KR101476734B1 - 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더 - Google Patents

에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페이로더에 전기모터와 유압모터를 설치하여 에너지 소비와 무게를 줄이고 공해를 발생하지 않으면서 운용 효율을 높이며 전체적인 구성과 유지보수를 간단하게 하는 것으로서 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않은 전기 에너지용 페이로더에 관한 것으로, 외부로부터 인가되는 전기에너지에 의하여 정방향과 역방향으로 회전되고 해당 제어신호에 의하여 회전속도가 조절 구동되는 전기모터, 전기모터의 회전축과 연결되고 상기 전기모터의 회전에 의하여 제어된 용량의 유압을 발생하는 가변용량형 유압펌프, 유압펌프에서 발생된 유압의 용량을 외부로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 조절하여 배출하는 속도조절콘트롤러, 속도조절콘트롤러로부터 인가되는 유압에 의하여 정방향과 역방향으로 회전되고 주행을 위한 회전속도가 조절 구동되는 유압모터, 유압모터의 회전축과 연결되고 상기 유압모터의 회전 토오크를 자동변속기에 전달하는 토오크컨버터를 포함하는 특징에 의하여 페이로더 차량의 무게가 가볍고, 유류에 의한 공해를 발생하지 않으며, 구성이 간단하고 전기 에너지의 소모를 줄이며 유지보수가 용이하고 운용효율이 개선된 장점이 있다.

Description

에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더{Payloader of electric energy in pollutionless with low energy consumption}
본 발명은 전기 에너지에 의하여 구동되는 유압 페이로더에 관한 것으로 더욱 상세하게는 페이로더에 전기모터와 유압모터를 설치하여 에너지 소비와 무게를 줄이고 공해를 발생하지 않으면서 운용 효율을 높이며 전체적인 구성과 유지보수를 간단하게 하는 것으로서 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않은 전기 에너지용 페이로더에 관한 것이다.
페이로더는 토목현장, 건축현장, 건설현장 등에서 토사 등을 운반하는 적재작업을 행하는 건설기계이며, 이동 역할을 하는 주행체와, 작업 장치로 구성되는 것이 일반적이다.
페이로더는 작업의 종류와 용도 등에 따라 적절한 작업 장치를 장착 또는 교체설치하여 사용할 수 있고 토사 운반을 위한 버켓(Bucket), 청소 등을 위한 솔 등이 장착되어 사용될 수 있다.
종래 기술에 의한 페이로더는 내연기관 엔진에서 경유 등을 연소시켜 동력을 얻고 유압펌프를 작동시키는 구성으로 이루어지며, 이러한 내연기관 엔진은 동작에 따른 소음과 진동이 많이 발생하고 연료가 비교적 비싸며 부피와 무게가 많이 나가므로 유지관리비용이 많이 소요되며, 엔진 가동시 매연 가스 발생으로 대기를 오염시키고, 연료인 기름과 다양한 종류의 오일이 누출되어 지반을 오염시키는 등의 문제점이 있다. 이와 같이 일부 개선된 종래기술로 대한민국 실용신안 등록번호 제20-0468587호(2013.08.16.) “굴삭기의 전원공급용 케이블 리프팅 장치”가 있다.
도 1은 종래 크리너장치를 구비한 페이로더의 일 예를 나타낸 사시도로서, 일반적으로 페이로더(pay loader)는 셔블로더(shovel loader)라고도 하며, 전면에 버킷이 부착되어 있어서 골재나 토사등을 상차하거나 가까운 거리는 운반하는 장비이다.
즉, 도 1을 참조하면, 동력삽(14)을 구비하는 페이로더(10)는, 광석이나 석탄 등의 운송물(20)을 동력삽(14)으로 퍼올려서 목적지까지 운반하는 장치이다. 이러한 페이로더(10)는, 작업자가 탑승하는 이송몸체(12)의 하측에 바퀴(11)를 구비하며, 이송몸체(12)의 전방에 설치된 동력삽(14)은 암부재(13)로 연결되며, 암부재(13)의 상하 회전에 따라, 암부재(13)에 연결된 동력삽(14)도 상하 이동되어 운송물(20)을 이송한다.
종래 기술에 의한 페이로더는 내연기관 엔진에서 경유 등을 연소시켜 동력을 얻고 유압펌프를 작동시키는 구성으로 이루어지며, 이러한 내연기관 엔진은 동작에 따른 소음과 진동이 많이 발생하고 연료가 비교적 비싸며 부피와 무게가 많이 나가므로 유지관리비용이 많이 소요되며, 엔진 가동시 매연 가스 발생으로 대기를 오염시키고, 연료인 기름과 다양한 종류의 오일이 누출되어 지반을 오염시키는 등의 문제점이 있다.
따라서 전기 에너지를 이용하는 페이로더에서 공해를 발생하지 않으며 무게가 비교적 가벼워 전기 에너지의 소모를 줄이고 구성이 간단하며 유지보수가 용이하며 운용효율이 높은 기술을 개발할 필요가 있다.
대한만국 특허 공개번호 제10-2013-0046556호(2013.05.08) “페이로더용 크리너 장치” 대한민국 실용신안 등록번호 제20-0468587호(2013.08.16.) “굴삭기의 전원공급용 케이블 리프팅 장치”
상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 본 발명은 차량의 무게가 비교적 가볍고, 유류 사용에 의한 공해를 발생하지 않으며, 구성이 간단하고 전기 에너지의 소모를 줄이며 유지보수가 용이하면서 운용효율이 개선된 것으로서 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더를 제공하는 것이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더는 외부로부터 인가되는 전기에너지에 의하여 정방향과 역방향으로 회전되고 해당 제어신호에 의하여 회전속도가 조절 구동되는 전기모터; 상기 전기모터의 회전축과 연결되고 상기 전기모터의 회전에 의하여 제어된 용량의 유압을 발생하는 가변용량형 유압펌프; 상기 유압펌프에서 발생된 유압의 용량을 외부로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 조절하여 배출하는 속도조절콘트롤러; 상기 속도조절콘트롤러로부터 인가되는 유압에 의하여 정방향과 역방향으로 회전되고 주행을 위한 회전속도가 조절 구동되는 유압모터; 상기 유압모터의 회전축과 연결되고 상기 유압모터의 회전 토오크를 자동변속기에 전달하는 토오크컨버터; 를 포함할 수 있다.
상기 속도조절콘트롤러는 상기 전기모터의 회전방향과 회전속도를 제어하는 전기콘트롤러부; 및 상기 유압모터의 회전방향과 회전속도를 제어하는 유압콘트롤러부; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 전기모터의 출력축은 2개 이상 다수의 링형 베어링으로 이루어지는 베어링 지지부에 의하여 지지되고 상기 베어링 지지부는 상기 전기모터와 상기 유압펌프 사이에 위치하며, 상기 다수의 베어링 지지부는 하나의 하우징에 설치되고 상기 전기모터와 상기 유압펌프 사이의 유일한 베어링일 수 있다.
상기 토오크컨버터는 하나의 주행용 바퀴에 전달될 주행동력이 출력된다.
상기와 같은 구성의 본 발명은 페이로더 차량의 무게가 가볍고, 유류에 의한 공해를 발생하지 않으며, 구성이 간단하고 전기 에너지의 소모를 줄이며 유지보수가 용이하고 운용효율이 개선된 장점이 있다.
도 1 은 종래기술의 일 실시 예에 의하여 크리너장치를 구비한 페이로더의 사시도,
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더의 평면도,
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더의 측면도,
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더의 저면도,
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더의 사시도,
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 속도조절콘트롤러의 상세 기능 구성도,
그리고
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 페이로더에 전기공급장치가 연결된 상태의 설명도 이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하의 설명에서 링형 베어링은 볼베어링, 롤러베어링, 미끄럼베어링, 구름베어링 등으로 이루어지는 스러스트 베어링과 에어포일 베어링이 포함되는 것으로 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더의 평면도 이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더의 측면도 이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더의 저면도 이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더의 사시도 이고, 도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 속도조절콘트롤러의 상세 기능 구성도 이며, 도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 페이로더에 전기공급장치가 연결된 상태의 구성 설명도 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 페이로더(1000)는 전기모터(1100), 유압펌프(1200), 속도조절콘트롤러(1300), 유압모터(1400), 토오크컨버터(1500), 자동변속기를 포함하며, 방향전환을 하는 앞바퀴(1700)는 2 개이고, 주행동력을 발생하는 뒷바퀴(1600)는 1 개로 구성된다.
전기모터(1100)는 외부로부터 인가되는 전기에너지에 의하여 정방향과 역방향으로 회전되고 해당 제어신호에 의하여 회전속도가 조절되어 구동된다.
전기모터에 전기를 공급하는 기술은 출원인에 의하여 선출원 및 등록된 것으로 대한민국 실용신안 등록번호 제20-0468587호(2013.08.16.) “굴삭기의 전원공급용 케이블 리프팅 장치”에 상세히 설명되어 있고 첨부된 도면에 자세히 도시되어 있으므로 구체적인 설명과 도면 도시를 생략하기로 한다.
여기서 해당 제어신호는 속도조절콘트롤러(1300)의 전기콘트롤러부(1302)로부터 발생된다.
그리고 외부로부터 인가되는 전기에너지는 외부로부터 유선 또는 무선으로 공급되는 상용의 전기에너지와 자체적으로 발전되는 전기에너지가 포함된다.
자체적으로 발전되는 전기에너지는 내연기관 엔진에 의하여 발전기를 구동하므로 발전되는 전기에너지, 화학적 반응에 의하여 발전되는 전기에너지, 태양전지(솔라셀)로부터 발전되는 전기에너지 및 일반적으로 알 수 있는 전기에너지가 모두 포함되는 것으로 설명한다.
유압펌프(1200)는 전기모터(1100)의 회전축과 연결되고 즉, 축 결합된 전기모터(1100)의 회전동력에 의하여 제어된 용량의 유압을 발생하는 가변용량형이다. 이러한 유압펌프(1200)의 구조에 대하여는 일반적으로 알 수 있다. 여기서 유압은 에너지를 전달하는 유체와 유체에 의하여 발생된 압력을 모두 포함하는 것으로 설명하기로 한다.
전기모터(1100)의 회전동력을 출력하는 축은 2개 이상 다수의 링형 베어링으로 이루어지는 베어링 지지부에 의하여 지지되고, 베어링 지지부는 전기모터(1100)와 유압펌프(1200) 사이에 위치한다.
여기서 링형 베어링은 스러스트 베어링과 에어 포일(Air Foil) 베어링이포함되며 에어 포일 베어링을 사용하는 것이 페이로더의 사용수명을 늘리고 무게를 줄이기 위하여 매우 바람직하다.
2개 이상 다수의 링형 베어링으로 이루어지는 베어링 지지부는 하나의 하우징에 설치되고, 하우징에는 유체 윤활유로 채움되어 있으며, 전기모터(1100)와 유압펌프(1200) 사이의 유일하게 설치된 단 하나의 베어링 구조체 이다.
속도조절콘트롤러(1300)는 유압펌프(1200)와 연결되고 유압펌프(1200)에서 발생된 유압의 용량을 외부로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 조절하여 유압모터(1400)로 배출한다.
속도조절콘트롤러(1300)는 전기모터(1100)의 회전방향과 회전속도를 제어하는 전기콘트롤러부(1301)와 유압모터(1400)의 회전방향과 회전속도를 제어하는 유압콘트롤러부(1302)롤 포함하는 구성이다.
속도조절콘트롤러(1300)의 유압콘트롤러부(1302)는 유압모터(1400)에서 회수된 유압을 유압펌프(1200)에 전달 또는 회수시킨다.
유압모터(1400)는 속도조절콘트롤러(1300)의 유압콘트롤러부(1302)로부터 인가되는 유압에 의하여 정방향과 역방향으로 회전되고 주행을 위한 회전속도 또는 토오크가 조절된 상태로 구동된다.
토오크컨버터(1500)는 유압모터(1400)의 회전축과 연결된다. 즉, 토오크컨버터(1500)는 유압모터(1400)와 축결합되어 유압모터(1400)의 회전 토오크를 도면에서 상세히 도시되지 않은 10 단의 자동변속기에 전달한다. 자동변속기를 10 단으로 구성하는 것은 공사현장에 적합하게 주행하기 위한 것으로 무거운 중량이 구비된 상태로 주행하기 위한 1 내지 5 단 변속과 페이로더(1000) 차량의 전체 중량이 가벼운 상태에서 주행하기 위한 6 내지 10 단 변속이 포함되어 차량의 안전운행과 수명을 연장할 수 있다. 자동변속기는 하나(1)로 이루어지는 뒷바퀴(1600)에 연결되어 주행동력을 전달하므로 페이로더(1000)가 주행한다.
주행 동력을 발생하는 뒷바퀴(1600)가 하나로 이루어지므로 페이로더(1000)의 전체 구성이 간단하고 중량이 가벼워지며 유지보수가 간편한 등의 장점이 있다.
페이로더(100)의 중량체를 담고 이동시킬 수 있는 버켓이 앞바퀴(1700) 부분에 배치되고 방향전환에도 앞바퀴를 사용하는 것이 일반적이므로 앞바퀴를 2개로 구성하는 것이 차량의 무게 중심 등에 적합하다.
페이로더(1000)의 주행을 위한 동력은 전기모터(1100)로부터 발생되며, 전기모터는 전기에너지를 사용하므로 주변의 환경을 오염시키지 않고, 제어가 간편 또는 용이한 장점이 있다. 또한, 전기모터(1100)는 내연기관의 엔진보다 무게가 가볍고 크기가 작으며 유지보수 및 관리가 간단하고 취급이 편한 등의 장점이 있다.
그리고 전기모터(1100)와 유압펌프(1200) 사이에 단 하나의 베어링 구조체를 사용하므로 구성이 간단하고 유지보수가 쉬우며 전체의 무게를 줄이는 장점이 있다.
전기모터(1100)와 유압펌프(1200)는 축 결합하므로 해당 축이 일직선상에 배치와 설치되고, 유압모터(1400)와 토오크 컨버터(1500)는 축 결합하므로 해당 축이 일직선상에 배치와 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 전기모터(1100)와 유압펌프(1200)로 이루어지는 그룹은 유압모터(1400)와 토오크 컨버터(1500)로 이루어지는 그룹과 일직선상에 위치할 필요가 없으므로 페이로더 차량의 외관 디자인이 자유롭고, 무게 배분이 용이하여 페이로더의 기능과 운용효율을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1000 : 페이로더 1100 : 전기모터
1200 : 유압펌프 1300 : 속도조절콘트롤러
1301 : 전기콘트롤러부 1302 : 유압콘트롤러부
1400 : 유압모터 1500 : 토오크컨버터
1600 : 뒷바퀴 1700 : 앞바퀴

Claims (4)

  1. 외부로부터 유선으로 인가되는 전기에너지에 의하여 정방향과 역방향으로 회전되고 해당 제어신호에 의하여 회전속도가 조절 구동되는 전기모터(1100);
    상기 전기모터(1100)의 회전축과 연결되고 상기 전기모터(1100)의 회전에 의하여 제어된 용량의 유압을 발생하는 가변용량형 유압펌프(1200);
    상기 유압펌프(1200)에서 발생된 유압의 용량을 외부로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 조절하여 배출하는 속도조절콘트롤러(1300);
    상기 속도조절콘트롤러(1300)로부터 인가되는 유압에 의하여 정방향과 역방향으로 회전되고 주행을 위한 회전속도가 조절 구동되는 유압모터(1400);
    상기 유압모터(1400)의 회전축과 연결되고 상기 유압모터(1400)의 회전 토오크를 10단의 자동변속기에 전달하는 토오크컨버터(1500); 를 포함하되,
    상기 속도조절콘트롤러(1300)는
    상기 전기모터(1100)의 회전방향과 회전속도를 제어하는 전기콘트롤러부(1301); 및
    상기 유압모터(1400)의 회전방향과 회전속도를 제어하는 유압콘트롤러부(1302); 를 포함하고,
    상기 전기모터(1100)의 출력축은 2개 이상 다수의 링형 베어링으로 이루어지는 베어링 지지부에 의하여 지지되고 상기 베어링 지지부는 상기 전기모터(1100)와 상기 유압펌프(1200) 사이에 위치하며,
    상기 베어링 지지부는 하나의 하우징 내부에 설치되고 상기 전기모터(1100)와 상기 유압펌프(1200) 사이의 유일한 베어링이며,
    상기 토오크컨버터(1500)는 하나의 주행용 바퀴에 전달될 주행동력이 출력되고,
    상기 전기에너지는 외부로부터 무선으로 인가되는 전기에너지와 자체적으로 발전되는 전기에너지가 더 포함되며,
    상기 자체적으로 발전되는 전기에너지는 화학적 반응에 의하여 발전되는 전기에너지, 태양전지로부터 발전되는 전기에너지가 포함되고,
    상기 링형 베어링은 에어 포일 베어링을 사용하고,
    상기 전기모터(1100)와 유압펌프(1200)는 축이 일직선상에 배치되고, 상기 유압모터(1400)와 토오크컨버터(1500)는 축이 일직선상에 배치되되, 상기 전기모터(1100)와 유압펌프(1200)의 그룹은 상기 유압모터(1400)와 토오크컨버터(1500)의 그룹과 일직선상에 배치되지 아니하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 소비를 줄이고 공해를 발생하지 않는 전기 에너지용 페이로더.

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JP2005067522A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Komatsu Ltd バッテリ駆動式のホイールローダ、及びバッテリ駆動式の作業車両

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