨다. 이는 도 8에 도시되어 있으며, 여기서 밸브(52)는 통상 개방되고 밸브(54)는 통상 폐쇄된다. 그러나, 이것들은 둘 다 통상 개방되거나 통상 폐쇄될 수 있다.
다시 고압 매니폴드로 연결되는 유압 회로부로부터의 흐름을 차단하기 위해 스위칭 가능한 밸브로부터 개방되는 체크 밸브들(55, 57)이 제공된다. 이는 고압 매니폴드들의 서로로부터의 단리를 유지하고, 보다 고압 매니폴드로부터의 유체가 보다 저압 매니폴드로 배출되는 것을 회피한다. 하나 이상의 펌프 모듈이 또한 유압 회로부의 액추에이터들로부터 다시 유압유를 수신하는 모터로서 기능할 수 있는 실시예들에서, 체크 밸브들은 생략될 수 있다(적어도 모터로서 기능할 수 있는 펌프 모듈들에 대해). 이 경우, 도 11 또는 도 13의 구성들을 사용하는 배열들이 유용할 것이다. 체크 밸브들을 솔레노이드 작동식 단일 차단 밸브, 또는 파일럿 작동식 체크 밸브들의 쌍으로 대체하거나 체크 밸브들 주위에 선택적으로 개방 가능한 바이패스를 포함하는 것이 또한 가능할 것이다.
방압 밸브(59)는 과잉 압력의 경우에(예를 들어, 데드헤드 이벤트 동안) 사용하기 위해 탱크에 연결되는 배출 라인(61)에 대한 유출구를 제공한다.
제어기는 또한 펌프 모듈에 연결되고 펌프 모듈들의 변위를 조절하기 위한 제어 신호들을 전송한다. 설명할 바와 같이, 이는 펌프 모듈들의 작동 챔버들 내외로의 유체 흐름을 조절하는 전자 제어 밸브들에 능동 제어 신호들을 송신함으로써 달성될 수 있다.
따라서, 제어기는 아래에서 더 설명될 바와 같이 어느 펌프 모듈이 유압 회로부들의 어느 입력들에 연결되는지를 스위칭할 수 있고 각 개별 펌프 모듈의 순 변위를 조절할 수 있다.
펌프 모듈들은 통상적으로 각각 복수의 작동 챔버들, 예를 들어 위상이 360°/n씩 이격되는 n개의 작동 챔버들을 포함하며, 여기서 n은 2, 3 또는 4와 같은 정수이다. 분산 위상은 각 고압 매니폴드 내로의 유체의 비교적 매끄러운 출력을 제공한다. 작동 챔버들의 펌프 모듈들에의 할당은 통상적으로 고정되지만, 도관들을 통해 동일한 고압 매니폴드에 대한 펌프 모듈 내의 각 작동 챔버의 출력들의 연결에 의해 정의된다. 통상적으로, 동일한 펌프 모듈 내의 각 작동 챔버는 동일한 공유 고압 매니폴드에 고정적으로 연결된다. 개별 펌프 모듈을 형성하는 작동 챔버들은 다른 펌프 모듈들을 형성하는 작동 챔버들로부터 이산적일 필요가 없으며, 예를 들어 상이한 펌프 모듈들로부터의 작동 챔버들은 샤프트를 따라 개재될 수 있으며, 이는 예를 들어, 샤프트를 따라 토크를 분산시키는 데 유리할 수 있다.
각 펌프 모듈 내의 작동 챔버들의 개수는 동일할 필요가 없다. 작동 챔버들을 연결하여 펌프 모듈들을 형성하기 위한 하나의 접근 방식이 도 3에 도시되어 있으며, 도 3은 복수의 작동 챔버들을 갖는 펌프 하우징(68)에 피팅되기에 적합하게 펌프 종판(66)에 형성된 연결부들을 도시한다. 도 3은 부분 분해도이고, 점선은 매니폴드들의 중심선들을 나타낸다. 펌프 종판의 매니폴드들과 펌프 하우징은 정합한다. 매니폴드들(70A, 70B, 70C, 70D)을 갖는 도관들은 펌프 하우징을 통해 연장되고 복수의 작동 챔버들 각각의 고압 유출구들에 내부적으로 연결된다. 각 작동 챔버는 하나의 도관에 연결된다. 일례로, 제1 펌프 모듈은 펌프 하우징의 세 개의 인접한 보어들(74)의 그룹(72)으로 형성되고, 이들 작동 챔버들은 도관(70A)에 연결된다. 도관들은 보어들의 그룹으로부터 하우징을 통해 이의 축을 따라 연장되고, 도관의 포트가 종판 상의 정합 포트와 직접 정합되는 기계 하우징의 면과 교차한다. 종판 내에서, 개별 도관 매니폴드들(70A, 70B, 70C, 70D)은 제1, 제2 및 제3 펌프 모듈 유체 매니폴드들(76A, 76B, 76C)에 내부적으로 연결된다. 각 도관 포트는 하나의 펌프 모듈 유체 포트에 연결되지만, 펌프 모듈 유체 포트는 하나 이상의 도관 포트에 연결될 수 있다. 펌프 모듈 유체 매니폴드들은 분배 블록의 별개의 입력 매니폴드들에 연결되고, 이에 따라 개별 펌프 모듈들의 고압 매니폴드들(8A, 8B, 8C)로서 기능한다. 이에 따라, 펌프 모듈들은 각 펌프 모듈들로부터 규정된다. 이러한 예에서, 각 도관은 세 개의 작동 챔버들의 출력에 연결되고, 이에 따라 각 펌프 모듈은 세 개 중 다수의 작동 챔버들을 갖는다.
도 4는 펌프 모듈(4A)을 구현하는 전자 정류식 유압 기계(electronically commutated hydraulic machine, ECM)의 일부의 개략도이다. ECM은 실린더들의 내부 표면들에 의해 규정되는 작동 체적들(81), 및 회전 가능한 샤프트(83)로부터 편심 캠(84)에 의해 구동되고 실린더들의 작동 체적을 사이클로 변화시키도록 실린더들 내에서 왕복 운동하는 피스톤들(82)을 갖는 실린더들(80)을 갖는 복수의 작동 챔버들을 포함한다. 회전 가능한 샤프트는 구동 샤프트에 견고하게 연결되고 구동 샤프트와 함께 회전한다. 샤프트 위치 및/또는 속도 센서(85)는 샤프트의 순간 각도 위치 및/또는 회전 속도를 결정하고, 이를 신호 라인(86)을 통해 제어기(50)에 전송하며, 이는 기계 제어기가 각 실린더의 사이클들의 순간 위상을 결정할 수 있게 한다.
작동 챔버들은 각각 전자 작동식 면 밀봉 포핏 밸브들(87) 형태의 저압 밸브(Low Pressure Valve, LPV)들과 연관되며, 이 밸브들은 연관된 작동 챔버를 갖고 작동 챔버로부터 저압 유압유 매니폴드(88)로 연장되는 채널 - 이는 펌프 모듈 내의 하나 또는 여러 개의 작동 챔버, 또는 사실상 여기에 도시된 바와 같은 모든 작동 챔버들을 장치의 저압 유압유 매니폴드 및 탱크(42)에 연결할 수 있음 - 을 선택적으로 봉쇄하도록 작동가능하다. LPV들은 작동 챔버 내의 압력이 저압 유압유 매니폴드 내의 압력 이하일 때, 즉 흡입 행정 동안 수동적으로 개방되어 작동 챔버를 저압 유압유 매니폴드와 유체 연통시키지만, LPV 제어 라인들(89)을 통해 제어기의 능동 제어 하에서 선택적으로 폐쇄 가능하여 작동 챔버를 저압 유압유 매니폴드와 유체 연통 해제시킨다. 밸브들은 대안적으로 통상 폐쇄 밸브들일 수 있다.
작동 챔버들은 각각 압력 작동식 전달 밸브의 형태인 각 고압 밸브(High-Pressure Valve, HPV)(90)와 각각 추가 연관된다. HPV들은 자신들의 각 작동 챔버들로부터 외측으로 개방되고, 각각 작동 챔버로부터 고압 유압유 매니폴드(91) - 이 채널은 하나 또는 여러 개의 작동 챔버, 또는 사실상 도 2에 도시된 바와 같은 모든 작동 챔버들을 펌프 모듈의 고압 유압유 매니폴드(8A)에 연결할 수 있음 - 로 연장되는 각 채널을 봉쇄하도록 작동가능하다. HPV들은 통상 폐쇄 압력 개방 체크 밸브들로서 기능하며, 이들은 밸브에 걸친 압력차로 인해, 그리고 HPV 내의 편향 부재의 힘을 고려하여 수동적으로 개방된다. HPV들은 또한, 제어기가 해당 HPV가 연관된 작동 챔버 내의 압력에 의해 개방되면 HPV 제어 라인들(93)을 통해 선택적으로 개방된 상태로 유지할 수 있는 통상 폐쇄 솔레노이드 작동식 체크 밸브들로서 기능한다. 통상적으로, HPV는 고압 유압유 매니폴드 내의 압력에 대항하여 제어기에 의해 개방 가능하지 않다. HPV는 추가적으로, 고압 유압유 매니폴드 내에는 압력이 있지만 작동 챔버 내에는 압력이 없을 때 제어기의 제어 하에서 개방가능할 수 있거나, 또는 부분적으로 개방가능할 수 있다.
펌핑 모드에서, 제어기는 연관된 작동 챔버의 사이클에서 통상적으로 최대 체적의 지점 근처에서 LPV들 중 하나 이상을 능동적으로 폐쇄하여, 저압 유압유 매니폴드로의 경로를 폐쇄함으로써, 그리고 이에 의해 후속 수축 행정 시에 유압유를 연관된 HPV를 통해 외부로 지향시킴으로써(그러나, HPV를 능동적으로 개방된 상태로 유지하지 않음) 유압 펌프에 의한 작동 챔버로부터 고압 유압유 매니폴드로의 유압유의 순 변위율을 선택한다. 제어기는 선택된 순 변위율을 만족시키도록 흐름을 생성하거나 샤프트 토크 또는 동력을 생성하기 위한 LPV 폐쇄 및 HPV 개방의 횟수 및 시퀀스를 선택한다. 제어기에 의한 상기한 '선택'은 주기적으로, 또는 지속적으로 리프레시된다. 선택은 펌프 모듈들이 유압 회로부의 특정 부분에 할당되거나 이로부터 할당 해제될 때 리프레시되거나 업데이트된다.
일부 실시예들은 또한 다시 유압 회로부들로부터 수신되는 유압유를 모터링함으로써, 이로부터 에너지를 재생하고, 제동 토크를 인가하기 위해 예를 들어 액추에이터가 하강될 때 또는 휠 모터가 펌프로서 작동될 때 이를 기계적 에너지로 변환할 수 있는 펌프 모듈들을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 펌프 모듈들의 작동 챔버들은 또한 모터에 적응되며, 이 경우에 제어기는 LPV뿐만 아니라 HPV를 능동적으로 제어하고, 제어기가 유압 기계에 의해 고압 유압유 매니폴드를 통해 변위된 유압유의 순 변위율을 선택하고, 연관된 작동 챔버의 사이클에서의 최소 체적의 지점 직전에 LPV들 중 하나 이상을 능동적으로 폐쇄하여, 작동 챔버 내의 유압유가 수축 행정의 나머지에 의해 압축되게 하는 저압 유압 액체 매니폴드로의 경로를 폐쇄하는 모터링 동작 모드를 수행할 수 있다. 연관된 HPV는 이에 걸친 압력이 동일할 때 개방되고, 소량의 유압유가 유압 기계 제어기에 의해 개방된 상태로 유지되는 연관된 HPV를 통해 외부로 유도된다. 그 후, 제어기는 통상적으로 연관된 작동 챔버의 사이클에서의 최대 체적 근처까지, 연관된 HPV를 능동적으로 개방된 상태로 유지하여, 유압유를 고압 유압유 매니폴드로부터 작동 챔버로 들어가게 하고 회전 가능한 샤프트에 토크를 인가한다.
제어기는 LPV들을 사이클 단위로 폐쇄시킬지 또는 개방된 상태로 유지시킬지를 결정하는 것뿐만 아니라, 가변 작동 챔버 체적에 대해 HPV들의 폐쇄의 정확한 위상 조정을 변화시키도록, 그리고 이에 의해 고압으로부터 저압 유압유 매니폴드로의 또는 그 역으로의 유압유의 순 변위율을 선택하도록 작동 가능하다.
매니폴드들(86, 92) 상의 화살표들은 모터링 모드에서의 유압유 흐름을 나타내며; 펌핑 모드에서 흐름은 역전된다. 방압 밸브(94)는 유압 기계를 손상으로부터 보호할 수 있다.
실제로, 공통 샤프트, 및 제어 신호들을 펌프 모듈들 각각의 각 작동 챔버와 연관된 밸브들로 전송할 수 있는 단일 제어기에 의해 연결되는 도 4에 도시된 것과 같은 다수의 펌프 모듈들이 있다. 펌프 모듈 내의 작동 챔버들은 샤프트 주위에 균일하게 이격될 필요는 없고, 샤프트를 따라 하중을 분산시키기 위해 통상적으로 서로 인터리빙된다.
각 펌프 모듈을 구성하는 작동 챔버들은 고정되지만, 유압 회로부에 흐름을 제공하는 펌프 모듈들은 전환 밸브들을 사용하여 동적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 한 때에, 제1 유압 회로부에 연결된 4개의 펌프 모듈들 및 제2 유압 회로부에 연결된 4개의 펌프 모듈들이 있을 수 있다. 또 다른 때에, 제1 유압 회로부에 연결된 6개의 펌프 모듈들 및 제2 유압 회로부에 연결된 2개의 펌프 모듈들이 있을 수 있다.
도 5는 제어기(50)의 개략도이다. 제어기는 펌프 모듈들 및 어느 작동 챔버들이 어느 펌프 모듈들과 고정적으로 연관되는지의 데이터베이스(104) 및 어느 펌프 모듈들이 현재 어느 유입 회로부에 연결되어 있는지의 데이터베이스(106)를 저장하는 메모리(102)와 전자 통신하는 프로세서 회로(100)를 포함한다. 제어기는 신호 라인(86)을 통해 제1 및 제2 유압 회로부들 각각에 의한 작동 유체에 대한 요구를 나타내는 요구 신호들(108) 및 샤프트 위치 및/또는 속도 신호를 수신한다. 요구 신호(108)는 단순 압력 신호일 수 있지만, 대안적인 실시예로서 요구 신호는 전자 조이스틱 위치 신호의 형태일 수 있는 반면, 추가적인 압력 신호는 제어기에 입력으로서 제공된다. 제어기로부터의 출력은 (LPV들 및, 필요하다면, HPV들을 제어하기 위한) 작동 챔버 밸브 제어 라인들(89, 93), 및 분배 블록들 내의 전환 밸브들(52, 54)을 작동시키는 밸브 스위칭 제어 라인들(110)을 포함한다.
요구 신호들은 예를 들어, 각 유압 회로에 대한 유압 입력에서의 압력의 측정과 같이 비교적 간단할 수 있거나, 또는 예를 들어, 각 유압 회로들의 압력 및 흐름 요건들 둘 다를 나타내는 신호들과 같이 보다 복잡할 수 있다. 제어기는 개별 액추에이터들에 의한 또는 수동 제어부들을 통한 장치의 조작자로부터의 요구를 나타내는 신호들을 수신할 수 있다. 이러한 후자의 접근법은 기존의 유압 장치와의 호환을 가능하게 한다.
동작 동안, 제어기는 디폴트 구성으로부터 시작하여, 어느 펌프 모듈들이 어느 유압 회로부에 연결되는지의 데이터베이스를 유지한다. 제어기는 또한 각 유압 부분에 연결된 펌프 모듈들에 의한 각 유압 회로부로의 유압유의 전달 체적과 유압유의 요구 체적 간의 차이의 누산자들(112)(제어기에 저장되는 내부 변수들)을 유지한다. 회전 가능한 샤프트가 회전함에 따라, 다양한 작동 챔버들에 대해 상이한 시간들(샤프트 위치들)에서 결정 지점들에 도달한다. 소정의 작동 챔버에 대한 결정 지점에서, 제어기는 작동 챔버가 어느 유압 회로 모듈에 연결되는지를 결정하고(펌프 모듈들 및 어느 작동 챔버들이 어느 펌프 모듈들과 고정적으로 연관되는지의 데이터베이스(104) 및 어느 펌프 모듈들이 현재 어느 유입 회로부에 연결되어 있는지의 데이터베이스(106)에 질의할 것을 요구함), 그 후 제어기는 그 회로부에 대한 수신된 요구에 따라 작동 챔버가 연결된 유압 회로부의 누산자를 업데이트한다. 그 후, 제어기는 누산자 값을 임계치와 비교하고, 누산된 요구가 임계치를 초과하는 경우, 이는 작동 챔버가 작동 유체의 순 변위를 만드는 활성 사이클을 작동 챔버가 수행하게 하기 위한 밸브 제어 신호들의 전송을 스케줄링하고 작동 유체의 순 변위를 누산자에 의해 저장된 값으로부터 감산한다. 그렇지 않으면, 제어기는 작동 챔버가 작동 유체의 순 변위를 만들지 않는 비활성 사이클을 작동 챔버가 수행하게 하고(예를 들어, 제어기는 작동 챔버 체적의 사이클 전체에 걸쳐 LPV를 개방된 상태로 유지시키기 위한 신호를 작동 챔버의 LPV에 전송할 수 있음) 누산자는 수정되지 않는다. 이러한 방식으로, 제어기는 작동 챔버가 연결되는 유압 회로부로부터의 요구에 따라 활성 사이클들을 실행할지 여부에 관해 각 작동 챔버에 대해 결정한다. 누산자들 및 요구 신호들은 임의의 편의적 유닛들을 사용할 수 있다. 하나의 알려져 있는 예에서, 요구는 회전 샤프트의 회전당 최대 가능한 변위의 분율인 "변위 분율"로서 표현되며, Fd로서 지칭된다. 목표 흐름량은 체적면에서, 회전 샤프트의 Fd와 회전 속도의 곱이다.
때때로, 제어기는 유압유에 대한 변화하는 요구를 충족시키기 위해 펌프 모듈을 하나의 유압 회로 모듈로부터 또 다른 유압 회로 모듈로 재할당할 필요가 있다고 결정할 것이다. 이 경우에, 제어기는 펌프 모듈의 고압 매니폴드를 하나의 유압 회로 모듈로부터 또 다른 유압 회로 모듈(두 개의 유압 회로 모듈들을 갖는 실시예에서 다른 유압 회로 모듈)로 스위칭하기 위한 제어 신호를 분배 모듈 내의 관련 밸브들로 전송하고, 이는 어느 펌프 모듈들이 현재 어느 유압 회로 모듈들에 연결되어 있는지의 데이터베이스(106)를 업데이트한다. 이에 따라, 추후에, 하나의 유압 회로 모듈에의 할당으로부터 또 다른 유압 회로 모듈에의 할당으로 스위칭된 펌프 모듈의 각 작동 챔버에 대한 결정 지점에 도달할 때, 제어기는 새로운 유압 회로 모듈의 변위 누산자의 값을 판독하고, 이에 따라 새로운 유압 회로 모듈에 의한 유압유에 대한 요구를 판독한다.
펌프 모듈을 재할당하도록 선택되는 순간이 중요하고, 그 순간은 하나 이상의 작동 챔버의 사이클의 타이밍과 관련하여 대응하는 챔버들로부터 발생하는 맥동/파동을 최소화하도록 선택될 수 있다. 연결된 작동 챔버들로부터 발생하는 흐름의 예측은 특히 재할당을 수행하기 위한 순간을 선택하기 위해 이러한 할당 프로세스 동안 사용될 수 있다. 재할당은 추후 얼마간 흐름 제공, 또는 간단하게 흐름량을 증가시키기 수행될 수 있다.
특히, 제어기는 상당히 상이한 압력 및 흐름량을 갖는 유압유를 동시에 각 유압 회로부에 전달할 수 있다. 간단한 예에서, 유압 회로부에 대한 입력에서의 압력이 측정되고, 각 유압 회로부에 대한 누산자는 측정된 압력과 설정점 압력 사이의 오차에 비례하여 시간에 따라 증분된다. 오차는 또한 시간에 걸쳐 적분되고 누산자에 추가될 수 있다. 압력 설정점들은 각 유압 회로부에 대해 상이할 수 있고, 액추에이터들 상의 부하들, 또는 비례 밸브 위치들에 응답하여 빠르게 변화될 수 있다. 예를 들어, 압력 설정점의 상당한 증가에 응답하여, 각 할당된 작동 챔버는 수정된 압력 설정점들이 얻어질 때까지 활성 사이클을 수행할 수 있다. 또한, 액추에이터가 흡수하고 있는 흐름의 양을 증가시키는 경우, 많은 작동 챔버들은 압력 설정점을 유지하기 위해 활성 사이클들을 거칠 필요가 있을 것이다. 또한, 각 유압 회로부에 연결되는 작동 챔버들이 동일한 샤프트를 통해 동일한 엔진에 의해 구동되지만, 펌프 모듈들에 의해 각 유압 회로부에 연결되는 작동 유체의 순 변위는 완전히 독립적임에 따라 유압 회로부들은 매우 상이한 체적의 유압유를 수신할 수 있다.
제어기는 여기서 단일 프로세서에 의해 구현되는 것으로서 제시되지만, 당업자는 제어기의 기능이 복수의 프로세서들 및/또는 회로들 사이에서 쉽게 분산될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 이점들은 도 6a 내지 도 6c로부터 알 수 있다. 도 6a는 액추에이터들의 각 그룹들을 갖는 제1 및 제2 유압 회로부들을 구동하는 탠덤 펌프들을 갖는 굴착기와 같은 종래의 유압 기계의 동작을 도시하며, 제어 밸브 블록이 흐름이 조합되지 않고 비교적 낮은 요구 레벨에 있는 동안, 탠덤 펌프들로부터의 흐름의 선택적인 조합을 허용한다. x축은 흐름률을 나타내고, 요구되는 흐름량을 전달하기 위한 펌프 모듈들의 수에 관하여 번호가 매겨진다. 즉, x축 상의 3과 4 사이의 요구되는 흐름량은 (3을 약간 초과하는 요구량에 대해서도) 4개 이상의 펌프 모듈들을 필요로 할 것이다. 이 경우, 각 펌프 모듈은 동일한 수의 작동 챔버(n)를 가지며, 각 작동 챔버는 동일한 용량이고, 이에 따라 m개의 펌프 모듈은 m x n개의 작동 챔버의 최대 흐름 출력을 전달하는 것으로 가정정다. Qmax1은 하나의 펌프(4개의 펌프 모듈에 해당)의 작동 챔버들을 사용하여 전달될 수 있는 최대 흐름량이고, Qmax2는 두 개의 펌프들(8개의 펌프 모듈에 해당)의 작동 챔버들을 사용하여 전달될 수 있는 최대 흐름량이다. y축은 압력을 나타낸다. 부분(112)의 면적은 흐름량(Q요구1) 및 출력 압력(P1)에서의 제1 유압 회로부에 대한 동력 출력(압력 x 흐름량)을 나타낸다. 부분(114)의 면적은 흐름량(Q요구1)보다 큰 흐름량(Q요구2) 및 P1보다 낮은 출력 압력(P2)에서의 제2 유압 회로부에 대한 동력 출력을 나타낸다. 유사한 총 동력 출력들이 유압 회로부들에 제공되지만, 상당히 상이한 압력 및 흐름량 특성들을 갖는다.
도 6b를 참조하면, 종래의 굴착기 회로에서, 하나의 유압 회로부가 하나의 펌프(Qmax1)로 충족될 수 있는 것보다 더 큰 유압유 흐름량을 필요로 할 때, 제어 밸브 블록은 펌프들 둘 다로부터의 흐름을 조합하여 흐름 요건을 충족할 수 있지만, 이는 동력 출력이 더 높은 압력 요건(P1)과 총 흐름 요건의 곱에 의해 결정된다는 것을 의미한다. 이에 따라, 요구되는 압력과 제1 유압 회로부(112)의 흐름 요건의 곱과 동일한 동력 요건, 그리고 또한 요구되는 압력곱과 제2 유압 회로부(114)의 흐름 요건의 곱 대신에, 부분(116)으로 표현되는 동력이 낭비된다. 실제로, 이는 유체 흐름을 스로틀링함으로써 소산된다. 이는 하나의 유압 회로부가 고압의 저흐름을 요구하고 다른 유압 회로부가 저압의 고흐름을 요구할 때 종래의 굴착기 배열이 비효율적이라는 것을 실증한다.
도 6c는 본 발명을 사용하여 달성될 수 있는 것을 나타낸다. 이러한 예에서, 제2 유압 회로부는 비교적 낮은 압력(P2)에서 8개의 이용 가능한 펌프 모듈 중 6개를 필요로 하는 흐름 요건을 갖고, 제1 유압 회로부는 비교적 높은 압력(P1)이긴 하지만 8개의 이용 가능한 펌프 모듈 중 단일 펌프 모듈에 의해 충족될 수 있는 흐름 요건을 갖는다. 제어기는 펌프 모듈들 중 6개를 제2 유압 회로부로 스위칭해, 단지 1개의 펌프 모듈만을 제1 유압 회로부에 할당하고, 이에 따라 부분(116)으로 표현되는 에너지 낭비 없이 적절한 흐름 요건(112)을 제1 유압 회로부에 전달하고 적절한 흐름 요건(114)을 제2 유압 회로부에 전달할 수 있다. 따라서, 본 발명은 제1 및 제2 유압 회로부들의 요건들을 효율적으로 충족시키는 방법을 제공한다.
제어기는 각 유압 회로부들에 연결되는 펌프 모듈(들) 내의 작동 챔버들의 작동 유체의 순 변위를 결정하고 또한 펌프 모듈들을 하나의 유압 회로부로부터 다른 유압 회로부로 스위칭할 때를 결정하기 위해 다양한 유압 회로부들로부터의 요구 신호들을 사용한다. 요구 신호들은 변위의 피드백 제어에 사용될 수 있다. 예를 들어, 요구 신호들은 유압 회로부에서의(유압 회로부에 대한 입력의 일부 또는 전부에서, 액추에이터로 연장되는 도관에서, 또는 유압 회로부의 탱크로의 출력에서, 예를 들어, 유압 회로부의 출력에서 스로틀(오리피스)에 걸친) 압력의 측정치, 그리고 또한 조이스틱 위치 신호와 같은 수동 제어부들로부터의 신호들을 포함하거나 이로부터 결정될 수 있다. 요구 신호들은 피드포워드 제어에 사용될 수 있다. 예를 들어, 요구 신호는 사용자 인터페이스(예를 들어, 조이스틱 위치와 같은 수동으로 작동 가능한 제어부), 또는 (예를 들어, 장치의 현재 또는 계획된 활동들에 응답하여) 제어기에 의해 계산되는 요구 또는 유압 회로부들 내의 스풀 밸브 커맨드들로부터 유도되는 요구(예를 들어, 파일럿 밸브 압력들) 및/또는 비례 밸브들의 위치로부터 결정될 수 있다.
대체로 재설계된 응용예에서, 제1 및 제2 유압 회로부들에 할당된 액추에이터들은 요구되는 바에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어 제1 부분은 스윙 모터, 디퍼 일차 액추에이터, 붐 이차 액추에이터를 가질 수 있고, 제2 부분은 디퍼 이차, 붐 일차, 버킷, 및 다른 이동면을 가질 수 있다.
본 발명이 기존의 장치에 장착되는 대체로 종래의 응용예에서는, 액추에이터들이 이미 유압 회로부들에 할당되어 있다.
도 7은 제3 유압 회로부(120)가 있는 대안적인 시스템 아키텍처의 개략도이다. 제3 유압 회로부는 유압 슬루 드라이브(122)(이는 예를 들어, 굴삭기에서 차체의 슬루를 제어할 수 있음)를 포함한다. 추가 분배 블록(124)은 펌프 모듈들 중 네 개(즉, 단지 일부)의 고압 매니폴드들(8C, 8D, 8E, 8F)과 통신하고, 메인 분배 블록(10)과 같이, 이는 펌프 모듈들을 각 유압 회로부 입력(126)(제3 유압 회로부에 대한 입력)으로 스위칭하도록 제어기에 의해 제어가능한 밸브들을 포함한다. 이러한 제3 입력은 장치가 요구되는 바에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 슬루하게 하기 위해 유체 흐름을 조절하는 슬루 방향 밸브 블록(128)을 통해 슬루 드라이브에 연결된다. 추가 분배 블록의 스위칭가능한 밸브들은 제3 유압 회로부에 연결가능한 펌프 모듈들(4C, 4D, 4E, 4F)이 언제든 세 개의 유압 회로부들 중 단지 하나에 연결되도록 메인 분배 블록(10)의 스위칭가능한 밸브들과 협력하여 제어기에 의해 제어된다. 이에 따라, 펌프 모듈들(4A, 4B, 4G 및 4H)의 출력은 제1 또는 제2 유압 회로부들로 전환될 수 있고, 펌프 모듈들(4C, 4D, 4E 및 4F)의 출력은 제1, 제2, 또는 제3 유압 회로부들로 전환될 수 있다. 제어기는 이에 의해 요구를 충족시키도록 작동 유체의 변위를 제3 유압 회로부에 적응시키기 위해 제3 유압 회로부에 대한 요구 신호를 수신하고 이에 대한 누산자를 유지한다. 추가 분배 블록은 메인 분배 블록과 통합될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유압 회로부들 내에서, 바이패스 밸브들(통상적으로 스풀 밸브들)(32 및 40)은 메인 밸브 제어 블록들 내의 비례 밸브들을 바이패스하여, 유압유를 직접 특정 액추에이터들(붐 바이패스 밸브(32)의 경우 붐 및 디퍼 바이패스 밸브(40)의 경우 디퍼)로 선택적으로 라우팅하도록 제공될 수 있다. 이는 특히 높은 체적 흐름률의 유압유를 소비할 수 있는 (붐 또는 디퍼 기능부와 같은) 액추에이터들에 대해, 비례 밸브는 스로틀링을 통한 에너지의 과도한 손실을 초래할 수 있거나 충분한 유압유가 이러한 기능부들에 공급되는 것도 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. 이는 특히 본 발명을 기존의 굴착기 장치 - 이에 의해 일차 스풀이 너무 많은 전력을 스로틀링할 것이고, 압력 강하가 너무 높을 수 있음 - 에 피팅할 때 유용하다. 기존의 굴착기 장치는 일차 및 이차 스풀을 통해 일부 액추에이터들을 서비스할 것이다. 본 발명을 (예를 들어, 굴착기에) 장착하기 위해, 액추에이터들에 대한 이차 스풀은 차단될 것이다. (본 발명이 새로 장착되기보다는 제조 동안에 설계되는 경우, 이는 바이패스 스풀을 필요로 하지 않고, 단지 하나의 보다 고용량 스풀을 가질 수 있다.
따라서, 도 7의 실시예에서, 슬루 회로는 (종래의 굴착기에서 통상적인 바와 같이) 하나 이상의 펌프 모듈에 이들 사이에 임의의 비례 밸브 없이 직접 연결될 수 있다. 또한, 슬루 액추에이터들에 연결되는 펌프 모듈들은 단지 슬루 기능에 관한 요구 신호에 기초하여 정확하게 제어될 수 있다. 이러한 배열은 (비례 밸브들을 생략하고 스로틀링을 감소시키거나 회피하므로) 에너지 효율적이고 (슬루 액추에이터들과 직접 유체 연통하는 각 펌프 모듈들의 작동 챔버들이 변위 제어 모드에서 작동됨에 따라) 액추에이터 움직임의 미세 제어를 허용한다.
당업자는 제3 유압 회로부 및 임의의 다른 추가 유압 회로부가 펌프 모듈들의 임의의 서브세트에, 또는 전부에도 연결될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 모든 펌프 모듈들을 특정 액추에이터에 할당하기 위한 해당 액추에이터에 대한 최대 흐름 요건들로 인해 의미가 없을 수 있다.
도 1 및 도 2의 실시예에서, 펌프 모듈들의 제1 및 제2 유압 회로부들에의 256 개의 가능한 조합의 연결(이들 중 254개는 유압 회로부들 둘 다에 적어도 일부 흐름을 제공한다)이 존재하지만, 펌프 모듈들이 모두 동일한 용량을 갖는 경우, 얼마나 많은 펌프 모듈이 각 유압 회로부에 할당되는지에 관해 사실상 9개의 상이한 선택들이 존재한다.
일부 실시예들에서, 펌프 모듈들 중 하나 이상은 회로부들 중 하나에 고정적으로 연결되고, 각 유체 흐름은 분배 밸브를 통과하지 않는다. 고정된 할당 펌프 모듈들의 작동 챔버들은 동일한 회로부에 현재 연결되어 있는 임의의 다른 펌프 모듈들의 작동 챔버들과 함께, 해당 회로부의 유압유에 대한 요구를 함께 충족시키도록 항상 제어된다.
일례로, 8개의 펌프 모듈들은 다음과 같이 연결될 수 있다:
펌프 모듈 1: 단지 회로부 1
펌프 모듈 2: 단지 회로부 1
펌프 모듈 3: 단지 회로부 2
펌프 모듈 4: 단지 회로부 2
펌프 모듈 5: 회로부 1 또는 2
펌프 모듈 6: 회로부 1 또는 2
펌프 모듈 7: 회로부 2 또는 3(이는 예를 들어, 스윙 또는 슬루 회로일 수 있음)
펌프 모듈 8: 회로부 2 또는 3(이는 예를 들어, 스윙 또는 슬루 회로일 수 있음)
이 경우, 회로부(1)는 최대 5개의 펌프 모듈들의 출력을 수신할 수 있고; 회로부(2)는 또한 최대 5개의 펌프 모듈들의 출력을 수신할 수 있으며, 회로부(3)는 최대 2개의 펌프 모듈들에 대한 출력을 수신할 수 있다. 특정 유압 회로부들에 고정적으로 연결/할당되는 다수의 펌프 모듈들의 포함은 복잡성 및 비용을 감소시킬 수 있지만, 이는 또한 유연성을 감소시키기도 한다.
도 9는 하나의 유압 회로부로부터 또 다른 유압 회로부로의 펌프 모듈들의 전환을 조절하기 위해 제어기에 의해 수행되는 작동 절차의 흐름도이다. 진행 중에, 제어기는 제1 유압 회로부(150A) 및 제2 유압 회로부(150B)에 의해 요구되는 흐름을 모니터링한다. 그 후, 제어기는 제1 및 제2 유압 회로부들에 필요한 유체 흐름을 공급하는 데 요구되는 작동 챔버들/PCU들의 수를 주기적으로 계산한다(152A, 152B). 그 후, 제어기는 데이터베이스들(104, 106)을 참조하여, 각 유압 회로부에 현재 연결되어 있는 펌프 모듈들의 일부인 작동 챔버들이 필요한 흐름을 제공하기에 충분한지 여부 그리고 그것들이 재분배되어야 하는지 여부를 결정한다. 할당을 변경할 필요가 없다면, 절차는 처음부터 다시 계속된다. 그렇지 않다면, 제어기는 하나 이상의 펌프 모듈이 재할당되어야 한다고 결정하고(154), 어느 펌프 모듈 또는 모듈들이 재할당되어야 하는지를 결정하며(156), 그 후 어느 펌프 모듈들이 어느 유압 회로부들에 할당되는지의 데이터베이스(106)를 업데이트하고 변화를 구현하기 위한 밸브 제어 신호들을 전환 밸브들(52, 54)에 송신한다(158). 이러한 전환 절차에 관한 세부 사항들은 아래에서 추가로 설명된다. 개별 작동 챔버들이 활성 사이클들을 수행하게 할지 여부에 관한 결정 지점들이 추후에 도달될 때, 제어기는 각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 활성 또는 비활성 사이클을 거쳐야 하는지 여부를 결정할 때 관련 작동 챔버들이 연결되는 유압 회로부에 대한 요구 및 요구 누산자를 자동으로 고려할 것이다.
제어기는 또한 개별 펌프 모듈들의 토크, 흐름 또는 동력 출력에 대한 한계들을 고려하고, 이들은 펌프 모듈들이 하나의 유압 회로부로부터 또 다른 유압 회로부로 재할당됨에 따라 동적으로 변화된다.
모든 유압 회로부들에 의한 유체에 대한 총 요구가 유압 기계의 전체 용량 내에 있을 때, 펌프 모듈들은 각 유압 회로부에 할당된 작동 챔버들의 총 수가 요구되는 바에 따라 잘라 올림(rounding up)하여 요구되는 변위를 공급하도록 유압 회로부들에 할당될 수 있다. 그러나, 각 유압 회로부에 의한 유체에 대한 총 요구가 각 펌프 모듈 내의 작동 챔버들의 수를 감안하여 유압 기계의 전체 용량을 초과하는 경우 - 또는 충족될 수 없는 경우, 제어기는 대안적인 전략을 채용한다.
하나의 전략에서, 과부하 기준이 충족될 때, 제어기는 제1 유압 회로부에 이용가능한 총 수의 절반 및 제2 유압 회로부에 이용가능한 총 수의 절반과 동일한 작동 챔버들을 갖는 펌프 모듈들을 할당한다. 대안적으로, 하나의 유압 회로부는 우선 처리될 수 있고 요구를 충족시키기에 충분한 작업 챔버들이 할당될 수 있는 한편, 또 다른 유압 회로부에는 잠재적인 합산 변위가 요구를 충족시키기에 불충분한 작업 챔버들의 나머지가 할당된다. 예를 들어, 스티어링 액추에이터들을 포함하는 유압 회로부를 우선 처리하기로 결정될 수 있다. 가능한 한 즉각적인 요구가 주어질 경우 제어기가 복귀하는 유압 회로부들에 펌핑 모듈을 할당하는 디폴트 상태가 있을 수 있다.
예를 들어, 각 유압 회로부에는 요구되는 바에 따라 라운딩 없이, 총 전류 또는 시간 평균된 또는 예측되는 변위 요구의 분율로서 이의 현재 또는 시간 평균된 또는 예측되는 변위 요구와 동일한 작동 챔버들의 비율이 할당될 수 있다.
펌프 모듈이 하나의 유압 회로부로부터 또 다른 유압 회로부로 재할당되는 것으로 결정될 때, 재할당될 펌프 모듈(들)은 다음 중 하나 이상을 고려하여 선택될 수 있다:
- 특정 펌프 모듈들 또는 특정 수의 펌프 모듈들이 공통되는 것이 바람직함, 또는
- 특정 펌프 모듈 또는 펌프 모듈들이 하나 이상의 유압 회로부에 유체를 공급하는 것으로부터 배제되는 것이 바람직하거나, 배제되어야 함, 또는
- 유압유의 원활한 흐름을 보장하는 것/흐름 리플을 감소시키는 것(그리고 이에 따라, 특정 유압 회로 모듈에 연결되는 경우, 어느 펌프 모듈이 전이 동안 가장 원활한 흐름을 제공하는지를 고려하는 것), (마모를 최소화하기 위해) 전환 밸브 스위칭 이벤트들의 횟수를 최소화하는 것, 상이한 펌프 모듈들, 스위칭가능한 밸브들 등 사이에서 사용(그리고 이에 따라 마모)을 분배하는 것과 같은 요건. 이는 일차적 요건일 수 있다.
일부 실시예들에서, 펌프 모듈들은 (유압 회로부에 의한) 흐름 또는 변위 요구가 임계치를 초과할 때 재할당된다. 이는 특히 세 개 이상의 유압 회로부가 있는 경우에 유용하다. 예를 들어, 요구 신호가 목표 흐름률("흐름 도메인" 제어)을 나타낼 때, 유압 회로부에의 추가 펌프 모듈의 할당이 트리거될 수 있다(Q요구 > Qn-1(여기서, Q요구는 흐름 요구이고, Qn은 각 유압 회로부에 할당된 펌프 모듈들의 수('n')와 연관된 최대 흐름이다)). 이러한 제어 방법은 전위 변위 초과를 유지하는 것을 추구한다. 예를 들어, 흐름 요구(Q요구)가 65리터/분(LPM)이고 n = 2(여기서, 하나의 펌프 모듈의 최대 흐름이 60LPM)라면, Qn-1은 60이고, 식의 조건이 충족되므로, 개수 n은 증가되어야 한다. 이러한 예에서, 펌프 모듈이 할당되어, 각 유압 회로부에 할당된 펌프 모듈들의 총 용량이 증가될 것이고, 방정식의 조건은 거짓일 것이다(65 < 120). 할당, 그리고 n의 값은 트리거 조건이 다시 참일 때까지 일정하게 유지될 것이다. 당업자는 식이 보다 보수적으로(예를 들어, Q요구 > Qn-1.5) 또는 덜 보수적으로(Q요구 > Qn-0.5) 쉽게 변경될 수 있음을 알 수 있다. 후자는 유압 회로부에 의한 요구되는 변위가 물론 각 연결 회로 출력에 연결된 펌프 모듈들로부터 이용가능한 것을 초과할 수 있는 위험을 수반한다.
대안적으로, 흐름 도메인에서 트리거를 제공하는 대신에, 변위 분율(Fd, 회전가능한 샤프트의 회전당 최대 가능한 변위의 분율)의 관점에서 요구가 시그널링될 수 있다. 소정의 유압 회로부에 대한 요구 변위 분율이 최대 이용가능한 변위 분율에 접근함에 따라, 또 다른 펌프 모듈이 각 유압 회로부에 할당되어야 한다. 추가적인 펌프 모듈의 할당을 트리거하는 임계 요구는 각 유압 회로부에 현재 할당되어 있는 펌프 모듈들과 연관된 최대 변위의 미리 결정된 분율일 수 있다. 예를 들어, 0.9의 임계치에 대해, 변위 요구가 유압 회로부에 연결된 펌프 모듈들의 작동 챔버들에 의해 최대 변위의 0.9 미만으로부터 0.9 초과로 전이될 때, 추가적인 펌프 모듈이 할당되고 그룹에 합류될 것이다. 이는 유압 회로부의 총 이용 가능한 변위가 변경되었기 때문에, 각 펌프 모듈 그룹 내의 작동 챔버들에 명령하는 Fd의 변경을 트리거할 것이다.
펌프 모듈들의 그룹은 사용을 위한 할당을 위해 모듈들이 선택되는 '풀(pool)'로서 존재할 수 있다. 이에 따라, 요구에 대한 잉여 펌프 모듈들은 선택 해제/할당 해제된다.
(유압 연결 회로의) 스위칭가능한 밸브들의 물리적 상태는 펌프 모듈이 유압 회로부에 연결되고, 각 작동 챔버들이 유휴 모드에서 작동하는 경우, 어떠한 가압된 유체도 고압 갤러리 및 각 작동 챔버들로 또는 이들로부터 전달되지 않는다는 것을 의미할 수 있다. 이에 따라, 제어기는 이러한 펌프 모듈을 '할당 해제되고' 이에 따라 연결되는 유압 회로부에 대한 요구를 충족시키는 데 기여하지 못하는 것으로서 간주할 수 있다. 동일한 물리적 밸브 스위칭 상태에서, 펌프 모듈은 (각 작동 챔버들의 모드에 관계 없이) '할당'된다고 할 수 있다.
하나의 유압 회로부로부터 또 다른 유압 회로부로의 펌프 모듈의 재할당은 현재 요구(예를 들어, 흐름 요구) 또는 요구의 추정 또는 예측에 기초하여 결정될 수 있다. 제어기는 그것이 공통 작업들, 예를 들어, 굴착, 리프팅, 회전 및 그 후 낙하를 수행하는 동안 요구의 추후 증가 또는 감소를 예측할 수 있으며, 예를 들어, 이들은 표준 또는 반복 요구 사이클(예를 들어, 굴착기의 다양한 액추에이터의들 움직임의 공통 시퀀스)을 검출할 수 있다. 제어기는 요구의 특정 경사를 측정할 수 있다. 이에 응답하여, 제어기는 요구 발생에 앞서, 예측되는 추후 요구에 기초하여 하나 이상의 펌프 모듈을 하나의 유압 회로부로부터 또 다른 유압 회로부로 재할당할 수 있다. 제어기는 요구 신호의 통상적인 상승률 또는 경사를 고려할 수 있다. 제어기는 또한 센서들(예를 들어, 가속도계들, 진동 센서들, 틸트 센서들)로부터의 데이터를 고려할 수 있으며, 예를 들어, 디바이스가 경사 상에 있거나, 이동하거나, 또는 이동하지 않는 것이 검출될 수 있다.
임의의 경우에, 히스테리시스가 제공될 수 있어서, 유압 회로부에 연결된 다수의 펌프 모듈들 사이의 전이(할당, 또는 할당 해제)가 불필요하게 트리거되지 않는다. 불필요한 전이의 예는 (흐름 또는 변위) 임계 레벨 주위의 변위 요구의 일시적/동적 동요에 의해 야기되는 경우일 수 있으며, 이 경우 동요는 장기간의 추세 또는 정상 상태를 따르지 않는 것이다. 추가적인 펌프 모듈의 할당을 요구하기 위한 통상적인 트리거 레벨은 이러한 히스테리시스를 생성하기 위해 또 다른 유압 회로부에 연결하기 위해 펌프 모듈의 제거를 허용하기 위한 통상적인 트리거 레벨보다 높을 수 있다.
펌핑 모듈이 하나의 유압 회로부로부터 또 다른 유압 회로부로 스위칭될 때, 제어기가 작동 챔버 활성 사이클 할당 및 누산된 요구에 관한 데이터를 보정하는 것이 필요할 수 있다. 상기한 소정의 예에서, 누산자들은 유압 회로부에 의한 누산된 충족되지 않은 요구를 절대 단위들, 예를 들어 체적 흐름률의 단위들로 저장하기 위해 사용되고, 요구에 비례하여 증분되고 작동 챔버가 활성 사이클을 수행할 때 작동 챔버에 의해 변위되는 유체의 체적만큼 감분된다.
도 10은 펌프 모듈이 하나의 유압 회로부로부터 또 다른 유압 회로부로(유압 회로부(2)로부터 유압 회로부(1)로) 재할당될 때의 제어 스위칭 프로세스를 도시한다. 유압 회로부들(1 및 2)에 대한 요구 신호들(201, 202)은 흐름률에 관해 표현되고 시간에 따라 변한다. 이러한 예에서, 각 유압 회로부는 초기에 이에 할당된 동일한 수의 펌프 모듈을 가지며, 각 펌프 모듈은 동일한 수의 작동 챔버를 가지며, 작동 챔버들 각각은 동일한 용량을 가짐에 따라, 유압 회로부들(1 및 2) 각각에 전달될 수 있는 최대 흐름률(211, 212)은 초기에 서로 동일하다. 중간 및 하측 궤적들은 유압 회로부들 중 하나(예를 들어, 부분(2))에 초기에 연결되는 개별 펌프 모듈(예를 들어, 펌프 모듈(4A))에 대한 통상 개방 및 통상 폐쇄 밸브들(52, 54) 각각에 대한 밸브 제어 신호들(220, 230) 및 (개방되거나 폐쇄된) 밸브 위치들(222, 243)을 도시한다.
시간 'A'에서, 유압 회로부들 중 다른 하나(부분(1))에 대한 요구 신호는 임계치를 초과하고, 제어기는 유압 회로부(1)로의 최대 가능한 흐름을 증가시키기 위해 하나 이상의 펌프 모듈을 유압 회로부(2)로부터 유압 회로부(1)로 재할당하는 것을 결정한다. (일부 실시예들에서, 임계치 아래로 떨어지는 요구는 펌프 모듈의 유압 회로부로부터의 할당 해제를 트리거하여, 예를 들어, 유압 회로부들 사이에 균등하게 용량을 분배하기 위해 그것이 또 다른 유압 회로부에 재할당되게 할 수 있다.) 얼마나 많은 펌프 모듈들이 유압 회로(1)에 재할당되어야 하는지에 대한 결정은 요구 임계치들; 예를 들어, 스티어링 액추에이터들에 공급하는 유압 회로부의 흐름량을 우선 처리하는 우선 처리 로직의 적용을 고려하여, 유압 회로(2)가 하나 이상의 펌프 모듈 없이 이의 요구를 계속해서 충족시킬 수 있을지 여부를 고려할 수 있다.
제어기가 시간 A에서 하나 이상의 펌프 모듈이 유압 회로부(2)로부터 부분(1)으로 재할당되어야 한다고 결정하면, 시간 B에서, 제어기는 전환 밸브들(52, 54)에 커맨드들을 송신한다(커맨드들은 밸브를 개방 또는 폐쇄하기 위해 솔레노이드 전류를 시작하는 것 또는 통상 개방 밸브가 개방되거나 통상 폐쇄 밸브가 폐쇄되도록 허용하기 위해 솔레노이드 전류를 정지시키는 것을 포함할 수 있다). 전환 밸브들은 이동할 시간을 갖고 시간 C에서 자신들의 새로운 상태에 도달한다. 이 시간 동안, 제어기는 어느 펌프 모듈들이 어느 유압 회로부들에 할당되는지에 관한 데이터베이스(106)(도시되지 않음)를 업데이트했다. 이에 따라, 제어기는 작동 챔버 변위 결정을 할 때 펌프 모듈들 및 이에 따른 작동 챔버들의 유압 회로부로의 수정된 할당을 고려하기 시작할 것이다.
그럼에도 불구하고, 일부 실시예들에서, 전환 밸브에 커맨드들을 송시하는 것 사이의 시구간 동안, 제어기는 재할당되고 있는 펌프 모듈의 작동 챔버들이 작동 유체의 순 변위 없이 비활성 사이클들만을 시작하게 한다. 이는 스위칭 프로세스 동안 흐름을 최소화한다. 제어기는 결정이 이루어질 때, 시간 A로부터 스위칭되고 있는 펌프 모듈의 작동 챔버들이 비활성 사이클들만을 수행하게 하는 것일 수 있는데, 그 이유는 작동 챔버가 LPV의 폐쇄에 의해 활성 사이클을 수행하도록 커밋되면, 샤프트가 미리 결정된 각도만큼 회전될 때까지 정지될 수 없고, 전환 밸브들의 스위칭 동안 임의의 작동 챔버가 활성 사이클을 수행하는 것을 회피하는 것이 바람직하다면, 작동 챔버들이 현재 진행 중인 임의의 활성 사이클들을 완료하기 위한 시구간이 먼저 요구되기 때문이다. 제어기는 전환 밸브들을 활성화하기 전에 스위칭될 펌핑 모듈 내의 작동 챔버들이 특정 상태(위상)에 도달하기를 기다릴 수 있고/거나 펌핑 모듈로부터의 흐름이 특정 임계치 아래로 떨어지기를 기다릴 수 있다.
LPV들의 폐쇄 타이밍이 전환 밸브들의 이동 타이밍과 동기화되어, 전환 밸브들이 유압 회로부들 사이에 개별 작업 챔버를 포함하는 펌프 모듈들의 재연결을 완료할 때까지 작동 챔버 체적의 능동 사이클들을 지연시키는 것이 가능하다. 통상적으로, LPV 폐쇄는 전환 밸브들의 폐쇄의 개방보다 통상적으로 훨씬 더 빠르므로, 이는 변경되는 LPV 폐쇄된 타이밍이다.
또한, 제어기는 펌프 모듈의 고압 매니폴드 내의 압력을 의도적으로 증가시키기 위해, 예를 들어 펌프 모듈이 연결될 유압 회로부에 대한 분배 매니폴드/입력의 압력에 근접하거나 그 압력이 되기 위해 펌프 모듈을 하나의 유압 회로부로부터 또 다른 유압 회로부로 재할당하기 전에 작동 챔버 체적의 하나 이상의 능동 사이클을 수행하는 것이 가능하다. 이는 과도 압력 변동을 감소시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 전환 밸브의 전환은 스태거링되며, 즉 폐쇄로부터 개방으로 변경될 (도 8, 도 11에 도시된 바와 같은) 유닛으로서 밸브들의 쌍 내의 밸브는 그 쌍의 다른 밸브가 개방될 때까지 개방된 상태로 유지되고; 대안적으로, 개방으로부터 폐쇄로 변경될 밸브는 다른 밸브가 폐쇄될 때까지 개방된 채로 유지될 수 있다. 이는 유압 데드헤드의 위험을 감소시킨다.
상기한 예는 통상 개방 및 통상 폐쇄 포핏 밸브를 사용하지만, 다른 스위칭 메커니즘들이 채용될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 배열 대신에, 도 11의 배열은 이중 차단 밸브들의 쌍을 사용한다. 사실상, 도 8의 별개의 체크 밸브들이 전환 밸브들 내로 통합되었다. 별개의 체크 밸브들은 필요하지 않고, 이 경우 유압 회로부들 사이에서 펌프 모듈을 교대할 때 밸브들의 스태거링된 개방/폐쇄를 사용하는 것이 특히 중요하다.
도 12는 포핏 밸브들의 쌍(52, 54) 대신에 단일의 스위칭가능한 밸브(62)를 채용하는 것을 제외하고는 도 8의 배열에 대응하는 추가 전환 밸브 실시예를 도시한다. 스위칭가능한 밸브는 개별 펌프 모듈의 고압 매니폴드(8B)가 제1 분배 매니폴드(56) 그리고 이에 따라 제1 유압 회로부에 연결되는 제1 위치, 고압 매니폴드가 제2 분배 매니폴드에 그리고 이에 따라 제2 유압 회로부에 연결되는 제2 위치, 및 오리피스들을 통해 둘 다에 연결되는 중간 부분을 갖는다. 스풀 밸브는 제어기에 의해 제1 위치와 제2 위치 사이에서 스위칭되고, 단지 잠시 중간 위치를 통과한다. 고압 매니폴드는 일부 실시예들에서 중간 위치가 차단되지만 유압 데드헤드도 회피하지 않기보다는 양 분배 매니폴드들에 잠시 연결되는 것이 바람직하다. 스프링은 제1 유압 회로부에 대해 통상적으로 개방되고 제2 유압 회로부에 대해 통상적으로 폐쇄되도록 밸브를 편향시킨다. 이러한 스위칭 배열은 또한, 예를 들어, 적어도 도 7, 도 8, 도 11, 도 12, 및 도 13의 실시예들에 따라 제3 유압 회로부로 흐름을 전환하는 데 유용할 것이다.
또한, 밸브 위치에 따라 고압 매니폴드로부터 하나 또는 다른 유압 회로부로의 흐름을 허용하도록 개방 또는 폐쇄되는 유압 작동식 밸브들로의 파일럿 흐름을 스풀 밸브가 제어하는 상이한 흐름 구성들에 대응하는 다수의 위치들을 갖는 스풀 밸브를 사용하는 것이 가능할 것이다. 이에 따라, 펌핑 모듈들로부터의 흐름은 단일 스풀 밸브를 통과할 필요가 없다.
도 13은 솔레노이드에 의해 파일럿 작동되거나 구동될 수 있는 다중 위치 포핏 밸브(66)를 채용하는 대안적인 전환 유닛을 도시한다. 도 12의 밸브와 마찬가지로, 고압 매니폴드가 하나 또는 다른 분배 매니폴드(그리고 이에 의해 각 유압 회로부)에 연결되는 제1 및 제2 위치들을 갖는다. 고압 매니폴드가 양 분배 매니폴드들에 연결되지만 쓰로틀(그리고 통상적으로 또한 각 펌프 모듈의 고압 매니폴드로의 역류를 방지하기 위한 체크 밸브들)을 통해 연결되는 제1 위치와 제2 위치 사이의 중간 위치가 있다. 밸브는 제어기에 의해 제1 위치로부터 제2 위치로, 또는 그 반대로 스위칭될 때 중간 위치를 매우 짧게 통과한다.
도 14는 매니폴드들(56, 58, 250)을 통해 세 개의 상이한 유압 회로부들 사이에서 펌핑 모듈들의 스위칭을 가능하게 하고 이에 따라 도 7의 연결 회로에 대한 대안으로서 사용될 수 있는 연결 회로의 대안적인 구성의 개략도이다. 펌프 모듈들(4A - 4H)의 고압 매니폴드들(8A - 8H)은 제1 유압 회로부와 연통하는 제1 분배 매니폴드(56), 제2 유압 회로부와 연통하는 제2 분배 매니폴드(58), 제3 유압 회로부(이 예에서 도 7에 따른 슬루 기능을 위해 사용됨)와 연통하는 제3 분배 매니폴드(250) - 이들은 상술한 형태들 중 임의의 형태를 취할 수 있고 제어기의 제어 하에 있음 - 와, 또한 제어기의 제어 하에 있는 추가 전환 밸브(254) 사이에서 스위칭될 수 있다. 임의의 펌프 모듈은 제1 분배 매니폴드에 연결될 수 있다. 도시된 위치에 있는 추가 전환 밸브(254)에 의해, 펌프 모듈들(4C 내지 4H)은 각 펌프 모듈들과 연관된 밸브들(252)을 위치 2로 스위칭함으로써, 추가 전환 밸브의 상태와 무관하게 제2 분배 매니폴드에 항상 연결될 수 있다. 추가 전환이 도시된 상태에 있을 때, 이는 스위칭가능한 매니폴드부(256)를 제2 분배 매니폴드(58)에 연결한다. 이와 조합하여, 펌프들(4A 및 4B)은 (위치 2에서) 전환 밸브(252)를 통해 스위칭가능한 매니폴드부에 선택적으로 연결가능하고, 도시된 위치들에서 제2 분배 매니폴드에 연결되어, 제2 유압 회로부에 연결될 것이다. 추가 전환 밸브가 이의 대안적인 상태(도시되지 않음)로 스위칭될 때, 스위칭가능한 매니폴드부는 대신 제3 분배 부분에 연결된다. 이와 조합하여, 펌프(4A 및 4B)는 전환 밸브(252)의 적절한 구성을 갖는 제3 유압 회로부에(제3 분배부를 통해), 위치 2로 연결될 것이다. 이에 따라, 펌프 모듈(4A 및 4B)은 각 추가 전환 밸브들을 구동시키는 제어기에 의해 제2와 제3 유압 회로부 사이에서 동시에 스위칭될 수 있다. 대안적으로, 펌프 모듈들은 추가 전환 밸브의 위치에 따라 제1 유압 회로부 및 제2 또는 제3 유압 회로부로 또는 이들로부터 한 번에 하나씩 스위칭될 수 있다.
추가 전환 밸브는 제1 또는 제2 분배 매니폴드의 길이를 따라 상이한 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 이것이 위치(258)에 위치된다면, 이는 제1과 제3 유압 회로부들 사이에서 네 개의 펌프 모듈들까지 스위칭할 수 있다. 이것이 위치(260)에 위치된다면, 이는 제2와 제3 유압 회로부들 사이에서 일곱 개의 펌프 모듈들까지 스위칭할 수 있다.
도 15a와 관련하여, (유압 연결 회로/분배 밸브들의) 스위칭가능한 밸브들에 대한 편리한 위치는 유압 기계의 종판(66)이다. 이 경우에, 펌프들(4A 내지 4D)의 고압 매니폴드들(8A 내지 8D)로서 기능하는 유압 기계를 통하는 도관들은 종판에서의 링 도관(270)에 연결된다. 이러한 배열은 도관들이 종판의 평면에 직각으로 연장되므로 형성하기에 편리하다. 유압 기계로부터 제1 또는 제2 유압 회로부들로의 제1 및 제2 연결 회로 출력들(12, 14)은 각각 또한 링 도관의 반대 단부들로부터 연장된다. 제어기의 제어 하에서 이중 차단 밸브들(272A 내지 272F)은 선택적으로 폐쇄될 수 있다. 사용시, 두 개의 이중 차단 밸브들은 언제라도 폐쇄되어, 이에 의해 제1 및 제2 연결 회로 출력들 그리고 이에 따라 제1 유압 회로부와 제2 유압 회로부들과 그리고 선택된 펌프 모듈 고압 매니폴드와 연통하는 제1 및 제2 분배 매니폴드들을 형성한다. 이에 따라, 펌프 모듈들은 유압 회로부들 중 하나 또는 또 다른 하나에 선택적으로 연결될 수 있지만, 동일한 유압 회로부들에 연결된 다수의 펌프 모듈들은 링 도관의 원주 주위에 인접해야 한다는 제한이 있다. 부분들(274, 276)은 링 도관과 제1 및 제2 연결 회로 출력들 사이의 연결부들이지만, 또한 추가 펌핑 모듈의 고압 매니폴드로서 기능하는 유압 기계를 통한 도관들과도 연통할 수 있으며, 이 경우에, 나머지 펌핑 모듈들이 스위칭될 수 있지만 연결 회로 출력들 각각에 영구적으로 연결된 펌핑 모듈이 있다.
도 15b는 링 도관 대신에 네 개의 상이한 펌프 모듈들에 연결된 도관들과 연통하는 C형 도관(278)이 있는 대안예를 도시한다. 이중 차단 밸브들(272A, 272B, 272C) 중 임의의 하나는 폐쇄될 수 있어서, 모든 다른 밸브들은 개방된 상태로 유지되는 동안 세 개의 상이한 옵션들을 제공한다. 제1 옵션에서, 272A가 폐쇄된 상태에서, 고압 매니폴드(276)를 갖는 펌프 모듈은 제2 출력(14)에 연결되고, 고압 매니폴드들(8A, 8B, 274)을 갖는 펌프 모듈들은 제1 출력에 연결된다. 제2 옵션에서, 272B가 폐쇄된 상태에서, 고압 매니폴드(276)를 갖는 펌프 모듈 및 고압 매니폴드(8A)을 갖는 펌프 모듈들은 제1 매니폴드에 연결되고 고압 매니폴드들(8B 및 274)을 갖는 펌프 모듈들은 제1 출력에 연결된다. 제3 옵션에서, 272C가 폐쇄된 상태에서, 고압 매니폴드(276)를 갖는 펌프 모듈 및 고압 매니폴드(8A 및 8B)를 갖는 펌프 모듈들은 제1 매니폴드에 연결되고, 고압 매니폴드를 갖는(274) 펌프 모듈은 제1 출력에 연결된다. 제어기는 펌핑 모듈들을 재할당하기 위해 이중 차단 밸브들을 스위칭한다.
도 15a 및 도 15b의 실시예들에서, 제3 유압 회로부에 대한 제3 연결 회로 출력은 위치들(8A, 8B, 8C, 8D) 중 임의의 위치에서 연결될 수 있다.
도 16의 실시예에서, 제1 출력(12) 및 제1 유압 회로부 입력(16)으로 연장되는 제1 분배 매니폴드(56), 및 분배 블록의 제2 출력 및 제2 유압 회로부 입력(18)으로 연장되는 제2 분배 매니폴드(58)는 직렬로 연결된, 8개의 차단 밸브들(280)을 통해 함께 연결되며, 각 차단 밸브 사이에서 8개의 펌프 모듈들(4A 내지 4H)의 고압 매니폴드들(8A 내지 8H)로의 T개의 접합 연결부들이 있다. 제어기는 한 번에 하나의 차단 밸브를 선택하여 폐쇄함으로써, 선택된 차단 밸브에 따라 제1 및 제2 유압 회로부에의 할당 사이에 펌프 모듈들을 분할한다.
과압 이벤트의 경우에, 본 장치는 통상적으로 방압 밸브들을 포함한다. 펌프 모듈당 하나가 제공될 수 있지만, 도 17의 실시예에서, 네 개의 펌프 모듈들 각각의 고압 매니폴드는 체크 밸브(280)를 통해 단일의 방압 밸브(290)에 병렬로 연결된다. 체크 밸브들은 모두 방압 밸브의 상류에 있고, 방압 밸브 배후의 압력이 고압 매니폴드 압력보다 높은 경우에 흐름을 체크하는 기능을 수행한다. 도 17의 실시예는 분배 블록 내에 또는 분배 블록에 별개로 제공될 수 있다.
위에서 설명된 장치에서, 펌프 모듈들에 대한 경합 요건들로 인해 작동 유체에 대한 요구가 충족될 수 없는 후, 연결 회로 출력에(그리고 이에 의해 유압 회로부 및/또는 하나 이상의 액추에이터들의 그룹에) 연결된 펌프 모듈들이 그 요구를 충족시킬 수 없는 결과로서, 그리고 연결 회로 출력과 연관된 요구의 추가적인 증가로 인해, 또는 감소가 다른 경합 요구들일 때, 하나 이상의 추가적인 펌프 모듈이 동일한 연결 회로 출력으로 연결됨으로써, 연결 회로 출력에 대한 최대 변위를 증가시킬 때, 문제들이 발생할 수 있다. 이러한 추가 용량이 이용가능하게 될 때, 연결 회로 출력(그리고 이;에 의해 유압 회로부 및/또는 하나 이상의 액추에이터들의 그룹)에 대한 실제 변위는 갑자기 점프하여, 진동, 동요 또는 (특히 인간 조작자에 의한) 기계 제어의 어려움을 초래한다.
이는 도 18a를 참조하여 도시되며, 이는 동일한 용량의 최대 8개의 펌프 모듈들이 연결 회로 출력에 대한 연결에 이용가능한 배열에서 흐름에 대한 요구(점선)가 시간에 따라 선형으로 증가됨에 따른 연결 회로 출력으로의 실제 흐름(실선)을 도시한다. 시간 0에서, 4개의 펌프 모듈들이 연결 회로 출력에 연결된다. 이러한 예에서, 하나 이상의 다른 연결 회로 출력으로의 흐름에 대한 충분한 요구가 이미 존재하며, 이 요구가 4개의 펌프 모듈들에 대한 최대 용량(점선)을 초과할 때, 시간 t1에서, 실제 흐름은 4개의 펌프 모듈들의 최대 용량에서 유지되고 요구되는 흐름에 뒤처진다. 요구되는 흐름이 증가함에 따라, 시간 t2에서, 다른 경합하는 요구들에 관한 그 요구는 제어기가 5번째 펌프 모듈을 연결 회로 입력에 연결하기로 결정하는 것으로 충분하여, 용량이 단계적으로 증가하게 한다. 이 시점에서, 실제 흐름을 나타내는 실선은 최대 조합 흐름 아래에서 작동하는 5개의 펌프 모듈들이 요구를 정확하게 충족시키는 것이 가능해짐에 따라 갑자기 점프한다는 것을 알 수 있다. 이러한 점프는 진동, 동요 및 제어 어려움을 야기할 수 있다. 도 18a에 도시된 바와 같이, 실제 변위는 시간 t3에서의 용량에 의해 다시 제한되고, 그 후 6번째 펌프 모듈이 할당되는 시간 t4에서 다시 점프 업될 것이다.
제1 접근법으로, 총 요구가 임계치를 초과하면 요구 신호들을 스케일링 팩터로 곱함으로써 요구 신호들을 스케일 다운시킴으로써 변위의 이러한 점프가 회피될 수 있다는 것을 발견하였다.
임계치는 요구의 합이 (a) 하나의 펌프 모듈을 제외한 모든 펌프 모듈들의 최대 변위를 초과하면 된다.
스케일링 팩터는 요구의 합이 (a) 하나의 펌프 모듈을 제외한 모든 펌프 모듈들의 최대 변위를 초과하지 않도록 한다. 이는 (a) 하나의 펌프 모듈을 제외한 모든 펌프 모듈들의 최대 변위를 (c) 모든 펌프 모듈들의 최대 변위로 나눈 것과 동일한 최대 가능한 변위의 분율이다(모든 펌프 모듈들이 어느 하나의 출력에 연결될 수 있다고 가정함).
동일한 최대 변위를 갖는 8개의 펌프 모듈들이 있는 이러한 예에서, 이는 요구들의 합이 최대 변위의 7/8을 초과하는 경우, 스케일 축소된 요구들의 합은 최대 변위량의 7/8을 초과하지 않는 효과를 갖는다.
이에 따라, 스케일링 팩터는 (a) 하나의 펌프 모듈을 제외한 모든 펌프 모듈들의 최대 변위를 (b) 요구들의 합으로 나눈 것이다.
단 요구가 이러한 방식으로 스케일링되면, 스케일 다운된 요구를 도시하는 도 18b에 도시된 바와 같이, 스케일링된 요구 신호들이 절대 이용가능한 용량을 초과하지 않을 뿐만 아니라, 추가적인 펌프 모듈들이 연결 회로 출력에 연결됨에 따라 변위의 갑작스런 점프가 없다.
이는 특히, 각 연결 회로 출력/유압 회로부가 통상적으로 가장 가까운 정수로 반올림되는 해당 출력/유압 회로부에 대한 유압유에 대한 요구에 비례하는 이용가능한 펌프 모듈들의 분율에 할당될 때 적용된다.
도 19를 참조하면, 상기 비에 의한 스케일링의 효과는 펌프 모듈들 중 하나의 용량과 동일한 변위가 절대 사용되지 않는다는 것이다. 이러한 이미지에서, 출력 1로 표기된 라인은 두 개의 연결 회로 출력들 중 하나에 대한 스케일 축소된 요구 신호이고, 출력 2로 표기된 라인은 두 개 연결 회로 출력들 중 다른 하나에 할당된 스케일 축소된 요구 신호이며, 점선은 하나의 펌프 모듈의 용량인 기계의 미사용 용량이다. 도시된 정확한 위치에서, 3개의 펌프 모듈들이 출력 1에 연결되고, 5개의 펌프 모듈들이 출력 2에 연결되며, 어느 하나의 출력의 최대 변위도 초과되지 않는다. 이는 최대 용량을 감소시키지만, 변위의 불연속성이 회피된다.
작동 예 - 제1 접근법
펌프는 8개의 펌프 모듈들 - 각각 공통의 고압 매니폴드를 갖는 3개의 작동 챔버들로 형성됨 - 로 그룹화된 24개의 작동 챔버들을 갖는다. 작동 챔버들 및 펌프 모듈들의 절반은 하나의 하우징 내에 위치되고 또 다른 하우징 내에 절반이 위치되며, 작동 챔버들은 공통 샤프트를 갖는다. 각 펌프 모듈의 최대 변위는 펌프의 회전가능한 샤프트의 회전당 24cc이고, 이에 따라 기계의 총 최대 변위는 회전당 192cc이다. 8개의 펌프 모듈들은 연결 회로를 통해 두 개의 연결 회로 출력들(또는 유압 회로부들) 중 어느 하나에 연결될 수 있다.
하나의 펌프 모듈의 용량은 사용되지 않고 요구들은 요구들의 합이 7/8×192 = 168cc/rev(임계치)를 초과할 수 없도록 요구되는 곳에서 스케일 축소된다. 이는 요구들이 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모든 펌프 모듈들에 의해 조합하여 출력될 수 있는 총 변위보다 많을 때 168cc/rev를 요구들의 합으로 나눈 값을 각 요구들애 곱하는 것과 같다.
동작 동안의 예에서, 출력에 대한 요구들은 출력 1에 대해 100cc/rev이고, 출력 2에 대해 150cc/rev이며, 100 및 150은 총 요구의 0.4 및 0.6이다. 이들 요구들의 합은 168cc/rev의 임계치를 초과하는 250cc/rev이다. 이에 따라, 요구들은 이들의 합이 168cc/rev가 되도록 스케일 다운되어야 한다.
총 이용가능한 펌프 용량은 각 서비스 사이에 비례적으로 나누어지고, 스케일 축소된 요구들은 각각 0.4 x 168cc/rev = 67.2cc/rev 및 0.6 x 166cc/Rev = 100.8cc/resv이다. 이는 원래 요구들(100cc/rev 및 150cc/rev)에 168cc/250cc = 0.672를 곱한 것과 같다.
다음으로, 각 출력에 연결하는 데 필요한 펌프 모듈들의 수의 계산은 요구를 각 펌프 모듈들의 용량으로 나눈 것을 반올림함으로써 계산되며, 이에 따라 67. 2/24cc/rev = 2. 8은 최대 3개의 펌프 모듈들로 반올려되고, 100.8/24cc/rev = 4. 2는 최대 5개의 펌프 모듈들로 반올려진 것이다. 체크로서, 이러한 숫들은 펌프 모듈들의 총 수, 8과 동일해야 한다.
이러한 접근법은 새로운 펌프 모듈의 출력으로의 연결로부터 발생하는 변위의 갑작스런 증가가 절대 없음을 보장한다. 스케일링된 요구는 절대 포화되지 않는다.
도 20a 내지 도 20f를 참조하여 도시된 방법에 대한 추가적인 정교화에서, (유압 회로부 및/또는 하나 이상의 액추에이터의 그룹에 대한 것에 관계없이) 각 연결 회로 출력은 연결 회로 출력들의 수의 역수와 동일한 이용가능한 펌프 모듈 용량의 최소 분율(또는 이들이 동일한 용량을 가질 때 이용가능한 펌프 모듈들의 최소 부율)에 할당된다. 이는 요구들이 충분히 높을 때, 예를 들어 전체 가능한 변위보다 클 때, 또는 각 요구가 최대 가능한 변위의 연결 회로 출력들의 수의 역수를 초과할 때 적용된다. 통상적으로, 이러한 제2 접근법은 제1 접근법을 트리거하는 것보다 더 높은 요구들에서만 적용되고, 제1 접근법이 적용되거나 과도 접근법이 존재하는 사이에 요구 영역이 존재할 수 있다.
작동 예 - 제2 접근법
다음의 작동 예들에서, 두 개의 출력들 및 여덟 개의 펌프 모듈들이 있으며, 이들 각각은 24cc/rev의 용량을 갖는다.
도 20a 및 도 20d에 도시된 제1 예에서, 제1 요구(출력 1로 표기됨) 및 제2 요구(출력 2로 표기됨)는 모두 이용 가능한 변위의 절반 초과에 대한 것이고, 실제로 제1 요구는 단독으로 전체 이용가능한 변위에 대한 것이다. 두 개의 출력들 각각에는 이용가능한 용량의 100/2% = 50%가 할당되며, 이에 따라 4개의 펌프 모듈들이 할당되며, 제1 및 제2 요구들은 총 이용가능한 변위의 50%로 스케일 축소된다.
도 20b 및 도 20e에 도시된 제2 예에서, 제1 요구(출력 1)는 다시 이용가능한 변위의 절반 초과에 대한 것이지만, 이제 제2 요구(출력 2)는 이용가능한 변위의 절반 미만에 대한 것이다. 제1 출력에는 이용가능한 용량의 100/n = 50%가 할당되며, 이에 따라 8/2 = 4개의 펌프 모듈들이 할당된다. 제2 출력은 용량의 나머지에 할당되므로, 또한 4개의 펌프 모듈들이 할당된다. 도 20e의 점선은 소량의 손실 용량을 도시한다.
도 20c 및 도 20f에 도시된 제3 예에서, 제1 요구(출력 1)는 여전히 높고, 제2 요구는 충족되기 위해 8/2 = 4개의 펌프 모듈들을 필요로 하지 않도록 충분히 낮다. 이 경우에, 제2 출력에는 전체 제2 요구가 충족될 수 있기에 충분한 수의 펌프 모듈이 할당되고(이 경우, 2), 나머지(6)에는 나머지 펌프 모듈들이 할당된다.
보다 상세하게, 제3 예에서의 할당은 다음의 접근법에 의해 계산될 수 있다.
출력 1에 대한 요구 = 192cc/rev(전체 펌프 용량, 모든 8개의 펌프 모듈들을 요구할 것임)
출력 2에 대한 요구 = 36cc/rev(반 펌프 용량 하의 웰, 1.5 펌프 모듈로 달성될 수 있음)
총 요구 = 228cc/rev
출력 1 요구는 다음의 알고리즘을 사용하여 처리된다:
IF (36cc/rev < (0.5n-1)*24cc/rev)[명령문은 참]
출력 1 변위 할당 = MIN(192cc/rev, 192cc-rev-24cc/rev-36cc/Rev) = 132cc-rev
ELSE
출력 1 변위 할당 = MIN(출력 1 요구, 최대 출력 용량의 동일 분율)
출력 2 요구는 다음과 같이 처리된다:
IF (192cc/rev < (0.5n-1)*24cc/rev) [명령문이 참이 아님]
출력 2 변위 할당 = MIN(출력 2 요구, 총 펌프 용량-1-출력 1 요구)
ELSE
출력 2 변위 할당 = MIN(36cc/rev, 96cc/Rev) = 36cc/Rev
이에 따라, 출력 1에 대한 요구는 132cc/rev로 스케일링되고 출력 1에는 6개의 펌프 모듈들이 할당되며 출력 2에 대한 요구가 유지되고 출력 2에는 2개의 펌프 모듈들이 할당된다.
이는, 각 출력이 총 변위 용량의 적어도 동일한 부율에 대한 요구를 가질 때 그것에 총 변위 용량의 최소 동일한 분율을 제공할 수 있는 펌프 모듈이 할당되고, 다른 요구들이 허용하는 경우 더 많이 할당될 수 있다.
제1 접근법과 조합하여, 이러한 제2의 분율 보장 접근법(두 개의 출력들의 경우에 반이 보장됨)을 구현하는 이점들은 펌프의 전체 용량이 더 많은 시간에 사용될 수 있어서, 더 빠른 동작(더 빠른 듀티 사이클 시간)을 초래한다는 것이다. 이는 또한 연결 회로 밸브들로부터 요구되는 스위칭 사이클들의 수를 크게 감소시켜, 시스템의 수명을 증가시킨다. 불리한 면은 제1 전략과 비교할 때 제어성의 일부 손실이다.

Claims (21)

  1. 장치로서,
    제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부 -
    상기 제1 유압 회로부는 제1 유압 회로부 입력, 및 상기 제1 유압 회로부 입력으로부터 적어도 두 개의 유압 액추에이터들의 제1 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 밸브들을 갖고,
    상기 제2 유압 회로부는 제2 유압 회로부 입력, 및 상기 제2 유압 회로부 입력으로부터 적어도 두 개의 유압 액추에이터들의 제2 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 밸브들을 가짐 -,

    원동기,
    상기 원동기와 구동 체결되는 회전 샤프트를 갖고, 상기 회전 샤프트의 회전에 따라 사이클로 달라지는 체적을 갖는 적어도 세 개의 작동 챔버를 포함하는 유압 기계 - 상기 유압 기계의 각 작동 챔버는 상기 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 상기 유압유 흐름을 조절하는 저압 밸브, 및 상기 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 상기 유압유 흐름을 조절하는 고압 밸브를 포함하되, 상기 작동 챔버들은 복수의 펌프 모듈들로 형성되며, 각 펌프 모듈은 하나 이상의 상기 작동 챔버의 그룹, 및 상기 그룹 내의 각 작동 챔버에 공통인 고압 매니폴드를 포함함 -,

    각 펌프 모듈의 상기 고압 매니폴드와 각각 유체 연통하는 복수의 연결 회로 입력들, 상기 제1 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 제1 연결 회로 출력, 및 상기 제2 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 제2 연결 회로 출력을 포함하는 유압 연결 회로 - 상기 유압 연결 회로는 각각의 상기 연결 회로 입력을 상기 연결 회로 출력에 연결하도록 구성되고, 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 유압 회로부에 연결되고 상기 펌프 모듈들 중 일부 또는 전부에 대해, 상기 각 펌프 모듈이 연결되는 상기 유압 회로부가 변경될 수 있도록 상기 연결 회로가 연결되는 상기 연결 회로 출력을 변경하도록 스위칭 가능한 복수의 밸브들을 포함함 -,

    작동 챔버 체적의 각 사이클 동안 각 작동 챔버의 순 변위를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 상기 저압 밸브들을 제어하고, 또한, 제1 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 상기 작동 챔버들의 순 변위가 상기 제1 유압 회로부의 유압유에 대한 제1 요구에 응답하여 제어되고, 상기 제2 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 상기 작동 챔버들의 순 변위가 상기 제2 유압부의 유압유에 대한 독립적인 제2 요구에 응답하여 제어되도록 상기 밸브들을 능동적으로 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 유압 회로부는 제1 밸브 블록부를 포함하고, 상기 제2 유압 회로부는 제2 밸브 블록부들을 포함하며, 두 개의 상기 밸브 블록부들은 그 내부에 밸브들이 위치되는 금속 블록의 일부이고, 상기 제1 밸브 블록부 및 상기 제2 밸브 블록부 각각은 각각 상기 제1 유압 회로부 입력 또는 상기 제2 유압 회로부 입력으로서 각각 기능하는 포트를 포함할 수 있는 것인, 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브들은 펌프 모듈의 상기 포트를 상기 제1 연결 회로 출력 또는 상기 제2 연결 회로 출력 중 어느 하나에 독점적으로 연결하도록 전자적으로 제어 가능한 전환 밸브들인, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 각 사이클에 대해, 상기 작동 챔버의 상기 저압 매니폴드와 상기 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖는 활성 사이클을 거치는지, 또는 상기 작동 챔버의 상기 저압 매니폴드와 상기 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖지 않는 비활성 사이클을 거치는지를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 상기 저압 밸브들을 제어하는 것인, 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 하나 이상의 추가 유압 회로부 - 각 추가 유압 회로부는 각 유압 회로부 입력을 가짐 -, 및 하나 이상의 추가 유압 액추에이터를 포함하고, 상기 유압 연결 회로는 각 추가 유압 회로부에 대해, 상기 각 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 추가 연결 회로 출력을 더 포함하며, 상기 유압 연결 회로의 상기 복수의 밸브들은 각 펌프 모듈의 상기 고압 매니폴드를 한 번에 상기 연결 회로 출력들 중 하나 또는 또 다른 하나에 연결하도록 스위칭 가능한 것인, 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회로부들 각각은 상기 유압 회로부에 의해 수신되는 작동 유체의 일부를 하나 이상의 액추에이터로 전환하도록 제어 가능한 적어도 하나의 비례 밸브를 포함하는 것인, 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유압 회로부 및/또는 상기 제2 유압 회로부는 상기 유압 회로부 입력으로부터 상기 유압 회로부의 비례 밸브들을 통하지 않고 상기 유압 회로부의 적어도 하나의 액추에이터로 유압유가 흐르기 위한 경로를 제공하는 유압 도관, 및 상기 유압 회로부 입력으로부터 하나 이상의 비례 밸브를 통해 또는 상기 유압 도관을 통해 그리고 임의 사항적으로 양자를 통해 상기 적어도 하나의 액추에이터에 유압유가 선택적으로 제공될 수 있도록 상기 유압 도관을 통한 유체 흐름을 선택적으로 허용하는 제어 가능한 바이패스 밸브를 더 포함하는, 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 펌프 모듈이 하나의 유압 회로부에 연결되는 것으로부터 또 다른 유압 회로부로 스위칭될 때, 상기 밸브들이 스위칭되는 동안 상기 각 펌프 모듈의 상기 작동 챔버들이 비활성 사이클들만을 수행하게 되고/거나 상기 작동 챔버들이 임의의 활성 사이클들을 시작하게 되지 않도록 구성되는 것인, 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 일부 또는 모든 펌프 모듈들의 상기 고압 매니폴드는 제1 밸브를 통해 상기 제1 유압 회로부에 연결되고 제2 밸브를 통해 상기 제2 유압 회로부로 연결되며, 상기 제어기는 양자가 동시에 폐쇄되는 것을 회피하기 위해, 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브의 스위칭을 스태거링(staggering)하며, 통상적으로 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브 중 하나는 통상 개방 밸브이고 다른 하나는 통상 폐쇄 밸브인, 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압 연결 회로는 상기 제1 연결 회로 출력과 상기 제2 연결 회로 출력 사이에서 연장되는 도관으로서, 상기 도관의 길이를 따라 있는 복수의 유체 접합부들 - 각 접합부는 상이한 연결 회로 입력에 연결됨 -, 및 상기 도관을 선택적으로 차단하고 이에 의해 어느 연결 회로 입력들이 어느 연결 회로 출력들에 연결되는지를 결정하도록 제어 가능한 복수의 차단 밸브들을 갖는 도관을 포함하되, 선택적으로, 상기 도관은 상기 제1 연결 회로 출력으로부터 상기 제2 출력으로 그리고 다시 상기 제1 연결 회로 출력으로 폐쇄 루프로 연장되며, 상기 접합부들 및 차단 밸브들은 상기 루프 주위에 분포되는 것인, 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압 연결 회로는 상기 제1 연결 회로 출력으로 연장되는 제1 매니폴드부, 상기 제2 연결 회로 출력으로 연장되는 제2 매니폴드부, 및 제3 연결 회로 출력으로 연장되어, 하나 이상의 액추에이터의 제3 그룹을 포함하는 제3 유압 회로부의 입력에 연결되는 제3 매니폴드부, 및 스위칭 매니폴드부를 포함하고, 적어도 상기 제1 매니폴드부, 상기 제2 매니폴드부, 및 상기 스위칭 매니폴드부는 각각 하나 이상의 밸브를 통해 하나 이상의 상기 연결 회로 입력에 선택적으로 연결 가능하며, 상기 유압식 연결 회로는 상기 스위칭 매니폴드부를 상기 제1 매니폴드부 또는 상기 제3 매니폴드부에 연결하도록 제어 가능한 매니폴드 전환 밸브를 더 포함하는 것인, 장치.
  12. 장치로서,
    복수의 유압 액추에이터,
    원동기,
    상기 원동기와 구동 체결되는 회전 샤프트를 갖고, 상기 회전 샤프트의 회전에 따라 사이클로 달라지는 체적을 갖는 적어도 세 개의 작동 챔버를 포함하는 유압 기계 - 상기 유압 기계의 각 작동 챔버는 상기 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 상기 유압유 흐름을 조절하는 저압 밸브, 및 상기 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 상기 유압유 흐름을 조절하는 고압 밸브를 포함하되, 상기 작동 챔버들은 해당 펌프 모듈에 공통인 각 고압 매니폴드를 각각 갖는 복수의 펌프 모듈들로 형성됨-,

    각 펌프 모듈의 고압 매니폴드와 각각 유체 연통하는 복수의 입력들, 상기 유압 액추에이터들의 상이한 하나 이상의 유압 액추에이터와 각각 유체 연통하는 복수의 연결 회로 출력들을 포함하는 유압 연결 회로 - 상기 유압 연결 회로는 각각의 상기 연결 회로 입력을 상기 연결 회로 출력에 연결하도록 구성되고, 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 연결 회로 그리고 이에 의해 상기 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 상기 유압 액추에이터들 중 하나 이상에 연결되도록 상기 연결 회로가 연결되는 상기 연결 회로 출력을 변경하도록 스위칭 가능한 복수의 밸브들을 포함함 -,

    각 연결 회로 출력에 연결되는 각 펌프 모듈의 상기 작동 챔버들의 순 변위가 상기 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 상기 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 각 요구를 충족시키게 제어되도록, 작동 챔버 체적의 각 사이클마다 각 작동 챔버의 순 변위를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 상기 저압 밸브들을 능동적으로 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 일부 또는 모든 펌프 모듈들의 상기 고압 매니폴드는 제1 밸브를 통해 제1 연결 회로 출력에 연결되고 제2 밸브를 통해 제2 연결 회로 출력에 연결되고, 상기 제어기는 양자가 동시에 폐쇄되는 것을 회피하기 위해 상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브의 스위칭을 스태거링하는 것인, 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 펌프 모듈이 하나의 연결 회로 출력에 연결되는 것으로부터 스위칭될 때, 상기 밸브들이 스위칭되는 동안 상기 각 펌프 모듈의 상기 작동 챔버들이 비활성 사이클들을 수행하도록 구성되는 것인, 장치.
  15. 장치의 작동 방법으로서, 상기 장치는:
    제1 유압 회로부 및 제2 유압 회로부,
    상기 제1 유압 회로부는 제1 유압 회로부 입력, 및 상기 제1 유압 회로부 입력으로부터 적어도 두 개의 유압 액추에이터들의 제1 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 밸브들을 갖고,
    상기 제2 유압 회로부는 제2 유압 회로부 입력, 및 상기 제2 유압 회로부 입력으로부터 적어도 두 개의 유압 액추에이터들의 제2 그룹 각각으로의 유압유 흐름을 조절하도록 구성된 복수의 밸브들을 가짐 -,

    원동기,
    상기 원동기와 구동 체결되는 회전 샤프트를 갖고, 상기 회전 샤프트의 회전에 따라 사이클로 달라지는 체적을 갖는 적어도 세 개의 작동 챔버를 포함하는 유압 기계 - 상기 유압 기계의 각 작동 챔버는 상기 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 상기 유압유 흐름을 조절하는 저압 밸브, 및 상기 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 상기 유압유 흐름을 조절하는 고압 밸브를 포함하되, 상기 작동 챔버들은 복수의 펌프 모듈들로 형성되며, 각 펌프 모듈은 하나 이상의 상기 작동 챔버의 그룹, 및 상기 그룹 내의 각 작동 챔버에 공통인 고압 매니폴드를 포함함 -,

    각 펌프 모듈의 상기 고압 매니폴드와 각각 유체 연통하는 복수의 연결 회로 입력들, 상기 제1 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 제1 연결 회로 출력, 및 상기 제2 유압 회로부 입력과 유체 연통하는 제2 연결 회로 출력을 포함하는 유압 연결 회로 - 상기 유압 연결 회로는 각각의 상기 연결 회로 출력을 상기 연결 회로 입력에 연결하도록 구성되고, 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 유압 회로부에 연결되고 상기 펌프 모듈들 중 일부 또는 전부에 대해, 상기 각 펌프 모듈이 연결되는 상기 유압 회로부가 변경될 수 있도록 상기 유압 회로부 입력이 연결되는 상기 연결 회로 출력을 변경하도록 스위칭 가능한 복수의 밸브들을 포함함 - 를 포함하며,

    상기 방법은:

    각 작동 챔버가 작동 챔버 체적의 각 사이클에 대해, 상기 작동 챔버의 상기 저압 매니폴드와 상기 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖는 활성 사이클을 거치는지, 또는 상기 작동 챔버의 상기 저압 매니폴드와 상기 고압 매니폴드 사이의 작동 유체의 순 변위를 갖지 않는 비활성 사이클을 거치는지를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 상기 저압 밸브들을 능동적으로 제어하고, 또한, 제1 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 상기 작동 챔버들의 순 변위가 상기 제1 유압 회로부의 유압유에 대한 제1 요구에 응답하여 제어되고, 상기 제2 유압 회로부에 연결되는 각 펌프 모듈의 상기 작동 챔버들의 순 변위가 상기 제2 유압 회로부의 유압유에 대한 독립적인 제2 요구에 응답하여 제어되도록 상기 밸브들을 능동적으로 제어하는 단계,

    및 상기 유압 연결 회로의 하나 이상의 상기 밸브들을 스위칭함으로써 펌프 모듈이 연결되는 상기 유압 회로부를 변경하는 단계를 포함하는, 장치의 작동 방법.
  16. 장치의 작동 방법으로서, 상기 장치는:
    복수의 유압 액추에이터,
    원동기,
    상기 원동기와 구동 체결되는 회전 샤프트를 갖고, 상기 회전 샤프트의 회전에 따라 사이클로 달라지는 체적을 갖는 적어도 세 개의 작동 챔버를 포함하는 유압 기계 - 상기 유압 기계의 각 작동 챔버는 상기 작동 챔버와 저압 매니폴드 사이의 상기 유압유 흐름을 조절하는 저압 밸브, 및 상기 작동 챔버와 고압 매니폴드 사이의 상기 유압유 흐름을 조절하는 고압 밸브를 포함하되, 상기 작동 챔버들은 해당 펌프 모듈에 공통인 각 고압 매니폴드를 각각 갖는 복수의 펌프 모듈들로 형성됨-,

    각 펌프 모듈의 고압 매니폴드와 각각 유체 연통하는 복수의 입력들, 상기 유압 액추에이터들의 상이한 하나 이상의 유압 액추에이터와 각각 유체 연통하는 복수의 연결 회로 출력들을 포함하는 유압 연결 회로 - 상기 유압 연결 회로는 각각의 상기 연결 회로 입력을 연결 회로 출력에 연결하도록 구성되고, 각 펌프 모듈이 한 번에 하나의 연결 회로 그리고 이에 의해 상기 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 상기 유압 액추에이터들 중 하나 이상에 연결되도록 상기 연결 회로가 연결되는 상기 연결 회로 출력을 변경하도록 (통상적으로 전자적으로) 스위칭 가능한 복수의 밸브들을 포함함 - 를 포함하며,

    상기 방법은 각 액추에이터에 연결되는 각 펌프 모듈의 상기 작동 챔버들의 순 변위가 상기 각 연결 회로 출력과 유체 연통하는 상기 하나 이상의 액추에이터에 의해 유압유에 대한 각 요구를 충족시키게 제어되도록, 작동 챔버 체적의 각 사이클마다 각 작동 챔버의 순 변위를 결정하도록 상기 작동 챔버들의 적어도 상기 저압 밸브들을 능동적으로 제어하는 단계,

    및 상기 유압 연결 회로의 하나 이상의 상기 밸브들을 스위칭함으로써 상기 연결 회로 출력 그리고 이에 의해 펌프 모듈이 연결되는 상기 하나 이상의 유압 액추에이터를 변경하는 단계를 포함하는, 장치의 작동 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 요구 신호들은 펌프 모듈이 연결되는 상기 유압 회로부 및/또는 연결 회로 출력을 변경하는 단계에 응답하여 유압 회로부 및/또는 연결 회로부로의 작동 유체의 변위에 있어서의 임계치를 초과하는 갑작스런 증가를 회피하도록 조절되는 것인, 장치의 작동 방법.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도, 각 유압 회로부들, 또는 각 연결 회로 출력들과 유체 연통하는 상기 하나 이상의 액추에이터와 관련되는 유압유에 대한 복수의 요구들이, 어느 펌프 모듈들이 어느 유압 회로부들 또는 연결 회로 출력들에 연결되는지에 관계없이, 복수의 요구들이 동시에 충족될 수 없게 될 때, 복수의 요구들 중 일부 또는 전부는 전체적으로 최대한으로 잡아서, 개별 유압 회로 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 동시에 가능한 최대 변위율이 되도록 스케일링 팩터의 승산에 의해 비례적으로 감소되는 것인, 장치의 작동 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 스케일링 팩터는 (a) 개별 유압 회로 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 동시에 가능한 최대 변위율 대 (b) 상기 복수의 요구들의 합의 비이거나, 또는 최대한으로 잡아서 상기 비인, 장치의 작동 방법.
  20. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 각 유압 회로부들에 대한, 또는 각 연결 회로 출력들에 연결되는 하나 이상의 액추에이터에 대한 유압유에 대한 n개의 요구들이 있고, 상기 n개의 요구들이 어느 펌프 모듈들이 어느 연결 회로 출력들에 연결되는지에 관계없이, 상기 n개의 요구들이 모두 동시에 충족될 수 없게 될 때, 상기 n개의 요구들 중 하나가 상기 각 유압 회로부 또는 연결 회로 출력에 연결될 수 있는 상기 펌프 모듈들의 최대 변위의 (100/n)% 초과에 대한 것인 경우, 상기 각 유압 회로부 또는 연결 회로 출력은 이에 연결되는 최대 변위의 적어도 (100/n)%를 전달할 수 있는 펌핑 모듈을 가지며, 선택 사항적으로 n = 2인, 장치의 작동 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 요구들 중 하나가 상기 펌프 모듈들의 최대 변위의 (100/n)% 미만이지만 임계치 초과에 대한 것인 경우, 각 유압 회로부 또는 연결 회로부는 이에 연결되는 최대 변위의 적어도 (100/n)%를 전달할 수 있는 펌프 모듈들을 갖고, 선택 사항적으로 상기 요구들 중 하나가 상기 임계치 미만인 경우, 상기 요구들은 최대한으로 잡아서, 상기 유압 회로부들 또는 연결 회로 출력들 중 임의의 것에 연결될 수 있는 펌프 모듈들 중 하나를 제외한 모두에 의해 가능한 최대 변위율까지 합산되도록 스케일 다운되는 것인, 장치의 작동 방법.
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