KR20120051730A - 작업 기계의 전액 구동 시스템 - Google Patents

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료 야마모토
유키토 이마무라
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

작동유의 유량을 콘트롤 밸브(6)로 조정하여 상부 선회체(16)를 구동하는 작업 기계의 전유 구동 시스템을, 엔진(2)으로 구동하는 유압 펌프(4)와 제1전동기(5)를 가진 전유 펌프(3)와, 상기 전유 펌프(3)로부터 공급되는 작동유로 회전시키는 유압 모터(10)와 제2전동기(11)를 가진 전유 모터(9)로 구성하고, 상기 전유 펌프(3)의 부하와 상기 전유 모터(9)의 부하로부터 상기 제1전동기(5)와 상기 제2전동기(11)의 동작 상태를 결정하는 제어 장치(7)를 구비시켜 유압과 전기에 의해 효율적인 운전을 할 수 있는 작업 기계의 전액 구동 시스템을 구성한다.

Description

작업 기계의 전액 구동 시스템{ELECTRICITY-LIQUID DRIVE SYSTEM OF OPERATING MACHINE}
본 발명은, 작업 기계 등에 설치되어 있는 구조체를 액압(液壓) 모터(motor)와 전동기(electric motor)를 이용하여 구동하는 전액(電液) 구동 시스템에 관한 것으로, 예를 들면 유압 모터(hydraulic motor)와 전동기를 이용한 전유(電油) 구동 시스템에 관한 것이다.
종래에는, 유압 쇼벨(hydraulic shovel), 크레인(crane), 휠 로더(wheel loader), 불도저(bulldozer) 등의 동력 기계류(본 명세서 및 특허청구범위의 서류에서는 이들 동력 기계류(중기)를 총칭하여 「작업 기계」라고 한다)가 여러 분야에서 사용되고 있다. 예를 들면, 유압 쇼벨을 예로 설명하면, 유압 쇼벨은, 하부 주행체의 상부에 상부 선회체(구조체)가 설치되고, 이 상부 선회체에는, 엔진과 운전석, 바켓(bucket)이 선단에 설치된 암(arm), 암에 연결된 붐(boom) 등이 구비되어 있어 대형 중량물로 이루어져 있다. 이 상부 선회체는, 작업 때에 운전석의 리모트 콘트롤 밸브(remote control valve)(이하, 「리모콘 밸브」라고 한다)를 조작함으로써 하부 주행체의 상부에서 선회되고, 암 선단의 바켓에 의해 각종 작업이 행해진다.
또한, 이와 같은 작업 기계에 있어서, 근년에는 상부 선회체 등의 구동 장치로서 전동기를 구비한 것이 제안되어 있다.
예를 들면, 이와 같은 작업 기계에 있어서, 동력원인 엔진으로 구동하는 감속기에 유압 펌프(pump)와 발전기 겸 전동기를 나란히 설치하여 양자를 구동하고, 유압 펌프로부터의 작동유로 유압 액튜에이터 (actuator)를 구동하고, 발전기로 발전한 전기를 배터리(battery)에 축적해두고, 필요에 따라 발전기 겸 전동기를 전동기로서 동작시키도록 한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌1, 2 참조).
또한, 다른 선행기술로서, 동력원인 엔진에 유압 펌프를 설치하고, 이 유압 펌프에 감속기나 커플링(coupling)을 개재하여 발전기 겸 전동기를 구비시키고, 엔진의 동력으로 구동하는 유압 펌프로부터의 작동유로 유압 실린더(cylinder)나 주행용 유압 모터를 구동하고, 발전기로 발전한 전기를 배터리에 축적하여 선회 전동기를 구동하도록 한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌2, 3 참조).
더욱이 다른 선행기술로서, 동력원인 엔진과 발전기를 일체적으로 구성하고, 이 발전기를 통하여 구동하는 유압 펌프의 작동유로 유압 실린더 등을 구동함과 아울러 상부 선회체를 전동기로 구동하도록 한 것도 있다(예를 들면, 특허문헌4 참조).
일본 특개 2005-237178호 공보 일본 특개 2003-9308호 공보 일본 특개 2007-218003호 공보 일본 특개 2002-275945호 공보
그러나 상기 특허문헌1에서는, 유압 펌프와 발전기 겸 전동기를 구동하는 대형 감속기를 필요로 하고, 장치 전체가 대형화함과 아울러 복잡해지며, 각 기기의 접속 작업성이나 신뢰성을 확보하기가 어렵다. 게다가 각 기기의 구성 점수가 많으므로 많은 제작비용 등을 필요로 한다.
또한, 상기 특허문헌2, 3의 경우에도, 엔진과 유압 펌프 또는 발전기 겸 전동기 사이에 커플링 등을 필요로 하기 때문에, 그 구성 등으로 장치 전체가 대형화함과 아울러 복잡해지고, 각 기기의 접속 작업성이나 신뢰성을 확보하기가 어려움과 아울러 많은 제작비용 등을 필요로 한다.
게다가 상기 특허문헌4의 경우에는, 엔진과 발전기를 일체화하여 소형화를 실현했다고 하여도 발전기와 일체로 된 엔진이 전용품으로 되고, 각 작업 기계에 따라 구동 장치의 신규 설계 및 구성 부품의 제조가 필요해지며, 많은 제작비용이나 제작시간 등을 필요로 한다.
그런데다가 이들 선행기술에서는, 작업 기계의 구조체인 선회체를 전동기만으로 구동하는 구성이기 때문에 동력원으로 발전기를 구동하여 전기를 배터리에 축적해두지 않으면 선회체를 선회시킬 수 없어지는 경우도 있고, 동력원에 의한 발전 시간이 많으며, 작업 기계의 전체 동력을 효율적으로 이용하는 것은 어렵다.
따라서 본 발명은, 작업 기계의 구조체를 구동하는 액압 모터와 전동기를 구비시킴과 아울러 동력원으로 구동하는 액압 펌프와 전동기를 구비시켜 액압과 전기에 의해 효율적인 운전을 할 수 있고, 비용 절감도 도모할 수 있는 작업 기계의 전액 구동 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 작동액의 유량을 콘트롤 밸브로 조정하여 구조체를 구동하는 작업 기계의 전액 구동 시스템으로, 동력원에 의해 구동되는 액압 펌프와 제1전동기를 가지며, 상기 작동액을 공급하는 공급 장치와, 상기 공급 장치로부터 공급되는 작동액으로 회전하는 액압 모터와 제2전동기를 가지며, 상기 구조체를 구동시키는 구동 장치와, 상기 공급 장치의 부하와 상기 구동 장치의 부하로부터 상기 제1전동기와 상기 제2전동기의 동작 상태를 결정하는 제어 장치를 갖고 있다. 본 명세서 및 특허청구범위에 있어서의 「전동기의 동작 상태」는, 전동기가 「구동기」로서 동작하든지 「발전기」로서 동작하든지 어느 상태에서 동작하는 것을 말한다. 이에 따라, 동력원으로 구동하는 액압 펌프로부터 콘트롤 밸브를 통하여 액압 모터에 공급되는 액압에 의해 작업 기계의 구조체를 구동할 수 있음과 아울러 제1전동기와 제2전동기에 의한 발전 또는 구동을 효율적으로 행함으로써 전기?액압을 사용한 효율이 좋은 전유 구동 시스템을 구성할 수 있다.
또한, 상기 제1전동기는, 동력원으로부터 전달된 동력을 전기 에너지로 변환하는 발전기 기능과, 상기 전기 에너지를 이용하여 액압 펌프를 어시스트 구동하는 구동기 기능을 가지며, 상기 제어 장치는, 상기 발전기 기능으로 발전되는 전기를 충전하는 충전부의 충전 상태와, 상기 제1전동기의 동작 상태에 의거하여 해당 제1전동기를 발전기 및 구동기 중 어느 하나로 동작시킬지를 제어하도록 하여도 좋다. 이와 같이 하면, 충전부의 충전 상태와 제1전동기의 동작 상태에 따라 제1전동기를 구동기 또는 발전기로서 동작시킴으로써 효율적인 운전을 할 수 있다.
더욱이 상기 제2전동기는, 액압 모터의 감속 시의 관성 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기 기능과, 상기 전기 에너지를 이용하여 액압 모터를 어시스트 구동하는 구동기 기능을 가지며, 상기 제어 장치는, 상기 발전기 기능으로 발전되는 전기를 충전하는 충전부의 충전 상태와, 상기 제2전동기의 동작 상태에 의거하여 해당 제2전동기를 발전기 및 구동기 중 어느 하나로 동작시킬지를 제어하도록 되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 충전부의 충전 상태와 제2전동기의 동작 상태에 따라 제2전동기를 구동기 또는 발전기로서 동작시킴으로써 효율적인 운전을 할 수 있다. 게다가 동작 상태에 따라 공급 장치의 제1전동기 및 구동 장치의 제2전동기의 한 쪽 또는 양 쪽을 발전기로서 동작시킴으로써 효율적인 에너지 회수를 할 수도 있다.
또한, 상기 구동 장치는, 상기 액압 모터와 제2전동기가 일체형이고, 해당 제2전동기는 상기 액압 모터의 회전축에 접속된 회전자와, 해당 회전자의 외주에 배치된 고정자를 갖고, 상기 회전자는, 상기 액압 모터의 케이싱(casing) 외주와 소정의 극간을 두고 둘러싸도록 배치되고, 해당 회전자와 상기 케이싱의 사이에는 해당 회전자와 케이싱에 지지되는 베어링과, 해당 회전자와 케이싱의 극간을 실(seal)하는 실(seal)재가 배치되어 있어도 좋다. 이와 같이 하면, 액압 모터의 외부에 제2전동기를 배치하여 구동 장치를 콤팩트(compact)하게 형성할 있음과 아울러 액압 모터의 케이싱 외주에 극간을 두고 배치한 제2전동기의 회전자와의 사이를 실(seal)재로 실(seal)하므로 제2전동기에, 액압 모터로부터 윤활유 등이 들어오는 것을 방지하여 제2전동기의 성능 저하 등을 방지할 수 있다.
더욱이 상기 공급 장치는, 상기 액압 펌프와 제1전동기가 일체형이어도 좋다. 이와 같이 하면, 동력원에 액압 펌프를 접속하는 구조 부분을 종래와 동일하게 하여 종래의 설치 구조에 큰 변경을 주지 않고 액압 펌프와 제1전동기를 가진 공급 장치를 동력원에 구비시킬 수 있다. 게다가 액압 펌프와 제1전동기를 가진 공급 장치를 일체형인 소형으로 형성할 수 있고, 비용 절감을 도모할 수 있다.
본 발명에 따르면, 작업 기계의 구조체를 구동하는 액압 모터와 전동기, 및 동력원으로 구동하는 액압 펌프와 전동기에 의해 액압과 전기로 효율적으로 운전할 수 있는 작업 기계의 구동 시스템을 구성하는 것이 가능해진다.
또한, 액압 모터와 전동기, 또는 액압 펌프와 전동기를 일체적으로 구성함으로써 기기를 소형화하여 비용 절감을 도모하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명에 따른 작업 기계의 전액 구동 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 전액 구동 시스템의 유압 회로도이다.
도 3의 (a)~(d)는, 도 1에 도시한 전액 구동 시스템의 전액 일체형 공급 장치의 구성 예를 모식적으로 도시한 측면도이다.
도 4의 (a)~(c)는, 도 1에 도시한 전액 구동 시스템의 전액 일체형 공급 장치의 다른 구성 예를 모식적으로 도시한 측면도이다.
도 5는, 도 1에 도시한 전액 구동 시스템의 전액 일체형 구동 장치의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 이하의 실시예에서는, 「작동액(作動液)」로서 「작동유(作動油)」를 예로 설명한다. 또한, 작업 기계로서 유압 실린더, 주행용 유압 모터, 및 상부 선회체 등을 가진 유압 쇼벨의 예를 설명한다. 더욱이 이하의 실시예에서는, 유압 펌프에 제1전동기를 일체적으로 구비시킨 전유(電油) 일체형 공급 장치(이하, 「전유 펌프」라고 한다)와, 유압 모터에 제2전동기를 일체적으로 구비시킨 전유 일체형 구동 장치(이하, 「전유 모터」라고 한다)를 구비한 전유 구동 시스템을 예로 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이 본 실시예의 전유 구동 시스템(1)은, 동력원인 엔진(2)과, 이 엔진(2)으로 구동하는 전유 펌프(3)와, 이 전유 펌프(3)의 유압 펌프(4)로부터 토출되는 작동유를 유량 제어하는 콘트롤 밸브(6)와, 상기 전유 펌프(3)의 제1전동기(5)와, 이 제1전동기(5)로 발전된 전기를 제어 장치(7)를 통하여 충전하는 충전부(8)와, 상기 콘트롤 밸브(6)로부터의 작동유와, 제어 장치(7)를 통하여 공급되는 전기로 구동하는 전유 모터(9)(전유 선회 모터)를 구비하고 있다. 이 전유 모터(9)는, 후술하는 바와 같이 콘트롤 밸브(6)로부터의 작동유로 구동되는 유압 모터(10)와, 제어 장치(7)를 통하여 공급되는 전기로 구동되는 제2전동기(11)를 갖고 있다.
상기 콘트롤 밸브(6)는, 전유 펌프(3)로부터 공급되는 작동유가 예를 들면, 붐 신축용 유압 실린더나 주행용 유압 모터 등(15)에 공급되어 이것들이 구동된다. 또한 콘트롤 밸브(6)를 통하여 공급되는 작동유로 전유 모터(9)도 구동되고, 이 전유 모터(9)로 상부 선회체(16)가 선회 구동된다.
또한, 상기 전유 모터(9)는, 상부 선회체의 관성 등을 이용하여 발전하는 기능을 구비하고 있고, 이 발전된 전기가 제어장치(7)를 통하여 충전부(8)에 충전되도록 되어 있다.
더욱이 충전부(8)에 충전된 전기는, 필요에 따라 상기 제어 장치(7)를 통하여 상기 전유 모터(9)의 제2전동기(11)를 구동하는 어시스트 구동 동력, 상기 전유 펌프(3)의 제1전동기(5)를 구동하는 어시스트 구동 동력으로서 이용시키도록 되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 상기 전유 구동 시스템(1)의 유압 회로로서는, 상부 선회체의 선회 방향 및 선회 속도 등의 동작량을 결정하는 리모콘 밸브(20)에 설치된 경도(傾倒) 핸들(handle)(21)을 경도하는 방향, 각도, 및 속도 등에 의해 선회체의 선회 방향 및 속도가 결정된다. 리모콘 밸브(20)의 조작량은, 압력 센서(22)에서 검출된 좌우 포트(port)의 차압이 선회체를 회전시키기 위한 속도 지령(회전수 지령)으로서 제어 장치(7)에 입력된다. 한편, 상기 전유 모터(9)의 유압 모터(10)는, 상기 전유 펌프(3)의 유압 펌프(4)로부터 토출되는 작동유에 의해서도 구동되고, 상기 유압 펌프(4)로부터의 작동유가 콘트롤 밸브(6)를 통하여 유압 모터 회로(23)의 유로(24,25)에 공급되고, 이들 유로(24,25)에서부터 유압 모터(10)의 흡입 포트로 작동유가 공급된다. 콘트롤 밸브(6)는, 유압 모터 회로(23)에 공급되는 작동유 유량을 제어하고 있다. 유압 모터(10)의 흡입 포트와 토출 포트는, 회전 방향에 따라 반대로 된다.
또한, 이 유압 모터 회로(23)에는, 유압 모터(10)의 감속 시에, 이 유압 모터(10)의 토출 측에 발생하는 손실을 회피하기 위한 전자 릴리프(relief) 밸브(26)가 설치되어 있다. 이 전자 릴리프 밸브(26)에 의해 유압 모터(10)의 감속 시에 개방함으로써 유압 모터(10)의 관성 에너지를 이용하여 제2전동기(11)에서 효율 좋게 회생 전력을 회수할 수 있다. 전자 릴리프 밸브(26)는, 유압 모터(10)의 정회전, 및 역회전 시에 작동유가 흐르는 방향이 다르므로 유로(24,25) 각각의 방향을 향하여 설치되어 있다. 더욱이 유로(24,25) 사이에는, 통상 사용 시의 압력을 초과한 경우에 탱크(tank)(29)로 작동유를 도피시키도록 작동하는 릴리프 밸브(27)와, 유로(24,25) 내의 기름 순환 시에 유량이 감소하면 탱크(29)로부터 기름을 흡인하는 체크(check) 밸브(28)가 설치되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 콘트롤 밸브(6)에 의한 작동유량을 제어하기 위하여, 이 콘트롤 밸브(6)의 파일롯(pilot) 포트(30)(선회 섹션(section))에 전자 감압 밸브(31)가 설치되어 있다. 이 전자 감압 밸브(31)에는, 1차압으로서 상기 리모콘 밸브(20)의 2차압이 인도되고 있다.
이 전자 감압 밸브(31)에 의한 콘트롤 밸브(6)의 제어는, 상기 리모콘 밸브(20)의 조작량에 의거한 작동유량이 유압 모터(10)로 공급되도록, 제어 장치(7)로부터의 개도(開度) 제어 신호에 의거하여 행해진다. 이 제어 장치(7)에 의한 전자 감압 밸브(31)의 개도 제어는, 상기 리모콘 밸브(20)의 조작량에 의거하여 리모콘 밸브(20)로부터 공급되는 파일롯 압유(2차압)를 전자 감압 밸브(31)에서 감압한 파일롯 압으로 콘트롤 밸브(6)를 제어함으로써 행해진다.
더욱이 상기 유압 모터(10)의 흡입 포트와 토출 포트에는 압력 센서(35)가 각각 설치되어 있고, 이들 압력 센서(35)에서 검출된 압력의 차압이 차압 피드백으로서 제어 장치(7)에 입력되고 있다. 이 차압 피드백에 의해 제어 장치(7) 내에서 유압 모터(10)의 발생 토크(torque)가 추정된다(음 신호의 경우에는 역 토크).
또한, 상기 제2전동기(11)는, 상기 제어 장치(7)를 통하여 전기를 축적하는 충전부(8)와 접속되어 있다. 제어 장치(7)는, 충전부(8)와 제2전동기(11) 사이에서 전기의 수수(授受)를 행하도록 되어 있고, 상부 선회체를 회전 구동하기 위하여 유압 모터(10)가 가속할 때에는, 유압 모터(10)와 협동하는 제2전동기(11)에 전력을 공급하도록 방전하고, 유압 모터(10)가 감속할 때에는, 유압 모터(10)를 제어하도록 제2전동기(3)에 회생작용을 일으키고, 얻어진 회생전력이 충전되도록 되어 있다. 이와 같이 상기 제어 장치(7)는, 유압 모터(10)의 가속 시에 있어서는 유압 모터(10)와 협동하는 제2전동기(11)에 회전 지령을 내보내고, 유압 모터(10)의 감속 시에 있어서는, 유압 모터(10)를 제동하도록 제2전동기(11)에 회생 지령을 내보내고 있다.
더욱이 제2전동기(11)에는, 회전수 센서(36)가 설치되어 있고, 이 회전수 센서(36)에 의해 검출된 회전수가 속도 피드백으로서 상기 제어 장치(7)에 입력되고 있다. 이 속도 피드백에 의해, 제어 장치(7) 내에서 리모콘 밸브(20)로부터의 속도 지령(회전수 지령)과 실회전수의 차이로부터 가속도가 얻어진다.
한편, 상기 전유 펌프(3)의 제1전동기(5)에도, 회전수 센서(37)가 설치되어 있고, 이 회전수 센서(37)에 의해 검출된 회전수가 회전수 피드백으로서 상기 제어 장치(7)에 입력되고 있다. 이 회전수 피드백에 의해, 유압 펌프(4)의 정확한 토출량이 제어 장치(7) 내에서 얻어진다. 또한, 제어 장치(7)로부터는, 유압 펌프(4)에 대하여 경전(傾轉) 제어의 경전 지령과, 엔진(2)에 대하여 회전수 지령이 내보내어지도록 되어 있다.
그리고 상기 제어 장치(7)는, 리모콘 밸브(20)의 조작량에 의거하는 차압 신호의 속도 지령(회전수 신호), 유압 모터(10)의 차압 신호에 의거하는 차압 피드백(토크 신호), 제2전동기(11)의 회전수 신호에 의거하는 속도 피드백(실회전수), 및 제1전동기(5)의 회전수 신호에 의거하는 회전수 피드백(실토출량)에 의거하여 전유 모터(9)에 필요한 토크가 얻어지도록 제2전동기(11)를 회전시킴과 아울러 제2전동기(11)의 토크 부족분을 보충하도록 전자 감압 밸브(31)에 개도 제어 신호를 전송하여 콘트롤 밸브(6)를 제어한다. 더욱이 상기 제어 장치(7)는, 필요에 따라 유압 펌프(4)의 경전 제어와 제1전동기(5)의 동작 상태를 제어한다.
또한, 이 제어 장치(7)에 의한 콘트롤 밸브(6)의 전자 감압 밸브(31)를 제어하는 방법으로서는, 리모콘 밸브(20)가 조작되어 가속으로 판단했을 때에, 충전부(8)에 제2전동기(11)의 운전이 가능한 전기 에너지가 축적되어 있을 경우에는, 이 전기 에너지로 우선적으로 제2전동기(11)를 구동하고, 토크가 부족한 분(分)이 상기한 바와 같이 제어되는 콘트롤 밸브(6)를 통하여 공급되는 작동유로 구동되는 유압 모터(10)에 의해 보충된다.
한편, 리모콘밸브(20)가 조작되어 감속으로 판단했을 때에는, 제2전동기(11)에 회생작용을 행하게 하여 관성 에너지가 전기 에너지로 변환되어 회생 전력이 충전부(8)에 충전된다. 또한, 엔진(2)의 여력이 있을 경우 등에는, 전유 펌프(3)의 제1전동기(5)가 발전기로서 동작되고, 발전된 전기가 충전부(8)에 충전된다.
이와 같이 리모콘 밸브(20)로부터의 신호와, 전유 펌프(3) 및 전유 모터(9)로부터의 신호에 의거하여 제어 장치(7)에서 콘트롤 밸브(6)와 제1전동기(5) 및 제2전동기(11)를 제어할 수 있으므로 각 기기의 동작 상황에 따라 전유 모터(9) 및 전유 펌프(3)를 효율 좋게 제어하는 것이 가능해져 에너지 효율의 향상을 도모한 전유 구동 시스템(1)을 구성할 수 있다. 요컨대 전유 펌프(3) 및 전유 모터(9)의 동작 상태에 따라 제어 장치(7)에서 콘트롤 밸브(6)의 전자 감압 밸브(31)를 제어함으로써 작동유량을 조정함과 아울러 제1전동기(5)와 제2전동기(11)에 대하여 발전 동작 또는 구동 동작을 시킴에 따라 전유 구동 시스템(1)에 있어서 전기?액압을 사용한 효율이 좋은 운전을 할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전유 펌프(3)(전유 일체형 공급 장치)의 구성 예로서는, 예를 들면 2개의 유압 펌프를 직렬로 배치하고 있는 경우, (a)에 도시한 예에서는, 유압 펌프(4)의 엔진(2) 측(도면의 왼쪽)에 제1전동기(5)가 설치되고, 그 회전자(41)가 회전축(40)에 설치되고, 그 회전자(41)의 외주에 고정자(42)가 배치된다. 또한, (b)에 도시한 예에서는, 2개의 유압 펌프(4) 사이에 제1전동기(5)가 설치되고, 그 회전자(41)가 회전축(40)에 설치되고, 그 회전자(41)의 외주에 고정자(42)가 배치된다. 더욱이, (c)에 도시한 예에서는, 유압 펌프(4)의 반 엔진 측에 제1전동기(5)가 설치되고, 그 회전자(41)가 연설된 회전축(40)에 설치되고, 그 회전자(41)의 외주에 고정자(42)가 배치된다. 또한, (d)에 도시한 예에서는, 유압 펌프(4)에 설치되어 있는 동력 취출 기구(Power take-off: 이하, 「PTO」 라고 한다)에 제1전동기(5)가 접속되어 있고, PTO축(43)에 회전자(41)가 접속되고, 그 회전자(41)의 외주에 고정자(42)가 배치된다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 전유 펌프(3)(전유 일체형 공급 장치)의 다른 구성 예로서는, 예를 들면 2개의 유압 펌프(4)를 병렬로 배치하고 있는 경우, (a)에 도시한 예에서는, 유압 펌프(4)의 엔진(2) 측(도면의 왼쪽)에 제1전동기(5)가 설치되고, 그 회전자(41)가 회전축(40)에 설치되고, 그 회전자(41)의 외주에 고정자(42)가 배치된다. 또한, (b)에 도시한 예에서는, 유압 펌프(4)의 반 엔진 측에 제1전동기(5)가 설치되고, 그 회전자(41)가 연설된 회전축(40)에 설치되고, 그 회전자(41)의 외주에 고정자(42)가 배치된다. 더욱이 (c)에 도시한 예에서는, 유압 펌프(4)에 설치되어 있는 PTO에 제1전동기(5)가 접속되어 있고, PTO축(43)에 회전자(41)가 접속되고, 그 회전자(41)의 외주에 고정자(42)가 배치된다.
더욱이 도 3, 도 4에 도시한 바와 같은 구성으로 하면, 엔진(2)과의 설치 구조를 종래와 크게 변경하지 않고 유압 펌프(4)에 제1전동기(5)를 구비시킬 수 있으므로 예를 들면, 가동 중인 작업 기계에 있어서의 유압 펌프를 전유 펌프(3)(전유 일체형 구동 장치)로 바꿈으로써 용이하게 구동계에 있어서의 연료 소비량을 억제한 효율이 좋은 운전이 가능해진다.
도 5에 도시한 바와 같이 상기 전유 모터(9)(전유 일체형 구동 장치)로서는, 본 실시예에서는 상부 선회체를 선회시키는 기어(51)가 설치된 감속기(50)에 연결되어 있고, 감속기(50)의 입력축(52)에 동력 전달하는 출력축(70)을 회전시키는 제2전동기(11)와, 이 출력축(70)과 같은 축 상에 배치되어 있는 회전축(60)을 회전시키는 유압 모터(10)가 구비되어 있다. 이 예의 감속기(50)는, 설치 플랜지(53)에 의해 기기 측으로 설치할 수 있도록 되어 있다.
상기 유압 모터(10)는, 정용량형 사판식(斜板式) 피스톤 모터(piston motor)이다. 이 유압 모터(10)는, 상기 회전축(60)과, 실린더 블록(61)과, 복수의 피스톤(62)과, 사판(63)을 구비하고, 케이싱(64)에 수용되어 있다. 회전축(60)은, 상기 출력축(70) 방향 일단부가 돌출한 상태로 케이싱(64) 내에 배치되고, 양단부가 베어링(65)에 의해 케이싱(64)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 회전축(60)의 타단부 측에는, 원통형으로 형성된 상기 실린더 블록(61)이 스플라인(spline) 결합 등으로 일체적으로 회전하도록 결합되어 있다. 이 실린더 블록(61)에는, 둘레방향으로 등간격으로 복수의 피스톤 실(室)(66)이 형성되어 있다. 각 피스톤 실(66)은, 상기 사판(63) 방향 일단 측의 실린더 블록(61)이 개구되고, 타단 측이 실린더 포트(67)를 통하여 실린더 블록(61)의 타단에 개구되어 있다. 각 피스톤 실(66)에는, 상기 사판(63) 방향으로부터 상기 피스톤(62)이 삽입되어 있다.
피스톤(62)은, 피스톤 실(66) 안을 왕복 운동하고, 일단부의 구면(球面)형으로 형성된 외표면이, 사판(63)에 배치된 슈(shoe)(68)에 설치되어 있다. 사판(63)은, 실린더 블록(61)보다 회전축(60)의 출력축(70) 방향부에 배치되고, 회전축(60)의 축선(L)에 대하여 소정의 경사각으로 케이싱(64)에 설치되어 있다.
이와 같은 유압 모터(10)에 따르면, 흡입 포트를 통하여 피스톤 실(66)에 작동유가 공급되고, 공급된 작동유가 토출 포트를 통하여 피스톤 실(66)로부터 토출됨으로써 피스톤(62)이 왕복 운동한다. 그리고 사판(63)이 소정의 경사각으로 기울어져 있기 때문에 피스톤(62)이 왕복 운동하면 슈(68)가 사판(63) 위를 슬라이딩(sliding)하여 실린더 블록(61)이 축선(L) 주위로 회전한다. 실린더 블록(61)은, 회전축(60)과 일체적으로 회전하도록 되어 있기 때문에, 이 실린더 블록(61)의 회전에 따라 회전축(60)도 일체적으로 회전한다.
그리고 이와 같이 구성되는 유압 모터(10)에, 제2전동기(11)가 일체적으로 설치되어 있다. 제2전동기(11)는, 소위 3상 동기 전동기이고, 이 제2전동기(11)는, 상기 출력축(70)과, 회전자(71)와, 고정자(72)를 구비하고, 이것들이 하우징(73) 내에 수용되어 있다. 하우징(73)은, 유저원통형으로 형성되고, 유압 모터(10)의 케이싱(64)의 외부에 위치하도록 설치되어 있다. 케이싱(64)의 외주면의 축선 방향 중간부에는, 반경 방향 외측으로 돌출하는 외향 플랜지부(69)가 전체 둘레에 걸쳐 형성되고, 이 외향 플랜지부(69)에 하우징(73)의 개구 단부(74)가 고정되어 있다.
이와 같이 하여, 유압 모터(10)의 회전축(60)이 돌출하고 있는 측의 부분을 상기 출력축(70)과 동일 축심으로 하우징(73) 내에 수용하고, 이것들을 스플라인 결합 등으로 일체 회전하도록 함과 아울러 제2전동기(11)가 유압 모터(10)를 둘러싸도록 배치하고, 유압 모터(10)의 외주에 제2전동기(11)를 위치시켜 일체적으로 설치되어 있다.
또한, 상기 케이싱(64)의 출력축(70) 방향 단부에는, 외주와 소정의 극간을 두고 상기 회전자(71)의 지지부(75)가 베어링(80)에 의해 지지되어 있다. 본 실시예의 회전자(71)는, 지지부(75)가 상기 출력축(70)과 일체적으로 형성되어 있고, 이 출력축(70) 부분도 베어링(81)에 의해 하우징(73)에 지지되어 있다.
그리고 상기 베어링(80)의 제2전동기 방향(고정자 방향)에는, 회전자(71)의 지지부(75)와 케이싱(64)의 극간을 실(seal)하는 실(seal)재(82)가 배치되어 있다. 이 실(seal)재(82)를 베어링(80)의 제2전동기 방향으로 배치함으로써 유압 모터(10) 내의 기름이 베어링(80)을 통하여 제2전동기(11)의 회전자(71)와 고정자(72) 사이에 누출되지 않도록 하고 있다. 또한, 상기 베어링(81)의 제2전동기 방향에도 실(seal)재(83)가 배치되어 있다. 이 실(seal)재(83)를 베어링(81)의 제2전동기 방향으로 배치함으로써 상기 감속기(50) 내의 기름이 베어링(81)을 통하여 제2전동기(11)의 회전자(71)와 고정자(72) 사이에 누출되지 않도록 하고 있다. 이와 같이 함으로써 제2전동기(11)의 회전자와 고정자(72) 사이에 기름이 누출되어 전동기로서의 성능이 저하되는 것을 방지하고 있다.
이와 같은 전유 모터(9)에 따르면, 유압 모터(10)에 제2전동기(11)를 콤팩트하게 배치할 수 있어 부품 개수의 삭감에 따른 비용 절감을 도모할 수 있다. 또한, 유압 모터(10)의 기름이 제2전동기(11) 내에 누출되는 경우가 없으므로 유압 모터(10) 및 제2전동기(11)의 효율을 낮추지 않고 운전할 수 있다. 더욱이 유압 모터(10)와 제2전동기(11)의 구동 비율 등을 효율 좋게 제어함에 따라 에너지 효율의 향상을 도모할 수 있다.
이상과 같이 상기 전유 구동 시스템(1)에 따르면, 유압 펌프(4)와 제1전동기(5)를 구비한 전유 펌프(3)(공급 장치), 및 유압 모터(10)와 제2전동기(11)를 구비한 전유 모터(9)(구동 장치)에 의해 상부 선회체 등을 가진 작업 기계의 동작 상황 등에 따라 제어 장치(7)에서 유압 펌프(4)와 제1전동기(5), 콘트롤 밸브(6), 및 유압 모터(10)와 제2전동기(11)를 선택적으로 제어할 수 있으므로 각 기기의 동작 상황 등에 따라 전유 펌프(3) 및 전유 모터(9)를 효율 좋게 동작시키는 것이 가능해져 에너지 효율의 향상을 도모한 전유 구동 시스템(1)을 구성할 수 있다.
게다가 전유 모터(9)의 제2전동기(11)가 불능이 된 경우에도, 유압 모터(10)에 의한 상부 선회체 등의 구동은 가능하여 신뢰성이 높은 전유 구동 시스템(1)을 구성할 수 있다. 또한, 전유 펌프(3) 및 전유 모터(9)를 소형화하여 일체 형성함에 따라 신뢰성이 높고 저비용의 전유 구동 시스템(1)을 구성할 수도 있다.
더욱이 본 실시예에서는, 작업 기계로서 유압 모터(10), 주행용 유압 모터, 및 상부 선회체 등을 가진 유압 쇼벨의 예를 설명했지만, 전액 공급 장치 및 전액 구동 장치를 이용하는 작업 기계이면 동일하게 적용할 수 있고, 작업 기계는 상기 실시예에 한정되지 아니 한다.
또한, 상기 실시예에서는, 전유 펌프(3) 및 전유 모터(9)의 어느 것이나 일체형으로 구성한 예를 도시하였지만, 유압 펌프(4)와 제1전동기(5) 및 유압 모터(10)와 제2전동기(11)를 각각 병설한 바와 같은 구성이어도 좋고, 일체형에 한정되지 아니 한다.
더욱이 상술한 실시예는 일 예를 도시하고 있고, 본 발명의 요지를 손상하지 않는 범위에서 여러 변경은 가능하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니 한다.
본 발명에 따른 전액 구동 시스템은, 구조체를, 유압 모터와 전동기로 구동하도록 구성된 작업 기계에 있어서 이용할 수 있다.
1: 전유 구동 시스템(전액 구동 시스템)
2: 엔진(동력원)
3: 전유 펌프(공급 장치)
4: 유압 펌프
5: 제1전동기
6: 콘트롤 밸브
7: 제어 장치
8: 충전부
9: 전유 모터(구동 장치)
10: 유압 모터
11: 제2전동기
22, 35: 압력 센서
36, 37: 회전수 센서
60: 회전축
62: 피스톤
63: 사판
64: 케이싱
65: 베어링
70: 출력축
71: 회전자
72: 고정자
73: 하우징
82, 83: 실(seal)재
L: 축선

Claims (5)

  1. 작동액의 유량을 콘트롤 밸브로 조정하여 구조체를 구동하는 작업 기계의 전액(電液) 구동 시스템으로,
    동력원에 의해 구동되는 액압 펌프와 제1전동기를 가지며, 상기 작동액을 공급하는 공급 장치와,
    상기 공급 장치로부터 공급되는 작동액으로 회전하는 액압 모터와 제2전동기를 가지며, 상기 구조체를 구동시키는 구동 장치와,
    상기 공급 장치의 부하와 상기 구동 장치의 부하로부터 상기 제1전동기와 상기 제2전동기의 동작 상태를 결정하는 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전액 구동 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1전동기는, 동력원으로부터 전달된 동력을 전기 에너지로 변환하는 발전기 기능과, 상기 전기 에너지를 이용하여 액압 펌프를 어시스트 구동하는 구동기 기능을 가지며,
    상기 제어 장치는, 상기 발전기 기능으로 발전되는 전기를 충전하는 충전부의 충전 상태와, 상기 제1전동기의 동작 상태에 의거하여 해당 제1전동기를 발전기 및 구동기 중 어느 하나로 동작시킬지를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전액 구동 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2전동기는, 액압 모터의 감속 시의 관성 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기 기능과, 상기 전기 에너지를 이용하여 액압 모터를 어시스트 구동하는 구동기 기능을 가지며,
    상기 제어 장치는, 상기 발전기 기능으로 발전되는 전기를 충전하는 충전부의 충전 상태와, 상기 제2전동기의 동작 상태에 의거하여 해당 제2전동기를 발전기 및 구동기 중 어느 하나로 동작시킬지를 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전액 구동 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 장치는, 상기 액압 모터와 제2전동기가 일체형이고, 상기 제2전동기는 상기 액압 모터의 회전축에 접속된 회전자와, 상기 회전자의 외주에 배치된 고정자를 가지며,
    상기 회전자는, 상기 액압 모터의 케이싱(casing) 외주와 소정의 극간을 두고 둘러싸도록 배치되고,
    상기 회전자와 상기 케이싱의 사이에는, 상기 회전자를 케이싱에 지지하는 베어링과, 상기 회전자와 케이싱의 극간을 실(seal)하는 실(seal)재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전액 구동 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 장치는, 상기 액압 펌프와 제1전동기가 일체형인 것을 특징으로 하는 작업 기계의 전액 구동 시스템.
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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5174090B2 (ja) * 2010-06-30 2013-04-03 日立建機株式会社 建設機械の旋回装置
KR101339229B1 (ko) * 2011-11-29 2013-12-09 현대자동차 주식회사 전동식 오일펌프 제어 시스템
EP2799727B1 (en) * 2011-12-28 2018-05-30 Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Power regeneration device for work machine and work machine
JP5934543B2 (ja) * 2012-03-29 2016-06-15 Ｋｙｂ株式会社 流体圧駆動ユニット
JP5767996B2 (ja) * 2012-03-29 2015-08-26 カヤバ工業株式会社 流体圧駆動ユニット
JP2014169555A (ja) * 2013-03-04 2014-09-18 Toshiba Mach Co Ltd ハイブリッド型駆動装置とそのハイブリッド型駆動装置を搭載した建設機械
JP5873456B2 (ja) * 2013-04-05 2016-03-01 川崎重工業株式会社 作業機械の駆動制御システム、それを備える作業機械、及びその駆動制御方法
IL227260A (en) * 2013-06-30 2017-01-31 Radomsky Israel Wireless device and method for controlling and monitoring quarter-turn valves
US10267149B2 (en) * 2013-08-05 2019-04-23 Lester J. Erlston Combined electric and hydraulic motor
DE102013018067A1 (de) * 2013-09-25 2015-03-26 Liebherr-Components Biberach Gmbh Arbeitsmaschine, insbesondere Muldenkipper oder Truck, mit Elektroantrieb
KR101790903B1 (ko) * 2013-12-20 2017-10-26 히다찌 겐끼 가부시키가이샤 건설 기계
CN104675950B (zh) * 2015-02-15 2016-04-27 浙江大学 一种集成于阀块的高转速电液混合动力源
MA44785A (fr) 2016-04-26 2021-03-17 Vermeer Mfg Co Système de commande de frein dans un système hydraulique auxiliaire
JP6630257B2 (ja) * 2016-09-30 2020-01-15 日立建機株式会社 建設機械
DE102016220964A1 (de) * 2016-10-25 2018-04-26 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Hydraulikkreislauf für einen Hybridantriebsstrang
US10989052B2 (en) * 2017-02-14 2021-04-27 Kolberg-Pioneer, Inc. Apparatus and method for a dual power system
CN108916455B (zh) * 2018-09-25 2024-04-12 无锡市经登自控阀门有限公司 具有两屏互换结构的电液联动执行器
JP2020175845A (ja) * 2019-04-22 2020-10-29 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ ブレーキ液圧制御装置
CN110397779B (zh) * 2019-08-23 2024-03-08 无锡市经登自控阀门有限公司 一种电机与电磁阀联动控制***及控制方法
CN111483452B (zh) * 2020-04-13 2021-06-04 清华大学 混合动力***及其控制方法
US11732736B1 (en) * 2020-08-03 2023-08-22 Skylift Inc. Hydraulic pump with alternate power system
CN112360675B (zh) * 2020-09-18 2022-02-11 燕山大学 一种具有三相绕组和磁化缸体的内曲线马达

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4140409A1 (de) * 1991-12-07 1993-06-09 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De Elektrohydraulische steuereinrichtung
US6078855A (en) * 1996-06-19 2000-06-20 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Battery-driven hydraulic excavator
JPH1042587A (ja) * 1996-07-22 1998-02-13 Daikin Ind Ltd 油圧駆動装置
JPH10103112A (ja) * 1996-09-26 1998-04-21 Daikin Ind Ltd 油圧駆動装置
JP3877901B2 (ja) * 1999-03-31 2007-02-07 コベルコ建機株式会社 ショベル
EP1291467B1 (en) * 2000-05-23 2010-01-20 Kobelco Construction Machinery Co., Ltd. Construction machine
JP4512283B2 (ja) * 2001-03-12 2010-07-28 株式会社小松製作所 ハイブリッド式建設機械
JP2003009308A (ja) 2001-06-22 2003-01-10 Kobelco Contstruction Machinery Ltd 作業機械
JP3969068B2 (ja) * 2001-11-21 2007-08-29 コベルコ建機株式会社 ハイブリッド作業機械のアクチュエータ駆動装置
JP4179465B2 (ja) * 2002-07-31 2008-11-12 株式会社小松製作所 建設機械
JP4024120B2 (ja) * 2002-09-30 2007-12-19 日立建機株式会社 油圧建設機械のエネルギ回生装置
JP4072898B2 (ja) * 2002-11-21 2008-04-09 株式会社小松製作所 ハイブリッド式建設機械の機器配置構造
US6854268B2 (en) * 2002-12-06 2005-02-15 Caterpillar Inc Hydraulic control system with energy recovery
JP2004360216A (ja) * 2003-06-02 2004-12-24 Sumitomo (Shi) Construction Machinery Manufacturing Co Ltd 建設機械の旋回駆動装置
JP2004360215A (ja) * 2003-06-02 2004-12-24 Kyushu Gas Assetsu:Kk 定着金物付き鉄筋
JP2005237178A (ja) 2004-02-23 2005-09-02 Kobelco Contstruction Machinery Ltd 作業機械の動力源装置
JP4517703B2 (ja) * 2004-04-01 2010-08-04 コベルコ建機株式会社 旋回式作業機械
JP2007056998A (ja) 2005-08-24 2007-03-08 Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd 旋回駆動装置および作業機械
US20070053780A1 (en) * 2005-09-02 2007-03-08 Sauer-Danfoss Inc. Improved design of integrated electro-hydraulic power unit
SE531309C2 (sv) * 2006-01-16 2009-02-17 Volvo Constr Equip Ab Styrsystem för en arbetsmaskin och förfarande för styrning av en hydraulcylinder hos en arbetsmaskin
JP5318329B2 (ja) * 2006-02-17 2013-10-16 東芝機械株式会社 ハイブリッド型建設機械の駆動装置
JP5180518B2 (ja) * 2007-05-24 2013-04-10 東芝機械株式会社 ハイブリッド型駆動装置を備えた建設機械
JP4833237B2 (ja) * 2008-03-03 2011-12-07 川崎重工業株式会社 電動機一体型油圧モータ
JP5175870B2 (ja) * 2010-01-13 2013-04-03 川崎重工業株式会社 作業機械の駆動制御装置

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