KR100805300B1 - 전동지게차의 구동모드 전환 장치 - Google Patents

전동지게차의 구동모드 전환 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동지게차의 모터에 인가되는 필드전류와 아마츄어 전류를 각각 독립적으로 제어하고, 이를 이용하여 운전자가 전동지게차의 부하 상태에 따라 구동모드를 용이하게 변경하여 제어할 수 있는 전동지게차의 구동모드 전환 장치에 관한 것으로, 본 발명에서는, 운전자의 조작에 의해 조작 신호를 발생하는 제 1 및 제 2 조작버튼; 외부 부하에 따라 전동지게차의 모터에 인가되는 필드전류를 각기 다르게 제어할 수 있는 각각의 일반구동 모드용 프로파일, 중부하 모드용 프로파일, 과부하 모드용 프로파일 및 최고속도 모드용 프로파일을 저장하며, 각각의 프로파일에 대응하는 파라미터 값을 저장하는 프로파일 저장부; 제 1 및 제 2 조작버튼으로부터 발생되는 조작신호에 대응하는 프로파일을 프로파일 저장부로부터 로딩하고, 로딩된 프로파일에 의거하여 필드전류를 제어함으로써 전동지게차의 구동모드를 전환하는 컨트롤러를 포함하여 전동지게차의 구동모드 전환 장치를 구현한다.
이러한 본 발명에 따르면, 전동지게차의 부하 상태에 따라 운전자가 전동지게차의 구동모드를 용이하게 전환할 수 있는 효과가 있으며, 그로 인해 전동지게차의 작업 효율을 보다 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 모터 효율을 최대로 제어할 수 있게 됨으로써 전동지게차의 배터리 사용 시간을 최대한 연장할 수 있는 효과가 있다.

Description

전동지게차의 구동모드 전환 장치{APPARATUS FOR CHANGING DRIVING MODE OF ELECTROMOTIVE FORKLIFT TRUCK}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동지게차의 구동모드 전환 장치에 대한 구성을 도시한 블록도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에서 제공되는 각 구동모드별 필드전류 제어용 프로파일에 대한 특성을 도시한 도면.
도 3은 도 1에 도시한 구동모드 전환 장치의 전반적인 동작 과정을 도시한 플로우차트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 15 : 제 1 및 제 2 조작버튼 20 : 프로파일 저장부
30 : 컨트롤러 40, 45 : 제 1 및 제 2 모터
본 발명은 전동지게차의 구동모드 전환 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동지게차의 구동 중에 차량의 부하 상태에 따라 구동 특성을 각기 다르게 전환하여 제어할 수 있는 전동지게차의 구동모드 전환 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 지게차는 그 동력원에 따라 연료를 사용하는 엔진식 지게차와 전력을 사용하는 전동식 지게차로 구분된다. 여기서, 전동식 지게차는 배터리로부터 공급되는 전기에 의해 작동되는 것으로, 배기가스가 없고 소음이 작아서 실내 작업환경에서 주로 사용된다.
종래의 일반적인 전동지게차에서는 직권 모터(Series Motor)를 장착하여 구동 동력을 발생하도록 구성되며, 이 직권 모터를 제어하기 위한 컨트롤러를 탑재하고 있다.
이러한 종래의 전동지게차에 장착되는 직권 모터용 컨트롤러는 통상적으로 모터의 필드 코일과 아마츄어 코일이 직렬로 연결되어 있기 때문에 필드 코일과 아마츄어 코일에 인가되는 전압이 항상 동일하게 되고, 그로 인해 모터의 특성 곡선 또한 고정될 수밖에 없다. 즉, 소정의 토크에 대해 일정 속도만을 낼 수 있기 때문에 전동지게차의 외부 부하 상태에 따라 차량의 구동을 가변 제어하는 것은 불가능한 문제점이 있다.
만일, 전동지게차의 외부 부하에 따라 차량의 구동 특성을 각기 달리 제어할 수 있게 된다면, 전동지게차의 작업 효율을 보다 더 향상시킬 수 있게 될 것이다.
따라서 본 발명은 상기한 점에 착안하여 안출한 것으로, 전동지게차의 모터에 인가되는 필드전류와 아마츄어 전류를 각각 독립적으로 제어하고, 이를 이용하여 운전자가 전동지게차의 부하 상태에 따라 구동모드를 용이하게 변경하여 제어할 수 있는 전동지게차의 구동모드 전환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 관점에 따른 본 발명은,
외부 부하에 따라 전동지게차의 구동모드를 전환하기 위한 장치에 있어서, 운전자의 조작에 의해 조작신호를 발생하는 제 1 및 제 2 조작버튼(10)(15); 외부 부하에 따라 상기 전동지게차의 모터에 인가되는 필드전류를 각기 다르게 제어할 수 있는, 일반구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 중부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 과부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일 및 최소 필드전류 제어 프로파일을 저장하며, 상기 일반구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 중부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 과부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일 및 최소 필드전류 제어 프로파일 각각에 대응하는 파라미터 값을 저장하는 프로파일 저장부(20); 상기 일반구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 중부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 과부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일,최소 필드전류 제어 프로파일 중 상기 제 1 및 제 2 조작버튼(10)(15)으로부터 발생되는 조작신호에 대응하는 어느 하나의 프로파일을 로딩하고, 상기 프로파일 저장부로부터 로딩된 프로파일에 의거하여 상기 필드전류를 제어함으로써 상기 전동지게차의 구동모드를 전환하는 컨트롤러(30)를 포함하여 구성되는 전동지게차의 구동모드 전환 장치를 제공한다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해 질 것이다.
먼저, 본 발명에서는 종래의 전동지게차에 장착되는 직권 모터(Series Motor)와 직권 모터 제어용 컨트롤러 대신에 SE(Separately Excited) 모터와 SE 모터 제어용 컨트롤러를 전동지게차에 장착하여 전동지게차의 각 모터에 인가되는 필드전류와 아마츄어전류를 각각 독립적으로 제어할 수 있도록 한다.
이와 관련하여, 일반적인 SE 모터 컨트롤러는 통상적으로 필드코일 모듈과 아마츄어코일 모듈을 각각 독립적으로 제어할 수 있도록 구성된다. 따라서, 이를 전동지게차에 적용할 경우에는 차량의 부하 상태를 나타내는 아마츄어 코일에 흐르는 전류의 양에 따라서 필드 코일에 흐르는 전류의 양을 제어할 수도 있으며, 운전자의 의도, 즉 액셀러레이터(Accelerator)의 조작 정도에 따라서 필드 코일에 흐르는 전류의 양을 유동적으로 제어할 수 있게 된다.
여기서, 필드 코일에 흐르는 전류의 양을 조절한다는 의미는 모터의 회전 속도 및 토크의 크기를 조절하는 것을 의미하며, 이는 곧 차량의 외부 부하 상태에 따라서 토크 및 속도를 자유롭게 제어할 수 있다는 것을 의미한다.
결과적으로, 본 발명에서는 이러한 필드 코일의 전류를 적절히 조절하여 전동지게차가 구도모드를 최대 토크 발생 모드나 최고 속도 모드로 용이하게 전환할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.
도 1은 상술한 바와 같은 특성을 갖는 SE 모터를 포함하여 구성한 본 발명에 따른 전동지게차의 구동모드 전환 장치에 대한 구성을 도시한 블록도로서, 제 1 및 제 2 조작버튼(10, 15), 프로파일(profile) 저장부(20), 컨트롤러(30), 제 1 및 제 2 모터(40, 45)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 제 1 및 제 2 조작버튼(10, 15)은 전동지게차의 외부 부하에 따라 운전자가 차량의 구동모드를 용이하게 전환할 수 있도록 하기 위해 구비되는 수단으로서, 각각 운전자의 조작에 대응하는 조작신호를 발생하여 후술하는 컨트롤러(30)로 전송한다.
그리고, 프로파일 저장부(20)는 전동지게차의 구동모드를 제어하기 위한 다양한 프로파일(일반구동 모드용 프로파일, 중부하 모드용 프로파일, 과부하 모드용 프로파일, 최고속도 모드용 프로파일) 및 각 프로파일에 대응하는 파라미터(필드 최소전류, 필드 최대토크, 속도모드 및 토크모드 구분 아마츄어 전류(이하, 모드 기준 전류라 함), 필드 노멀(normal) 전류 등) 정보를 저장하는 수단이다.
이에 대해 상세히 설명하면, 전동지게차의 각 모터(40, 45)에 인가되는 필드전류의 제어를 위해서는 아마츄어코일에 흐르는 전류의 양과 작업자에 의한 액셀러레이터 입력량에 따른 필드전류 제어 알고리즘이 필요하게 된다. 따라서, 아마츄어코일에 흐르는 전류의 양과 작업자에 의한 액셀러레이터 입력량에 대응하는 필드전류 값을 차량의 부하에 따른 다수의 프로파일 형태로 생성하여 이를 저장한 다음, 이 저장된 프로파일에 의거하여 전동지게차의 구동을 제어하게 된다. 이러한 다양한 프로파일은 지게차의 설계시 프로파일 저장부(20)에 프로그램 형태로 기저장되며, 상술한 제 1 및 제 2 조작버튼(10, 15)의 조작에 의해 각각의 프로파일이 로딩(loading)되어 그에 대응하는 차량의 최고 속도, 최대 토크 및 제어용 토크 값이 발생된다.
컨트롤러(30)는 후술하는 제 1 및 제 2 모터(40, 45)의 필드전류 및 아마츄 어 전류 등을 조절하여 각 모터(40, 45)의 전반적인 구동을 제어하기 위한 수단으로서, 제 1 및 제 2 조작버튼(10, 15)으로부터 입력되는 조작신호에 대응하여 상술한 프로파일 저장부(20)에 저장된 프로파일을 선택하고, 선택된 프로파일에 의거하여 제 1 및 제 2 모터(40, 45)의 필드전류를 제어함으로써, 전동지게차의 전반적인 구동모드를 전환하게 된다. 여기서, 제 1 및 제 2 모터(40, 45)는 전동지게차에 구비되는 좌/우측 모터를 의미하며, 본 실시예에서는 제 1 및 제 2 모터(40, 45)를 전술한 바와 같은 SE 모터를 이용하여 구성하며, 컨트롤러(30)는 이에 대응하는 SE 모터용 컨트롤러로 구성한다.
한편, 도 2a 내지 도 2c는 상술한 프로파일 저장부(20)에 기저장되는 각각의 프로파일을 그래프 형태로 도시한 도면으로서, 액셀러레이터의 입력량을 10∼100까지 10등분하고 각 액셀러레이터 입력량에 따라서 아마츄어 전류값에 대응하는 각각의 필드전류값을 도시하였다. 먼저, 도 2a는 전동지게차의 평상 구동시 적용되는 기본 필드전류 제어 프로파일의 특성을 도시한 도면이며, 도 2b는 전동지게차가 중부하 상태인 경우에 적합한 필드전류 제어 프로파일 특성을 도시한 도면이다. 그리고, 도 2c는 전동지게차가 과부하 상태인 경우에 적합한 필드전류 제어 프로파일 특성을 도시하였다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하여 제 1 및 제 2 조작버튼(10, 15)과 프로파일 저장부(20)에 저장된 각각의 필드제어 프로파일과의 관계를 설명하면 다음과 같다.
전동지게차가 도 2a에 도시된 바와 같은 일반구동 모드용 프로파일에 의해 구동되는 상태에서, 운전자가 제 1 조작버튼(10)을 한번 누르면 컨트롤러(30)는 입력된 조작신호에 의거하여 프로파일 저장부(20)로부터 그에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 즉 도 2b에 도시된 바와 같은 특성을 갖는 중부하 모드용 프로파일을 선택하여 전동지게차의 구동을 제어함으로써 전동지게차의 전반적인 구동이 중부하 상태에 적합한 구동 상태로 전환된다.
그리고, 운전자가 다시 제 1 조작버튼(10)을 한번 더 누르면 컨트롤러(30)는 이에 응답하여 프로파일 저장부(20)에 저장된 각 필드전류 제어 프로파일중 도 2c에 도시된 바와 같은 특성을 갖는 과부하 모드용 프로파일을 선택함으로써 전동지게차의 구동이 과부하 상태에 적합한 구동 상태로 전환된다. 여기서, 운전자가 다시 한번 제 1 조작버튼(10)을 누르면 컨트롤러(30)는 도 2a에 도시된 바와 같은 일반구동 모드 프로파일을 선택함으로써 전동지게차가 평상 주행모드로 전환된다.
만일, 운전자가 도시 생략된 액셀러레이터를 최대로 밟은 상태에서 제 2 조작버튼(15)을 한번 누르면 컨트롤러(30)는 필드전류를 최소의 값으로 일정하게 유지함으로써 차량을 최고 속도 주행모드로 전환한다. 여기서, 주행 도중에 부하 상태가 발생할 경우에 대비하여 컨트롤러(30)는 각 모터(40, 45)의 아마츄어 전류가 모드 기준 전류값, 예컨대 90A 이상인 경우에는 자동으로 최고 속도 주행 모드를 해제한다. 또한, 최고 속도 주행모드 상태에서 운전자가 제 2 조작버튼(15)을 한번 더 누르는 경우에도 컨트롤러(30)는 전동지게차를 일반구동 모드로 전환하게 된다.
도 3은 도 1에 도시된 전동지게차 구동 제어장치의 전반적인 동작 과정을 도시한 플로우차트로서, 동도면을 참조하여 그 일련의 과정에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전동지게차가 구동중인 상태에서(단계 S301) 운전자가 차량의 구동 상태를 전환하기 위해 제 1 또는 제 2 조작버튼(10 또는 15)을 누르면(단계 S301), 제 1 또는 제 2 조작버튼(10 또는 15)은 소정의 조작신호를 발생하여 컨트롤러(30)로 전송한다.
이때, 컨트롤러(30)는 입력된 조작신호의 종류 및 횟수, 즉 제 1 조작버튼 (10)으로부터 입력된 조작신호인지 또는 제 2 조작버튼(15)으로부터 입력된 조작신호인지를 판별하고 이와 동시에 운전자의 버튼 조작 횟수를 판별하여 그에 따라 각기 다른 제어를 수행하게 되는데, 만일 제 1 조작버튼(10)으로부터 조작신호가 입력된 경우에는(단계 S303) 제 1 조작버튼(10)의 입력횟수를 판단한다.
만일, 1회 입력인 경우에는(단계 S305) 중부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 즉 도 2b에 도시된 바와 같은 필드전류 제어 프로파일을 프로파일 저장부(20)로부터 선택한 다음(단계 S307), 선택된 프로파일에 대응하는 파라미터를 로딩(loading)하여 현재 전동지게차의 각 파라미터를 재설정한다(단계 S309). 그리고, 재설정된 파라미터에 의거하여 각각의 모터(40, 45)의 구동을 제어함으로써 전동지게차가 중부하 모드로 전환되어 구동된다(단계 S311).
한편, 이러한 과정을 거쳐 전동지게차가 중부하 모드로 구동된 상태에서 제 1 조작버튼(10)으로부터 다시 조작신호가 입력되거나 상술한 단계(S303)에서 2회 연속하여 제 1 조작신호가 입력된 경우에(단계 S313), 컨트롤러(30)는 도 2c에 도시된 바와 같은 과부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일을 프로파일 저장 부(20)로부터 선택한 다음(단계 S315) 이에 대응하여 각각의 파라미터를 재설정한다(단계 S317). 그리고, 재설정된 파라미터에 의거하여 각각의 모터(40, 45)의 구동을 제어함으로써 전동지게차가 과부하 모드로 전환되어 구동된다(단계 S319).
마찬가지로, 이러한 과정을 거쳐 전동지게차가 과부하 모드로 구동된 상태에서 제 1 조작버튼(10)으로부터 다시 조작신호가 입력되거나 상술한 단계(S303)에서 3회 연속하여 제 1 조작신호가 입력된 경우에(단계 S321), 컨트롤러(30)는 도 2a에 도시된 바와 같은 일반구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일을 선택하여 전동자게차의 구동을 제어함으로써 전동지게차의 전반적인 구동 모드를 일반구동 모드로 전환한다(단계 S323).
한편 이와는 달리, 차량이 구동중인 상태에서 운전자가 제 2 조작버튼(15)을 입력하여 그에 상응하는 조작신호가 입력된 경우에(단계 S325) 컨트롤러(30)는 이에 응답하여 현재 액셀러레이터 입력양이 최대인지를 판단한다(단계 S327).
그리고 그 판단 결과, 액셀러레이터의 입력양이 최대일 경우에, 컨트롤러 (30)는 현재 전동지게차의 구동모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일을 무시하고, 프로파일 저장부(20)에 기저장된 각 필드전류 제어 프로파일 중에서 최소 필드전류 제어 프로파일을 선택한다(단계 329). 그리고, 이 최소 필드전류 제어 프로파일에 대응하는 필드 제어용 출력 펄스를 발생하여 제 1 및 제 2 모터(40, 45)에 제공함으로써, 전동지게차의 구동모드를 운전자가 선택한 구동모드, 즉 최고속도 모드로 전환한다(단계 S331).
만일, 이러한 과정을 거쳐 전동지게차의 구동모드가 최고속도 모드로 전환한 상태에서 액셀러레이터의 입력량이 최대가 아니거나 각 모터(40, 45)에 인가되는 아마츄어 전류가 90A 이상이 되면(단계 S333), 컨트롤러(30)는 최고속도 모드를 해제하여 전동지게차의 전반적인 구동모드를 일반구동 모드로 복귀시킨다(단계 S323). 이와는 달리, 운전자가 제 2 조작버튼(15)을 한번 더 조작한 경우에도 마찬가지로 최고속도 모드를 해제하여 일반구동 모드로 복귀시킨다.
결과적으로, 운전자는 제 1 조작버튼(10)을 조작하여 전동지게차를 일반 구동모드에서 중부하 구동모드 또는 과부하 구동모드로 전환할 수도 있으며, 제 2 조작버튼(20)을 조작하여 차량을 최고속도 모드로 전환할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전동지게차의 부하 상태에 따라 운전자가 전동지게차의 구동모드를 용이하게 전환할 수 있는 효과가 있으며, 그로 인해 전동지게차의 작업 효율을 보다 더 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 모터 효율을 최대로 제어할 수 있게 됨으로써 전동지게차의 배터리 사용 시간을 최대한 연장할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 외부 부하에 따라 전동지게차의 구동모드를 전환하기 위한 장치에 있어서,
    운전자의 조작에 의해 조작신호를 발생하는 제 1 및 제 2 조작버튼(10)(15);
    외부 부하에 따라 상기 전동지게차의 모터에 인가되는 필드전류를 각기 다르게 제어할 수 있는, 일반구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 중부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 과부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일 및 최소 필드전류 제어 프로파일을 저장하며, 상기 일반구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 중부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 과부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일 및 최소 필드전류 제어 프로파일 각각에 대응하는 파라미터 값을 저장하는 프로파일 저장부(20);
    상기 일반구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 중부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일, 과부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일,최소 필드전류 제어 프로파일 중 상기 제 1 및 제 2 조작버튼(10)(15)으로부터 발생되는 조작신호에 대응하는 어느 하나의 프로파일을 로딩하고, 상기 프로파일 저장부로부터 로딩된 프로파일에 의거하여 상기 필드전류를 제어함으로써 상기 전동지게차의 구동모드를 전환하는 컨트롤러(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전동지게차의 구동모드 전환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 제 1 조작버튼으로부터 조작신호가 1회 발생되면 중부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일을 선택하고, 제 1 조작버튼으로부터 조작신호가 2회 발생되면 과부하 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일을 선택하며, 제 1 조작버튼으로부터 3회 연속하여 제 1 조작신호가 입력되면 일반 구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일을 선택하여 상기 필드전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동지게차의 구동모드 전환 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 제 2 조작버튼으로부터 조작신호가 발생되면, 액셀러레이터의 입력량이 최대인 경우에만 최소 필드전류 제어 프로파일을 선택하여 필드전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동지게차의 구동모드 전환 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러(30)는,
    상기 최소 필드전류 제어 프로파일이 선택된 상태에서 액셀러레이터의 입력량이 최대가 아니거나 모터에 인가되는 아마츄어 전류값이 모드 기준 전류값을 초과한 경우에는 일반구동 모드에 대응하는 필드전류 제어 프로파일을 선택하여 필드전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동지게차의 구동모드 전환 장치.
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