KR101151376B1 - 발전기능이 있는 건설기계의 스윙시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전기능이 있는 건설기계의 스윙 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 건설기계의 주행을 위한 하부주행체에 고정되어 있는 스윙링기어; 상기 하부주행체의 상부에 설치되는 상부선회체가 회전가능하도록 상부선회체에 고정되어 회전운동을 하는 스윙링기어커버; 상기 스윙링기어와 스윙링기어커버 중 어느 하나에 설치되는 영구자석; 및 상기 스윙링기어와 스윙링기어커버 중 다른 하나에 설치되는 유도코일;을 포함하여 이루어지고, 상기 스윙링기어커버의 회전운동에 따라 상기 유도코일에서 유도전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙시스템이 제공된다.
영구자석, 유도코일, 스윙링기어

Description

발전기능이 있는 건설기계의 스윙시스템 {Swing system of construction machine with generation function}
본 발명은 건설기계의 스윙시스템에 관련한 것으로, 더욱 상세하게는 상부선회체의 회전운동을 이용하는 유도전류를 발생시키는 발전기능이 있는 건설기계의 스윙시스템에 관한 것이다.
일반적인 건설기계(construction machine)는 하부주행체와 상부선회체를 포함하는데, 하부주행체상에 상부선회체가 선회 가능하게 설치된다. 상부선회체에는 작업기가 설치된다.
하부주행체와 상부선회체를 선회 가능하게 연결하기 위한 선회장치는 유압 스윙시스템에 의해서 구현된다.
도 1에서 도시된 바와 같이 종래의 유압 스윙시스템은 유압펌프에서 공급되는 유량으로 인해 회전운동을 하게 된다. 그러나 종래 유압 스윙시스템은 단순 회전운동만 할 수 있을 뿐, 회전운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치가 존재하지 않는다.
이로 인해 정지 시 발생하는 운동 에너지는 대부분 열 및 마찰로 낭비되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시 예는 상부선회체의 회전운동을 이용하여 유도코일에서 유도전류가 발생되도록 하여 에너지 효율을 향상시키는 것에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 의하면, 건설기계의 주행을 위한 하부주행체에 고정되어 있는 스윙링기어; 상기 하부주행체의 상부에 설치되는 상부선회체가 회전가능하도록 상부선회체에 고정되어 회전운동을 하는 스윙링기어커버; 상기 스윙링기어와 스윙링기어커버 중 어느 하나에 설치되는 영구자석; 및 상기 스윙링기어와 스윙링기어커버 중 다른 하나에 설치되는 유도코일;을 포함하여 이루어지고, 상기 스윙링기어커버의 회전운동에 따라 상기 유도코일에서 유도전류가 발생되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙시스템이 제공된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시 예에 따르면 첫째, 상부선회체의 회전운동 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있다.
둘째, 변환된 전기 에너지를 별도의 에너지저장장치에 저장할 수 있으므로, 효율적으로 에너지를 이용 가능하다.
셋째, 제어부를 통하여 유도전류의 발생을 제어할 수 있으므로, 낭비되는 회전운동 에너지만을 전기에너지로 변환 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 건설기계의 스윙 시스템의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시 예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
도 1은 종래 건설기계의 스윙시스템에 대한 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건설기계의 스윙시스템에 대한 블럭도,도 3은 도 2에 도시된 스윙시스템의 유도코일에 대한 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건설기계의 스윙시스템은, 건설기계의 주행을 위한 하부주행체에 고정되어 있는 스윙링기어(10); 상기 하부주행체의 상부에 설치되는 상부선회체가 회전가능하도록 상부선회체에 고정되어 회전운동을 하는 스윙링기어커버(20); 상기 스윙링기어(10)와 스윙링기어커버(20) 중 어느 하나에 설치되는 영구자석(11); 및 상기 스윙링기어(10)와 스윙링기어커버(20) 중 다른 하나에 설치되는 유도코일(21);을 포함하여 이루어지고, 상기 스윙링기어커버(20)의 회전운동에 따라 상기 유도코일(21)에서 유도전류가 발생된다.
건설기계는 하부주행체와, 상기 하부주행체 위에 탑재되고, 구동수단 구동시 좌측 또는 우측 방향으로 선회되는 상부선회체를 포함한다. 하부주행체에 대한 상부선회체의 회전 운동은 유압 스윙시스템에 의해서 구현된다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 스윙시스템도 종래의 스윙시스템과 마찬가지로 스윙링기어(10)와 스윙링기어커버(20)를 포함하여 이루어진다.
스윙링기어커버(20)는 상부선회체에 고정되어 있으므로, 스윙링기어커버(20)가 회전하면 상부선회체도 같이 회전하게 된다. 반면, 스윙링기어(10)는 하부주행체에 고정되어 있으며, 스윙 동작시 회전이 일어나지 않는다.
상기 스윙링기어(10)와 스윙링기어커버(20) 중 어느 하나에는 영구자석(11)이 설치되며, 다른 하나에는 유도코일(21)이 설치된다. 도 2에 나타난 바와 같이, 스윙링기어(10)에 영구자석(11)이 형성되고, 스윙링기어커버(20)에 유도코일(21)이 형성되는 것이 가능하다. 물론, 스윙링기어(10)에 유도코일(21)이, 스윙링기어커버(20)에 영구자석(11)이 형성되는 것도 가능하다.
도 2에 나타난 바와 같이, 스윙링기어커버(20)에 수용되어 있는 유도코일(21)이 회전운동을 하게 되면, 페러데이의 법칙에 의해 유도코일(21)에 유도전류가 발생하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건설기계의 스윙시스템에 있어서, 상기 유도코일(21)은 상기 영구자석(11)이 설치된 스윙링기어(10) 또는 스윙링기어커버(20)를 향하여 방사상으로 다수 개 구비된 자성체돌기(22)에 감겨서 형성된다.
도 3에 나타난 바와 같이, 스윙링기어커버(20)에 다수 개의 자성체돌기(22)가 형성되는데, 영구자석(11)이 설치된 스윙링기어(10) 방향으로 방사상으로 이루어진다. 물론, 스윙링기어커버(20)에 영구자석(11)이, 스윙링기어(10)에 유도코일(21)이 형성되는 경우에는, 외측 방향을 향해 방사상으로 자성체돌기(22)가 형성되는 것도 가능하다.
도 3에 나타난 바와 같이, 스윙링기어커버(20)에 형성된 다수 개의 자성체돌기(22)에 유도코일(21)이 감겨진다. 이 유도코일(21)이 회전운동을 하게 되면 유도코일(21)에 유도전류가 발생하며, 유도전류는 페러데이의 법칙에 따라 코일이 감긴 횟수 및 코일이 감긴 자성체의 단면적에 비례하며, 아래의 식과 같이 표현된다.
Figure 112009071073562-pat00001
이 식에서, N은 유도코일(21)의 감긴 수, A는 유도코일(21)이 감긴 자성체돌기(22)의 단면적이다. 따라서 발전량은 유도코일(21)의 감긴 수 및 자성체돌기(22)의 단면적을 적절히 조절하여 변화 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건설기계의 스윙시스템에 있어서, 상부 선회체에 고정되며, 유압펌프에서 공급받은 작동유의 유입과 유출을 이용하여 회전가능한 유압 스윙모터(30); 및 상기 유압 스윙모터(30)에 의해 회전되는 피니언기어(31);를 더 포함하여 이루어지며, 상기 피니언기어(31)가 상기 스윙링기어(10)와 맞물려 돌아감으로 상기 상부선회체가 회전한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 유압 스윙모터(30)가 회전하면 유압 스윙모터(30)하측의 피니언기어(31)가 같이 회전한다. 유압 스윙모터(30)는 유압펌프에서 공급받은 작동유에 의해서 회전하게 된다.
상기 유압 스윙모터(30)는 상부선회체에 고정된 상태로 상기 피니언기어(31)를 회전시킨다. 피니언기어(31)는 스윙링기어(10)와 맞물려 돌아감으로 상부선회체가 회전하게 된다. 즉, 피니언기어(31)가 시계방향으로 회전하면, 피니언기어(31)와 스윙링기어(10)가 맞물려 스윙링기어커버(20)를 회전시키고, 이에 따라 상기 스윙링기어커버(20)에 고정된 상부선회체가 회전하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건설기계의 스윙시스템에 있어서, 상기 스윙모터(30) 내의 유압을 감지하여 전기신호를 출력하는 압력센서(70); 스윙시스템을 가속상태나 감속상태로 조작하는 조작레버(50); 상기 압력센서(70) 및 조작레버(50)의 신호를 입력받아 상기 스윙모터(30)가 감속상태에 있다고 판단되는 경우 상기 유도코일(21)에서 유도전류를 발생시키게 하는 제어부(40); 및 상기 제어부(40)와 유도코일(21) 사이에 형성되며, 유도전류의 발생을 원하는 경우 단락되고 유도전류의 발생을 원하지 않는 경우 개방되는 제어스위치(41);를 더 포함하여 이 루어진다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명은 압력센서(70), 조작레버(50), 제어부(40), 제어스위치(41)를 포함하여 이루어진다.
압력센서(70)는 스윙모터(30) 내의 유압을 감지하는 센서이며, 조작레버(50)는 스윙시스템을 조작하는 것이다.
제어부(40)는, 압력센서(70)와 조작레버(50)의 출력신호를 통하여 스윙모터(30)가 가속상태인지 감속상태인지를 판단하여, 스윙모터(30)가 감속상태인 경우에만 유도코일(21)에서 유도전류를 발생시키도록 한다. 제어부(40)가 없는 경우에는 스윙모터(30)가 가속상태인 경우에도 유도코일(21)에서 유도전류를 발생시키므로 스윙시스템의 작동에 무리를 주게 된다.
제어스위치(41)는 상기 제어부(40)와 유도코일(21) 사이에 형성되며, 유도전류의 발생을 원하는 경우 단락되고 유도전류의 발생을 원하지 않는 경우 개방되므로, 사용자가 제어스위치(41)를 통해 유도전류의 발생을 원하는 경우에만 전기 에너지가 발생되도록 하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건설기계의 스윙시스템에 있어서, 상기 유도코일(21)에서 발행된 유도전류를 집진하여 전기에너지로 저장하는 에너지저장장치(60)를 더 포함하여 이루어진다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명은 에너지저장장치(60)를 포함하여 이루어진다. 에너지저장장치(60)로는 축전지를 이용하는데, 축전지의 종류로는 건전지, 배터리(battery), 수소전지 등이 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 건설기계의 스윙시스템에 있어서, 상기 에너지저장장치(60)와 제어부(40) 사이에 형성되며, 유도전류의 저장을 원하는 경우 단락되고 유도전류의 저장을 원하지 않는 경우 개방되는 선택스위치(42)를 더 포함하여 이루어진다.
도 2에 나타난 바와 같이, 선택스위치(42)는 상기 제어부(40)와 에너지저장장치(60) 사이에 형성되며, 유도전류의 저장을 원하는 경우 단락되고 유도전류의 저장을 원하지 않는 경우 개방되므로, 사용자가 선택스위치(42)를 통해 유도전류의 저장을 원하는 경우에만 전기 에너지가 저장되도록 하는 것이 가능하다.
도 1은 종래 건설기계의 스윙시스템에 대한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 건설기계의 스윙시스템에 대한 블럭도,
도 3은 도 2에 도시된 스윙시스템의 유도코일에 대한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 스윙링기어, 11 : 영구자석
20 : 스윙링기어커버, 21 : 유도코일, 22 : 자성체돌기
30 : 스윙모터, 31 : 피니언기어
40 : 제어부, 41 : 제어스위치, 42 : 선택스위치
50 : 조작레버
60 : 에너지저장장치
70 : 압력센서

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 건설기계의 주행을 위한 하부주행체에 고정되어 있는 스윙링기어와,
    상기 하부주행체의 상부에 설치되는 상부선회체가 회전가능하도록 상부선회체에 고정되어 회전운동을 하는 스윙링기어커버와,
    상기 스윙링기어와 스윙링기어커버 중 어느 하나에 설치되는 영구자석과,
    상기 스윙링기어와 스윙링기어커버 중 다른 하나에 설치되는 유도코일을 포함하여 이루어지고, 상기 스윙링기어커버의 회전운동에 따라 상기 유도코일에서 유도전류가 발생되는 건설기계의 스윙시스템에 있어서,
    상기 유도코일은 상기 영구자석이 설치된 스윙링기어 또는 스윙링기어커버를 향하여 방사상으로 다수 개 구비된 자성체돌기에 감겨서 형성되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상부선회체에 고정되며, 유압펌프에서 공급받은 작동유의 유입과 유출을 이용하여 회전가능한 유압 스윙모터; 및
    상기 유압 스윙모터에 의해 회전되는 피니언기어;를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 피니언기어가 상기 스윙링기어와 맞물려 돌아감으로 상기 상부선회체가 회전하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스윙모터 내의 유압을 감지하여 전기신호를 출력하는 압력센서;
    스윙시스템을 가속상태나 감속상태로 조작하는 조작레버;
    상기 압력센서 및 조작레버의 신호를 입력받아 상기 스윙모터가 감속상태에 있다고 판단되는 경우 상기 유도코일에서 유도전류를 발생시키게 하는 제어부; 및
    상기 제어부와 유도코일 사이에 형성되며, 유도전류의 발생을 원하는 경우 단락되고 유도전류의 발생을 원하지 않는 경우 개방되는 제어스위치;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유도코일에서 발행된 유도전류를 집진하여 전기에너지로 저장하는 에너지저장장치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 에너지저장장치와 제어부 사이에 형성되며, 유도전류의 저장을 원하는 경우 단락되고 유도전류의 저장을 원하지 않는 경우 개방되는 선택스위치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 건설기계의 스윙시스템.
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