KR101523279B1 - 쇼벨 - Google Patents

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KR101523279B1
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swivel
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키미노리 사노
류지 시라타니
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스미토모 겐키 가부시키가이샤
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Abstract

선회용 전동기(21)에 의하여 선회체(3)를 선회구동한다. 선회브레이크용 유압모터(40)를 선회체(3) 또는 선회용 전동기(21)에 기계적으로 연결한다. 선회브레이크용 유압모터(40)의 흡입포트와 토출포트를 차단함으로써, 선회브레이크용 유압모터(40)를 회전할 수 없는 상태로 하여, 선회체(3)에 브레이크를 건다.

Description

쇼벨{Shovel}
본 발명은 전동기를 이용하여 선회체를 전동구동하는 쇼벨에 관한 것이다.
일반적으로, 굴삭작업 등을 행하는 쇼벨에는 선회체가 설치되고, 굴삭작업을 행하기 위한 붐, 암 및 버킷이 선회체에 설치된다. 선회체를 선회시킴으로써, 버킷을 쇼벨의 주위의 임의의 위치로 이동한다. 선회용 유압모터에서 선회체를 선회구동하는 것을 유압선회라고 칭한다. 또, 선회용 전동모터에서 선회체를 선회구동하는 것을 전동선회라고 칭한다.
전동선회를 채용한 쇼벨에서는, 선회용 전동모터를 구동하지 않을 때에는 선회용 전동모터는 자유롭게 회전할 수 있는 상태에 있으므로, 선회체에 기계적으로 브레이크를 걸어 고정해 둔다. 기계적으로 브레이크를 거는 브레이크장치는, 마찰력을 이용하여 선회체를 고정하는 것이며, 마찰력을 발생시키는 부품이 마모한다는 문제를 가지고 있다. 쇼벨의 작업 시에는 선회체에 큰 외력이 작용하기 때문에, 이 큰 외력에 저항하여 브레이크력(마찰력)을 유지하여야 한다. 따라서, 브레이크장치에 가해지는 부하가 커, 브레이크장치의 마찰력을 발생하는 부분이 단시간에 마모해 버려, 브레이크장치의 수명이 짧다는 문제가 있다.
따라서, 선회용 전동모터를 제로속도제어함으로써 선회체를 정지상태로 유지하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 제로속도제어란, 선회용 전동모터를 항상 구동상태로 해 두고, 선회용 전동모터가 외력에 의하여 회전하려고 하면 회전속도가 제로가 되도록, 반대방향으로 회전하도록 구동하여 회전속도를 제로로 유지하는 제어이다. 선회용 전동모터의 회전속도를 제로로 유지하는 것은, 선회용 전동모터를 회전시키지 않는 것이며, 따라서 선회체는 일정한 위치에 유지된다.
(특허문헌)
특허문헌 1: 일본공개특허공보 2005-299102호
선회용 전동모터를 제로속도제어함으로써 선회체를 정지상태로 유지하는 제어에서는, 선회용 전동모터를 구동하여, 선회체에 가해지는 외력을 소거하는 선회력을 발생시킨다. 이로 인하여, 선회용 전동모터를 상시 구동하지 않으면 안되고, 선회체를 고정해 두기 위하여 선회용 전동모터에 전력을 공급할 필요가 있다. 따라서, 축전장치로부터 다량의 전력을 선회용 전동모터에 공급하지 않으면 안되어, 축전장치의 충전율이 급속히 감소할 우려가 있다. 또, 작업을 행하기 위해서가 아닌 브레이크를 걸기 위해서만 선회용 전동모터에서 전력을 소비하기 때문에, 전력절약의 관점에서 바람직하지 않다.
본 발명은 상술의 문제점을 감안한 것으로, 기계식 브레이크 이외의 브레이크장치에 의하여 선회체를 정지상태로 유지할 수 있고, 또한 브레이크력을 발생하기 위하여 다량의 전력을 필요로 하지 않는 쇼벨을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 선회체를 선회구동하는 선회용 전동기와, 상기 선회체 또는 상기 선회용 전동기에 기계적으로 연결된 선회브레이크용 유압모터를 가지는 것을 특징으로 하는 쇼벨이 제공된다.
상술의 쇼벨은, 상기 선회브레이크용 유압모터의 흡입구와 토출구를 차단하는 유압회로를 더욱 가지는 것이 바람직하다. 상기 선회체를 선회조작하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태에 있어서, 선회 이외의 조작을 행하기 위한 조작수단이 조작되었을 때에, 상기 선회브레이크용 유압모터를 이용하여 상기 선회체에 브레이크를 거는 것으로 하여도 된다. 또, 상기 선회체를 선회조작하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태에 있어서, 선회 이외의 조작을 행하기 위한 조작수단이 조작되었을 때에, 상기 선회체를 기계적으로 고정하기 위한 기계식 브레이크장치의 브레이크 동작을 해제하는 것으로 하여도 된다.
또, 상기 유압회로는 상기 선회브레이크용 유압모터의 토출측을 항상 차단하고, 상기 선회체와 상기 선회브레이크용 유압모터와의 사이에 단속기가 설치되는 것으로 하여도 된다. 상기 단속기는, 상기 선회체를 선회조작하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태에 있어서, 상기 선회브레이크용 유압모터를 상기 선회체 또는 상기 선회용 전동기에 연결하는 것으로 하여도 된다. 또, 상기 유압회로는 전환밸브를 포함하고, 상기 전환밸브에 의하여 상기 선회브레이크용 유압모터의 흡입구와 토출구를 차단하는 것으로 하여도 된다. 또, 상기 선회체의 선회조작을 행하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있을 때는, 상기 전환밸브에 의하여 상기 선회브레이크용 유압모터의 흡입구와 토출구가 접속되어 폐쇄회로가 형성되고, 상기 선회체의 선회조작을 행하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태가 되면, 상기 전환밸브에 의하여 상기 선회브레이크용 유압모터의 흡입구와 토출구를 차단하는 것으로 하여도 된다.
상술의 발명에 의하면, 기계식 브레이크 이외의 브레이크장치에 의하여 선회체를 정지상태로 유지할 수 있고, 또한 브레이크력을 발생하기 위하여 다량의 전력을 소비하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 하이브리드식 쇼벨의 측면도이다.
도 2는 제1 실시형태에 의한 하이브리드식 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 축전계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 유압에 의한 브레이크력을 발생시키기 위한 선회브레이크용 유압모터를 가지는 선회구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 상부선회체의 선회를 정지하면서 작업을 행하는 경우의 제어처리의 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 선회브레이크용 유압모터를 가지는 선회구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 시리즈형 하이브리드식 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 전기식 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 본 발명이 적용되는 하이브리드식 쇼벨을 나타내는 측면도이다.
하이브리드식 쇼벨의 하부주행체(1)에는, 선회기구(2)를 통하여 상부선회체(3)가 탑재되어 있다. 상부선회체(3)에는, 붐(4)이 장착되어 있다. 붐(4)의 선단에, 암(5)이 장착되고, 암(5)의 선단에 버킷(6)이 장착되어 있다. 붐(4), 암(5) 및 버킷(6)은, 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)에 의하여 각각 유압구동된다. 상부선회체(3)에는, 캐빈(10)이 설치되고, 또한 엔진 등의 동력원이 탑재된다.
다만, 본 발명이 적용 가능한 쇼벨은, 하이브리드식 쇼벨에 한정되지 않는다. 전동선회를 채용한 쇼벨이면, 예를 들면 외부 전원으로부터 충전전력이 공급되는 전기구동식 쇼벨에도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 하이브리드식 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2에 있어서, 기계적 동력계는 이중선, 고압유압라인은 굵은 선, 파일럿라인은 파선, 전기구동·제어계는 실선으로 각각 나타나 있다.
기계식 구동부로서의 엔진(11)과, 어시스트 구동부로서의 전동발전기(12)는, 변속기(13)의 2개의 입력축에 각각 접속되어 있다. 변속기(13)의 출력축에는, 유압펌프로서 메인펌프(14) 및 파일럿펌프(15)가 접속되어 있다. 메인펌프(14)에는, 고압유압라인(16)을 통하여 컨트롤밸브(17)가 접속되어 있다.
컨트롤밸브(17)는, 하이브리드식 쇼벨에 있어서의 유압계의 제어를 행하는 제어장치이다. 하부주행체(1)용의 유압모터(1A(우측용) 및 1B(좌측용)), 붐실린더(7), 암실린더(8), 및 버킷실린더(9)는, 고압유압라인을 통하여 컨트롤밸브(17)에 접속된다.
전동발전기(12)에는, 인버터(18A)를 통하여, 축전기로서의 커패시터를 포함하는 축전계(축전장치)(120)가 접속된다. 축전계(120)에는, 인버터(20)를 통하여 전동작업요소로서의 선회용 전동기(21)가 접속되어 있다. 선회용 전동기(21)의 회전축(21A)에는, 리졸버(22), 메카니컬 브레이크(23), 및 선회변속기(24)가 접속된다. 또, 파일럿펌프(15)에는, 파일럿라인(25)을 통하여 조작장치(26)가 접속된다. 선회용 전동기(21)와, 인버터(20)와, 리졸버(22)와, 메카니컬 브레이크(23)와, 선회변속기(24)로 부하구동계가 구성된다. 여기에서, 선회용 전동기(21)가 상부선회체(3)를 선회구동하기 위한 선회용 전동모터에 상당하고, 메카니컬 브레이크(23)가 상부선회체(3)에 기계적으로 브레이크를 걸어 두는 브레이크장치에 상당한다.
조작장치(26)는, 레버(26A), 레버(26B), 페달(26C)을 포함한다. 레버(26A), 레버(26B), 및 페달(26C)은, 유압라인(27 및 28)을 통하여, 컨트롤밸브(17) 및 압력센서(29)에 각각 접속된다. 압력센서(29)는, 전기계의 구동제어를 행하는 컨트롤러(30)에 접속되어 있다.
도 3은 축전계(120)의 구성을 나타내는 블록도이다. 축전계(120)는, 축전기로서의 커패시터(19)와 승강압 컨버터(100)와 DC 버스(110)를 포함한다. 제2 축전기로서의 DC 버스(110)는, 제1 축전기로서의 커패시터(19), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 사이에서의 전력의 수수(授受)를 제어한다. 커패시터(19)에는, 커패시터 전압치를 검출하기 위한 커패시터 전압검출부(112)와, 커패시터 전류치를 검출하기 위한 커패시터 전류검출부(113)가 설치되어 있다. 커패시터 전압검출부(112)와, 커패시터 전류검출부(113)에 의하여 검출되는 커패시터 전압치와 커패시터 전류치는, 컨트롤러(30)에 공급된다.
승강압 컨버터(100)는, 전동발전기(12) 및 선회용 전동기(21)의 운전상태에 따라, DC 버스전압치를 일정한 범위 내에 들어가도록 승압동작과 강압동작을 전환하는 제어를 행한다. DC 버스(110)는, 인버터(18A 및 20)와 승강압 컨버터(100)와의 사이에 배치되어 있으며, 커패시터(19), 전동발전기(12), 및 선회용 전동기(21)의 사이에서의 전력의 수수를 행한다.
도 2로 되돌아와, 컨트롤러(30)는, 하이브리드식 쇼벨의 구동제어를 행하는 주제어부로서의 제어장치이다. 컨트롤러(30)는, CPU(Central Processing Unit) 및 내부 메모리를 포함하는 연산처리장치로 구성되어, CPU가 내부 메모리에 격납된 구동제어용의 프로그램을 실행함으로써 실현되는 장치이다.
컨트롤러(30)는, 압력센서(29)로부터 공급되는 신호를 속도지령으로 변환하여, 선회용 전동기(21)의 구동제어를 행한다. 압력센서(29)로부터 공급되는 신호는, 선회기구(2)를 선회시키기 위하여 조작장치(26)를 조작한 경우의 조작량을 나타내는 신호에 상당한다.
컨트롤러(30)는, 전동발전기(12)의 운전제어(전동(어시스트)운전 또는 발전운전의 전환)를 행함과 함께, 승강압제어부로서의 승강압 컨버터(100)를 구동제어함으로써 커패시터(19)의 충방전제어를 행한다. 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 충전상태, 전동발전기(12)의 운전상태(전동(어시스트)운전 또는 발전운전), 및 선회용 전동기(21)의 운전상태(역행운전 또는 회생운전)에 근거하여, 승강압 컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어를 행하고, 이로써 커패시터(19)의 충방전제어를 행한다. 또, 컨트롤러(30)는, 후술과 같이 커패시터(19)에 충전하는 양(충전전류 또는 충전전력)의 제어도 행한다.
이 승강압 컨버터(100)의 승압동작과 강압동작의 전환제어는, DC 버스전압검출부(111)에 의하여 검출되는 DC 버스전압치, 커패시터 전압검출부(112)에 의하여 검출되는 커패시터 전압치, 및 커패시터 전류검출부(113)에 의하여 검출되는 커패시터 전류치에 근거하여 행하여진다.
이상과 같은 구성에 있어서, 어시스트 모터인 전동발전기(12)가 발전한 전력은, 인버터(18A)를 통하여 축전계(120)의 DC 버스(110)에 공급되고, 승강압 컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다. 선회용 전동기(21)가 회생운전하여 생성한 회생전력은, 인버터(20)를 통하여 축전계(120)의 DC 버스(110)에 공급되고, 승강압 컨버터(100)를 통하여 커패시터(19)에 공급된다.
선회용 전동기(21)의 회전속도(각속도(ω))는 리졸버(22)에 의하여 검출된다. 또, 붐(4)의 각도(붐각도(θB))는 붐(4)의 지지축에 설치된 로터리 인코더 등의 붐각도센서(7B)에 의하여 검출된다. 컨트롤러(30)는, 선회용 전동기(21)의 각속도(ω)에 근거하여 추정 선회회생전력(에너지)을 연산으로 구하고, 또, 붐각도(θB)에 근거하여 추정 붐회생전력(에너지)을 연산으로 구한다. 그리고, 컨트롤러(30)는, 연산으로 구한 추정 선회회생전력과 추정 붐회생전력에 근거하여, SOC의 회생예상 목표치를 연산에 의하여 구한다. 컨트롤러(30)는, 커패시터(19)의 SOC를, 구한 회생예상 목표치에 근접시키도록 하이브리드식 쇼벨의 각 부를 제어한다.
상술과 같은 구성의 하이브리드식 쇼벨에 의한 작업에서는, 상부선회체(3)를 일정한 선회위치로 유지하면서 붐(4), 암(5), 버킷(6)을 구동하여 굴삭작업 등을 행하는 경우가 있다. 이 때는, 상부선회체(3)가 외력에 의하여 선회해 버리지 않도록, 메카니컬 브레이크(23)에 의하여 브레이크가 걸린다. 메카니컬 브레이크(23)는, 조작장치(26)의 선회용 조작레버(예를 들면, 레버(26A))가 일정시간 조작되지 않으면, 자동적으로 작동되고, 선회용 조작레버가 조작되면 즉시 해제된다.
본 실시형태에서는, 메카니컬 브레이크(23)에 의하여 브레이크를 걸면서 붐(4), 암(5), 버킷(6)에 의한 작업을 행하는 상태가 되지 않도록 한다. 즉, 상부선회체(3)를 정지하면서 작업을 행할 때에는 메카니컬 브레이크(23)를 해제하고, 그 대신에 유압을 이용하여 브레이크력을 발생하여 상부선회체(3)에 브레이크를 걸어 정지된 상태로 한다. 유압에 의한 브레이크력을 발생시키기 위한 유압기기로서, 본 실시형태에서는, 예를 들면 유압펌프가 이용된다.
도 4는 유압에 의한 브레이크력을 발생시키기 위한 선회브레이크용 유압모터를 가지는 선회구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 4에 있어서, 도 2에 나타내는 구성부품과 동등한 부품에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 선회용 전동기(21)의 출력축에 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축이 기계적으로 연결된다. 선회브레이크용 유압모터(40)는, 포트(40a)와 포트(40b)를 가지는 유압펌프이다. 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축이 일 방향으로 회전구동되면, 포트(40a)가 흡입포트가 되고 포트(40b)가 토출포트가 되어, 작동유를 포트(40a)로부터 포트(40b)의 방향으로 흘려보내려고 한다. 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축이 반대방향으로 회전구동되면, 포트(40b)가 흡입포트가 되고 포트(40a)가 토출포트가 되어, 작동유를 포트(40b)로부터 포트(40a)의 방향으로 흘려 보내려고 한다.
여기에서, 포트(40a)와 포트(40b)를 폐쇄하여 작동유가 흐르지 않도록 해 두면, 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축은 회전할 수 없다. 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축은 선회용 전동기(21)의 출력축에 기계적으로 연결되어 있으므로, 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축을 회전할 수 없게 되면, 선회용 전동기(21)의 출력축도 회전할 수 없게 되고, 상부선회체(3)도 선회할 수 없게 된다. 따라서, 선회브레이크용 유압모터(40)의 포트(40a)와 포트(40b)를 폐쇄하여 작동유가 흐르지 않도록 함으로써, 상부선회체(3)에 브레이크가 걸린 상태가 되어, 상부선회체(3)를 정지상태로 유지할 수 있다.
선회브레이크용 유압모터(40)에는 유압회로(50)가 접속되어 있으며, 유압회로(50)에 의하여 작동유의 흐름이 제어된다. 유압회로(50)는 전환밸브(60)를 가지고 있다. 전환밸브(60)는, 선회브레이크용 유압모터(40)의 포트(40a)에 연결되는 유로(50a)와 포트(40b)에 연결되는 유로(50b)를 접속한 상태와, 유로(50a)와 유로(50b)를 차단한 상태 중 어느 것으로 전환되는 밸브이다. 전환밸브(60)의 동작은, 컨트롤러(30)로부터의 전환신호에 의하여 제어된다. 도 4에는, 전환밸브(60)에 의하여 유로(50a)와 유로(50b)를 차단한 상태가 나타나 있다. 유로(50a)와 유로(50b)를 차단하는 것은, 선회브레이크용 유압모터(40)의 포트(40a)와 포트(40b)를 폐쇄하는 것에 상당한다. 따라서, 전환밸브(60)에 의하여 유로(50a)와 유로(50b)를 차단함으로써, 상부선회체(3)에 브레이크를 걸어 정지상태로 유지할 수 있다.
한편, 전환밸브(60)에 의하여 유로(50a)와 유로(50b)를 접속한 상태로 하면, 유로(50a)로부터 선회브레이크용 유압모터(40)의 포트(40a)로 흐른 작동유는, 선회브레이크용 유압모터(40)에 흡입되고, 포트(40b)로부터 토출된다. 포트(40b)로부터 토출된 작동유는 유로(50b)를 흘러 다시 전환밸브(60)로 되돌아와, 유로(50a)를 흘러 선회브레이크용 유압모터(40)의 포트(40a)에 흡입된다. 이와 같이, 전환밸브(60)에 의하여 유로(50a)와 유로(50b)를 접속하여 폐쇄회로를 형성함으로써, 선회브레이크용 유압모터(40)를 공회전시킨 상태로 구동할 수 있다. 이 상태에서는, 선회브레이크용 유압모터(40)에 의한 브레이크가 해제된 상태이며, 상부선회체(3)를 선회구동할 수 있다. 즉, 상부선회체(3)를 선회시킬 때는, 전환밸브(60)를 작동하여, 유로(50a)와 유로(50b)를 접속한 상태로 한다.
유압회로(50)는, 릴리프밸브(52A, 52B) 및 역지밸브(54A, 54B)를 가진다. 릴리프밸브(52A, 52B) 및 역지밸브(54A, 54B)는, 유로(50a) 및 유로(50b) 내의 유압이 너무 높아지지 않도록, 유압을 빼기 위하여 설치된다. 예를 들면, 상부선회체(3)에 작용하는 외력(선회력)이 매우 커지고, 유로(50b) 내의 유압이 과도하게 상승하여 릴리프밸브(52B)의 릴리프압을 넘으면, 고압의 작동유는 릴리프밸브(52B)로부터 유출되어, 역지밸브(54A)를 통과하여, 유로(50a)로 흐른다. 이로써, 유로(50b) 내의 유압은 저하되고, 릴리프밸브(52B)의 릴리프압 이하로 유지된다. 유로(50a) 내의 유압이 과도하게 상승한 경우도, 마찬가지로 릴리프밸브(52A)의 릴리프압 이하로 유지된다. 이로 인하여, 선회구동계를 구성하는 부품의 손상을 방지할 수 있다.
다음으로, 상부선회체(3)의 선회를 정지하면서 작업을 행하는 경우의 제어에 대하여 설명한다. 도 5는 상부선회체(3)의 선회를 정지하면서 작업을 행하는 경우의 제어처리의 플로우차트이다.
먼저, 스텝 S1에 있어서, 모든 조작레버(조작수단)가 조작되고 있지 않은 상태인지 아닌지가 판정된다. 모든 조작레버(조작수단)가 조작되고 있지 않은 상태가 아니라고 판정되면(스텝 S1의 NO), 처리는 스텝 S4로 진행된다. 한편 모든 조작레버(조작수단)가 조작되고 있지 않은 상태라고 판정되면(스텝 S1의 YES), 처리는 스텝 S2로 진행되어, 소정 시간(예를 들면, 5초간)이 경과하였는지 아닌지가 판정된다. 굴삭작업이나 땅고르기 작업 등의 작업 중은, 스텝 S1로부터 스텝 S4로 진행된다.
스텝 S2에 있어서 소정 시간(예를 들면, 5초간)이 경과하고 있지 않다고 판정되면, 처리는 스텝 S1로 되돌아온다. 한편, 스텝 S2에 있어서 소정 시간(예를 들면, 5초간)이 경과하였다고 판정되면, 처리는 스텝 S3으로 진행되어, 메카니컬 브레이크(23)(주차 브레이크)가 ON이 된다. 즉, 상부선회체(3)를 선회조작하기 위한 조작레버가 소정 시간(예를 들면, 5초간) 조작되지 않으면, 상부선회체(3)를 정지시켜 두는 것이라고 판단하여, 메카니컬 브레이크(23)를 작동시켜 브레이크를 걸어, 상부선회체(3)를 그 위치에 고정한다.
계속해서, 스텝 S4에 있어서, 상부선회체(3)를 선회조작하기 위한 조작레버 이외의 조작레버가 조작되었는지 아닌지가 판정된다. 상부선회체(3)를 선회조작하기 위한 조작레버 이외의 조작레버가 조작되고 있지 않은 경우(스텝 S4의 NO), 이번 회의 처리는 종료된다. 상부선회체(3)를 선회조작하기 위한 조작레버 이외의 조작레버가 조작되고 있지 않다는 것은, 상부선회체(3)를 정지한 상태에서, 다른 작업요소도 조작되고 있지 않다는 것이며, 쇼벨은 어떤 작업도 행하고 있지 않다고 판단할 수 있다. 따라서, 메카니컬 브레이크(23)에 의하여 브레이크를 건 상태가 유지된다.
한편, 상부선회체(3)를 선회조작하기 위한 조작레버 이외의 조작레버가 조작된 경우(스텝 S4의 YES), 처리는 스텝 S5로 진행되어, 전환밸브(6)를 작동하여 유로(50a)와 유로(50b)를 차단한 상태로 한다(도 4에 나타내는 상태). 즉, 상부선회체(3)가 정지하고 있는 상태에서, 상부선회체(3)의 선회조작 이외의 조작이 행하여진 경우, 상부선회체(3)를 정지하면서 버킷(6) 등에 의한 작업을 행하고 있다고 판단하고, 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축을 회전할 수 없도록 하여 상부선회체(3)에 브레이크를 건다. 유로(50a)와 유로(50b)를 차단한 상태로 함으로써 작동유의 흐름이 멈춰, 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축은 회전할 수 없게 되기 때문에, 선회용 전동기(21)의 회전이 저지되고, 상부선회체(3)의 선회도 저지된다.
선회브레이크용 유압모터(40)에 의한 브레이크가 걸린 후, 스텝 S6에 있어서 메카니컬 브레이크(주차 브레이크)(23)의 작동이 해제된다. 즉, 선회브레이크용 유압모터(40)에 의한 브레이크가 걸려져 있으므로, 메카니컬 브레이크(23)에 의한 브레이크를 해제하여도 상부선회체(3)를 정지시켜 둘 수 있다. 이로 인하여, 메카니컬 브레이크(23)의 마찰 부품(예를 들면, 브레이크 라이닝 등)의 마모가 억제되고. 메카니컬 브레이크(23)의 마찰 부품이 조기에 마모되는 것이 방지된다. 이로써, 메카니컬 브레이크(23)의 내용연수를 연장시킬 수 있다. 그리고, 스텝 S6에서 메카니컬 브레이크가 해제된 후는, 다시, 스텝 S1로부터 처리가 개시된다.
다음으로, 제2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 6은, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 선회브레이크용 유압모터를 가지는 선회구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 6에 있어서, 도 4에 나타내는 구성부품과 동등한 부품에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 유압회로(50)는 전환밸브(60)를 가지고 있지 않다. 따라서, 도 7에 나타내는 유압회로(50)에서는, 선회브레이크용 유압모터(40)의 포트(40a)와 포트(40b)로부터 작동유를 토출하지 못하고, 항상 폐쇄상태로 되어 있다. 즉, 선회브레이크용 유압모터(40)는 항상 브레이크를 건 상태로 되어 있어, 이 상태로는 상부선회체(3)를 선회구동할 수 없다. 따라서, 본 실시형태에서는, 전환밸브(60) 대신에, 선회브레이크용 유압모터(40)와 선회용 전동기(21)와의 사이에 단속기(70)가 설치되어 있다.
단속기(70)는, 예를 들면 클러치와 같이, 2개의 부재를 서로 걸어맞춰 회전력을 전달하는 상태와, 2개의 부재의 걸어맞춤을 해제하여 회전력을 전달할 수 없는 상태로 한다. 즉, 단속기(70)는, 컨트롤러(30)로부터의 신호에 의하여, 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축과 선회용 전동기(21)의 출력축을 연결한 상태와, 분리한 상태로 할 수 있다. 따라서, 선회브레이크용 유압모터(40)로 브레이크를 걸 때에는, 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축과 선회용 전동기(21)의 출력축을 단속기(70)에 의하여 연결한 상태로 한다. 한편, 선회용 전동기(21)를 구동하여 상부선회체(3)를 선회구동할 때에는, 선회브레이크용 유압모터(40)의 구동축과 선회용 전동기(21)의 출력축을 단속기(70)에 의하여 분리한 상태로 한다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 선회브레이크용 유압모터(40)를 항상 브레이크를 건 상태로 해두고, 선회브레이크용 유압모터(40)에 의한 브레이크가 불요할 때는, 선회브레이크용 유압모터(40)를 선회용 전동기(21)로부터 분리하는 것으로 대응하고 있다.
상술의 제1 및 제2 실시형태에서는, 선회브레이크용 유압모터(40)를 선회용 전동기(21)에 연결함으로써, 선회용 전동기(21)에 브레이크를 걸고, 결과적으로 상부선회체(3)에 브레이크를 걸고 있지만, 선회브레이크용 유압모터(40)를 상부선회체(3) 또는 선회기구(2)에 직접 연결하여도 된다.
상술의 실시형태에서는, 엔진(11)과 전동발전기(12)를 유압펌프인 메인펌프(14)에 접속하여 메인펌프를 구동하는, 이른바 패럴렐형의 하이브리드식 쇼벨에 본 발명을 적용한 예에 대하여 설명하였다. 본 발명은, 도 7에 나타내는 바와 같이 엔진(11)으로 전동발전기(12)를 구동하고, 전동발전기(12)가 생성한 전력을 축전계(120)에 축적한 후 축적한 전력에만 의하여 메인펌프(14)를 구동하는, 이른바 시리즈형의 하이브리드식 쇼벨에도 적용할 수도 있다. 이 경우, 전동발전기(12)는, 엔진(11)에 의하여 구동되는 것에 의한 발전운전만을 행하는 발전기로서의 기능을 구비하고 있다. 축전계(120)에 저장된 전력은, 인버터(18B)를 통하여, 메인펌프(14)를 구동하는 전동기(400)에 공급된다. 전력이 공급되면 전동기(400)가 구동되고, 이로써 메인펌프(14)가 구동된다.
또, 엔진이 탑재되지 않고 전동기만으로 유압펌프를 구동하는 전기식 쇼벨에도 본 발명을 적용할 수 있다. 도 8은 전기식 쇼벨의 구동계의 구성을 나타내는 블록도이다. 전동기로서 기능하는 전동발전기(12)는 메인펌프(14)에 접속되고, 메인펌프(14)는 전동발전기(12)에만 의하여 구동된다. 축전계(120)에는, 컨버터(410)를 통하여 외부 전원(500)이 접속되고, 축전계(120)의 축전부(커패시터(19))에는, 외부 전원(500)으로부터 전력이 공급되며, 커패시터(19)는 충전된다.
본 발명은 구체적으로 개시된 상술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하는 일 없이, 다양한 변형예 및 개량예가 이루어지는 것이다.
본 출원은, 2011년 3월 30일에 출원된 우선권 주장 일본 특허출원 제2011-076254호에 근거하는 것이며, 그 전체 내용은 본 출원에 원용된다.
산업상의 이용가능성
본 발명은 전동기를 이용하여 선회체를 전동구동하는 쇼벨에 적용 가능하다.
1: 하부주행체 1A, 1B: 유압모터
2: 선회기구 3: 상부선회체
4: 붐 5: 암
6: 버킷 7: 붐실린더
7A: 유압 배관 7B: 붐각도센서
8: 암실린더 9: 버킷실린더
10: 캐빈 11: 엔진
12: 전동발전기 13: 변속기
14: 메인펌프 15: 파일럿펌프
16: 고압유압라인 17: 컨트롤밸브
18A, 18B, 20: 인버터 19: 커패시터
21: 선회용 전동기 22: 리졸버
23: 메카니컬 브레이크 24: 선회변속기
25: 파일럿라인 26: 조작장치
26A, 26B: 레버 26C: 페달
26D: 버튼스위치 27: 유압라인
28: 유압라인 29: 압력센서
30: 컨트롤러 35: 표시장치
40: 선회브레이크용 유압모터 40a, 40b: 포트
50: 유압회로 50a, 50b: 유로
52A, 52B: 릴리프밸브 54A, 54B: 역지밸브
60: 전환밸브 70: 단속기
100: 승강압 컨버터 110: DC 버스
111: DC 버스전압검출부 112: 커패시터 전압검출부
113: 커패시터 전류검출부 120: 축전계
400: 전동기 410: 컨버터
500: 외부 전원

Claims (8)

  1. 선회체를 선회구동하는 선회용 전동기와,
    상기 선회체를 기계적으로 고정하기 위한 기계식 브레이크장치와,
    상기 선회체 또는 상기 선회용 전동기에 기계적으로 연결된 선회브레이크용 유압모터를 가지고,
    상기 선회체를 선회조작하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태에 있어서, 선회 이외의 조작을 행하기 위한 조작수단이 조작되었을 때에, 상기 선회브레이크용 유압모터를 이용하여 상기 선회체에 브레이크를 걸며,
    상기 선회체를 선회조작하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태에 있어서, 선회 이외의 조작을 행하기 위한 조작수단이 조작되지 않았을 때에 상기 기계식 브레이크장치를 이용하여 상기 선회체에 브레이크를 거는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선회브레이크용 유압모터의 흡입구와 토출구를 차단하는 유압회로를 더 가지는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 선회체를 선회조작하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태에 있어서, 선회 이외의 조작을 행하기 위한 조작수단이 조작되었을 때에, 상기 선회체를 기계적으로 고정하기 위한 기계식 브레이크장치의 브레이크 동작을 해제하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 유압회로는 상기 선회브레이크용 유압모터의 토출측을 항상 차단하고, 상기 선회체와 상기 선회브레이크용 유압모터와의 사이에 단속기가 설치된 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단속기는, 상기 선회체를 선회조작하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태에 있어서, 상기 선회브레이크용 유압모터를 상기 선회체 또는 상기 선회용 전동기에 연결하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 유압회로는 전환밸브를 포함하고, 상기 전환밸브에 의하여 상기 선회브레이크용 유압모터의 흡입구와 토출구를 차단하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 선회체의 선회조작을 행하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있을 때는, 상기 전환밸브에 의하여 상기 선회브레이크용 유압모터의 흡입구와 토출구가 접속되어 폐쇄회로가 형성되고,
    상기 선회체의 선회조작을 행하기 위한 선회조작수단이 조작되고 있지 않은 상태가 되면, 상기 전환밸브에 의하여 상기 선회브레이크용 유압모터의 흡입구와 토출구를 차단하는 것을 특징으로 하는 쇼벨.
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