KR101350148B1 - 배터리식 스키드 스티어로우더 - Google Patents

배터리식 스키드 스티어로우더 Download PDF

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KR101350148B1
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박성도
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피에스디중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 스키드 스티어로우더(100)를 구현함에 있어 로우더 차체(2)에 배터리(22)를 에너지원으로서 장착하고 2개의 주행인버터(21) 및 2개의 교류형 주행모터(16)를 이용하여 주행 및 조향작업을 동시에 수행하되 운전석에 있는 주행죠이스틱(19)이나 발판에 있는 악셀페달을 이용하여 움직이는 스트로크에 따라 주행속도 및 주행 방향을 조절한다. 또 차체(2)에 장착된 배터리(22)를 에너지원으로 하고 1개의 유압인버터(20)에 의해 구동되는 1개의 교류형 유압전기모터(12)에 유압펌프(13)를 장착하여 운전석(3)에 있는 작업죠이스틱(18)을 동작하면 유압인버터(20)에서 유압전자식컨트롤밸브(17)의 스플에 신호를 주어 스플의 작동상태에 따라 속도를 제어되게 하여서, 운행이나 작업중 기존 엔진식 스키드 스티어로우더에서 발생하는 소음 및 진동으로 인한 작업자의 피로감이나 심지어 작업자의 직업병을 해소케 하고 축산농가에서 사용할 경우 가축이 엔진소음으로부터 받은 피해도 해결할 수 있게 해준다.

Description

배터리식 스키드 스티어로우더{BATTERY TYPE SKID STEER LOADER}
본 발명은 스키드 스티어로우더(skid steer loader)에 관한 것으로, 특히 농축산 작업 등에서 친환경적으로 구동할 수 있도록 배터리를 이용해서 전기로 작동하는 배터리식 스키드 스티어로우더에 관한 것이다.
스키드 스티어로우더("스키드 로우더"라고도 칭해짐)는 매우 콤팩트하며 다양한 용도에 광범위하게 사용할 수 있는 작업성능이 우수한 산업기계의 일종이다. 이러한 스키드 스티어로우더는 농축산 및 조경공사, 건설현장 등에서 유용하게 활용될 수 있고, 그 현장이 비교적 평탄하고 좁은 공간에서도 신속하고 효과적으로 작업을 수행할 수 있으며, 작업현장에서 나오는 퇴비나 폐기물 등을 손쉽게 처리할 수 있다.
통상적인 스키드 스티어로우더는 로우더에 탑재된 엔진에서 발생되는 회전력을 기초동력으로 하고 그 동력에 의하여 구동되는 유압펌프의 유압력을 이용해서 주행 작동과 아울러 버켓이나 붐과 같은 도구의 작동을 수행한다.
그런데 이러한 엔진식 스키드 스티어로우더를 이용해서 장시간 작업을 하게 되면 엔진 소음과 진동으로 인해서 작업자에게 상당한 불편함과 피로감을 주고 있고, 이는 만성적 직업병을 유발할 수 있는 원인이 될 수 있다.
특허공보 특1989-0006438호 "스키드로우더와 그의 제조방법"
따라서 본 발명의 목적은 저소음 및 저진동을 실현하여 장시간 작업하는 작업자에게 편안함과 안락감을 허락할 수 있는 배터리식 스키드 스티어로우더를 제공함에 있다.
상기한 목적에 따른 본 발명은, 스키드 스티어로우더에 있어서,
로우더 차체(2)에 장탈착 가능한 배터리(22)를 탑재하여 배터리전원을 메인 동력원으로 사용하고,
로우더 차체(2)의 하부에 구동바퀴(4)가 전후 한쌍씩 4개를 축설하고 2개의 교류형 주행모터(16)와 2개의 주행인버터(21)를 설치하되 차체 좌우에 각기 위치한 전후 한쌍의 바퀴 각각은 좌우에 각기 독립된 주행모터(16) 및 대응된 좌우의 구동기어박스(26)에 연결되어 주행동력을 전달받고 배터리(22)로부터의 배터리전원을 공급받은 2개의 주행인버터(21)와 운전석에 구비된 주행죠이스틱(19)에 의해서 4륜구동방식으로 주행 및 조향작업이 동시에 수행가능케 구성하고,
로우더 차체(2)에 1개의 유압인버터(20)와 1개의 유압전기모터(12) 및 유압펌프(13)를 구비하며, 유압펌프(13)의 유압이 유압전자식콘트롤밸브(17)로 전달되게 구성하고 배터리(22)로부터의 배터리전원을 공급받은 유압인버터(20)와 운전석에 구비된 작업죠이스틱(18)에 의해서 유압전기모터(12) 및 유압펌프(13)를 구동하고 유압전자식콘트롤밸브(17)의 스풀을 제어하여서 작업도구에 관련된 구동부인 버켓실린더(8) 및 붐실린더(7)가 작동되게 구성함을 특징으로 하는 배터리식 스키드 스티어로우더이다.
본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더는, 2개의 주행인버터(21) 및 1개의 유압인버터(20)로 배터리전원을 연결하는 배터리(22)의 케이블이 원터치식 연결케이블(23)에 의해서 장탈착 가능하게 구성하고,
또 시동용 키 스위치(24)의 기동신호에 응답하여서 스위치 온 되어서 배터리(22)로부터의 배터리전원을 유압인버터(20) 및 주행인버터(21)로 인가되게 연결하는 메인컨넥터스위치(24)를 더 구비함을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 유압인버터(20)를 구현함에 있어 1개의 유압전기모터(12)로부터 피드백신호(FB1)를 피드백 받고 2개의 주행인버터(21)는 대응된 2개의 주행모터(16)로부터 피드백신호(FB2)를 각각 피드백 받아서 부하상태를 체크하고 배터리(22)의 배터리전원을 이용해서 실제회전속도가 목표회전속도를 추종하도록 제어하게 구성함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배터리식 스키드 스티어로우더는 기존의 엔진소음과 유압소음을 제거하여 진동이나 소음이 최소화되므로 운행이나 작업중 기존 엔진식 스키드 스티어로우더에서 발생하는 소음 및 진동으로 인한 작업자의 피로감이나 심지어 작업자의 직업병을 해소하는데에 큰 도움을 준다. 또한 본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더를 축산농가에서 사용할 경우 가축이 엔진소음으로부터 받은 피해도 해결할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리식 스키드 스티어로우더의 개략적 외관 사시도,
도 2는 본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더의 구성요소들에 대한 구체 사시 구성도,
도 3은 본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더의 계통도,
도 4는 본 발명에 따른 배터리식 스키드 스티어로우더의 전기회로 구성도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 스키드스티어 로우더는 저소음 및 저진동을 위해서 배터리를 메인출력으로 채용한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리식 스키드 스티어로우더(100)의 개략적 외관 사시도로서, 사각 프레임구조의 로우더 차체(2)를 구비한다.
본 발명에서는 기존 엔진을 대신하여서 도 1에서와 같이, 로우더 차체(2) 중앙부에 배터리(22)를 탑재하여서 배터리전원을 메인 동력원으로 사용한다.
본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더(100)는 좌우의 구동기어박스(26)를 이용해 4륜구동방식으로 전후진 및 좌우선회시에 추가적인 유압부품 없이도 작동되는 것이다. 주행죠이스틱(19)의 조작에 의한 2개의 주행인버터(21)와 그에 대응된 2개의 주행모터(16)가 작동되고 좌우에 위치된 2개의 주행모터(16)의 독립적인 회전 제어에 의해서 좌우에 위치한 전후 한쌍의 구동바퀴(4)가 구동되게 한다.
로우더 차체(2)의 상부에는 운전실(3)이 마련되고 로우더 차체(2)의 하부에는 구동바퀴(4)가 전후 한쌍씩 4개로 축설되어 로우더(100)에 위치이동 능력을 부여하고, 로우더 차체(2)의 전방에는 버켓(5) 등과 같은 작업도구를 부착한 붐(6)을 구비하고, 그 붐(6)을 승강작동시키는 붐 실린더(7)와 버켓(5)을 작동시키는 버켓실린더(8)가 설치된 형태이다.
도 2는 본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더(100)의 구성요소들에 대한 구체 사시 구성도이고, 도 3은 본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더(100)의 계통도이며, 도 4는 본 발명에 따른 배터리식 스키드 스티어로우더(100)의 전기회로 구성도이다.
본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더(100)는 배터리(22)를 에너지원으로 하고 2개의 교류형 주행모터(16)와 2개의 주행인버터(21)를 이용해서 주행 및 조향작업을 동시에 수행한다.
도 2를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명의 구동바퀴(4)는 4륜 구동이 가능한 구조이다. 좌우에 각기 위치한 전후 한쌍의 바퀴 2개는 도 2에 도시된 바와 같이 좌우에 독립된 주행모터(16)와 그 좌우의 주행모터(16)에 대응된 독립된 구동기어박스(26)를 통해서 주행동력을 전달받는다. 좌우의 주행모터(16) 각각은 도 4에 도시된 바와 같이 좌우의 대응 주행인버터(21)로부터 제어를 받는다. 2개의 주행인버터(21)는 좌우의 주행모터(16)를 이용하여 좌우에 있는 한쌍의 바퀴 2개를 독립적으로 속도제어하는 방식으로 좌우 방향조절 및 속도조절이 가능케 한다.
운전석에 있는 주행죠이스틱(19)(즉 주행레버)나 발판에 있는 악셀페달을 이용하여 움직이는 스트로크에 따라 주행속도 및 주행방향을 조절한다.
상기와 같이 좌우로 독립된 2개의 주행인버터(21), 2개의 주행모터(16)와 2개의 구동기어박스(26)의 구성으로 본 발명의 배터리식 스키드 스티어로우더(100)는 전후진 및 회전이 원활하고 특히 제자리에서의 회전(좌우스핀)능력도 우수하다.
도 2 내지 도 4를 도 1과 함께 참조하면, 운전실(3) 내에는 시동을 걸기 위한 키 스위치(24)가 마련되고, 로우더(100)의 주행작동을 위한 주행죠이스틱(19) 및 붐(6)이나 버켓(5)과 같은 도구 작동을 위한 작업죠이스틱(18)도 운전실(3)내 운전석 주변부에 구비된다.
주행죠이스틱(19)은 주행레버에 해당되며, 또 운전실(3)에는 발판에 있는 악셀페달도 주행과 관련해 구비된다. 그리고 작업죠이스틱(18)은 작업레버에 해당된다.
구동바퀴(4)에 동력을 전달하는 수단인 주행모터(16)에는 주행감속기(16a)가 장치되며, 주행모터(16)는 주행인버터(21)를 통해서 배터리(22)와 전기적으로 연결된다. 주행감속기(16a)를 갖는 좌우의 주행모터(16)는 좌우의 구동기어박스(26)를 매개로 전후 한쌍의 구동바퀴(4)에 연결된다.
작업도구인 버켓(5)이나 붐(6)에 동력을 전달하기 위한 수단으로 유압전기모터(12)가 구비되며, 유압전기모터(12)는 유압인버터(20)를 통해서 배터리(22)와 전기적으로 연결된다. 그리고 유압전기모터(12)는 유압펌프(13)를 구동하고 그 유압펌프(13)를 통해 펌핑된 유압이 유압전자식콘트롤밸브(17)에 제공되게 하며, 유압전자식콘트롤밸브(17)는 작업죠이스틱(18)의 움직임 제어에 따른 유압펌프(13)의 펌핑 유압을 해당 스풀로 절환하여서 버켓 실린더(8)나 붐 실린더(7)를 작동시킨다.
주행모터(16)는 운전실(3)에 있는 주행죠이스틱(19)의 움직임에 따른 주행제어신호에 응답하여 회전하되, 주행인버터(21)로부터 출력되는 교류전원전압에 의거한 속도제어로 회전한다.
본 발명에서의 주행모터(16) 및 유압전기모터(12)는 모두가 3상 교류모터이다. 교류모터는 특성상 주파수에 의해 회전수가 결정되기에 속도제어가 쉽지 않다. 그러므로 본 발명에서는 배터리(22)의 전원인 직류전원전압을 교류전원전압으로 만들어 주되 교류모터의 회전수를 결정해주는 전압값이나 주파수로 속도제어를 수행하는 인버터(20)(21)를 채용하는 것이다.
본 발명의 유압인버터(20)나 주행인버터(21)는 전압가변이나 주파수가변 방식으로서 작업죠이스틱(18)이나 주행죠이스틱(19)의 움직임에 응답하여 대응 전압이나 주파수를 만들어서 유압전기모터(12)나 주행모터(16)의 회전속도를 제어한다. 그리고 유압전기모터(12)에서의 피드백신호(feedback)(FB1)나 주행모터(16)에서의 피드백신호(FB2)가 유압인버터(20)나 주행인버터(21)에 피드백되게 하므로 인버터(20)(21)는 배터리(22)의 배터리전원을 이용해서 실제 회전속도가 목표 회전속도를 신속히 추종하도록 해준다.
즉, 스키드 스티어로우더(100)가 주행중이나 붐이나 버켓을 이용한 작업중 부하를 받게 되면 실제 회전속도를 추총하지 못할 수 있는데, 유압인버터(20)나 주행인버터(21)에서는 이를 피드백신호(FB1,FB2)를 이용해서 체크하고 유압전기모터(12)나 주행모터(16)의 회전속도 제어를 다시 하게 되는 것이다.
또 본 발명의 인버터(20)(21)는 로우더(100) 특성에 맞는 순간 전류 억제기능을 전류프로파일로 내부 메모리에 부여하여서 신속한 속도 회복 특성을 강화하여서 부하 급변시 일정 속도 유지케 할 수도 있다.
본 발명에서는 배터리(22)의 방전이 최소화될 수 있도록 전기회로가 구성된다.
도 4와 도 3을 함께 참조하면, 배터리(22)는 연결컨넥터(23)를 매개로 장착 및 분리가 가능하도록 되어 있다. 연결컨넥터(23)는 원터치로 배터리(22) 케이블의 장착 및 분리가 가능케 구성한다.
배터리(22)로부터 공급되는 배터리전원은 연결 컨넥터(23)를 통해 키 스위치(key switch)(24)에 인가되어 대기하고, 동시에 배터리(22)로부터 공급되는 배터리전원은 연결컨넥터(23)와 메인컨넥터스위치(25)를 통해서 유압인버터(20) 및 주행인버터(21)에도 인가되게 구성한다.
메인컨넥터스위치(25)는 바람직하게는 마그네틱타입 스위치로 구성되며, 평소에는 스위치 "오프(off)"상태로 유지하여 배터리전원이 대기되게 하며, 키 스위치(24)에서의 스위치 "온(on)"과 같은 기동명령신호가 있으면 스위치 "온(on)" 이 되어서 배터리전원을 유압인버터(20) 및 주행인버터(21)에 공급한다.
배터리(22)를 장착후 연결컨넥터(23)가 연결되는 것이며, 작업자가 작업을 원할 경우에는 운전실(3)에 마련된 시동용의 키 스위치(24)를 스위치 "온(on)"하게 되면 키 스위치(24)는 유압인버터(20)와 주행인버터(21)에 동작활성화신호를 제공함과 동시에 메인컨넥터스위치(25)를 스위치 "온"시킨다. 그제서야 메인컨넥터스위치(25)에 대기된 배터리(22)의 배터리전원이 메인컨넥터스위치(25)를 통해서 유압인버터(20)와 주행인버터(21)에 공급되므로 비작업시 배터리(22)의 방전이 최소화된다.
이러한 배터리(22)에서의 방전 최소화 구성 및 기능은 전기로 작동하는 유압전기모터(12) 및 주행모터(16)가 다양한 부하상태에 놓여 있더라도 배터리(22)로부터 일정한 출력전압을 얻는데 유리하게 작용한다.
작업자 운전실(3)에 구비된 작업죠이스틱(18)을 움직이면 유압인버터(20)는 배터리전원인 직류전원전압을 작업죠이스틱(18)의 움직임에 대응하는 가변 주파수를 갖는 교류전원전압으로 변환하여 유압전기모터(12)에 인가하며, 유압전기모터(12)는 그에 따른 회전 구동을 한다. 유압전기모터(12)의 회전 구동에 의거하여 유압펌프(13)는 오일탱크(11)에서 오일을 흡입후 토출된 유량이 유압전자식콘트롤밸브(17) 내부의 스플로 절환되어 그 유량이 작업도구(즉 버켓이나 붐)의 구동수단인 버켓 실린더(8)나 붐 실린더(7)로 전달하여서 붐, 버켓이나 옵션 등에 대응된 실린더 신축작동이 이루어지게 한다.
한편 작업자가 주행죠이스틱(19)을 움직이면 2개의 주행인버터(21)는 주행죠이스틱(19)의 움직임에 대응하는 주파수를 갖는 교류전원전압으로 변환하여 좌나 우 또는 좌우의 주행모터(16)에 인가하며, 그에 대응된 좌나 우 또는 좌우의 주행모터(16)는 그에 따른 회전 구동을 한다. 그에 따라 좌우의 주행모터(16)에 대응된 구동기어박스(26)를 통해 동력이 좌나 우 또는 좌우의 구동바퀴(4)로 전달되어서 스키드 스티어로우더(100)의 주행이 이루어지게 한다.
예를 들면, 스키드 스티어로우더(100)의 전후진은 주행죠이스틱(19)을 앞뒤로 움직임으로 가능하다. 그리고 주행죠이스틱(19)을 왼쪽으로 움직이는 제자리에서의 좌회전은 좌측 대응 주행인버터(21)의 제어 하에 좌측 주행모터(16)가 앞으로(예컨대 시계방향회전) 움직임과 동시에 우측 대응 주행인버터(21)의 제어 하에 우측 주행모터(16)가 뒤로(반시계방향회전) 움직이게 하는 것이다. 또 주행죠이스틱(19)을 전좌의 사선방향으로 움직이는 일반적인 죄회전은 주행인버터(21)의 제어하에 좌측 주행모터(16)가 앞으로(예컨대 시계방향회전) 빠르게 움직이게 함과 동시에 우측 주행모터(16)는 앞으로 천천히 움직이게 하는 것이다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
한국에서는 현재 엔진이 배기가스 Emission 규제 Tire-3로 적용하고 있으나 환경규제 강화로 2015년부터는 의무적으로 배기가스 Emission 규제 Tire-4에 준하는 엔진장비를 제조 및 판매해야 하는데 소음 및 진동이 최소화된 본 발명의 배터리식 스티어 스키드로우더는 이러한 규제 관련해서 적합하게 이용될 수 있다.
(2)-- 로우터 차체 (3)-- 운전실
(4)-- 구동바퀴 (5)-- 버켓
(6)-- 붐 (7)-- 붐 실린더
(8)-- 버켓실린더 (11)-- 오일탱크
(12)-- 유압전기모터 (13)-- 유압펌프
(16)-- 주행모터 (17)-- 유압전자식콘트롤밸브
(18)-- 작업죠이스틱 (19)-- 주행죠이스틱
(20)-- 유압인버터 (21)-- 주행인버터
(22)-- 배터리 (23)-- 연결컨넥터
(24)-- 키 스위치 (25)-- 메인컨넥터스위치
(26)-- 구동기어박스 (100)-- 배터리식 스키드 스티어로우더

Claims (4)

  1. 스키드 스티어로우더에 있어서,
    로우더 차체(2)에 장탈착 가능한 배터리(22)를 탑재하여 배터리전원을 메인 동력원으로 사용하고,
    로우더 차체(2)의 하부에 구동바퀴(4)가 전후 한쌍씩 4개를 축설하고 2개의 교류형 주행모터(16)와 대응된 주행모터(16)를 제어하는 2개의 주행인버터(21)를 설치하되 차체 좌우에 각기 위치한 전후 한쌍의 구동바퀴(4) 각각은 좌우에 각기 독립된 주행모터(16) 및 대응된 좌우의 구동기어박스(26)에 연결되어 주행동력을 전달받고 배터리(22)로부터의 배터리전원을 공급받은 2개의 주행인버터(21)와 운전석에 구비된 주행죠이스틱(19)에 의해서 4륜구동방식으로 주행 및 조향작업이 동시에 수행가능케 구성하고,
    로우더 차체(2)에 1개의 유압인버터(20)와 1개의 유압전기모터(12) 및 유압펌프(13)를 구비하며, 유압펌프(13)의 유압이 유압전자식콘트롤밸브(17)로 전달되게 구성하고 배터리(22)로부터의 배터리전원을 공급받은 유압인버터(20)와 운전석에 구비된 작업죠이스틱(18)에 의해서 유압전기모터(12) 및 유압펌프(13)를 구동하고 유압전자식콘트롤밸브(17)의 스풀을 제어하여서 작업도구에 관련된 구동부인 버켓실린더(8) 및 붐실린더(7)가 작동되게 구성함을 특징으로 하는 배터리식 스키드 스티어로우더.
  2. 제1항에 있어서, 2개의 주행인버터(21) 및 1개의 유압인버터(20)로 배터리전원을 연결하는 배터리(22)의 케이블이 원터치식 연결케이블(23)에 의해서 장탈착 가능하게 구성함을 특징으로 하는 배터리식 스키드 스티어로우더.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 시동용 키 스위치(24)로부터 기동명령신호에 응답하여서 스위치 "온"되어서 배터리(22)로부터의 배터리전원을 유압인버터(20) 및 2개의 주행인버터(21)로 인가되게 연결하는 메인컨넥터스위치(24)를 더 구비함을 특징으로 하는 배터리식 스키드 스티어로우더.
  4. 제1항에 있어서, 유압인버터(20)는 1개의 유압전기모터(12)로부터 피드백신호(FB1)를 피드백 받고 2개의 주행인버터(21)는 대응된 2개의 주행모터(16)로부터 피드백신호(FB2)를 각각 피드백 받아서 부하상태를 체크하고 배터리(22)의 배터리전원을 이용해서 실제회전속도가 목표회전속도를 추종하도록 제어하게 구성함을 특징으로 하는 배터리식 스키드 스티어로우더.
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