KR101936206B1 - Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using motor-generator - Google Patents

Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using motor-generator Download PDF

Info

Publication number
KR101936206B1
KR101936206B1 KR1020170071781A KR20170071781A KR101936206B1 KR 101936206 B1 KR101936206 B1 KR 101936206B1 KR 1020170071781 A KR1020170071781 A KR 1020170071781A KR 20170071781 A KR20170071781 A KR 20170071781A KR 101936206 B1 KR101936206 B1 KR 101936206B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
motor
hydraulic
generator
flow rate
energy
Prior art date
Application number
KR1020170071781A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20180134208A (en
Inventor
안경관
윤장원
윤주호
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산대학교 산학협력단 filed Critical 울산대학교 산학협력단
Priority to KR1020170071781A priority Critical patent/KR101936206B1/en
Publication of KR20180134208A publication Critical patent/KR20180134208A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101936206B1 publication Critical patent/KR101936206B1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2058Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062Control of propulsion units
    • E02F9/2075Control of propulsion units of the hybrid type
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2264Arrangements or adaptations of elements for hydraulic drives

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)

Abstract

본 발명은 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템에 관한 것으로서, 그 구성은, 유량을 생성하여 저장하는 유압 충전부; 선형운동 또는 회전운동을 위하여 마련되는 유압 구동부와, 상기 유압 충전부에 저장된 유량을 제어하여 유압 구동부로 분배하는 밸브 모듈을 포함하는 밸브 모듈 및 유압 구동부; 상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장하고, 필요 시 상기 유압 구동부에 유량을 공급하는 에너지 회생부;를 포함하고, 상기 에너지 회생부는, 모터 또는 발전기로 구동 가능한 모터-발전기와, 상기 모터-발전기와 연결되어, 유압 펌프 또는 모터로 구동 가능한 유압 펌프-모터와, 상기 모터-발전기가 발전기로 구동할 때 생산되는 전기 에너지를 저장하는 축전부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기의 구성에 따르면, 엔진은 효율 맵 상 가장 효율이 좋은 영역 부근에서 지속적으로 작동함으로써, 엔진의 효율을 높일 수 있고, 유압 구동부의 회생 에너지를 이용하여 자가 동작이 가능하며, 급격한 부하 증가 시에도 보조 어큐뮬레이터로 작동하는 에너지 회생부를 통하여 안정적이고 원활한 유압 구동부의 작동이 가능한 효과가 있다.The present invention relates to an energy recovery tandem hydraulic hybrid excavator system using a motor-generator, and more particularly, to an energy recovery tandem hydraulic hybrid excavator system using a motor-generator, A valve module and a hydraulic drive unit including a hydraulic actuator provided for linear motion or rotary motion, and a valve module for controlling the flow rate stored in the hydraulic pressure chamber and distributing the flow rate to the hydraulic actuator; And an energy regenerating unit that receives and stores energy regenerated from the hydraulic driving unit and supplies the flow rate to the hydraulic driving unit when necessary, wherein the energy regenerating unit includes a motor-generator driven by a motor or a generator, A hydraulic pump-motor connected to the generator and driven by a hydraulic pump or motor, and a power storage unit for storing electric energy produced when the motor-generator is driven by the generator. According to the above configuration, The engine operates continuously in the vicinity of the most efficient region on the efficiency map, thereby enhancing the efficiency of the engine, enabling self-operation using the regenerative energy of the hydraulic drive, and operating as an auxiliary accumulator There is an effect that a stable and smooth operation of the hydraulic drive unit can be achieved through the regenerative unit.

Figure R1020170071781
Figure R1020170071781

Description

모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템{Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using motor-generator}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid hydraulic excavator,

본 발명은 엔진의 효율을 높일 수 있고, 유압 구동부의 회생 에너지를 이용하여 자가 동작이 가능하며, 급격한 부하 증가 시에도 에너지 회생부를 통하여 안정적이고 원활한 유압 구동부의 작동이 가능한 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템에 관한 것이다.The present invention can improve the efficiency of the engine, enable self-operation using the regenerative energy of the hydraulic drive unit, and provide a stable and smooth operation of the hydraulic drive unit through the energy regeneration unit even when the load is suddenly increased. Tandem hydraulic hybrid excavator system.

일반적으로 건설중장비는 토목 공사와 같이 다양한 대형 공사에 사용되는 중량이 큰 장비로써, 굴삭기 등이 이에 속한다.Generally, heavy construction equipments are heavy equipment used for various large construction such as civil works, and excavators are among them.

종래 굴삭기는 지면을 고르는 작업과 같이 비교적 경부하의 작업뿐만 아니라 굴삭이나 적입작업과 같이 중부하의 작업 등을 수행할 수 있도록 만들어진 장비이며, 이러한 굴삭기와 같은 중장비는 다양한 유압장치에 의해 동력을 얻을 수 있도록 구성된다. Conventional excavators are designed to perform heavy load operations such as excavation or filling work as well as relatively light work such as floor picking. Heavy equipment such as excavators can be powered by various hydraulic devices. .

이와 같은 굴삭기 혹은, 여타 중장비에 사용되는 유압장치는 공개특허공보 제10-2011-0077061호, 등록특허 제10-1301234호, 등록특허 제10-0464761호, 공개특허 제10-2014-0147551호 등에 제시되어 있다.Such an excavator or a hydraulic device used for other heavy equipment is disclosed in Published Unexamined Patent Application Nos. 10-2011-0077061, 10-1301234, 10-0464761, 10-2014-0147551, etc. .

굴삭기는 크게 상부 선회체와, 하부 구동체, 붐/암/버킷과 같은 작업수단으로 구성되는데, 엔진과 펌프가 직접 붐/암/버킷 등이 연결된 액추에이터 측으로 유량을 공급해 주었다.The excavator consists largely of an upper revolving body, a lower driving body, and working means such as a boom / arm / bucket. The engine and the pump supply the flow rate directly to the actuator side to which the boom / arm / bucket is connected.

굴삭기가 필요로 하는 평균적인 출력은 피크 출력에 비해 매우 낮은 편이나 직접 유량 공급을 통해 작업 시 필요한 모든 출력을 공급하기 위해서는 엔진의 출력이 수시로 변화해야 한다는 문제점이 있다.The average output required by an excavator is very low compared to the peak output, but there is a problem that the output of the engine must change from time to time in order to supply all the necessary output during direct operation through the direct flow supply.

또한, 시시각각 변하는 유압 구동부의 부하에 따라 엔진의 출력이 수시로 변화해야 하므로 엔진의 효율이 매우 떨어지고, 안정적이고 원활한 유압 구동부의 작동이 불가능하다는 문제점이 있다.Further, since the output of the engine must be changed from time to time in accordance with the load of the hydraulic driving unit which changes instantaneously, the efficiency of the engine is very low and a stable and smooth hydraulic driving unit can not be operated.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 엔진은 효율 맵 상 가장 효율이 좋은 영역 부근에서 지속적으로 작동함으로써, 엔진의 효율을 높일 수 있고, 유압 구동부의 회생 에너지를 이용하여 자가 동작이 가능하며, 급격한 부하 증가 시에도 보조 어큐뮬레이터로 작동하는 에너지 회생부를 통하여 안정적이고 원활한 유압 구동부의 작동이 가능한 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide an engine control apparatus and a control method thereof, which can continuously increase the efficiency of the engine, The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an energy recovery tandem hydraulic hybrid excavator system using a motor-generator capable of operating a stable and smooth hydraulic drive unit through an energy regenerating unit that operates as an auxiliary accumulator even in a sudden increase in load.

본 발명은, 유량을 생성하여 저장하는 유압 충전부; 선형운동 또는 회전운동을 위하여 마련되는 유압 구동부와, 상기 유압 충전부에 저장된 유량을 제어하여 유압 구동부로 분배하는 밸브 모듈을 포함하는 밸브 모듈 및 유압 구동부; 상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장하고, 필요 시 상기 유압 구동부에 유량을 공급하는 에너지 회생부;를 포함하고, 상기 에너지 회생부는, 모터 또는 발전기로 구동 가능한 모터-발전기와, 상기 모터-발전기와 연결되어, 유압 펌프 또는 모터로 구동 가능한 유압 펌프-모터와, 상기 모터-발전기가 발전기로 구동할 때 생산되는 전기 에너지를 저장하는 축전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, there is provided a hydraulic system comprising: a hydraulic pressure charging unit for generating and storing a flow rate; A valve module and a hydraulic drive unit including a hydraulic actuator provided for linear motion or rotary motion, and a valve module for controlling the flow rate stored in the hydraulic pressure chamber and distributing the flow rate to the hydraulic actuator; And an energy regenerating unit that receives and stores energy regenerated from the hydraulic driving unit and supplies the flow rate to the hydraulic driving unit when necessary, wherein the energy regenerating unit includes a motor-generator driven by a motor or a generator, A hydraulic pump-motor connected to the generator, which can be driven by a hydraulic pump or a motor, and a power storage unit for storing electric energy produced when the motor-generator is driven by the generator.

본 발명에 있어서, 상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장할 때에는, 상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지를 전달받아 상기 유압 펌프-모터는 모터로서 구동하고, 모터로 구동하는 상기 유압 펌프-모터로부터 회전력을 전달받아 상기 모터-발전기는 발전기로 구동하며, 필요 시 상기 유압 구동부에 유량을 공급할 때에는, 상기 축전부에 저장된 전기 에너지를 전달받아 상기 모터-발전기는 모터로서 구동하고, 모터로 구동하는 상기 모터-발전기로부터 회전력을 전달받아 상기 유압 펌프-모터는 유압 펌프로 구동하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when energy to be regenerated from the hydraulic driving unit is received and stored, the hydraulic pump-motor receives energy regenerated from the hydraulic driving unit and drives the hydraulic pump-motor as a motor. From the hydraulic pump- The motor-generator is driven as a motor, and when necessary, the motor-generator receives electric energy stored in the power storage unit to drive the motor-generator as a motor, and when the flow rate is supplied to the hydraulic drive unit, And the hydraulic pump-motor is driven by a hydraulic pump after receiving the rotational force from the generator.

본 발명에 있어서, 상기 유압 펌프-모터가 유압 펌프로 구동하여, 상기 유압 구동부로 유량을 공급하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the hydraulic pump-motor is driven by a hydraulic pump, and the flow rate is supplied to the hydraulic drive unit.

본 발명에 있어서, 상기 유압 펌프-모터가 유압 펌프로 구동하여, 밸브 모듈 및 유압 구동부를 구성하는 메인 회로로 유량을 공급하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the hydraulic pump-motor is driven by a hydraulic pump, and the flow rate is supplied to the main circuit constituting the valve module and the hydraulic drive unit.

본 발명에 있어서, 상기 유압 충전부는, 엔진과, 상기 엔진의 회전력을 전달받아 유량을 생성하는 메인 펌프와, 상기 메인 펌프에서 생성된 유량을 저장하는 어큐뮬레이터와, 상기 어큐뮬레이터의 유량 저장 또는 사용을 제어하는 스위칭 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, it is preferable that the hydraulic pressure charging unit includes an engine, a main pump that receives the rotational force of the engine to generate a flow rate, an accumulator that stores a flow rate generated by the main pump, And a switching valve connected to the switching valve.

본 발명에 있어서, 상기 유압 펌프-모터가 유압 펌프로 구동하여, 상기 메인 펌프의 앞쪽으로 유량을 공급하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the hydraulic pump-motor is driven by a hydraulic pump, and the flow rate is supplied to the front side of the main pump.

본 발명에 있어서, 상기 유압 구동부는, 상부체를 회전시키기 위한 스윙 모터와, 붐의 작동을 위한 붐 실린더와, 암의 작동을 위한 암 실린더와, 버킷의 작동을 위한 버킷 실린더를 포함하고, 상기 밸브 모듈은 독립 미터링 밸브 조합으로 구성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the hydraulic drive unit may include a swing motor for rotating the upper body, a boom cylinder for operation of the boom, an arm cylinder for operation of the arm, and a bucket cylinder for operation of the bucket, The valve module is characterized by a combination of independent metering valves.

본 발명에 있어서, 상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지는, 중력에 의한 위치에너지 및/또는 회전 관성 모멘트에 의한 운동에너지인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the energy regenerated from the hydraulic driving unit is kinetic energy due to gravitational potential energy and / or rotational moment of inertia.

본 발명의 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the energy recovery tandem hydraulic hybrid excavator system using the motor-generator of the present invention, the following effects can be obtained.

엔진과 메인 펌프는 유압 구동부와 완전히 분리되어 오로지 어큐뮬레이터를 충전시키는 용도로만 사용함으로써, 시시각각 변하는 유압 구동부의 부하는 어큐뮬레이터에 충전된 유압 에너지만을 사용하여 대응하며, 엔진은 효율 맵 상 가장 효율이 좋은 영역 부근에서 지속적으로 작동함으로써, 엔진의 효율을 높일 수 있다.The engine and the main pump are completely separated from the hydraulic drive unit and are used solely for charging the accumulator. Thus, the load of the hydraulic drive unit, which changes occasionally, corresponds only to the hydraulic energy charged in the accumulator, By continuously operating in the vicinity, the efficiency of the engine can be increased.

유압 구동부로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장하고, 필요 시 유압 구동부에 유량을 공급하는 에너지 회생부를 장착함으로써, 유압 구동부의 회생 에너지를 이용하여 자가 동작이 가능하다.The energy recovery unit that receives and stores the energy regenerated from the hydraulic drive unit and supplies the flow rate to the hydraulic drive unit when necessary is mounted so that the self-operation can be performed using the regenerative energy of the hydraulic drive unit.

따라서, 요구되는 동력 폭이 클 때 어큐뮬레이터만으로 유량 공급이 부족할 경우와 같이 급격한 부하 증가 시에도 보조 어큐뮬레이터로 작동하는 에너지 회생부를 통하여 안정적이고 원활한 유압 구동부의 작동이 가능하다.Accordingly, when the required power width is large, stable and smooth operation of the hydraulic drive unit is possible through the energy regeneration unit operated as an auxiliary accumulator even when the supply of the flow rate is insufficient only by the accumulator.

이로 인하여, 엔진 및 메인 어큐뮬레이터의 소형화가 가능하다.This makes it possible to reduce the size of the engine and the main accumulator.

나아가, 유압 구동부의 회생 에너지를 전기 형태로 저장하여 다양하게 활용할 수 있다.Furthermore, the regenerative energy of the hydraulic drive unit can be stored in an electric form and utilized variously.

한편, 각 유압 구동부의 밸브 모듈이 독립 미터링 밸브 조합으로 구성됨으로써, 하나의 메인 어큐뮬레이터로 독립된 유압 구동부의 구동이 가능하여, 에너지 효율을 높일 수 있고, 에너지 회생을 극대화할 수 있다.On the other hand, since the valve module of each hydraulic drive unit is constituted by a combination of independent metering valves, it is possible to drive the independent hydraulic drive unit with one main accumulator, thereby increasing energy efficiency and maximizing energy recovery.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템의 유압 회로도.
도 3 내지 도 5는 유압 펌프-모터가 유압 펌프로 구동할 때 공급되는 유량이 사용될 수 있는 실시예들을 도시한 도면.
도 6은 독립 미터링 밸브 조합으로 구성되는 밸브 모듈의 상세구성을 도시한 유압 회로도.
도 7 내지 도 11은 도 6의 기본 작동모드를 도시한 도면.
도 12는 도 7 내지 도 11의 각 작동모드에 따른 밸브의 개폐 여부를 도시한 표.
1 is a conceptual diagram of an energy recovery tandem hydraulic hybrid excavator system using a motor-generator according to a preferred embodiment of the present invention.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a hydraulic excavator and a hydraulic excavator.
Figs. 3 to 5 show embodiments in which the flow rate supplied when the hydraulic pump-motor is driven by the hydraulic pump can be used. Fig.
6 is a hydraulic circuit diagram showing a detailed configuration of a valve module constituted by an independent metering valve combination;
Figures 7 to 11 illustrate the basic operating mode of Figure 6;
12 is a table showing whether the valves are opened or closed according to the respective operation modes of Figs. 7 to 11. Fig.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 유압 충전부(100)와 밸브 모듈 및 유압 구동부(200)와 에너지 회생부(300)를 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the energy regenerating tandem hydraulic hybrid excavator system using the motor-generator according to the preferred embodiment of the present invention includes the hydraulic charging unit 100, the valve module and the hydraulic driving unit 200, (300).

유압 충전부(100)는 유량을 생성하여 저장하며, 본 실시예에서는 도 2에 도시한 바와 같이 엔진(110)과 메인 펌프(130)와 어큐뮬레이터(150)와 스위칭 밸브(170)를 포함한다.The hydraulic pressure generating unit 100 generates and stores a flow rate and includes an engine 110, a main pump 130, an accumulator 150, and a switching valve 170 as shown in FIG.

엔진(110)은 일반적으로 화석연료(휘발유, 경유 또는 가스)를 연소시켜 구동에 필요한 기본적인 동력을 발생시킨다. 이렇게 엔진(110)은 연료를 연소하여 동력을 발생시키며, 발생된 동력을 통해 구동축을 회전시킨다.The engine 110 generally combusts fossil fuels (gasoline, light oil or gas) to generate the basic power required for driving. Thus, the engine 110 generates power by burning the fuel, and rotates the drive shaft through the generated power.

메인 펌프(130)는 엔진(110)의 회전력을 전달받아 유량을 생성한다. 이러한 메인 펌프(130)는 일방향 만으로 오일이 흐르는 가변용량형 유압펌프로 이루어질 수 있다.The main pump 130 receives the rotational force of the engine 110 to generate a flow rate. The main pump 130 may be a variable displacement hydraulic pump in which oil flows in only one direction.

어큐뮬레이터(150)는 메인 펌프(130)에서 생성된 유량을 저장하며, 대용량 어큐뮬레이터(150)인 것이 바람직하다.The accumulator 150 stores the flow rate generated by the main pump 130, and is preferably a large capacity accumulator 150.

스위칭 밸브(170)는 어큐뮬레이터(150)의 유량 저장 또는 사용을 제어하도록 작동한다. 즉, 스위칭 밸브(170)가 닫히면, 밸브 모듈 및 유압 구동부(200)를 구성하는 메인 회로로 유량이 공급되는 것을 차단하여, 메인 펌프(130)에서 생성된 유량이 어큐뮬레이터(150)에 저장될 수 있도록 할 수 있다. 이와 반대로, 스위칭 밸브(170)가 열리면, 밸브 모듈 및 유압 구동부(200)를 구성하는 메인 회로로 유량이 공급되어, 어큐뮬레이터(150)에 저장된 유량을 사용할 수 있도록 할 수 있다.The switching valve 170 operates to control the flow rate storage or use of the accumulator 150. That is, when the switching valve 170 is closed, the supply of the flow rate to the main circuit constituting the valve module and the hydraulic drive unit 200 is blocked, and the flow rate generated by the main pump 130 is stored in the accumulator 150 . On the contrary, when the switching valve 170 is opened, the flow rate is supplied to the main circuit constituting the valve module and the hydraulic driving part 200, so that the flow rate stored in the accumulator 150 can be used.

상기와 같이 구성되는 메인 펌프(130)와 오일저장탱크(131) 사이에는 릴리프 밸브와 같은 압력제어 밸브(140)가 연결될 수 있다. 이렇게 압력제어 밸브(140)가 연결되면, 유압 회로의 압력이 설정 압력에 도달하면 유체의 일부 또는 전량을 배출시켜 회로 내의 압력을 설정값 이하로 유지할 수 있다.A pressure control valve 140 such as a relief valve may be connected between the main pump 130 and the oil storage tank 131. When the pressure control valve 140 is connected, when the pressure of the hydraulic circuit reaches the set pressure, part or all of the fluid can be discharged to keep the pressure in the circuit below the set value.

또한, 메인 펌프(130)와 어큐뮬레이터(150) 사이에는 체크 밸브(145)가 연결되어 있어, 어큐뮬레이터(150)에 저장된 유량이 메인 펌프(130) 측으로 역류하지 않도록 한다.A check valve 145 is connected between the main pump 130 and the accumulator 150 so that the flow rate stored in the accumulator 150 does not flow back to the main pump 130 side.

이렇게, 본 발명에서는 엔진(110)과 메인 펌프(130)는 유압 구동부(210)와 완전히 분리되어 오로지 어큐뮬레이터(150)를 충전시키는 용도로만 사용한다. 시시각각 변하는 유압 구동부(210)의 부하는 어큐뮬레이터(150)에 충전된 유압에너지만을 사용하여 대응하며, 엔진(110)은 효율 맵 상 가장 효율이 좋은 영역 부근에서 지속적으로 작동함으로써, 엔진(110)의 효율을 높일 수 있다.Thus, in the present invention, the engine 110 and the main pump 130 are completely separated from the hydraulic drive unit 210 and are used solely for the purpose of charging the accumulator 150. The load of the hydraulic driving unit 210 which changes momentarily corresponds to the use of only the hydraulic energy charged in the accumulator 150 and the engine 110 continuously operates in the vicinity of the most efficient region on the efficiency map, The efficiency can be increased.

밸브 모듈 및 유압 구동부(200)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 선형운동 또는 회전운동을 위하여 마련되는 유압 구동부(210)와, 유압 충전부(100)에 저장된 유량을 제어하여 유압 구동부(210)로 분배하는 밸브 모듈(250)을 포함한다.2, the valve module and the hydraulic drive unit 200 include a hydraulic drive unit 210 provided for linear motion or rotational motion, and a control unit 210 for controlling the flow rate of the hydraulic fluid supplied from the hydraulic drive unit 210, And a valve module (250) for distributing the fluid to the valve module (250).

선형운동 또는 회전운동을 위하여 마련되는 유압 구동부(210)는, 스윙 모터(211)와 붐 실린더(212)와 암 실린더(213)와 버킷 실린더(214)를 포함하여 구성된다.The hydraulic drive unit 210 provided for the linear motion or the rotary motion includes the swing motor 211, the boom cylinder 212, the arm cylinder 213, and the bucket cylinder 214.

스윙 모터(211)는 상부체를 회전시키기 위하여 마련되며, 양방향으로 오일이 흐르는 가변용량형 유압 모터로 이루어질 수 있다.The swing motor 211 is provided for rotating the upper body and may be formed of a variable displacement hydraulic motor in which oil flows in both directions.

스윙 모터(211)가 연결되는 유압 회로에는 어큐뮬레이터(150)로부터 유량이 공급되는 유압 회로 상에 제1방향전환 밸브(231)가 연결되어 있다. 제1방향전환 밸브(231)는 어큐뮬레이터(150)로부터 유량을 공급받거나 유량을 차단하도록 작동한다. 즉, 제1방향전환 밸브(231)가 열리면, 어큐뮬레이터(150)로부터 유량이 공급됨으로써, 유량은 스윙 모터(211)에 공급될 수 있다. 이와 반대로, 제1방향전환 밸브(231)가 닫히면, 어큐뮬레이터(150)로부터 공급되는 유량을 차단할 수 있다.A first direction switching valve 231 is connected to a hydraulic circuit to which a flow rate is supplied from the accumulator 150 to a hydraulic circuit to which the swing motor 211 is connected. The first directional control valve 231 operates to receive the flow rate from the accumulator 150 or shut off the flow rate. That is, when the first direction switching valve 231 is opened, the flow rate is supplied from the accumulator 150, so that the flow rate can be supplied to the swing motor 211. Conversely, if the first directional control valve 231 is closed, the flow rate supplied from the accumulator 150 can be shut off.

제1방향전환 밸브(231)와 스윙 모터(211) 사이에는 A포트 방향전환 밸브(221)가 연결되어 있다. A포트 방향전환 밸브(221)는 스윙모터에서 발생하는 회생에너지에 의한 유량을 A포트로 공급하거나 또는 에너지 회생부(300)로부터 A포트로 유량을 공급받아 스윙 모터(211)에 공급하도록 작동한다.An A port direction switching valve 221 is connected between the first direction switching valve 231 and the swing motor 211. The A port direction switching valve 221 operates to supply the flow rate due to the regenerative energy generated in the swing motor to the A port or the flow rate to the A port from the energy regenerating unit 300 and supply the flow rate to the swing motor 211 .

붐 실린더(212)는 붐(boom)의 작동을 위하여 마련되고, 유압 실린더로 이루어질 수 있다.The boom cylinder 212 is provided for operation of a boom, and may be formed of a hydraulic cylinder.

붐 실린더(212)가 연결되는 유압 회로 상에는 B포트 방향전환 밸브(222)가 연결되어 있다. B포트 방향전환 밸브(222)는 붐 실린더(212)에서 발생하는 회생에너지에 의한 유량을 B포트로 공급하거나 또는 에너지 회생부(300)로부터 B포트로 유량을 공급받아 밸브 모듈(250)이 연결된 회로 상에 공급하도록 작동한다.The B port direction switching valve 222 is connected to the hydraulic circuit to which the boom cylinder 212 is connected. The B port direction switching valve 222 is connected to the port B through the regeneration energy generated from the boom cylinder 212 to the port B or to the port B through the energy regenerating unit 300 to connect the valve module 250 Circuit.

암 실린더(213)는 암(arm)의 작동을 위하여 마련되고, 유압 실린더로 이루어질 수 있다.The arm cylinder 213 is provided for operation of an arm and may be formed of a hydraulic cylinder.

암 실린더(213)가 연결되는 유압 회로 상에는 C포트 방향전환 밸브(223)가 연결되어 있다. A C port direction switching valve 223 is connected to the hydraulic circuit to which the arm cylinder 213 is connected.

C포트 방향전환 밸브(223)는 에너지 회생부(300)로부터 C포트로 유량을 공급받거나 유량을 차단하도록 작동한다. 즉, C포트 방향전환 밸브(223)가 열리면, 에너지 회생부(300)로부터 C포트로 유량을 공급받아 밸브 모듈(250)이 연결된 회로 상에 공급할 수 있다. 이와 반대로, C포트 방향전환 밸브(223)가 닫히면, 에너지 회생부(300)로부터 C포트로 공급되는 유량을 차단할 수 있다.The C port direction switching valve 223 is operated to receive the flow rate from the energy regenerating unit 300 to the C port or shut off the flow rate. That is, when the C port direction switching valve 223 is opened, the flow rate from the energy regenerating unit 300 to the C port can be supplied to the circuit connected to the valve module 250. On the contrary, when the C port direction switching valve 223 is closed, the flow rate supplied from the energy regenerating unit 300 to the C port can be shut off.

버킷 실린더(214)는 버킷(bucket)의 작동을 위하여 마련되고, 유압 실린더로 이루어질 수 있다.The bucket cylinder 214 is provided for operation of a bucket and may be formed of a hydraulic cylinder.

버킷 실린더(214)가 연결되는 유압 회로 상에는 D포트 방향전환 밸브(223)가 연결되어 있다. A D port direction switching valve 223 is connected to the hydraulic circuit to which the bucket cylinder 214 is connected.

D포트 방향전환 밸브(224)는 에너지 회생부(300)로부터 D포트로 유량을 공급받거나 유량을 차단하도록 작동한다. 즉, D포트 방향전환 밸브(224)가 열리면, 에너지 회생부(300)로부터 D포트로 유량을 공급받아 밸브 모듈(250)이 연결된 회로 상에 공급할 수 있다. 이와 반대로, D포트 방향전환 밸브(224)가 닫히면, 에너지 회생부(300)로부터 D포트로 공급되는 유량을 차단할 수 있다.D port direction switching valve 224 is operated to receive the flow rate from the energy regenerating unit 300 to the D port or shut off the flow rate. That is, when the D port direction switching valve 224 is opened, the flow rate from the energy regenerating unit 300 to the D port can be supplied to the circuit connected to the valve module 250. On the contrary, when the D port direction switching valve 224 is closed, the flow rate supplied from the energy regenerating unit 300 to the D port can be shut off.

한편, 유압 충전부(100)에 저장된 유량을 제어하여 유압 구동부(210)로 분배하는 밸브 모듈(250)은, 전기적인 신호에 의해 작동하는 각각의 독립 미터링 밸브(Independence Metering Valve, IMV) 조합으로 구성되는 것이 바람직하다. 이렇게 밸브 모듈(250)이 독립 미터링 밸브 조합으로 구성되면, 정밀 모션 제어가 가능하고, 시스템의 효율을 높일 수 있으며, 능률적인 에너지 회생이 가능하다.The valve module 250 that controls the flow rate stored in the hydraulic pressure charging unit 100 and distributes the hydraulic pressure to the hydraulic pressure drive unit 210 is composed of a combination of independent metering valves (IMV) . When the valve module 250 is constituted by an independent metering valve combination, precise motion control can be performed, the efficiency of the system can be increased, and efficient energy regeneration is possible.

독립 미터링 밸브 조합으로 구성되는 밸브 모듈(250)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 붐 실린더(212)의 양단을 연결하는 회로, 암 실린더(213)의 양단을 연결하는 회로, 버킷 실린더(214)의 양단을 연결하는 회로 상에 각각 연결될 수 있다.The valve module 250 constituted by the independent metering valve combination includes a circuit for connecting both ends of the boom cylinder 212, a circuit for connecting both ends of the arm cylinder 213, a bucket cylinder 214 Respectively, on the circuit connecting the opposite ends of the circuit board.

독립 미터링 밸브 조합으로 구성되는 밸브 모듈(250)의 상세구성을 도 6에 도시하였고, 작동원리를 도 7 내지 도 11에 도시하였다. 도 6 내지 도 11에서는 붐 실린더(212)의 양단을 연결하는 회로 상에 연결된 밸브 모듈(250)을 예시로 도시하였지만, 도 6 내지 도 11에 도시한 밸브 모듈(250)은 암 실린더(213)의 양단을 연결하는 회로, 버킷 실린더(214)의 양단을 연결하는 회로 상에 연결되는 밸브 모듈(250)과 동일하다.The detailed configuration of the valve module 250 composed of the independent metering valve combination is shown in Fig. 6, and the operating principle is shown in Figs. 7 to 11. 6 to 11 illustrate the valve module 250 connected on the circuit connecting both ends of the boom cylinder 212. The valve module 250 shown in Figs. A circuit connecting both ends of the bucket cylinder 214, and a valve module 250 connected on a circuit connecting both ends of the bucket cylinder 214. [

도 6에 따르면, 붐 실린더(212)와 양단과 유압 펌프-모터(330) 사이의 유압 회로 상에는 네 개의 밸브(251, 252, 253, 254)가 연결되어 있다. 도 6 상에는 설명의 편의상 네 개의 밸브(251, 252, 253, 254)가 붐 실린더(212)와 양단과 유압 펌프-모터(330) 사이의 유압 회로 상에 연결된 것으로 도시하였지만, 엄밀히 말하면, 도 2와 같이 유압 펌프-모터(330)를 포함하는 에너지 회생부(300)와 연결된 C포트와 붐 실린더(212)와 양단 사이의 유압 회로 상에 네 개의 밸브(251, 252, 253, 254)가 연결되는 것이 바람직하다.According to Fig. 6, four valves 251, 252, 253 and 254 are connected on the hydraulic circuit between the boom cylinder 212 and both ends and the hydraulic pump-motor 330. 6, four valves 251, 252, 253 and 254 are shown connected to the hydraulic circuit between the boom cylinder 212 and both ends and the hydraulic pump-motor 330 for the sake of convenience. However, strictly speaking, Four valves 251, 252, 253 and 254 are connected on the hydraulic circuit between the boom cylinder 212 and the C port connected to the energy regenerator 300 including the hydraulic pump-motor 330, .

네 개의 밸브(251, 252, 253, 254)는 방향전환 밸브로서, 편의상 도면부호 251을 Ksa 밸브, 도면부호 252를 Ksb 밸브, 도면부호 253을 Kat 밸브, 도면부호 254를 Kbt 밸브라 한다.The four valves 251, 252, 253 and 254 are direction change valves. For convenience, reference numeral 251 denotes a Ksa valve, reference numeral 252 denotes a Ksb valve, reference numeral 253 denotes a Kat valve, and reference numeral 254 denotes a Kbt valve.

이렇게 전기적인 신호에 의해 각각 작동하는 네 개의 밸브(251, 252, 253, 254)의 조합으로 동력확장모드(PE), 동력수축모드(PR), 고압측 재생확장모드(HSRE), 저압측 재생확장모드(LSRE), 저압측 재생 수축모드(LSRR)의 5가지 모드로 작동할 수 있으며, 각각의 모드에 따른 네 개의 밸브(251, 252, 253, 254)의 개폐 여부를 도 12의 표로 나타내었다.The combination of the four valves 251, 252, 253, and 254 that are operated by the electrical signals in this manner allows the power expansion mode PE, the power shrink mode PR, the high pressure side playback expansion mode HSRE, It is possible to operate in five modes of the expansion mode LSRE and the low pressure side regeneration and contraction mode LSRR and whether or not the four valves 251, 252, 253 and 254 according to the respective modes are opened or closed is shown in the table of Fig. .

각 동작모드의 설명은 다음과 같다.The description of each operation mode is as follows.

먼저, 동력확장모드(powered extension, PE)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 펌프로서 작동하는 유압 펌프-모터(330)에서 공급되는 고압의 작동유가 Ksa 밸브(251)를 통해 붐 실린더(212)의 헤드 챔버로 들어가 피스톤을 밀어 피스톤 로드가 외부로 확장되고, 로드 챔버에 있는 작동유는 Kbt 밸브(254)를 통해 오일저장탱크(257)로 들어간다. 이 모드에서는 Ksb 밸브(252), Kat 밸브(253)는 닫힌 상태를 유지한다.7, the high-pressure hydraulic fluid supplied from the hydraulic pump-motor 330 acting as a pump is supplied to the boom cylinder 212 via the Ksa valve 251, And the piston rod is extended outward, and the hydraulic fluid in the load chamber enters the oil reservoir tank 257 through the Kbt valve 254. In this case, In this mode, the Ksb valve 252 and the Kat valve 253 are kept closed.

다음으로, 동력수축모드(powered retraction, PR)는, 도 8에 도시한 바와 같이, PR모드는 PE모드와 같은 원리로 작동하며, 다만 피스톤의 이동방향이 반대이다. 즉, 펌프로서 작동하는 유압 펌프-모터(330)에서 공급되는 고압의 작동유는 Ksb 밸브(252)를 통해 붐 실린더(212)의 로드 챔버로 들어가 피스톤을 밀어 피스톤 로드가 수축되고, 헤드 챔버에 있는 작동유는 Kat 밸브(253)를 통해 오일저장탱크(257)로 들어간다. 이 모드에서는 Ksa 밸브(251), Kbt 밸브(254)는 닫힌 상태를 유지한다.Next, in the powered retraction (PR), the PR mode operates on the same principle as the PE mode, as shown in Fig. 8, except that the direction of movement of the piston is opposite. That is, the high-pressure hydraulic fluid supplied from the hydraulic pump-motor 330 acting as a pump enters the load chamber of the boom cylinder 212 through the Ksb valve 252 to push the piston, thereby causing the piston rod to contract, The hydraulic oil enters the oil storage tank 257 through the Kat valve 253. In this mode, the Ksa valve 251 and the Kbt valve 254 are kept closed.

다음으로, 고압측 재생확장모드(high side regeneration extension, HSRE)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 붐 실린더(212) 헤드 챔버와 실린더 로드 챔버의 압력이 같은 경우 피스톤 전후면 면적의 차이로 인해 피스톤 로드가 외부로 확장되는 방향으로 움직인다. 즉, 실린더 로드 챔버에서 배출되는 작동유는 Ksb 밸브(252)와 Ksa 밸브(251)를 거쳐 실린더 헤드 챔버로 이동한다. 실린더 로드 챔버와 실린더 헤드 챔버의 부피는 실린더 내의 로드 부피만큼 차이가 나기 때문에 부족한 유량을 펌프로서 작동하는 유압 펌프-모터(330)에서 보충하여야 한다. 이 모드는 펌프로서 작동하는 유압 펌프-모터(330)와 연결되어 있는 고압의 유로를 통해 작동유가 재생되기 때문에 high side라는 명칭이 사용된다.9, when the pressures of the head chamber and the cylinder rod chamber of the boom cylinder 212 are equal to each other, due to the difference in the front and rear surface area of the piston, the high side regeneration extension (HSRE) The piston rod moves in the direction to expand outward. In other words, the operating fluid discharged from the cylinder rod chamber moves to the cylinder head chamber via the Ksb valve 252 and the Ksa valve 251. [ Since the volume of the cylinder rod chamber and the cylinder head chamber is different by the load volume in the cylinder, the hydraulic pump-motor 330, which operates as a pump, must compensate for the insufficient flow rate. In this mode, the name "high side" is used because the hydraulic oil is regenerated through the high-pressure flow path connected to the hydraulic pump-motor 330 operating as a pump.

다음으로, 저압측 재생확장모드(low side regeneration extension, LSRE)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 피스톤 로드가 확장되는 방향으로 외력이 작용할 때 적용할 수 있다. 즉, 외력에 의해 실린더 로드 챔버에서 고압이 형성된 작동유가 밀려나와 Kbt 밸브(254)를 통해 오일저장탱크(257)와 연결된 유로로 이동한다. 이때 헤드 챔버에는 낮은 유압이 형성되는 데, Kat 밸브(253)가 열리면 작동유는 압력이 낮은 실린더 헤드 챔버로 흐르게 된다. 실린더 로드 챔버와 실린더 헤드 챔버의 부피는 붐 실린더(212) 내의 로드 부피만큼 차이가 나기 때문에 부족한 유량을 펌프로서 작동하는 유압 펌프-모터(330)에서 보충하여야 한다. 이 모드는 오일저장탱크(257)와 연결되어 있는 저압의 유로를 통해 작동유가 재생되기 때문에 low side 라는 명칭이 이용된다.Next, as shown in FIG. 10, the low side regeneration extension (LSRE) can be applied when an external force acts in the direction in which the piston rod extends. That is, the operating oil having a high pressure formed in the cylinder rod chamber is pushed by the external force and moved to the oil passage connected to the oil storage tank 257 through the Kbt valve 254. At this time, a low oil pressure is formed in the head chamber. When the Kat valve 253 is opened, the hydraulic oil flows into the cylinder head chamber having a low pressure. Since the volume of the cylinder rod chamber and the cylinder head chamber is different by the load volume in the boom cylinder 212, the hydraulic pump-motor 330, which operates as a pump, must compensate for the insufficient flow rate. In this mode, the name "low side" is used because the hydraulic oil is regenerated through the low-pressure passage connected to the oil storage tank 257.

마지막으로, 저압측 재생 수축모드(low side regeneration retraction, LSRR)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 피스톤 로드가 수축되는 방향으로 외력이 작용할 때 적용할 수 있다. 외력에 의해 실린더 헤드 챔버에서 고압이 형성된 작동유는 Kat 밸브(253)를 통해 오일저장탱크(257)와 연결된 유로로 흐른다. 이때 Kbt밸브(254)가 열리면 실린더 헤드 챔버의 압력이 낮기 때문에 작동유는 오일저장탱크(257)로 가지 않고 실린더 헤드 챔버로 흐르게 된다. 이 모드에서는 실린더 헤드 챔버에서 로드 챔버로 작동유가 이동하므로 두 챔버의 체적 차이만큼 작동유가 남는다. 로드 챔버의 체적을 초과하는 작동유는 체크밸브(255)를 통하여 오일저장탱크(257)로 돌아간다. 작동유의 공급 없이도 작동이 가능하므로 3개의 재생모드 중 유일하게 유압 펌프-모터(330)가 일을 하지 않아도 작동 가능하다.Finally, the low side regeneration retraction (LSRR) can be applied when an external force acts in the direction in which the piston rod contracts, as shown in Fig. The hydraulic oil in which a high pressure is generated in the cylinder head chamber by the external force flows through the Kat valve 253 to the oil passage connected to the oil storage tank 257. At this time, when the Kbt valve 254 is opened, since the pressure of the cylinder head chamber is low, the operating oil does not go to the oil storage tank 257 but flows into the cylinder head chamber. In this mode, the hydraulic fluid moves from the cylinder head chamber to the load chamber, so that the hydraulic fluid remains as much as the volume difference between the two chambers. The hydraulic oil exceeding the volume of the load chamber returns to the oil storage tank 257 through the check valve 255. [ Since it is possible to operate without the supply of the hydraulic oil, only the hydraulic pump-motor 330 of the three regeneration modes can operate without work.

에너지 회생부(300)는 유압 구동부(210)로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장하고, 유압 구동부(210)의 복합 고부하 작업 시 어큐뮬레이터(150)의 유량만으로는 원활한 작동이 힘들 때 보조 동력원으로서 유압 구동부(210)에 추가적인 유량을 공급한다.The energy regenerating unit 300 receives and stores the energy regenerated from the hydraulic driving unit 210 and controls the hydraulic driving unit 210 as an auxiliary power source when the operation of the hydraulic driving unit 210 is complicated due to the flow rate of the accumulator 150, 210).

이러한 에너지 회생부(300)는, 도 2에 도시한 바와 같이 모터-발전기(310)와 유압 펌프-모터(330)와 축전부(350)를 포함하는 것이 바람직하다.The energy regenerating unit 300 preferably includes a motor-generator 310, a hydraulic pump-motor 330, and a power storage unit 350, as shown in FIG.

모터-발전기(310)는 모터 또는 발전기로 구동 가능하다. 즉, 모터-발전기(310)는 발전과 전동을 구현할 수 있다. 모터-발전기(310)가 발전기로서 구동할 때에는 발전과 역학에너지의 생성이 가능한 것으로 동력을 통하여 전기 에너지를 생성하며, 생성된 전기 에너지는 하기의 축전부(350)에 저장될 수 있다.The motor-generator 310 is drivable by a motor or a generator. That is, the motor-generator 310 can implement power generation and transmission. When the motor-generator 310 is driven as a generator, power generation and kinetic energy generation are possible. The motor-generator 310 generates electric energy through power, and the generated electric energy can be stored in the power storage unit 350 described below.

유압 펌프-모터(330)는 모터-발전기(310)와 연결되어, 유압 펌프 또는 유압 모터로 구동 가능하다. 이러한 유압 펌프-모터(330)는 양방향으로 오일이 흐르는 정용량형 유압 펌프-모터(330)로 이루어질 수 있다.The hydraulic pump-motor 330 is connected to the motor-generator 310 and can be driven by a hydraulic pump or a hydraulic motor. The hydraulic pump-motor 330 may be a constant capacity hydraulic pump-motor 330 through which the oil flows in both directions.

축전부(350)는 모터-발전기(310)가 발전기로 구동할 때 생산되는 전기 에너지를 저장한다. 이러한 축전수단의 일례로 배터리가 될 수 있으며, 배터리뿐만 아니라 커패시터 등 다양한 형태로 변경하여 실시할 수 있고, 축전부(350)는 전기 에너지를 저장할 수 있는 수단이면 충분하다.The power storage unit 350 stores electric energy produced when the motor-generator 310 is driven by the generator. The power storage unit 350 may be a battery, a battery, or a capacitor. The power storage unit 350 may store electric energy.

한편, 유압 구동부(210)로부터 회생되는 에너지는, 중력에 의한 위치에너지 및/또는 회전 관성 모멘트에 의한 운동에너지일 수 있다.On the other hand, the energy regenerated from the hydraulic driving unit 210 may be kinetic energy due to gravitational potential energy and / or rotary inertia moment.

중력에 의한 위치에너지는 붐의 다운 시에 발생하는데, 이 위치에너지가 붐에 연결된 붐 실린더(212)에 유압에너지를 발생시키고, 유압에너지에 의한 유량은 개방된 B포트 방향전환 밸브(222)를 통하여 B포트로 공급된다. 이때, 붐 실린더(212)의 양단을 연결하는 회로 상에 연결된 밸브 모듈(250)은 도 11과 같이 저압측 재생 수축모드로 작동할 수 있다. B포트를 통하여 유량을 전달받아 유압 펌프-모터(330)는 모터로서 구동하고, 모터로 구동하는 유압 펌프-모터(330)로부터 회전력을 전달받아 모터-발전기(310)는 발전기로 구동한다. 발전기로부터 발생한 전기에너지는 축전부(350)에 저장된다.The position energy due to gravity occurs when the boom is down, and this position energy generates hydraulic energy in the boom cylinder 212 connected to the boom, and the flow rate due to the hydraulic energy flows to the open B port direction switching valve 222 To the B port. At this time, the valve module 250 connected on the circuit connecting both ends of the boom cylinder 212 can operate in the low-pressure side regeneration shrink mode as shown in FIG. The hydraulic pump-motor 330 receives the flow rate through the port B, and operates as a motor. The hydraulic pump-motor 330 receives the rotational force from the hydraulic pump-motor 330 driven by the motor and drives the motor-generator 310 as a generator. The electric energy generated from the generator is stored in the power storage unit 350.

회전 관성 모멘트에 의한 운동에너지는 상부체의 선회 정지 시에 발생하는데, 이 운동에너지가 상부체와 연결된 스윙 모터(211)를 구동시키고, 스윙 모터(211)에서 발생한 유량은 A포트 방향전환 밸브(221)를 통하여 A포트로 공급된다. A포트를 통하여 유량을 전달받아 유압 펌프-모터(330)는 모터로서 구동하고, 모터로 구동하는 유압 펌프-모터(330)로부터 회전력을 전달받아 모터-발전기(310)는 발전기로 구동한다. 발전기로부터 발생한 전기에너지는 축전부(350)에 저장된다.The kinetic energy due to the rotational moment of inertia is generated at the time of turning stop of the upper body. This kinetic energy drives the swing motor 211 connected to the upper body, and the flow rate generated by the swing motor 211 is changed to the A port direction switching valve 221 to the A port. The hydraulic pump-motor 330 receives the flow rate through the port A and drives the hydraulic pump-motor 330 as a motor. The hydraulic pump-motor 330 receives the rotational force from the hydraulic pump-motor 330 driven by the motor and drives the motor- The electric energy generated from the generator is stored in the power storage unit 350.

상기와 같이 구성되어, 유압 구동부(210)로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장할 때에는, 유압 구동부(210)로부터 회생되는 에너지를 전달받아 유압 펌프-모터(330)는 모터로서 구동하고, 모터로 구동하는 유압 펌프-모터(330)로부터 회전력을 전달받아 상기 모터-발전기(310)는 발전기로 구동한다.When the energy regenerated from the hydraulic driving unit 210 is received and stored, the hydraulic pump-motor 330 receives the energy regenerated from the hydraulic driving unit 210 and drives the hydraulic pump-motor 330 as a motor. The motor-generator 310 receives the rotational force from the hydraulic pump-motor 330 and drives the motor-generator 310 as a generator.

이와 반대로, 필요 시 유압 구동부(210)에 유량을 공급할 때에는, 축전부(350)에 저장된 전기 에너지를 전달받아 모터-발전기(310)는 모터로서 구동하고, 모터로 구동하는 모터-발전기(310)로부터 회전력을 전달받아 유압 펌프-모터(330)는 유압 펌프로 구동한다.The motor-generator 310 receives the electric energy stored in the power storage unit 350 to drive the motor-generator 310 as a motor, and the motor-generator 310, which is driven by the motor, And the hydraulic pump-motor 330 is driven by the hydraulic pump.

이렇게 유압 펌프-모터(330)가 유압 펌프로 구동할 때 공급되는 유량은 다음과 같이 3가지 실시예로 사용될 수 있다.The flow rate supplied when the hydraulic pump-motor 330 is driven by the hydraulic pump can be used in three embodiments as follows.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 유압 펌프-모터(330)가 유압 펌프로 구동하여, 각 유압 구동부(210)로 유량을 공급할 수 있다.3, the hydraulic pump-motor 330 is driven by a hydraulic pump, and the flow rate can be supplied to each of the hydraulic drive units 210.

즉, 유량은 A포트를 통하여 공급되어, A포트 방향전환 밸브(221)를 통과하여 스윙모터에 공급된다.That is, the flow rate is supplied through the A port, passes through the A port direction switching valve 221, and is supplied to the swing motor.

또한, 유량은 B포트를 통하여 공급되어, B포트 방향전환 밸브(222)를 통과하여 붐 실린더(212)에 공급된다.Further, the flow rate is supplied through the port B and is supplied to the boom cylinder 212 through the B port direction switching valve 222.

또한, 유량은 C포트를 통하여 공급되어, C포트 방향전환 밸브(223)를 통과하여 암 실린더(213)에 공급된다.Further, the flow rate is supplied through the C port, passes through the C port direction switching valve 223, and is supplied to the arm cylinder 213.

또한, 유량은 D포트를 통하여 공급되어, D포트 방향전환 밸브(224)를 통과하여 버킷 실린더(214)에 공급된다.Further, the flow rate is supplied through the D port, passes through the D port direction switching valve 224, and is supplied to the bucket cylinder 214.

상기와 같이, A포트, B포트, C포트, D포트를 통하여 각 유압 구동부(210)로 유량이 공급될 수 있는데, 이때 각 포트의 방향전환 밸브(221, 222, 223, 224)의 개폐 여부에 따라 유압 구동부(210)로 유량이 공급되거나 차단될 수 있다.As described above, the flow rate can be supplied to each hydraulic driving unit 210 through the A port, the B port, the C port and the D port. At this time, whether or not the directional control valves 221, 222, 223, The flow rate may be supplied to or disconnected from the hydraulic driving unit 210. FIG.

즉, 각 포트의 방향전환 밸브(221, 222, 223, 224)가 모두 열리면 모든 유압 구동부(210)로 공급될 수 있고, 각 포트의 방향전환 밸브(221, 222, 223, 224) 중 어느 방향전환 밸브가 닫히면 그 포트에 연결된 유압 구동부(210)에는 유량 공급이 차단되며, 열려 있는 방향전환 밸브 측으로만 유량이 공급되어 일부의 유압 구동부(210)에만 유량이 공급되도록 제어할 수 있다.That is, when all the directional control valves 221, 222, 223, and 224 of the respective ports are opened, they can be supplied to all of the hydraulic driving units 210, and any one of the directional control valves 221, 222, 223, When the switch valve is closed, the supply of the flow rate to the hydraulic pressure drive unit 210 connected to the port is shut off, and the flow rate is supplied only to the open direction switching valve.

다음으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 유압 펌프-모터(330)가 유압 펌프로 구동하여, 밸브 모듈 및 유압 구동부(200)를 구성하는 메인 회로로 유량을 공급할 수 있다. 이때, 메인 회로와 연결된 유압 회로 상에는 스위칭 밸브(370)가 연결될 수 있다.Next, as shown in Fig. 4, the hydraulic pump-motor 330 is driven by the hydraulic pump, and the flow rate can be supplied to the main circuit constituting the valve module and the hydraulic drive unit 200. [ At this time, a switching valve 370 may be connected to the hydraulic circuit connected to the main circuit.

상기와 같이 구성되어, 스위칭 밸브(370)가 개방되면, 메인 회로로 공급된 유량은 스윙 모터(211)가 연결되는 유압 회로 상에 연결된 제1방향전환 밸브(231) 측으로 공급되고, 제1방향전환 밸브(231)의 개폐 여부에 따라 스윙 모터(211)에 유량이 공급되거나 차단될 수 있다.When the switching valve 370 is opened as described above, the flow rate supplied to the main circuit is supplied to the first direction switching valve 231 connected to the hydraulic circuit to which the swing motor 211 is connected, The flow rate can be supplied to or cut off from the swing motor 211 depending on whether the switching valve 231 is open or closed.

또한, 메인 회로로 공급된 유량은 각 밸브 모듈(250)에 직접 유량이 공급된다. 즉, 붐 실린더(212)의 양단을 연결하는 회로, 암 실린더(213)의 양단을 연결하는 회로, 버킷 실린더(214)의 양단을 연결하는 회로 상에 각각 연결되어 있는 밸브 모듈(250)에 유량이 공급되는 것이다. 공급된 유량은 밸브 모듈(250)을 구성하는 밸브의 개폐 여부에 따라 각 유압 실린더(212, 213, 214)에 유량이 공급되거나 차단될 수 있다.Further, the flow rate supplied to the main circuit is directly supplied to each valve module 250. That is, a circuit for connecting both ends of the boom cylinder 212, a circuit for connecting both ends of the arm cylinder 213, and a valve module 250 connected to the circuit for connecting both ends of the bucket cylinder 214, . The supplied flow rate can be supplied or blocked to each hydraulic cylinder 212, 213, 214 depending on whether the valve constituting the valve module 250 is opened or closed.

마지막으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 유압 펌프-모터(330)가 유압 펌프로 구동하여, 메인 펌프(130)의 앞쪽으로 유량을 공급할 수 있다. 이때, 메인 펌프(130)와 연결된 유압 회로 상에는 스위칭 밸브(380)가 연결될 수 있다.Finally, as shown in Fig. 5, the hydraulic pump-motor 330 is driven by the hydraulic pump, and the flow rate can be supplied to the front side of the main pump 130. [ At this time, a switching valve 380 may be connected to the hydraulic circuit connected to the main pump 130.

상기와 같이 구성되어, 스위칭 밸브(380)가 개방되면, 메인 펌프(130) 앞쪽으로 유량이 공급되고, 이렇게 공급된 유량은 어큐뮬레이터(150)에 저장된다.When the switching valve 380 is opened, the flow rate is supplied to the front side of the main pump 130, and the flow rate thus supplied is stored in the accumulator 150.

상기와 같이 구성되는 모터-발전기(310)를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이 사용자가 조이스틱(450)을 조작하면, 이에 따라 제어기(400)가 메인 펌프(130), 스위칭 밸브(170), 밸브 모듈(250)을 전기적으로 제어한다.When the user operates the joystick 450 as shown in FIG. 1, the controller 400 controls the operation of the main pump (not shown) 130, the switching valve 170, and the valve module 250. [

본 발명의 모터-발전기(310)를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.According to the energy recovery tandem hydraulic hybrid excavator system using the motor-generator 310 of the present invention, the following effects can be obtained.

유압 구동부(210)로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장하고, 필요 시 유압 구동부(210)에 유량을 공급하는 에너지 회생부(300)를 장착함으로써, 유압 구동부(210)의 회생 에너지를 이용하여 자가 동작이 가능하다.An energy recovery unit 300 for receiving and storing the energy recovered from the hydraulic drive unit 210 and supplying the flow rate to the hydraulic drive unit 210 when necessary is mounted, This is possible.

따라서, 요구되는 동력 폭이 클 때 어큐뮬레이터(150)만으로 유량 공급이 부족할 경우와 같이 급격한 부하 증가 시에도 보조 어큐뮬레이터로 작동하는 에너지 회생부(300) 통하여 안정적이고 원활한 유압 구동부(210)의 작동이 가능하다.Accordingly, when the required power width is large, the stable and smooth operation of the hydraulic drive unit 210 is enabled through the energy regenerator 300, which operates as an auxiliary accumulator even when the supply of the flow rate is insufficient only by the accumulator 150, Do.

이로 인하여, 엔진(110) 및 메인 어큐뮬레이터(150)의 소형화가 가능하다.Thus, the engine 110 and the main accumulator 150 can be downsized.

나아가, 유압 구동부(210)의 회생 에너지를 전기 형태로 저장하여 다양하게 활용할 수 있다.Further, the regenerative energy of the hydraulic driving unit 210 may be stored in an electric form and utilized variously.

한편, 각 유압 구동부(210)의 밸브 모듈(250)이 독립 미터링 밸브 조합으로 구성됨으로써, 하나의 메인 어큐뮬레이터(150)로 독립된 유압 구동부(210)의 구동이 가능하여, 에너지 효율을 높일 수 있고, 에너지 회생을 극대화할 수 있다.Since the valve module 250 of each hydraulic driving unit 210 is constituted by a combination of the independent metering valves, the independent hydraulic driving unit 210 can be driven by one main accumulator 150, Energy recovery can be maximized.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the appended claims.

100 : 유압 충전부
110 : 엔진
130 : 메인 펌프
150 : 어큐뮬레이터
170 : 스위칭 밸브
200 : 밸브 모듈 및 유압 구동부
210 : 유압 구동부
211 : 스윙 모터
212 : 붐 실린더
213 : 암 실린더
214 : 버킷 실린더
250 : 밸브 모듈
300 : 에너지 회생부
310 : 모터-발전기
330 : 유압 펌프-모터
350 : 축전부
100:
110: engine
130: main pump
150: accumulator
170: Switching valve
200: Valve module and hydraulic drive
210:
211: Swing motor
212: Boom cylinder
213: female cylinder
214: Bucket cylinder
250: Valve module
300: Energy regeneration unit
310: Motor-generator
330: Hydraulic pump-motor
350:

Claims (8)

유량을 생성하여 저장하는 유압 충전부;
선형운동 또는 회전운동을 위하여 마련되는 유압 구동부와, 상기 유압 충전부에 저장된 유량을 제어하여 유압 구동부로 분배하는 밸브 모듈을 포함하는 밸브 모듈 및 유압 구동부;
상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장하고, 필요 시 상기 유압 구동부에 유량을 공급하는 에너지 회생부;를 포함하고,
상기 에너지 회생부는,
모터 또는 발전기로 구동 가능한 모터-발전기와,
상기 모터-발전기와 연결되어, 유압 펌프 또는 모터로 구동 가능한 유압 펌프-모터와,
상기 모터-발전기가 발전기로 구동할 때 생산되는 전기 에너지를 저장하는 축전부를 포함하며,
상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지를 전달받아 저장할 때에는,
상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지를 전달받아 상기 유압 펌프-모터는 모터로서 구동하고, 모터로 구동하는 상기 유압 펌프-모터로부터 회전력을 전달받아 상기 모터-발전기는 발전기로 구동하며,
필요 시 상기 유압 구동부에 유량을 공급할 때에는,
상기 축전부에 저장된 전기 에너지를 전달받아 상기 모터-발전기는 모터로서 구동하고, 모터로 구동하는 상기 모터-발전기로부터 회전력을 전달받아 상기 유압 펌프-모터는 유압 펌프로 구동하며,
상기 유압 펌프-모터가 유압 펌프로 구동하여, 메인 펌프의 앞쪽으로 유량을 공급하는 것을 특징으로 하는 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템.
A hydraulic pressure charging unit for generating and storing a flow rate;
A valve module and a hydraulic drive unit including a hydraulic actuator provided for linear motion or rotary motion, and a valve module for controlling the flow rate stored in the hydraulic pressure chamber and distributing the flow rate to the hydraulic actuator;
And an energy recovery unit that receives and stores energy regenerated from the hydraulic drive unit and supplies the flow rate to the hydraulic drive unit when necessary,
The energy recovery unit may include:
A motor-generator capable of being driven by a motor or a generator,
A hydraulic pump-motor connected to the motor-generator and driven by a hydraulic pump or a motor,
And a power storage unit that stores electric energy produced when the motor-generator is driven as a generator,
When the energy regenerated from the hydraulic driving unit is received and stored,
The hydraulic pump-motor is driven as a motor, and receives the rotational force from the hydraulic pump-motor driven by the motor, the motor-generator is driven as a generator,
When the flow rate is supplied to the hydraulic drive unit when necessary,
The motor-generator receives the electric energy stored in the power storage unit, drives the motor-generator as a motor, receives the rotational force from the motor-generator driven by the motor, drives the hydraulic pump-
Wherein the hydraulic pump-motor is driven by a hydraulic pump to supply a flow rate to a front side of the main pump.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유압 충전부는,
엔진과,
상기 엔진의 회전력을 전달받아 유량을 생성하는 메인 펌프와,
상기 메인 펌프에서 생성된 유량을 저장하는 어큐뮬레이터와,
상기 어큐뮬레이터의 유량 저장 또는 사용을 제어하는 스위칭 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템.
The method according to claim 1,
The hydraulic pressure-
An engine,
A main pump for receiving the rotational force of the engine to generate a flow rate,
An accumulator for storing a flow rate generated by the main pump,
And a switching valve for controlling the flow rate storage or use of the accumulator. The energy recovery tandem hydraulic hybrid excavator system using the motor-generator.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유압 구동부는,
상부체를 회전시키기 위한 스윙 모터와,
붐의 작동을 위한 붐 실린더와,
암의 작동을 위한 암 실린더와,
버킷의 작동을 위한 버킷 실린더를 포함하고,
상기 밸브 모듈은 독립 미터링 밸브 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템.
The method according to claim 1,
The hydraulic drive unit includes:
A swing motor for rotating the upper body,
A boom cylinder for operation of the boom,
A female cylinder for operation of the arm,
A bucket cylinder for operation of the bucket,
Wherein the valve module comprises a combination of independent metering valves. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 유압 구동부로부터 회생되는 에너지는,
중력에 의한 위치에너지 및 회전 관성 모멘트에 의한 운동에너지 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 모터-발전기를 이용한 에너지 회생 직렬식 유압 하이브리드 굴삭기 시스템.
The method according to claim 1,
The energy regenerated from the hydraulic drive unit
Wherein the hydraulic excavator is at least one of kinetic energy due to gravity and kinetic energy due to rotational inertia moment.
KR1020170071781A 2017-06-08 2017-06-08 Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using motor-generator KR101936206B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170071781A KR101936206B1 (en) 2017-06-08 2017-06-08 Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using motor-generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170071781A KR101936206B1 (en) 2017-06-08 2017-06-08 Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using motor-generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180134208A KR20180134208A (en) 2018-12-18
KR101936206B1 true KR101936206B1 (en) 2019-04-03

Family

ID=64952282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170071781A KR101936206B1 (en) 2017-06-08 2017-06-08 Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using motor-generator

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101936206B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102167070B1 (en) * 2019-04-08 2020-10-16 울산대학교 산학협력단 Independent metering valve boom system for fuel cell hybrid excavator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045575A (en) * 2006-08-10 2008-02-28 Hitachi Constr Mach Co Ltd Hydraulic drive mechanism for hydraulic shovel

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102067838B1 (en) * 2013-03-25 2020-01-17 두산인프라코어 주식회사 Hydraulic system of Construction machinery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045575A (en) * 2006-08-10 2008-02-28 Hitachi Constr Mach Co Ltd Hydraulic drive mechanism for hydraulic shovel

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180134208A (en) 2018-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10941542B2 (en) Boom potential energy recovery of hydraulic excavator
US9963855B2 (en) Method and apparatus for recovering inertial energy
JP4732284B2 (en) Hybrid construction machine that converts kinetic energy of inertial body into electrical energy
US9803338B2 (en) System and method for recovering energy and leveling hydraulic system loads
US20150059325A1 (en) Hybrid Apparatus and Method for Hydraulic Systems
US20120055149A1 (en) Semi-closed hydraulic systems
US20130081385A1 (en) Meterless hydraulic system having multi-actuator circuit
JP2004190845A (en) Drive device for working machine
WO2013058935A1 (en) Meterless hydraulic system having multi-circuit recuperation
US20150191897A1 (en) Hybrid apparatus and method for hydraulic systems
CA2813392C (en) Energy management and storage system
KR101936206B1 (en) Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using motor-generator
KR101936260B1 (en) Excavator system for hydraulic hybrid having regenerated energy using hydraulic transfomer
JP6383226B2 (en) Work machine drive system
JP2004176893A (en) Hydraulic circuit for differential cylinder, and hydraulic power unit apparatus
KR102167070B1 (en) Independent metering valve boom system for fuel cell hybrid excavator
JP6149068B2 (en) Hybrid work machine control system
KR20180134203A (en) Electrical Hydraulic Continuously Variable Powertrain for Energy Saving of Hydraulic System of construction machinery
CN115210432A (en) Construction machine
CS272675B1 (en) Connection of hydraulic stripping or building machine's rotating upper part's turntable drive's separate circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant