KR101361375B1 - 쇼벨 - Google Patents

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KR101361375B1
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츠토무 미야타케
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

하부주행체 위에, 상부선회체가 선회 가능하게 장착되어 있다. 상부선회체에 축전모듈이 탑재되어 있다. 축전모듈은, xyz 직교좌표계를 정의하였을 때, z방향으로 적층된 판형상의 복수의 축전셀을 가진다. 축전셀의 사이에 적어도 1매의 전열판이 배치되어 있다. 축전셀의 적층구조의 양단에 배치된 누름판이, 축전셀에 적층방향의 압축력을 가한다. 제1 벽판 및 제2 벽판이, 적층체를 y방향으로 끼우고, 누름판에 고정되어 있다. 전열판의 위치가, 제1 벽판 및 제2 벽판에 대하여 구속되어 있다.

Description

쇼벨{Shovel}
본 발명은, 복수의 셀(cell)을 적층한 작업기계용 축전모듈을 이용한 쇼벨에 관한 것이다.
충전 가능한 2차전지나 커패시터 등의 축전셀을 이용한 자동차나 작업기계의 개발이 진행되고 있다(특허문헌 4). 자동차나 작업기계에 채용되는 축전셀로서, 축전요소를 필름으로 감싼 편평형(판형상)의 축전셀(배터리팩)이 제안되고 있다. 플러스전극단자 및 마이너스전극단자가, 축전셀의 외주부로부터 도출된다.
복수의 축전셀을 적층하고, 플러스전극단자, 및 마이너스전극단자에 형성된 관통공에 타이로드를 통과시킴으로써, 복수의 축전셀이 전기적으로 접속된 축전모듈이 얻어진다(특허문헌 1). 적층된 축전셀에서 발생된 열을 외부로 방열하는 다양한 구성이 제안되고 있다(특허문헌 2, 3).
미국 특허공개 2007/0207349 A1 공보 일본 특허공개 평08-111244호 공보 일본 특허공개 2003-133188호 공보 일본 특허공개 2001-011889호 공보
작업기계는, 자동차에 비하여, 노면이 나쁜 자갈길에서의 주행이 많고, 작업중에 있어서의 주위의 퇴적물이나 구조물 등에의 충돌도 많다. 이로 인하여, 작업기계에 탑재되는 축전모듈에는, 진동이나 충격에 견딜 수 있는 높은 강성이 요구된다. 또한, 굴삭을 행하는 작업기계의 경우, 굴삭시의 충격에 의한 진동도 크기 때문에, 축전모듈에, 특히 높은 강성이 요구된다. 종래의 축전모듈에서는, 충분한 강성을 얻는 것이 곤란하였다. 또한, 충분한 냉각효율을 달성하는 것이 곤란하였다.
특히, 하부주행체, 그 위에 탑재된 상부선회체, 및 붐 등을 가지는 쇼벨에 있어서는, 상부선회체를 장착하는 선회베어링의 덜컹거림 때문에, 작업중이나 주행중의 충격에 의하여, 상부선회체가 격렬하게 상하로 진동한다. 상부선회체에 장착하여도 충분한 신뢰성을 가지는 축전모듈이 요망되고 있다.
본 발명의 한 관점에 의하면,
하부주행체와,
상기 하부주행체 위에 선회 가능하게 장착된 상부선회체와,
상기 상부선회체에 탑재된 축전모듈
을 가지고,
상기 축전모듈은,
xyz 직교좌표계를 정의하였을 때,
z방향으로 적층된 판형상의 복수의 축전셀,
상기 축전셀의 사이에 배치된 적어도 1매의 전열(傳熱)판, 및
상기 축전셀의 적층구조의 양단에 배치되고, 상기 축전셀에, 그 축전셀의 적층방향의 압축력을 가하는 한 쌍의 누름판
을 포함하는 적층체와,
상기 적층체를 y방향으로 끼우고, 상기 한 쌍의 누름판에 고정되어 있는 제1 벽판 및 제2 벽판
을 가지고,
상기 전열판의 위치가, 상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판에 대하여 구속되어 있는 쇼벨이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 의하면,
하부주행체와,
상기 하부주행체 위에 선회 가능하게 장착된 상부선회체와,
상기 상부선회체에 탑재된 축전모듈
을 가지고,
상기 축전모듈은,
xyz 직교좌표계를 정의하였을 때,
각각이,
z방향으로 적층된 판형상의 복수의 축전셀,
상기 축전셀의 적층구조의 양단에 배치된 한 쌍의 누름판,
상기 한 쌍의 누름판을 연결하여, 상기 축전셀의 적층구조에 적층방향의 압축력을 가하는 제1 타이로드, 및
상기 축전셀의 사이에 끼워진 적어도 1매의 전열판
을 포함하고, y방향으로 배열하는 복수의 적층체와,
상기 적층체의 각각에 장착되고, 상기 적층체의 각각을 y방향으로 끼우며, 상기 누름판에 고정되고, 상기 전열판에 열적으로 결합하는 제1 벽판 및 제2 벽판과,
복수의 상기 적층체를 x방향으로 끼우고, 복수의 상기 적층체의 상기 누름판, 복수의 상기 적층체에 장착된 상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판에 고정된 제3 벽판 및 제4 벽판
을 가지는 쇼벨이 제공된다.
한 쌍의 누름판, 제1 벽판, 및 제2 벽판이, 고강성의 구조를 구성한다. 이로 인하여, 축전모듈의 강성을 높일 수 있다. 이 축전모듈을, 진동 및 충격 등이 발생하기 쉬운 상부선회체에 탑재하여도, 충분한 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 전열판, 제1 벽판 및 제2 벽판을 통하여, 축전셀을 효율적으로 냉각할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는, 실시예 1에 의한 축전모듈의 단면도이다.
도 1c 및 도 1d는, 실시예 1에 의한 축전모듈의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는, 실시예 1에 의한 축전모듈의 냉매유로를 나타내는 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는, 실시예 2에 의한 축전모듈의 단면도이다.
도 4는, 실시예 3에 의한 축전모듈의 단면도이다.
도 5a는, 실시예 4에 의한 축전모듈의 단면도이고, 도 5b는, 실시예 5에 의한 축전모듈의 단면도이며, 도 5c는, 실시예 6에 의한 축전모듈의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는, 실시예 7에 의한 축전모듈의 부분단면도이다.
도 7a 및 도 7b는, 실시예 8에 의한 축전모듈의 단면도이다.
도 8a ~ 도 8c는, 실시예 9에 의한 축전모듈의 부분단면도이다.
도 9는, 실시예 10에 의한 축전모듈의 단면도이다.
도 10은, 실시예 11에 의한 축전모듈의 단면도이다.
도 11에 있어서, 도 11a는, 실시예 12에 의한 축전모듈에 이용되는 축전셀 및 지지틀의 평면도이고, 도 11b는, 도 11a의 일점쇄선(11B-11B)에 있어서의 단면도이며, 도 11c는, 도 11a의 일점쇄선(11C-11C)에 있어서의 단면도이다.
도 12는, 실시예 13에 의한 하이브리드형 쇼벨의 개략 평면도이다.
도 13은, 실시예 13에 의한 하이브리드형 쇼벨의 개략 측면도이다.
도 14는, 실시예 13에 의한 하이브리드형 쇼벨의 블록도이다.
도 15는, 실시예 13에 의한 하이브리드형 쇼벨의 축전회로의 등가회로도이다.
도 16은, 실시예 14에 의한 전동(電動)쇼벨의 개략 평면도이다.
도 17은, 실시예 14에 의한 전동쇼벨의 블록도이다.
도면을 참조하면서, 본원발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1
도 1a에, 실시예 1에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 이해를 용이하게 하기 위하여, xyz 직교좌표계를 정의한다.
판(板)형상의 복수의 축전셀(20)과, 전열판(25)이, 그 두께방향(z방향)으로 교대로 적층되어 있다. 양단에는, 축전셀(20)이 배치된다. 가장 외측의 축전셀(20)의 각각에, 누름판(31)이 밀착되어 있다. 복수의 타이로드(33)가, 일방의 누름판(31)으로부터 타방의 누름판(31)까지 관통되어, 축전셀(20)과 전열판(25)에, 적층방향(z방향)의 압축력을 가하고 있다.
축전셀(20)의 각각은, 2차전지 또는 전기2중층 커패시터 등의 편평(扁平)형의 축전요소를, 한 쌍의 래미네이트 필름의 사이에 끼워 넣어 밀봉한 것이다. 축전셀(20)은, 그 외주부에, 래미네이트 필름끼리를 융착한 영역(융착부)을 포함한다. 또한, 축전셀(20)은, 한 쌍의 전극단자(21)를 포함한다. 전극단자(21)는, 축전셀(20)의 서로 대향하는 외주부로부터, 외부로 도출되어 있다. 전극단자(21)의 일방은 플러스전극이고, 타방은 마이너스전극이다. 서로 인접하는 축전셀(20)의 전극단자(21)를 접속함으로써, 복수의 축전셀(20)이 직렬접속되어 있다.
전열판(25)에는, 예컨대 알루미늄이 이용되고, 타이로드(33) 및 누름판(31)에는, 예컨대 스테인리스강이 이용된다. 축전셀(20), 전열판(25), 누름판(31), 및 타이로드(33)를 포함한 구조물을, 적층체(30)라 부르기로 한다. x방향에 관하여 적층체(30)의 양측에, 즉 적층체(30)를 x방향으로 끼우도록, 한 쌍의 벽판(13, 14)이 배치되어 있다. 벽판(13 및 14)의 각각은, 볼트로 누름판(31)에 고정되어 있다.
도 1b에, 도 1a의 일점쇄선 1B-1B에 있어서의 단면도를 나타낸다. 도 1b의 일점쇄선 1A-1A에 있어서의 단면도가, 도 1a에 상당한다. 축전셀(20) 및 전열판(25)의 평면형상은, 대략 직사각형이다. 서로 대향하는 변(도 1b에 있어서, 윗변 및 아랫변)으로부터, 전극단자(21)가 도출되어 있다. 전열판(25)은, 평면에서 보아, 축전셀(20)의 가장자리보다 외측까지 돌출되어 있다.
y방향에 관하여 적층체(30)의 양측에, 즉 적층체(30)를 y방향으로 끼우도록, 한 쌍의 벽판(11, 12)이 배치되어 있다. 벽판(11, 12)은, 전열판(25)의 단면(端面)에 접촉하고 있다. 이로써, 전열판(25)이, 벽판(11, 12)에 열적으로 결합한다. 벽판(11 및 12)의 각각은, 벽판(13 및 14)에, 볼트로 고정되어 있다. 벽판(11 및 12)의 내부에, 냉매를 흘리기 위한 유로(17)가 형성되어 있다.
도 1c에, 도 1b의 일점쇄선 1C-1C에 있어서의 단면도를 나타낸다. 서로 인접하는 축전셀(20)로부터 도출된 전극단자(21)가, 전열판(25)의 가장자리보다 외측을 지나, 인접하는 축전셀(20)의 전극단자(21)에 접속되어 있다.
도 1d에, 도 1b의 일점쇄선 1D-1D에 있어서의 단면도를 나타낸다. 전열판(25)이, 그 단면(端面)에 있어서, 벽판(11 및 12)에 접촉하고 있다. 벽판(11 및 12)의 각각은, 누름판(31)에 볼트로 고정되어 있다.
도 1a 및 도 1d에 나타낸 축전셀(20)의 두께에는 개체차가 있다. 이로 인하여, 한 쌍의 누름판(31)의 간격은, 제품에 따라 편차가 있다. 이 편차는, 벽판(11~14)이, 누름판(31)의 단면(端面)에 접촉하는 구조로 하고, 또한 벽판(11~14)에 형성되어 있는 볼트용의 구멍을, z방향으로 긴 장공으로 함으로써 흡수할 수 있다.
도 2a에, 벽판(11)에 형성된 냉매유로(17)의 형상을 나타낸다. 냉매유로(17)는, 도입로(17A), 복수의 메인경로(17B), 및 배출로(17C)를 포함한다. 도입로(17A) 및 배출로(17C)의 각각은, z방향에 평행한 하나의 단면(端面)으로부터 x방향을 따라 벽판(11)의 내부로 뻗는다. 메인경로(17B)의 각각은, 도입로(17A)로부터 z방향으로 뻗어, 배출로(17C)에까지 도달한다. 도입로(17A), 메인경로(17B), 및 배출로(17C)는, 예컨대 벽판(11)의 내부에 배치되고, 표면에 평행한 방향으로 뻗는 가늘고 긴 구멍으로 구성된다. 도입로(17A) 및 배출로(17C)는, yz면에 평행한 단면(端面)으로부터 드릴로 구멍뚫기 가공함으로써 형성된다. 메인경로(17B)는, xy면에 평행한 단면(端面)으로부터 드릴로 구멍뚫기 가공한 후, 개구부를 매립플러그(17D)로 메워넣음으로써 형성된다. 다만, 벽판(11)에 냉매가 통과하는 배관을 밀착시켜도 된다.
도 2b에, 냉매유로(17)의 다른 예를 나타낸다. 도 2a에 나타낸 예에서는, 도입로(17A)로부터 배출로(17C)에 이르는 메인경로(17B)가 복수 개 배치되어 있었다. 도 2b에 나타낸 예에서는, 메인경로(17B)가, 폭이 넓은 하나의 면 형상의 유로로 구성된다. 이 벽판(11)은, 1매의 금속판에, 냉매유로(17)에 대응하는 오목부를 형성한 후, 오목부를 다른 금속판으로 막아, 2매의 금속판의 외주를 용접함으로써 형성된다.
실시예 1에 나타낸 축전모듈에 있어서는, 타이로드(33) 및 누름판(31)에 의하여, 축전셀(20) 및 전열판(25)의 적층구조가 유지된다. 누름판(31), 및 벽판(11~14)이, 직육면체 형상의 평행6면체 구조를 이루고, 평행6면체 구조의 인접하는 벽면끼리는, 볼트로 고정되어 있다. 이로 인하여, 높은 강성을 확보할 수 있고, 전열판(25)의 위치를, 벽판(11 및 12)에 대하여 구속할 수 있다. 축전셀(20)로부터 발생된 열이, 전열판(25)을 경유하여 벽판(11, 12)에 전하여진다. 이로 인하여, 축전셀(20)을 효율적으로 냉각할 수 있다. 누름판(31)에 의하여 축전셀(20) 및 전열판(25)에 압축력을 가하고 있기 때문에, 축전셀(20)과 전열판(25)의 밀착상태를 높일 수 있다. 이로써, 축전셀(20)과 전열판(25) 사이의 열전달효율을 높일 수 있다.
축전셀(20) 및 전열판(25)의 적층구조를 유지하기 위한 누름판(31)이, 평행6면체 구조의 벽면을 겸하고 있다. 평행6면체 구조의 벽판(11, 12)이, 축전셀(20)을 냉각하기 위한 흡열판을 겸하고 있다. 이와 같이, 누름판(31) 및 벽판(11, 12)에 복수의 기능을 갖게 하였기 때문에, 부품 점수의 삭감이 도모된다.
실시예 1에서는, 축전셀(20)과 전열판(25)을 교대로 적층하였지만, 전열판(25)의 매수를 삭감하여도 된다. 예컨대, 2매의 축전셀(20)에 대하여 1매의 전열판(25)을 배치하여도 된다. 또한, 적층된 축전셀(20)의 대략 중앙에, 적어도 1매의 전열판(25)을 배치하여도 된다.
쇼벨은, 고무타이어로 주행하는 자동차와는 달리, 금속인 크롤러에 의하여 주행한다. 또한, 상부선회체가 하부주행체에, 베어링을 통하여 지지되어 있다. 베어링은, 상대운동하는 금속부품을 포함하여, 덜컹거림이 전혀 없다고는 할 수 없다. 이로 인하여, 주행시의 하부주행체의 진동이, 상부선회체에 증폭되어 전달되는 경우가 있다. 따라서, 상부선회체에 탑재되는 축전모듈에는, 공진을 방지하기 위하여, 높은 고유진동수가 요구된다.
실시예 1에서는, 평행6면체 구조에 의한 고강성의 축전모듈의 예를 나타내었지만, 작업기계에 요구되는 강성, 혹은 고유진동수를 만족시킬 수 있는 경우에는, 벽판(13 및 14)을 제거한 구조로 하여도 된다.
실시예 1에서는, 축전셀(20)에 전기2중층 커패시터 등을 이용하였지만, 리튬이온 커패시터를 이용하여도 된다. 리튬이온 커패시터는, 전기적 특성을 유지하기 위하여, 압축력을 인가하여 둘 필요는 없다. 이 경우에는, 압축력의 인가는, 축전셀(20)로부터 전열판(25)에의 열전달효율을 높이는 효과를 가진다. 축전셀을 기계적으로 지지하기 위하여 필요한 압축력, 및 열전달효율을 높이기 위하여 필요한 압축력은, 전기2중층 커패시터의 전기적 특성을 유지하기 위하여 필요한 압축력보다 작다. 따라서, 축전셀(20)에 리튬이온 커패시터를 이용하는 경우에는, 전기2중층 커패시터를 이용하는 경우에 비하여, 압축력을 작게 하여도 된다.
실시예 2
도 3a 및 도 3b에 실시예 2에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 도 3b는, 도 3a의 일점쇄선 3B-3B에 있어서의 단면도이고, 도 3a는, 도 3b의 일점쇄선 3A-3A에 있어서의 단면도이다. 이하, 실시예 1에 의한 축전모듈과의 상이점에 대하여 설명한다.
실시예 1에서는, 벽판(11) 및 벽판(12)은, 그 외주부 근방에 있어서, 도 1b에 나타낸 벽판(13, 14), 및 도 1d에 나타낸 누름판(31)에 고정되어 있다. 벽판(11, 12)과, 전열판(25)이 접촉하는 위치에 있어서는, 벽판(11, 12)의 강성에 의하여, 벽판(11, 12)이 전열판(25)에 가압된다.
실시예 2에 있어서는, 벽판(11)에서부터 벽판(12)까지, 복수의 타이로드(40)가 관통하고 있다. 타이로드(40)는, 축전셀(20) 및 전열판(25)과, 공간적으로 간섭하지 않는 위치에 장착된다. 타이로드(40)에 의하여, 벽판(11) 및 벽판(12)에, 양자 간격을 좁히는 방향의 힘이 가하여진다. 타이로드(40)가 관통하는 구멍은, 벽판(11, 12)이, 누름판(31) 및 벽판(13, 14)에 고정되어 있는 위치보다 내측에 배치되어 있다. 이로 인하여, 벽판(11, 12)을, 전열판(25)에, 보다 큰 힘으로 가압할 수 있다. 이로써, 전열판(25)으로부터 벽판(11, 12)에의 열전달률을 높일 수 있다.
도 3a 및 도 3b에서는, 복수의 타이로드(40)를 장착한 예를 나타내었지만, 하나의 타이로드(40)를 장착하여도 된다.
실시예 2에서는, 평행6면체 구조에 의한 고강성의 축전모듈의 예를 나타내었는데, 실시예 1과 마찬가지로, 작업기계에 요구되는 강성, 혹은 고유진동수를 만족시킬 수 있는 경우에는, 벽판(13 및 14)을 제거한 구조로 하여도 된다.
실시예 3
도 4에, 실시예 3에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 이하, 실시예 1에 의한 축전모듈과의 상이점에 대하여 설명한다.
실시예 3에 있어서는, 축전셀(20)의 적층구조의 대략 중앙의 2매의 축전셀(20)의 사이에, 전열판 대신에, 중간판(43)이 삽입되어 있다. 중간판(43)에는, 철 또는 스테인리스강이 이용되고, 중간판(43)은, 전열판(25)보다 높은 강성을 가진다.
중간판(43)은, 그 단면(端面)에 있어서 벽판(11, 12)에 접촉하고, 볼트에 의하여 벽판(11, 12)에 고정되어 있다. 타이로드(33)는, 중간판(43)에 형성된 관통공을 통과한다. 축전모듈에 충격이 가하여졌을 때, 중간판(43)은, 타이로드(33)의, x방향 및 y방향에의 변위를 금지한다.
타이로드(33)는, 그 양단에서 누름판(31)에 의하여 지지된 빔 구조라고 생각할 수 있다. 타이로드(33)를, 그 대략 중앙에 있어서 중간판(43)으로 지지하는 것은, 보의 길이가 약 절반이 된 것과 등가이다. 이로 인하여, 축전모듈의 x방향 및 y방향에 관한 진동의 고유진동수를 높게 할 수 있다. 또한, 중간판(43)은, 거기에 접하는 축전셀(20)의 z방향에의 변위를 금지한다. 이로 인하여, 축전모듈의 z방향에 관한 진동의 고유진동수를 높일 수 있다. 이로써, 축전모듈의 내충격성이 높아진다.
실시예 4
도 5a에, 실시예 4에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 실시예 4에 의한 축전모듈에서는, 도 1b에 나타낸 실시예 1에 의한 축전모듈과 동일구조의 3개의 축전모듈이 y방향으로 배열되어 있다. 서로 인접하는 적층체(30) 사이의 벽판은, 양측의 축전모듈에서 공유된다. 즉, 일방의 축전모듈의 벽판(12)이, 인접하는 축전모듈의 벽판(11)을 겸한다. 각 적층체(30)의 전열판(25)은, 당해 적층체(30)를 y방향으로 끼우는 2매의 벽판(11, 12)에 접촉하고 있다. 3개의 적층체(30)를 x방향으로 끼우는 벽판(13, 14)의 각각은, 연속한 1매의 판부재로 구성된다.
축전셀(20)에, 내부에서 발생된 가스를 배출하기 위한 가스배출밸브(27)가 설치되는 경우가 있다. 가스배출밸브(27)는, 일반적으로, 축전셀(20)의 두께에 비하여 크기 때문에, 축전셀(20)의 z축에 대략 수직인 단면에 장착하는 것은 곤란하다. 축전셀(20)의 전극단자(21)가 도출되어 있는 가장자리의 근방은, 전극 취출을 위한 리드선 등이 배치되기 때문에, xy면에 대하여 경사져 있다. 가스배출밸브(27)는, 이 경사진 부분에 장착되는 경우가 많다.
조립시에는, y방향으로 나열된 3개의 축전모듈에 y방향의 압축력을 가함으로써, 각 적층체(30)의 전열판(25)을 양측의 벽판에 접촉시킨다. 이 상태에서, 벽판(13과 14)을, 볼트로 벽판(11, 12), 및 적층체(30)의 누름판(31)(도 1d)에 고정한다.
서로 인접하는 적층체(30A~30C) 사이의 벽판이, 양자에서 공유되므로, 부품 점수의 삭감을 도모할 수 있다. 도 5a에서는 3개의 적층체(30)를 장착하였지만, 2개의 적층체(30)를 장착하여도 되고, 4개 이상의 적층체(30)를 장착하여도 된다.
축전셀(20) 내에서 발생된 가스는, 축전셀(20) 내의 공간의 상방에 축적되기 때문에, 가스배출밸브(27)가 연직상방에 배치되는 자세를 유지하는 것이 바람직하다. 실시예 4에 의한 축전모듈은, x방향이 연직방향에 평행이 되는 자세(yz면이 수평이 되는 자세)로 작업기계에 장착하는 것이 바람직하다. 실시예 4에 의한 축전모듈은, 수평방향으로 펼쳐져 있는 장착스페이스를 가지는 기기나 작업기계에의 장착에 적합하다.
실시예 5
도 5b에, 실시예 5에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 실시예 5에 의한 축전모듈은, 실시예 1에 의한 축전모듈과 동일구조의 3개의 적층체(30)를 포함한다.
3개의 적층체(30)는, 각각의 적층방향이 z방향에 평행이 되는 자세로, x방향으로 배열되어 있다. 벽판(11, 12)이, 3개의 적층체(30)를 y방향으로 끼운다. 벽판(13, 14)이, 3개의 적층체(30)를 x방향으로 끼운다. 서로 인접하는 적층체(30)의 사이에, 격벽(15)이 배치되어 있다. 벽판(13, 14) 및 격벽(15)은, 볼트에 의하여 벽판(11, 12)에 고정되어 있다. 또한, 적층체(30)의 누름판(31)(도 1d)은, 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 볼트에 의하여 벽판(11, 12)에 고정되어 있다. 또한, 누름판(31)과 격벽(15)도, 볼트에 의하여 서로 고정되어 있다. 적층체(30)의 각각의 전열판(25)은, 벽판(11, 12)에 접촉하고 있다. 벽판(11, 12) 내에, 냉매유로(17)가 형성되어 있다.
누름판(31), 벽판(11~14)이, 평행6면체 구조를 구성한다. 이로 인하여, 높은 강성을 확보할 수 있다. 또한, 격벽(15)이, 더욱 강성을 높이는 역할을 한다.
실시예 5에 있어서는, 전열판(25)은, 벽판(11, 12)에 접촉하기 때문에, 벽판(11, 12)을 고정할 때에, x방향의 압축력을 가하여 둘 필요는 없다. 이로 인하여, 실시예 5에 의한 축전모듈은, 실시예 4에 의한 축전모듈에 비하여, 조립 및 메인터넌스가 용이하다.
가스배출밸브(27)의 배치를 고려하면, 실시예 5에 의한 축전모듈도 실시예 4의 경우와 마찬가지로, x방향이 연직방향에 평행이 되는 자세(yz면이 수평이 되는 자세)로 작업기계에 장착하는 것이 바람직하다. 실시예 5에 의한 축전모듈은, 두께방향이 대략 수평방향을 향하는 평평한 장착스페이스를 가지는 기기나 작업기계에의 장착에 적합하다.
실시예 6
도 5c에, 실시예 6에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 실시예 6에 의한 축전모듈에서는, 도 1b에 나타낸 실시예 1에 의한 축전모듈과 동일구조의 3개의 축전모듈이 y방향으로 배열되어 있다. 서로 인접하는 축전모듈은, 벽판(11, 12)을 공유하고 있지 않고, 개별적으로 벽판이 설치되어 있다. 이로 인하여, 인접하는 적층체(30)의 사이에, 2매의 벽판(11, 12)이 배치된다.
실시예 6에서는, 적층체(30)의 각각에, 벽판(11, 12)을 장착한 후, 벽판(11, 12)에 벽판(13, 14)을 고정하면 된다. 이로 인하여, 벽판(13, 14)을 고정할 때에, 축전모듈에 y방향의 압축력을 가하여 둘 필요는 없다. 실시예 6에 의한 축전모듈은, 도 5a에 나타낸 실시예 4의 축전모듈에 비하여, 부품 점수는 증가하지만, 조립 및 메인터넌스는 용이하다.
가스배출밸브(27)의 배치를 고려하면, 실시예 6에 의한 축전모듈도 실시예 4의 경우와 마찬가지로, x방향이 연직방향에 평행이 되는 자세(yz면이 수평이 되는 자세)로 작업기계에 장착하는 것이 바람직하다. 실시예 6에 의한 축전모듈은, 수평방향으로 펼쳐져 있는 장착스페이스를 가지는 기기나 작업기계에의 장착에 적합하다.
실시예 7
도 6a에, 실시예 7에 의한 축전모듈의 부분단면도를 나타낸다. 이하, 도 1a~도 1d에 나타낸 실시예 1에 의한 축전모듈과의 상이점에 대하여 설명한다.
실시예 1에서는, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 전열판(25)이 벽판(11, 12)에 접촉함으로써, 양자를 열적으로 결합시켰다. 실시예 7에 있어서는, 전열판(25)이 벽판(11, 12)에 고착하도록, 접촉 개소에 있어서 양자가 열전도성 접착제(45)로 접착되어 있다. 전열판(25)과 벽판(11, 12) 사이에 미소한 간극이 형성되어 있는 경우에는, 이 간극이 접착제로 메워진다. 이로 인하여, 전열판(25)과 벽판(11, 12) 사이의 열전달률을 높일 수 있다. 이와 같이, 전열판(25)이 벽판(11, 12)에 슬라이딩 접촉하지 않게 (전열판(25)이 벽판(11, 12)에 대하여 접촉한 상태로 움직이지 않게) 함으로써, 접촉 개소에 있어서의 열저항을 작게 할 수 있다. 이로써, 전열판(25) 및 축전셀(20)의 냉각효율을 향상시켜, 축전셀(20)의 온도의 현저한 상승을 억제할 수 있다.
도 6b에 나타내는 바와 같이, 벽판(11, 12)의 각각의 내측의 표면에 홈(46)을 형성하여도 된다. 홈(46) 내에, 전열판(25)의 가장자리가 삽입됨과 함께, 열전도성 접착제(46)가 충전된다.
실시예 7에서는, 평행6면체 구조에 의한 고강성의 축전모듈의 예를 나타내었는데, 실시예 1과 마찬가지로, 작업기계에 요구되는 강성, 혹은 고유진동수를 만족시킬 수 있는 경우에는, 벽판(13 및 14)(도 1a, 도 1b)을 제거한 구조로 하여도 된다.
실시예 8
도 7a 및 도 7b에, 실시예 8에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 도 7b는, 도 7a의 일점쇄선 7B-7B에 있어서의 단면도이고, 도 7a는, 도 7b의 일점쇄선 7A-7A에 있어서의 단면도이다. 이하, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 실시예 2에 의한 축전모듈과의 상이점에 대하여 설명한다.
실시예 1과 마찬가지로, 누름판(31)이 축전셀(20)에 적층방향의 압축력을 가하여, 전열판(25)의 위치가, 벽판(11, 12)에 대하여 구속되어 있다. 벽판(11, 12)의 내측의 표면에, z방향으로 뻗는 3개의 오목부(50)가 형성되어 있다. 오목부(50)의 각각은, 깊이방향의 치수보다 폭방향의 치수가 크다. 오목부(50) 내에, 열전도성을 가지는 탄성부재(51)가 장전되어 있다. 탄성부재(51)에는, 예컨대 전열(傳熱)고무시트가 이용된다. 전열판(25)의 가장자리가, 오목부(50)와 교차하거나, 또는 오목부(50)와 부분적으로 겹친다.
탄성부재(51)에 외력이 가하여지지 않은 상태에서는, 탄성부재(51)의 일부가 오목부(50)의 개구면으로부터 돌출되어 있다. 예컨대, 탄성부재(51)로서, 오목부(50)의 깊이보다 두꺼운 전열고무시트가 이용된다.
도 7a에 나타낸 바와 같이, 오목부(50)가 형성되어 있지 않은 영역에서는, 전열판(25)이 벽판(11, 12)의 내측의 표면에 접한다. 도 7a 및 도 7b에 나타낸 바와 같이, 전열판(25)의 가장자리가 오목부(50)와 교차하는 영역, 및 전열판(25)의 가장자리가 오목부(50)와 겹치는 영역에서는, 전열판(25)이 탄성부재(51)를 가압변형하고 있다.
전열부재(25)와 벽판(11, 12)이, 탄성부재(51)를 통하여 열적으로 결합한다. 이로 인하여, 안정된 열적 결합을 확보할 수 있다. 이와 같이, 전열판(25)이 벽판(11, 12)에 슬라이딩 접촉하지 않게 함으로써, 접촉 개소에 있어서의 열저항을 작게 할 수 있다. 이로써, 전열판(25) 및 축전셀(20)의 냉각효율을 향상시켜, 축전셀(20)의 현저한 온도상승을 억제할 수 있다.
탄성부재(51) 중, 오목부(50)의 개구면으로부터 돌출되어 있는 부분이 가압변형 여유부가 된다. 탄성부재(51)는, 이 가압변형 여유부를 넘어 가압변형되는 경우는 없다. 탄성부재(51)의 치수(두께)와 오목부(50)의 깊이를 조정함으로써, 가압변형 여유부를 원하는 허용범위 내에 들도록 할 수 있다. 이로 인하여, 크리프 변형에 의한 탄성부재(51)의 경년열화를 억제할 수 있다.
실시예 8에서는, 평행6면체 구조에 의한 고강성의 축전모듈의 예를 나타내었는데, 실시예 2와 마찬가지로, 작업기계에 요구되는 강성, 혹은 고유진동수를 만족시킬 수 있는 경우에는, 벽판(13 및 14)(도 7a)을 제거한 구조로 하여도 된다.
실시예 9
도 8a에, 실시예 9에 의한 축전모듈의 부분단면도를 나타낸다. 이하, 도 1a~도 1d에 나타낸 실시예 1에 의한 축전모듈과의 상이점에 대하여 설명한다.
실시예 9에서는, 전열판(25)의 벽판(11, 12)에 접촉하는 단부가, yz면에 평행한 단면(斷面)에 있어서 대략 직각으로 절곡되어 있다. 이로 인하여, 전열판(25)과 벽판(11, 12)의 접촉면적이 커진다. 이로써, 양자간의 열전달률을 높일 수 있다.
도 8b에 나타내는 바와 같이, 절곡부분에 어느 정도의 곡률을 설정하여도 된다. 또한, 도 8c에 나타내는 바와 같이, 전열판(25)의 단부의 단면을 T자형으로 하여도 된다.
실시예 10
도 9에, 실시예 10에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 실시예 10에서는, 도 1b에 나타낸 실시예 1의 냉매유로(17) 대신에, 벽판(11, 12)의 외측의 표면에 방열효율을 높이기 위한 요철(55)이 형성되어 있다. 요철(55)의 오목부가, 예컨대 격자모양을 구성하고 있다. 다른 구조는, 실시예 1에 의한 축전모듈의 구조와 동일하다. 냉매유로(17) 대신에 방열용 요철(55)을 장착하여도, 축전셀(20)에서 발생된 열을 효율적으로 방열할 수 있다.
실시예 10에서는, 평행6면체 구조에 의한 고강성의 축전모듈의 예를 나타내었는데, 실시예 1과 마찬가지로, 작업기계에 요구되는 강성, 혹은 고유진동수를 만족시킬 수 있는 경우에는, 벽판(13 및 14)(도 1a, 도 1b)을 제거한 구조로 하여도 된다.
실시예 11
도 10에, 실시예 11에 의한 축전모듈의 단면도를 나타낸다. 이하의 설명에서는, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 실시예 8과의 상이점에 주목하여, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
실시예 8에 있어서는, 축전셀(20)과 전열판(25)의 적층구조에 압축력을 인가하기 위하여, 타이로드(33)(도 7a, 도 7b)가 이용되었다. 실시예 11에서는, 타이로드가 이용되지 않고, 웨지에 의하여 압축력이 인가된다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 누름판(31)의, x축에 평행한 단면(端面)과, 외측의 표면을 접속하는 부분이 모따기되어, 경사면(11A)이 형성되어 있다. 벽판(11, 12)에, 경사면(11A)에 평행한 경사면(31A)이 형성되어 있다. 조임구(56)를 구성하는 볼트가, 일방의 벽판(12)의 외측의 표면으로부터, 벽판(12), 누름판(31), 타방의 벽판(11) 내를 y축방향으로 관통하여, 벽판(11)의 외측의 표면까지 도달하고 있다. 조임부(56)에 의하여, 벽판(11과 12)에, y축방향의 압축력이 인가된다.
이 압축력에 의하여, 전열고무시트(51)가 탄성변형되어, 전열판(25)이, 전열고무시트(51)를 개재하여 벽판(11, 12)에 가압된다. 이로써, 전열판(25)으로부터 벽판(11, 12)에, 효율적으로 열을 전달하는 것이 가능하게 된다.
또한, 벽판(11과 12)이 가까워짐으로써, 경사면(11A)과 경사면(31A)이 접촉하고, 한 쌍의 누름판(31)에, 양자가 가까워지는 방향의 힘이 인가된다. 이로써, 축전셀(20)과 전열판(25)의 적층구조에, z축방향의 압축력이 인가된다.
실시예 11에서는, 조임구(56)가, 전열판(25)을 벽판(11, 12)에 가압하는 y축방향의 압축력과, 적층구조에 인가하는 z축방향의 압축력을 인가할 수 있다. z축방향의 충분한 압축력을 인가하기 위하여, 전열고무시트(51)가 탄성변형된 상태로, 누름판(31)의 y축에 수직인 단면과, 벽판(11, 12)의 내측의 표면과의 사이에 간극이 확보되도록, 누름판(31)의 y축방향의 치수를 설정하여 두는 것이 바람직하다.
실시예 11에서는, 평행6면체 구조에 의한 고강성의 축전모듈의 예를 나타내었는데, 실시예 1과 마찬가지로, 작업기계에 요구되는 강성, 혹은 고유진동수를 만족시킬 수 있는 경우에는, 벽판(13 및 14)(도 7a)을 제거한 구조로 하여도 된다.
실시예 12
도 11a에, 실시예 12에 의한 축전모듈에 이용되는 축전셀 및 지지틀의 평면도를 나타낸다. 축전셀(20) 및 전극(21)의 구성은, 실시예 1의 것과 동일하다. 축전셀(20)의 서로 반대측의 가장자리로부터, 한 쌍의 전극(21)이 인출되어 있다. 평면에서 보아, 축전셀(20)을 둘러싸도록, 지지틀(60)이 배치되어 있다. 지지틀(60)에는, 예컨대 절연성의 수지가 이용된다. 전극(21)은, 지지틀(60)의 외주측의 가장자리보다 외측까지 돌출되어 있다.
도 11b에, 도 11a의 일점쇄선 11B-11B에 있어서의 단면도를 나타낸다. 축전셀(20)은, 그 외주부에, 표리의 래미네이트 필름끼리가 용착된 얇은 부분(20A)을 가진다. 지지틀(60)의 내주측의 측면은, 2단의 계단형상을 가진다. 얇은 부분(20A)이, 양면 점착테이프 등에 의하여, 지지틀(60)의 내주의 받침면(61)에 고정되어 있다. 지지틀(60)은, 축전셀(20)보다 얇다. 이로 인하여, 지지틀(60)과 함께 축전셀(20)을 두께방향으로 적층하였을 때, 지지틀(60)이, 축전셀(20)에의 압축력의 인가를 방해하는 일은 없다.
도 11c에, 도 11a의 일점쇄선 11C-11C에 있어서의 단면도를 나타낸다. 전극(21)이, 축전셀(20)의 얇은 부분(20A)의 가장자리로부터 외부로 인출되어 있다. 도 11a에 나타내는 바와 같이, 평면에서 보아, 지지틀(60) 중 전극(21)과 겹치는 영역에 있어서는, 받침면(61)이 지지틀의 외주까지 뻗어 있다. 이 받침면(61) 위를 경유하여, 전극(21)이 지지틀(60)의 외주보다 외측까지 인출되어 있다.
실시예 12에서는, 축전셀(20)을 두께방향으로 적층할 때에, 지지틀(60)의 외주측의 측면이, 적층방향에 직교하는 면 내에 관한 위치맞춤의 기준면이 된다. 이로 인하여, 위치맞춤을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 축전셀(20)을 단일체로 취급할 때에, 지지틀(60)이 축전셀(20)을 보호한다. 이로 인하여, 축전셀(20)의 손상을 방지 또는 경감할 수 있다.
실시예 13
실시예 13에서는, 실시예 1 ~ 실시예 12 중 어느 축전모듈의 적어도 하나가 탑재되는 쇼벨이 예시된다.
도 12는, 실시예 13에 의한 작업기계로서의 하이브리드형 쇼벨의 개략 평면도이다.
상부선회체(70)에, 선회베어링(73)을 통하여, 하부주행체(주행장치)(71)가 장착되어 있다. 상부선회체(70)에, 엔진(74), 메인펌프(75), 전동모터(76), 오일탱크(77), 냉각팬(78), 좌석(79), 축전모듈(80), 및 전동발전기(83)가 탑재되어 있다. 엔진(74)은, 연료의 연소에 의하여 동력을 발생한다. 엔진(74), 메인펌프(75), 및 전동발전기(83)가, 토크전달기구(81)를 통하여 서로 토크의 수수(授受)를 행한다. 메인펌프(75)는, 붐(82) 등의 유압실린더에 압유를 공급한다.
전동발전기(83)는, 엔진(74)의 동력에 의하여 구동되어, 발전을 행한다(발전운전). 발전된 전력은, 축전모듈(80)에 공급되어, 축전모듈(80)이 충전된다. 또한, 전동발전기(83)는, 축전모듈(80)로부터의 전력에 의하여 구동되어, 엔진(74)을 어시스트하기 위한 동력을 발생한다(어시스트운전). 오일탱크(77)는, 유압회로의 오일을 저장한다. 냉각팬(78)은, 유압회로의 오일온도의 상승을 억제한다. 조작자는, 좌석(79)에 착석하여, 하이브리드형 쇼벨을 조작한다.
도 13에, 실시예 13에 의한 하이브리드형 쇼벨의 측면도를 나타낸다. 하부주행체(71)에, 선회베어링(73)을 통하여 상부선회체(70)가 탑재되어 있다. 상부선회체(70)는, 전동모터(76)(도 12)로부터의 구동력에 의하여, 하부주행체(71)에 대하여, 시계방향, 또는 반시계방향으로 선회한다. 상부선회체(70)에, 붐(82)이 장착되어 있다. 붐(82)은, 유압구동되는 붐 실린더(107)에 의하여, 상부선회체(70)에 대하여 상하방향으로 요동한다. 붐(82)의 선단에, 암(85)이 장착되어 있다. 암(85)은, 유압구동되는 암 실린더(108)에 의하여, 붐(82)에 대하여 전후방향으로 요동한다. 암(85)의 선단에 버킷(86)이 장착되어 있다. 버킷(86)은, 유압구동되는 버킷 실린더(109)에 의하여, 암(85)에 대하여 상하방향으로 요동한다.
축전모듈(80)이, 축전모듈용 마운트(90) 및 댐퍼(방진(防振)장치)(91)를 통하여, 상부선회체(70)에 탑재되어 있다. 축전모듈(80)에는, 상기 실시예 1 ~ 12에 의한 축전모듈이 이용된다. 축전모듈(80)로부터 공급되는 전력에 의하여, 선회모터(76)(도 12)가 구동된다. 또한, 선회모터(76)는, 운동에너지를 전기에너지로 변환함으로써 회생전력을 발생한다. 발생된 회생전력에 의하여, 축전모듈(80)이 충전된다.
도 14에, 실시예 13에 의한 하이브리드형 쇼벨의 블록도를 나타낸다. 도 14에 있어서, 기계적 동력계를 이중선으로 나타내고, 고압 유압라인을 굵은 실선으로 나타내며, 전기계통을 가는 실선으로 나타내고, 파일럿라인을 파선으로 나타낸다.
엔진(74)의 구동축이 토크전달기구(81)의 입력축에 연결되어 있다. 엔진(74)에는, 전기 이외의 연료에 의하여 구동력을 발생하는 엔진, 예컨대 디젤엔진 등의 내연기관이 이용된다. 엔진(74)은, 작업기계의 운전중에는, 상시 구동되고 있다.
전동발전기(83)의 구동축이, 토크전달기구(81)의 다른 입력축에 연결되어 있다. 전동발전기(83)는, 전동(어시스트)운전과, 발전운전의 쌍방의 운전동작을 행할 수 있다. 전동발전기(83)에는, 예컨대 자석이 로터 내부에 내장된 내부자석내장형(IPM) 모터가 이용된다.
토크전달기구(81)는, 2개의 입력축과 1개의 출력축을 가진다. 이 출력축에는, 메인펌프(75)의 구동축이 연결되어 있다.
엔진(74)에 가하여지는 부하가 큰 경우에는, 전동발전기(83)가 어시스트운전을 행하고, 전동발전기(83)의 구동력이 토크전달기구(81)를 통하여 메인펌프(75)에 전달된다. 이로써, 엔진(74)에 가하여지는 부하가 경감된다. 한편, 엔진(74)에 가하여지는 부하가 작은 경우에는, 엔진(74)의 구동력이 토크전달기구(81)를 통하여 전동발전기(83)에 전달됨으로써, 전동발전기(83)가 발전운전된다. 전동발전기(83)의 어시스트운전과 발전운전의 전환은, 전동발전기(83)에 접속된 인버터(118)에 의하여 행하여진다. 인버터(118)는, 제어장치(130)에 의하여 제어된다.
제어장치(130)는, 중앙처리장치(CPU)(130A) 및 내부메모리(130B)를 포함한다. CPU(130A)는, 내부메모리(130B)에 격납되어 있는 구동제어용 프로그램을 실행한다. 제어장치(130)는, 표시장치(135)에, 각종 장치의 열화상태 등을 표시함으로써, 운전자의 주의를 환기한다.
메인펌프(75)는, 고압 유압라인(116)을 통하여, 컨트롤밸브(117)에 유압을 공급한다. 컨트롤밸브(117)는, 운전자로부터의 지령에 따라, 유압모터(101A, 101B), 붐 실린더(107), 암 실린더(108), 및 버킷 실린더(109)에 유압을 분배한다. 유압모터(101A 및 101B)는, 각각 도 13에 나타낸 하부주행체(71)에 구비된 좌우의 2개의 크롤러를 구동한다.
전동발전기(83)의 전기계통의 입출력단자가, 인버터(118)를 통하여 축전회로(190)에 접속되어 있다. 인버터(118)는, 제어장치(130)로부터의 지령에 근거하여, 전동발전기(83)의 운전제어를 행한다. 축전회로(190)에는, 또 다른 인버터(120)를 통하여 선회모터(76)가 접속되어 있다. 축전회로(190) 및 인버터(120)는, 제어장치(130)에 의하여 제어된다.
전동발전기(83)가 어시스트운전되고 있는 기간은, 필요한 전력이, 축전회로(190)로부터 전동발전기(83)에 공급된다. 전동발전기(83)가 발전운전되고 있는 기간은, 전동발전기(83)에 의하여 발전된 전력이, 축전회로(190)에 공급된다.
선회모터(76)는, 인버터(120)로부터의 펄스폭변조(PWM) 제어신호에 의하여 교류구동되고, 역행(力行)동작 및 회생(回生)동작의 쌍방의 운전을 행할 수 있다. 선회모터(76)에는, 예컨대 IPM 모터가 이용된다. IPM 모터는, 회생시에 큰 유도기전력을 발생한다.
선회모터(76)의 역행동작 중은, 선회모터(76)가, 감속기(124)를 통하여, 상부선회체(70)를 선회시킨다. 이때, 감속기(124)는, 회전속도를 느리게 한다. 이로써, 선회모터(76)에서 발생된 회전력이 증대한다. 또한, 회생운전시에는, 상부선회체(70)의 회전운동이, 감속기(124)를 통하여 선회모터(76)에 전달됨으로써, 선회모터(76)가 회생전력을 발생한다. 이때, 감속기(124)는, 역행운전시와는 반대로, 회전속도를 빠르게 한다. 이로써, 선회모터(76)의 회전수를 상승시킬 수 있다.
리졸버(122)가, 선회모터(76)의 회전축의 회전방향의 위치를 검출한다. 검출결과는, 제어장치(130)에 입력된다. 선회모터(76)의 운전 전과 운전 후에 있어서의 회전축의 회전방향의 위치를 검출함으로써, 선회각도 및 선회방향이 도출된다.
메카니컬 브레이크(123)가, 선회모터(76)의 회전축에 연결되어 있고, 기계적인 제동력을 발생한다. 메카니컬 브레이크(123)의 제동상태와 해제상태는, 제어장치(130)로부터의 제어를 받아, 전자적 스위치에 의하여 전환된다.
파일럿펌프(115)가, 유압조작계에 필요한 파일럿압을 발생한다. 발생된 파일럿압은, 파일럿라인(125)을 통하여 조작장치(126)에 공급된다. 조작장치(126)는, 레버나 페달을 포함하고, 운전자에 의하여 조작된다. 조작장치(126)는, 파일럿라인(125)으로부터 공급되는 1차측의 유압을, 운전자의 조작에 따라, 2차측의 유압으로 변환한다. 2차측의 유압은, 유압라인(127)을 통하여 컨트롤밸브(117)에 전달됨과 함께, 다른 유압라인(128)을 통하여 압력센서(129)에 전달된다.
압력센서(129)에서 검출된 압력의 검출결과가, 제어장치(130)에 입력된다. 이로써, 제어장치(130)는, 하부주행체(71), 선회모터(76), 붐(82), 암(85), 및 버킷(86)의 조작의 상황을 검지할 수 있다. 특히, 실시예 13에 의한 하이브리드형 쇼벨에서는, 선회모터(76)가 선회베어링(73)을 구동한다. 이로 인하여, 선회모터(76)를 제어하기 위한 레버의 조작량을 고정밀도로 검출하는 것이 요망된다. 제어장치(130)는, 압력센서(129)를 통하여, 이 레버의 조작량을 고정밀도로 검출할 수 있다.
또한, 제어장치(130)는, 하부주행체(71), 선회모터(76), 붐(82), 암(85), 및 버킷(86)의 어느 것도 운전되지 않고, 축전회로(190)에의 전력의 공급 및 축전회로(190)로부터의 전력의 강제적인 취출의 어느 것도 행하여지지 않는 상태(비운전상태)를 검출할 수 있다.
도 15에, 축전회로(190)의 등가회로도를 나타낸다. 축전회로(190)는, 축전모듈(80), 컨버터(200), 및 DC버스라인(210)을 포함한다. 컨버터(200)의 한 쌍의 전원접속단자(203A, 203B)에 축전모듈(80)이 접속되어 있고, 한 쌍의 출력단자(204A, 204B)에 DC버스라인(210)이 접속되어 있다. 일방의 전원접속단자(203B), 및 일방의 출력단자(204B)는 접지되어 있다. 축전모듈(80)에는, 상기 실시예 1 ~ 실시예 12에 의한 축전모듈이 이용된다.
DC버스라인(210)은, 인버터(118, 120)를 통하여, 전동발전기(83) 및 선회모터(76)에 접속되어 있다. DC버스라인(210)에 발생하고 있는 전압이, 전압계(211)에 의하여 측정되고, 측정결과가 제어장치(130)에 입력된다.
승압용의 절연게이트 바이폴러 트랜지스터(IGBT)(202A)의 컬렉터와, 강압용의 IGBT(202B)의 이미터가 서로 접속된 직렬회로가, 출력단자(204A와 204B)의 사이에 접속되어 있다. 승압용 IGBT(202A)의 이미터가 접지되고, 강압용 IGBT(202B)의 컬렉터가, 고압측의 출력단자(204A)에 접속되어 있다. 승압용 IGBT(202A)와 강압용 IGBT(202B)의 상호 접속점이, 리액터(201)를 개재하여, 고압측의 전원접속단자(203A)에 접속되어 있다.
승압용 IGBT(202A) 및 강압용 IGBT(202B)에, 각각 다이오드(202a, 202b)가, 이미터로부터 컬렉터를 향하는 방향이 순방향이 되는 방향으로 병렬접속되어 있다. 출력단자(204A와 204B)의 사이에, 평활용의 콘덴서(205)가 삽입되어 있다.
전원접속단자(203A와 203B)의 사이에 접속된 전압계(206)가, 축전모듈(80)의 단자간전압을 측정한다. 리액터(201)에 직렬로 삽입된 전류계(207)가, 축전모듈(80)의 충방전전류를 측정한다. 전압 및 전류의 측정결과는, 제어장치(130)에 입력된다.
온도검출기(136)가, 축전모듈(80)의 온도를 검출한다. 검출된 온도데이터는, 제어장치(130)에 입력된다. 온도검출기(136)는, 예컨대 축전모듈(80)을 구성하는 복수의 축전셀에서 선택된 4개의 축전셀에 대응하여 준비된 4개의 온도계를 포함한다. 제어장치(130)는, 예컨대, 4개의 온도계에서 취득된 4개의 온도데이터의 평균을 산출하여, 평균치를 축전모듈(80)의 온도로 한다. 다만, 커패시터의 과열상태를 판정할 때에는, 4개의 온도데이터가 나타내는 온도 중 가장 높은 온도를, 축전모듈의 온도로서 채용하여도 된다. 반대로, 축전모듈의 온도가 너무 저하된 상태의 판정에는, 4개의 온도데이터가 나타내는 온도 중 가장 낮은 온도를, 축전모듈의 온도로서 채용하여도 된다.
제어장치(130)가, 승압용 IGBT(202A) 및 강압용 IGBT(202B)의 게이트전극에, 제어용의 펄스폭변조(PWM) 전압을 인가한다.
이하, 승압동작(방전동작)에 대하여 설명한다. 승압용 IGBT(202A)의 게이트전극에 PWM 전압을 인가한다. 승압용 IGBT(202A)의 오프시에, 리액터(201)에, 고압측의 전원접속단자(203A)로부터 승압용 IGBT(202A)의 컬렉터를 향하여 전류를 흘리는 방향의 유도기전력이 발생한다. 이 기전력이, 다이오드(202b)를 통하여 DC버스라인(210)에 인가된다. 이로써, DC버스라인(210)이 승압된다.
다음으로, 강압동작(충전동작)에 대하여 설명한다. 강압용 IGBT(202B)의 게이트전극에, PWM 전압을 인가한다. 강압용 IGBT(202B)의 오프시에, 리액터(201)에, 강압용 IGBT(202B)의 이미터로부터 고압측의 전원접속단자(203A)를 향하여 전류를 흘리는 방향의 유도기전력이 발생한다. 이 유도기전력에 의하여, 축전모듈(80)이 충전된다.
축전모듈(80)에, 상기 실시예 1~10에 의한 축전모듈이 이용되고 있기 때문에, 진동이나 충격에 의한 축전모듈(80)의 파괴가 억제된다. 특히, 선회베어링(73)(도 12, 도 13)의 덜컹거림에 기인하여 상부선회체(70)가 상하로 진동할 때에, 댐퍼(91)(도 13)로 전부 흡수할 수 없는 진동에 의한 축전모듈(80)의 파괴를 억제할 수 있다. 또한, 축전셀로부터의 효율적인 방열을 실현할 수 있다.
실시예 14
실시예 14에서는, 실시예 1 ~ 실시예 12 중 어느 축전모듈의 적어도 하나가 탑재되는 쇼벨이 예시된다.
도 16 및 도 17은, 각각 실시예 14에 의한 작업기계로서의 전동쇼벨의 개략 평면도, 및 블록도이다. 이하의 설명에서는, 도 12, 도 14에 나타낸 실시예 13과의 상이점에 주목하고, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
실시예 14에 의한 전동쇼벨에서는, 엔진(74)(도 12, 도 14)이 탑재되어 있지 않다. 축전모듈(80)을 충전하기 위한 전압컨버터(88) 및 외부전원접속 플러그(87)가 준비되어 있다. 외부전원으로부터, 외부전원접속 플러그(87) 및 전압컨버터(88)를 통하여, 축전모듈(80)을 충전할 수 있다. 전동발전기(83)는, 발전기로서 동작하지 않고, 축전모듈(80)(축전회로(190))로부터 공급되는 전력에 의하여, 전동기로서만 동작한다.
전압컨버터(88)는, 외부전원의 전압을 축전모듈(80)의 전압에 적합하게 하기 위한 전압변환을 행한다.
실시예 1 ~ 10에 의한 축전모듈은, 하이브리드형 쇼벨 뿐만 아니라, 전동쇼벨에도 적용 가능하다.
이상 실시예에 의하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이것들로 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 다양한 변경, 개량, 조합 등이 가능한 것은 당업자에게 자명할 것이다.
상기 실시예에 근거하여, 더욱 이하의 부기(附記)를 개시한다.
(부기 1)
xyz 직교좌표계를 정의하였을 때,
각각이,
z방향으로 적층된 판형상의 복수의 축전셀,
상기 축전셀의 적층구조의 양단에 배치된 한 쌍의 누름판,
상기 한 쌍의 누름판을 연결하여, 상기 축전셀의 적층구조에 z방향의 압축력을 가하는 제1 타이로드, 및
상기 축전셀의 사이에 끼워진 적어도 1매의 전열판
을 포함하고, x방향으로 배열하는 복수의 적층체와,
복수의 상기 적층체를 y방향으로 끼우고, 상기 적층체의 누름판에 고정된 제1 벽판 및 제2 벽판과,
복수의 상기 적층체를 x방향으로 끼워, 상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판에 고정된 제3 벽판 및 제4 벽판
을 가지고,
x방향에 관하여 일방의 단(端)에 배치된 상기 적층체의 상기 누름판이, 상기 제3 벽판에 고정되고, 타방의 단에 배치된 상기 적층체의 상기 누름판이, 상기 제4 벽판에 고정되어 있고,
상기 전열판이, 상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판에 열적으로 결합되어 있는 작업기계용 축전모듈.
(부기 2)
x방향으로 인접하는 상기 적층체의 사이에 배치된 격벽을 더욱 가지고,
상기 격벽은, 상기 제1 벽판, 상기 제2 벽판, 및 그 격벽의 양측의 상기 적층체의 상기 누름판에 고정되어 있는 부기 1에 기재된 작업기계용 축전모듈.
(부기 3)
부기 1 또는 부기 2에 기재된 작업기계용 축전모듈과,
상기 축전모듈로부터 공급되는 전력으로 구동됨과 함께, 운동에너지를 전기에너지로 변환함으로써 회생전력을 발생하고, 상기 축전모듈을 충전하는 모터를 가지는 쇼벨.
(부기 4)
하부주행체와,
상기 하부주행체에 선회 가능하게 장착된 상부선회체
를 더욱 가지고, 상기 모터는, 상기 상부선회체를 선회시키는 부기 3에 기재된 쇼벨.
11, 12, 13, 14 벽판, 15 격벽, 17 냉매유로, 20 축전셀, 20A 얇은 부분, 21 전극, 25 전열판, 27 가스배출밸브, 30 적층체, 31 누름판, 33 타이로드(제1 타이로드), 40 타이로드(제2 타이로드), 43 중간판, 45 열전도성 접착제, 46 홈, 50 홈, 51 전열고무시트, 55 요철, 56 조임구, 60 지지틀, 61 받침면, 70 상부선회체, 71 하부주행체(기체(基體)), 73 선회베어링, 74 엔진, 75 메인펌프, 76 선회모터, 77 오일탱크, 78 냉각팬, 79 좌석, 80 축전모듈, 81 토크전달기구, 82 붐, 83 전동발전기, 85 암, 86 버킷, 87 외부전원접속 플러그, 88 전압컨버터, 90 축전모듈 마운트, 91 덤퍼(방진장치), 101A, 101B 유압모터, 107 붐 실린더, 108 암 실린더, 109 버킷 실린더, 114 메인펌프, 115 파일럿펌프, 116 고압 유압라인, 117 컨트롤밸브, 118 인버터, 119 커패시터, 120 인버터, 122 리졸버, 123 메카니컬 브레이크, 124 감속기, 125 파일럿라인, 126 조작장치, 127, 128 유압라인, 129 압력센서, 130 제어장치, 135 표시장치, 136 온도검출기, 200 컨버터, 201 리액터, 202A 승압용 IGBT, 202B 강압용 IGBT, 202a, 202b 다이오드, 203A, 203B 전원접속단자, 204A, 204B 출력단자, 205 평활용 콘덴서, 206 전압계, 207 전류계, 211 전압계

Claims (11)

  1. 하부주행체와,
    상기 하부주행체 위에 선회 가능하게 장착된 상부선회체와,
    상기 상부선회체에 탑재된 축전모듈
    을 가지고,
    상기 축전모듈은,
    xyz 직교좌표계를 정의하였을 때,
    z방향으로 적층된 판형상의 복수의 축전셀,
    상기 축전셀의 사이에 배치된 적어도 1매의 전열(傳熱)판, 및
    상기 축전셀의 적층구조의 양단에 배치되고, 상기 축전셀에, 상기 축전셀의 적층방향의 압축력을 가하는 한 쌍의 누름판
    을 포함한 적층체와,
    상기 적층체를 y방향으로 끼우고, 상기 한 쌍의 누름판에 고정되어 있는 제1 벽판 및 제2 벽판
    을 가지고,
    상기 전열판의 위치가, 상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판에 대하여 구속되어 있는 쇼벨.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전열판이, 상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판에 열적으로 결합되어 있는 쇼벨.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판을 냉각하기 위한 냉매유로 또는 방열용의 요철을 더욱 가지는 쇼벨.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전열판은, 상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판에 고착되어 있는 쇼벨.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전열판과 상기 제1 벽판의 사이, 및 상기 전열판과 상기 제2 벽판의 사이에, 열전도성을 가지는 접착제가 배치되어 있는 쇼벨.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적층체는, 상기 한 쌍의 누름판을 연결하여, 상기 축전셀의 적층구조에 적층방향의 압축력을 가하는 제1 타이로드를 더욱 포함하고,
    상기 적층체를 x방향으로 끼우고, 상기 한 쌍의 누름판, 상기 제1 벽판, 및 상기 제2 벽판에 고정되어 있는 제3 벽판 및 제4 벽판을 더욱 가지는 쇼벨.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적층체가, 상기 축전셀의 사이에 배치된 중간판을 더욱 포함하고,
    상기 중간판은, 그 외주에 있어서 상기 제1 벽판 및 제2 벽판에 고정되어 있는 쇼벨.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판의 내측의 표면에 형성된 오목부와,
    상기 오목부 내에 배치된 열전도성을 가지는 탄성부재로서, 상기 탄성부재에 외력이 가하여지지 않은 상태에서는, 상기 탄성부재의 일부가 상기 오목부의 개구 면으로부터 돌출되어 있는 상기 탄성부재
    를 더욱 가지고,
    상기 전열판의 가장자리는, 상기 오목부와 교차하도록 배치되어, 상기 제1 및 제2 벽판의 내측의 표면에 접촉함과 함께, 상기 탄성부재를 가압변형하고 있는 쇼벨.
  9. 하부주행체와,
    상기 하부주행체 위에 선회 가능하게 장착된 상부선회체와,
    상기 상부선회체에 탑재된 축전모듈
    을 가지고,
    상기 축전모듈은,
    xyz 직교좌표계를 정의하였을 때,
    각각이,
    z방향으로 적층된 판형상의 복수의 축전셀,
    상기 축전셀의 적층구조의 양단에 배치된 한 쌍의 누름판,
    상기 한 쌍의 누름판을 연결하여, 상기 축전셀의 적층구조에 적층방향의 압축력을 가하는 제1 타이로드, 및
    상기 축전셀의 사이에 끼워진 적어도 1매의 전열판
    을 포함하고, y방향으로 배열하는 복수의 적층체와,
    상기 적층체의 각각에 장착되고, 상기 적층체의 각각을 y방향으로 끼우며, 상기 누름판에 고정되고, 상기 전열판에 열적으로 결합하는 제1 벽판 및 제2 벽판과,
    복수의 상기 적층체를 x방향으로 끼우고, 복수의 상기 적층체의 상기 누름판, 복수의 상기 적층체에 장착된 상기 제1 벽판 및 상기 제2 벽판에 고정된 제3 벽판 및 제4 벽판
    을 가지는 쇼벨.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 축전모듈로부터 공급되는 전력으로 구동됨과 함께, 운동에너지를 전기에너지로 변환함으로써 회생전력을 발생하여, 상기 축전모듈을 충전하는 모터를 더욱 가지는 쇼벨.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 모터는, 상기 상부선회체를 선회시키는 쇼벨.
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