KR102539054B1 - 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템 - Google Patents

유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템은, 유압에 의하여 외부 질량을 이동시키기 위해 상승/하강 운동하는 붐실린더, 붐실린더에 연결되어 유압흐름을 제어하는 제1 방향제어밸브, 붐실린더에 연결되어 유압흐름을 제어하는 제2 방향제어밸브, 제1 방향제어밸브에 연결되어 붐실린더 하강 시에 에너지를 저장 가능한 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 플라이휠 어큐뮬레이터와 제1 방향제어밸브에 연결된 유압모터, 유압모터로부터 전달되는 유압에너지를 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 제1 발전기, 제1 발전기에 연결된 제1 인버터/컨버터, 제2 방향제어밸브에 연결되는 펌프, 펌프와 제2 방향제어밸브에 병렬로 연결된 릴리프밸브, 제2 방향제어밸브와 펌프 릴리프밸브에 연결되는 유압탱크, 펌프에 유압에너지를 제공하는 엔진, 펌프와 엔진에 연결된 제2 발전기, 제1 인버터/컨버터와 연결되어 전기에너지를 저장가능한 배터리/커패시터, 배터리/커패시터와 제2 발전기를 연결하는 제2 인버터/컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 붐의 하강운동 시 발생하는 위치에너지를 효율적으로 재사용 할 수 있게 하는 붐 하강에너지 회생시스템을 포함하는 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템{AN ENERGY REGENERATION EXCAVATOR SYSTEM USING HYDRAULIC FLYWHEEL ACCUMULATOR, HYDRAULIC MOTOR AND GENERATOR}
본 발명은 굴삭기의 유압 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압 플라이휠 어큐뮬레이터를 포함하는 에너지 회생 굴삭기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 굴삭기는 조작자의 조작동작에 따라 유압장치가 구동되면서 바닥파기, 토사적재 등의 다양한 작업을 수행하는 중장비이며, 굴삭기의 끝단에는 암(ARM), 암(ARM)에 장착되는 버켓(BUCKET)을 장착한 붐을 형성하고 있다. 또한, 붐의 상하 각도를 조정하는 유압실린더를 포함하여 구성된다.
한국공개특허 제10-2011-0029634호는 건설기계의 붐 위치에너지 회생 장치 및 방법 에 관한 것으로서, 제어신호 입력에 따라 정, 역방향으로 구동되는 전기모터; 상기 전기모터에 의해 양방향으로 구동되는 양방향 유압펌프; 상기 유압펌프와 붐 유압실린더의 라지챔버 사이에 형성되며 작동유가 흐르는 라지챔버라인; 상기 유압펌프와 상기 유압실린더의 스몰챔버 사이에 형성되며 작동유가 흐르는 스몰챔버라인; 상기 라지챔버와 상기 스몰챔버를 포함하여 이루어지며 상기 라지챔버와 상기 스몰챔버 내의 작동유에 의해 신축구동되는 붐 유압실린더; 상기 라지챔버라인 및 상기 스몰챔버라인에서 각각 분기된 유로들과 입구포트들을 형성하고 탱크에 연결된 리턴라인과 출구포트를 형성하되, 붐 상승시 상기 탱크로의 리턴라인을 차단하고 붐 하강 시 상기 스몰챔버라인과 상기 리턴라인 간 유로를 형성시키는 방향제어밸브부; 상기 출구포트로부터 상기 탱크로 회수되는 작동유가 흐르는 리턴라인; 붐 하강시 고압의 상기 라지챔버라인에서 저압의 상기 스몰챔버라인으로 흐르는 작동유에 의해 역방향 구동되는 상기 유압펌프의 구동에 의해 구동되어 발전하는 발전기; 상기 발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 저장하는 배터리; 및 사용자의 조작신호에 따라 상기 전기모터, 발전기 및 방향제어밸브부를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 메인컨트롤러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 붐 하강 작동 시에 발전기가 작동되어 전기에너지를 발전하여 배터리로 충전이 가능하게 하며, 하강시 고압라인에서 저압라인으로 흐르는 작동유에 의해 작동되는 유압펌프에 의해 유압펌프에 연결된 전기모터를 역방향으로 가속 회전시켜 발전기를 구동하는 효과를 가진다.
한국공개특허 제10-2008-0107494호는 유압펌프와 일체형으로 연결된 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 붐 또는 유압기기를 구동시 키는 유압실린더에 공급되는 작동유를 제어하고, 부하가 가해진 유압실린더의 로드 하강시 위치에너지를 유압모터 및 발전기를 이용하여 전기에너지로 충전시켜 사용할 수 있도록 하는 유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법에 관한 것으로서, 외부로부터 제어신호 입력에 따라 구동되는 전기모터; 상기 전기모터에 일체형으로 연결되며 양방향으로 구동되는 고정형 유압펌프; 상기 유압펌프의 작동유 이동통로에 설치되고, 상기 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 유압펌프로부터 토출 되는 작동유에 의해 신축구동되는 유압실린더; 상기 작동유 이동통로와 유압탱크사이에 설치되고, 절환시 유압탱크로부터의 작동유를 유압펌프에 공급하거나, 유압실린더로부터의 작동유를 유압탱크로 귀환시키는 방향절환밸브; 상기 유압실린더에 설정된 압력이상의 부하압이 발생되어 유압실린더의 로드가 하강되는 경우 외부로부터의 제어신호 입력에 의해 내부 스풀이 절환되는 분기밸브; 상기 분기밸브를 통하여 유압실린더로부터 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터; 상기 유압모터에 축연결되는 발전기; 상기 유압모터 구동으로 발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환하는 컨버터; 상기 컨버터에 의해 변환되는 직류전류를 충전시키는 배터리; 및 외부로부터 신호 입력에 따라 컨버터, 분기밸브 및 전기모터를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 메인 컨트롤러를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 전기모터의 회전방향과 속도에 따라 유압실린더에 공급되는 작동유 량을 제어하고, 부하가 작용된 유압실린더의 로드 수축구동시(수직으로 하강운동시) 유압모터와 발전기를 이용하여 위치에너지를 전기에너지로 충전시킴에 따라 에너지를 절감하고 유압시스템의 효율을 높이는 효과를 가진다.
그런데, 기존의 붐 하강 에너지를 재사용하는 방법은 붐의 위치에너지를 전기에너지로 전환하는 효율이 낮은 문제가 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0029634호( 명칭: 건설기계의 붐 위치에너지 회생 장치 및 방법, 공개일: 2011.03.23. ) 대한민국 공개특허 제10-2008-0107494호( 명칭: 유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법, 공개일: 2008.12.11. )
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 붐의 하강운동 시 발생하는 위치에너지를 효율적으로 재사용 할 수 있게 하는 붐 하강에너지 회생시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 안출된, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템은, 유압에 의하여 외부 질량을 이동시키기 위해 상승/하강 운동하는 붐실린더, 붐실린더에 연결되어 유압흐름을 제어하는 제1 방향제어밸브, 붐실린더에 연결되어 유압흐름을 제어하는 제2 방향제어밸브, 제1 방향제어밸브에 연결되어 붐실린더 하강 시에 에너지를 저장 가능한 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 플라이휠 어큐뮬레이터와 제1 방향제어밸브에 연결된 유압모터, 유압모터로부터 전달되는 유압에너지를 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 제1 발전기, 제1 발전기에 연결된 제1 인버터/컨버터, 제2 방향제어밸브에 연결되는 펌프, 펌프와 제2 방향제어밸브에 병렬로 연결된 릴리프밸브, 제2 방향제어밸브와 펌프 릴리프밸브에 연결되는 유압탱크, 펌프에 유압에너지를 제공하는 엔진, 펌프와 엔진에 연결된 제2 발전기, 제1 인버터/컨버터와 연결되어 전기에너지를 저장가능한 배터리/커패시터, 배터리/커패시터와 제2 발전기를 연결하는 제2 인버터/컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템은, 붐실린더 하강시 붐실린더의 압력이 기준압력보다 높은 경우에, 제1 방향제어밸브는 스트레이트 연결상태로 전환되어 붐실린더의 보어 챔버를 유압모터와 플라이휠 어큐뮬레이터에 연결하고, 제2 방향제어밸브는 단락상태로 전환되어, 유압플라이휠 어큐뮬레이터는 붐실린더의 포텐셜 에너지를 기계-유압 에너지로 저장하고, 제1 발전기는, 유압플라이휠 어뮤큘레이터와 유압모터로부터 전달되는 유압에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하고, 생산된 전기에너지를 제1 인버터/컨버터를 통하여 배터리/커패시터에 저장되게 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템은, 붐실린더 하강시 붐실린더의 압력이 기준압력보다 낮은 경우에, 제1 방향제어밸브는 단락상태로 전환되고, 제2 방향제어밸브는 크로스 연결 상태로 전환되어, 붐실린더의 보어챔버를 유압탱크에 연결하고, 펌프를 붐실린더의 로드 챔버에 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템은, 붐실린더 상승시 상승속도가 일정한 경우에는, 제1 방향전환밸브는 단락상태로 전환되고, 제2 방향전환밸브는 스트레이트 연결상태로 전환되어 붐실린더의 보어 챔버를 펌프와 연결하고 붐실린더의 로드 챔버를 유압탱크와 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템은, 붐실린더 상승시 상승속도가 가속되는 경우에는, 배터리/커패시터는 저장되어 있는 전기에너지를 제2 인버터/컨버터를 통하여 제2 발전기를 거쳐 펌프에 전달하여 유압에너지를 발생시킴으로써, 제2 발전기는 엔진이 펌프를 구동시키는 것을 돕는 것을 특징으로 한다.
종래의 유압 시스템에서는 에너지가 낭비되어 많은 연료가 소모되었으나, 붐 다운 과정에서 약 50%의 에너지가 회수되어 재사용될 수 있다. 본 발명은 유압 모터, 발전기, 배터리(커패시터)와 함께 유압플라이휠 어큐뮬레이터를 활용함으로써 에너지 회수 능력 및 재사용성을 극대화할 수 있다.
즉, 붐다운시 포텐셜 에너지가 유압모터를 통해 발전기를 거쳐 전기에너지로 저장될 수 있으며, 이와 함께 유압플라이휠 어큐뮬레이터에 기계 유압 에너지로 저장되어 있다가 붐다운이 정지된 이후에도 유압플라이휠 어큐뮬레이터에 저장된 기계 유압에너지가 발전기를 거쳐 배터리에 전기에너지로 저장될 수 있기 때문에, 기존의 에너지 회생 방식에 비하여 더욱 높은 에너지 회생 효율을 달성할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템에 포함되는 에너지 회생 시스템의 유압회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 붐실린더가 노말 모드에서 상승하는 경우의 유압회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 붐실린더가 노말 모드에서 하강하는 경우의 유압회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 붐실린더가 회생모드에서 하강하는 경우의 유압회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 에너지 재사용 모드의 유압회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 에너지 관리 전략 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템에 포함되는 에너지 회생 시스템의 유압회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템은, 유압에 의하여 외부 질량(1)을 이동시키기 위해 상승/하강 운동하는 붐실린더(2), 상기 붐실린더(2)에 연결되어 제공되는 유압 흐름을 제어가능한 제1 방향제어밸브(directional control valve, 3)와 제2 방향제어밸브(directional control valve, 15), 상기 제1 방향제어밸브(3)에 연결되는 유압플라이휠어큐뮬레이터(4)를 포함함으로써 상기 붐실린더(2) 하강 시의 하강에너지를 저장하고 이를 필요할 때 재사용 가능하게 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 제1 방향제어밸브(3)와 유압플라이휠어큐뮬레이터(4)에 유압모터(5)가 연결되며, 상기 유압모터(5)에 제1 발전기(6)가 연결된다. 상기 제1 발전기(6)에는 제1 인버터/컨버터(7)가 연결된다.
상기 제2 방향제어밸브(15)에는 펌프(12)가 연결되고, 상기 펌프(12)와 병렬로 상기 제2 방향제어밸브(15)에 연결되어 작동 중의 안전 압력을 보장하는 릴리프밸브(14)가 구비된다. 상기 펌프(12)와 상기 릴리프밸브(14)와 상기 제2 방향제어밸브(15)에는 유압탱크(13)가 연결된다. 상기 펌프(12)에는 제2 발전기(10)가 연결되며, 상기 제2 발전기(10)와 병렬구조로 펌프(12)를 구동시킬 수 있는 엔진(8)이 구비된다.
상기 제1 인버터/컨버터(7)와 연결된 배터리/커패시터(9)가 구비되며, 상기 배터리/커패시터(9)와 상기 제2 발전기(10)에 연결된 제2 인버터/컨버터(11)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1을 참조하면, 에너지회생부(Engergy Regeneration Part)는, 상기 제1 방향제어밸브(3), 붐실린더(2)로부터 제1 방향제어밸브(3)를 통하여 전달되는 유압에너지를 기계-유압에너지로 통합하여 저장할 수 있는 유압플라이휠어큐뮬레이터(4), 상기 제1 방향제어밸브(3)와 유압플라이휠어큐뮬레이터(4)에 연결되는 유압모터(5) 및 상기 유압모터(5)에 연결되어 전기에너지를 생산할 수 있는 제1 발전기(6)를 포함하고, 상기 제1 발전기(6)에서 생산된 전기에너지는 제1 인버터/컨버터(7)를 거쳐 상기 배터리/커패시터(9)에 저장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 붐실린더가 노말 모드에서 상승하는 경우의 유압회로도이다.
도 2를 참조하면, 붐실린더(2)가 노말 모드에서 상승하는 상황에서의 유압 시스템 내 유체의 유동 방향이 화살표로 표현되어 있으며, 붐실린더(2)에 상승에너지를 제공하기 위한 유동경로는 붉은 색으로, 붐실린더(2)에서 외부로 흘러나가는 유동경로는 푸른 색으로 표시되어 있다.
여기에서, 제1 방향제어밸브(3)는 단락된 상태이고, 제2 방향제어밸브(15)는 스트레이트 연결 상태(왼쪽 포지션)로 전환되어 펌프(12)에서 배출된 작동유체(유압)가 제2 방향제어밸브(15)를 거쳐 붐실린더(2)의 하단(보어 챔버)으로 유입되어 붐실린더(2)에 상승에너지를 제공하도록 유동되고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 붐실린더(2)의 상단으로 유출되는 작동유체는 스트레이트 연결 상태인 제2 방향제어밸브(15)를 거쳐 유압탱크(13)로 흘러들어가게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 붐실린더가 노말 모드에서 하강하는 경우의 유압회로도이다.
도 3을 참조하면, 붐실린더(2)가 노말 모드에서 하강하는 상황에서의 유압 시스템 내 유체의 유동 방향이 화살표로 표현되어 있으며, 붐실린더(2)에 하강에너지를 제공하기 위한 유동경로는 붉은 색으로, 붐실린더(2)에서 외부로 흘러나가는 유동경로는 푸른 색으로 표시되어 있다.
여기에서, 제1 방향제어밸브(3)는 단락된 상태(중간 포지션)이고, 제2 방향제어밸브(15)는 크로스 연결 상태(오른쪽 포지션)로 전환되어 펌프(12)에서 배출된 작동유체가 제2 방향제어밸브(15)를 거쳐 붐실린더(2)의 상단(로드 챔버)으로 유입되어 붐실린더(2)에 하강에너지를 제공하도록 유동되고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 붐실린더(2)의 하단으로 유출되는 작동유체는 크로스 연결 상태인 제2 방향제어밸브(15)를 거쳐 유압탱크(13)로 흘러들어가게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 붐실린더가 회생모드에서 하강하는 경우의 유압회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에너지 회생 굴삭기 시스템의 동작 중 붐실린더(2) 하강 중의 회생모드에서, 붐실린더(2)의 하단(보어 챔버)로부터 유출되는 작동유체는 스트레이트 연결 상태(왼쪽 포지션)로 전환된 제1 방향제어밸브(3)를 거쳐 상기 에너지회생부로 흘러들어가며, 유량은 빠르게 저장되고 유압플라이휠어큐뮬레이터(4)의 압력을 상승시킨다. 유압플라이휠어큐뮬레이터(4)의 압력이 제1 발전기(6)와 유압모터(5)의 축에서의 초기 토크보다 높아지게 되면, 붐실린더(2)의 하단(보어 챔버)의 가압된 유량은 유압 모터(5)를 거쳐 제1 발전기(6)와 유압플라이휠어큐뮬레이터(4)를 작동시킨다. 따라서, 포텐셜 에너지는 유압플라이휠어큐뮬레이터(4)에 기계식 유압에너지(mechanical-hydraulic engergy)로 저장된다. 그 후에, 붐실린더(2)가 정지하면, 유압플라이휠어큐뮬레이터(4)에 저장된 기계식 유압에너지(mechanical-hydraulic engergy)는 제1 발전기(6)로 방출된다. 제1 발전기(6)에서 생산된 전기에너지는 제1 인버터/컨버터(7)를 거쳐 배터리/커패시터(9)에 저장된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 에너지 재사용 모드의 유압회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에너지 회생 굴삭기 시스템의 동작 중 에너지 재사용모드에서, 배터리/커패시터(9)는, 저장되어 있는 전기에너지를 제2 인버터/컨버터(11)에 전달하고, 제2 인버터/컨버터(11)에 전달된 전기에너지는 제2 발전기(10)를 거쳐 펌프(12)에 전달되어 유압에너지를 발생시키며, 발생된 유압에너지는 시스템을 작동시키는 에너지로 작용한다. 가속 과정에서, 제2 발전기(10)는 엔진(8)이 시스템에 유량(유압)을 공급하는 펌프(12)를 구동시키는 것을 돕는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 회생 시스템의 에너지 관리 전략 순서도이다.
도 6을 참조하면, 순서도의 시작 이후, 제어시스템의 초기 변수 설정, 붐시스템 작동, 조이스틱 신호 α 측정 과정을 거치며,
조이스틱 신호 α가 0 보다 큰 경우에는 붐업 모드로 분기하여 실린더 속도에 따라 에너지재사용 모드 또는 노말 모드를 판단하고 어느 하나의 모드를 선택하여 시스템이 선택된 모드로 작동되도록 하고,
조이스틱 신호 α가 0 보다 크지 않은 경우에는 붐다운 모드로 분기하여 실린더 압력의 크고 작음에 따라 에너지회생 모드 또는 노말 모드를 판단하고 어느 하나의 모드를 선택하여 시스템이 선택된 모드로 작동되도록 하게 된다.
여기에서, 조이스틱 신호 α가 0 보다 커서 붐업 모드로 분기하였을 때,
붐 실린더의 가속이 감지되면 이는 메인 펌프를 구동하기 위하여 더 많은 에너지가 필요하다는 의미이므로, 배터리에 저장된 에너지가 발전기로 재사용되는 도 5의 에너지재사용 모드로 작동하고, 엔진과 발전기가 메인 펌프를 함께 구동한다.
만일 붐 실린더의 가속이 감지되지 않아 속도가 일정한 경우에는 도 2의 노말 모드로 작동하여 엔진(또는 모터)만이 펌프를 구동시키게 된다.
또한, 조이스틱 신호 α가 0 보다 크지 않아 붐다운 모드로 분기하였을 때,
붐실린더의 압력이 고압이면 이는 붐실린더가 높은 하중을 지지하고 있다는 뜻이고 보어 챔버에 높은 에너지가 있다는 뜻이므로, 도 4의 에너지회생 모드로 작동하여 보어 챔버의 포텐셜 에너지를 회수하게 된다.
만일 부하가 없거나 붐실린더의 압력이 저압이면 보어 챔버에 낮은 에너지가 있다는 뜻이고 에너지 회생부가 고효율을 달성할 수 없기 때문에, 도 3의 노말 모드로 작동되게 된다.
각 모드에 따른 제1, 제2 방향제어밸브(3)(15) 상태 및 작동유체 흐름에 관한 설명은 위에 명시된 각 모드에 따른 도면의 설명을 참고할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1 : 질량(하중)
2 : 붐실린더
3 : 제1 방향제어밸브
4 : 유압플라이휠어큐뮬레이터
5 : 유압모터
6 : 제1 발전기
7 : 제1 인버터/컨버터
8 : 엔진
9 : 배터리/커패시터
10 : 제2 발전기
11 : 제2 인버터/컨버터
12 : 펌프
13 : 유압탱크
14 : 릴리프밸브
15 : 제2 방향제어밸브

Claims (5)

  1. 유압에 의하여 외부 질량을 이동시키기 위해 상승/하강 운동하는 붐실린더;
    상기 붐실린더에 연결되어 유압흐름을 제어하는 제1 방향제어밸브;
    상기 붐실린더에 연결되어 유압흐름을 제어하는 제2 방향제어밸브;
    상기 제1 방향제어밸브에 연결되어 상기 붐실린더 하강 시에 에너지를 저장 가능한 유압 플라이휠 어큐뮬레이터;
    상기 유압 플라이휠 어큐뮬레이터와 상기 제1 방향제어밸브에 연결된 유압모터;
    상기 유압모터로부터 전달되는 유압에너지를 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있는 제1 발전기;
    상기 제1 발전기에 연결된 제1 인버터/컨버터;
    상기 제2 방향제어밸브에 연결되는 펌프;
    상기 펌프와 상기 제2 방향제어밸브에 병렬로 연결된 릴리프밸브;
    상기 제2 방향제어밸브와 상기 펌프 상기 릴리프밸브에 연결되는 유압탱크;
    상기 펌프에 유압에너지를 제공하는 엔진;
    상기 펌프와 상기 엔진에 연결된 제2 발전기;
    상기 제1 인버터/컨버터와 연결되어 전기에너지를 저장가능한 배터리/커패시터; 및
    상기 배터리/커패시터와 상기 제2 발전기를 연결하는 제2 인버터/컨버터;를 포함하고,
    상기 붐실린더 하강시 상기 붐실린더의 압력이 기준압력보다 높은 경우에,
    상기 제1 방향제어밸브는 스트레이트 연결상태로 전환되어 상기 붐실린더의 보어 챔버를 상기 유압모터와 상기 유압 플라이휠 어큐뮬레이터에 연결하고,
    상기 제2 방향제어밸브는 단락상태로 전환되어, 상기 유압 플라이휠 어큐뮬레이터는 상기 붐실린더의 포텐셜 에너지를 기계적 유압 에너지로 저장하고,
    상기 제1 발전기는,
    상기 유압 플라이휠 어뮤큘레이터와 상기 유압모터로부터 전달되는 유압에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하고,
    생산된 전기에너지를 상기 제1 인버터/컨버터를 통하여 상기 배터리/커패시터에 저장되게 하며,
    상기 붐실린더 상승시 상승속도가 일정한 경우에는,
    상기 제1 방향제어밸브는 단락상태로 전환되고,
    상기 제2 방향제어밸브는 스트레이트 연결상태로 전환되어 상기 붐실린더의 보어 챔버를 상기 펌프와 연결하고,
    상기 붐실린더의 로드 챔버를 상기 유압탱크와 연결하는 것을 특징으로 하는 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 붐실린더 하강시 상기 붐실린더의 압력이 기준압력보다 낮은 경우에,
    상기 제1 방향제어밸브는 단락상태로 전환되고,
    상기 제2 방향제어밸브는 크로스 연결 상태로 전환되어, 상기 붐실린더의 보어챔버를 유압탱크에 연결하고, 상기 펌프를 상기 붐실린더의 로드 챔버에 연결하는 것을 특징으로 하는 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 붐실린더 상승시 상승속도가 가속되는 경우에는,
    상기 배터리/커패시터는 저장되어 있는 전기에너지를 상기 제2 인버터/컨버터를 통하여 상기 제2 발전기를 거쳐 상기 펌프에 전달하여 유압에너지를 발생시킴으로써, 상기 제2 발전기는 상기 엔진이 상기 펌프를 구동시키는 것을 돕는 것을 특징으로 하는 유압 플라이휠 어큐뮬레이터, 유압 모터와 발전기를 이용한 에너지 회생 굴삭기 시스템.
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