KR200336756Y1 - 전동지게차의시동장치 - Google Patents

전동지게차의시동장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 전동 지게차의 공급 전원을 오프시킴에 따라 전류소멸시 제어부 및 스위칭소자가 안정적으로 오프동작될 수 있도록 한 전동 지게차의 시동장치에 관한 것이다.
그 구성은, 직류전원을 공급하는 전원부, 전원부의 출력단과 병렬결선되며 출력전류의 크기를 안정화시키기 위한 콘덴서, 전원부로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 브러시레스 모타에 인가하기 위한 다수개의 스위칭소자로 구현된 스위칭부, 스위칭부의 스위칭소자를 동작시키기 위한 스위칭신호를 출력하는 인버터구동부, 브러시레스 모타의 회전자 위치정보에 의거하여 인버터구동부로부터 출력되는 스위칭신호의 타이밍을 결정하는 제어부, 전원부로부터 전원을 공급받아 필요한 크기의 전원으로 변환하여 제어부 및 인버터구동부에 구동전원을 공급하는 전원장치, 전원부로부터 브러시레스 모타로 공급되는 전원을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 시동스위치, 시동스위치의 동작과 관계없이 전원부로부터 전원장치로 전원공급을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 스위치1, 전원장치에서 인버터장치로 공급되는 전원을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 스위치2로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

전동 지게차의 시동장치
본 고안은 전동 지게차의 시동장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전동 지게차의 공급 전원을 오프시킴에 따라 전류소멸시 제어부 및 스위칭소자가 안정적으로 오프동작될 수 있도록 한 전동 지게차의 시동장치에 관한 것이다.
일반적으로 전동 지게차는 배터리로부터 직류 전원을 공급받아 동력원인 브러시레스 모타를 구동시킨다. 이를 위하여 상기 배터리로부터 공급되는 전원을 교류전원으로 변환하기 위한 인버터가 마련되고, 상기 브러시레스 모타의 회전자 위치정보에 의거하여 상기 인버터의 스위칭소자를 제어하기 위한 제어부가 마련된다.
도 1은 이러한 전동 지게차의 종래 시동장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 동력원인 브러시레스 모타(5)가 마련되고, 브러시레스 모타(5)의 회전자(4)를 회전시킬 목적으로 고정자 코일(3)이 마련된다. 상기 고정자 코일(3)은 인버터(6)에 의해서 전원을 공급받고, 상기 인버터(6)의 스위칭동작을 제어하기 위한 제어부(9)가 마련된다. 상기 제어부(9)는 상기 회전자(4)의 위치정보에 의거하여 상기 인버터(6)의 스위칭동작을 제어한다. 또한, 상기 제어부(9) 및 상기 인버터(6)를 동작시키기 위해 필요한 전압과 전류를 공급하기 위한 전원장치(10)가 배터리(B1)의 전원단에 병렬로 결선되며, 상기 배터리(B1)로부터 공급되는 전원을 상기 브러시레스 모타(5)로 공급하여 전동 지게차를 시동시키기 위한 시동스위치(S/W1)가 마련된다. 그리고 배터리(B1)의 출력단에 대하여 병렬결선된 콘덴서(C1)는 배터리(B1)로부터 출력되는 전류의 리플현상을 억제시키기 위한 것이다.
상기 인버터(6)는 인버터구동부(7)와 스위칭부(8)로 이루어지며, 상기 인버터구동부(7)는 상기 제어부(9)의 지령에 따라 상기 스위칭부(6)의 스위칭소자(Tr1-Tr6)를 스위칭동작시킨다. 또한, 상기 전원장치(10)로부터 인버터(6)에 공급되는 전원은 상기 인버터구동부(7)에 공급되는 것을 뜻한다.
전술한 구성에 의하면, 종래 전동 지게차의 시동장치는 시동 스위치(S/W1)의 온동작과 동시에 상기 전원장치(10)에 전원이 공급된다. 상기 전원장치(10)는 배터리(B1)로부터 공급된 전원을 제어부(9) 및 인버터구동부(7)가 안정적으로 동작할 수 있도록 전압 및 전류의 크기를 변환하여 공급하는 역할을 한다. 상기 브러시레스 모타(5)에는 회전자(4)의 위치정보를 검출하기 위한 위치검출기(2)가 마련되는데, 상기 제어부(9)는 이러한 위치검출기(2)로부터 회전자(4)의 위치정보를 검출받아 상기 스위칭부(8)의 스위칭소자를 동작시킬 지령을 만들어낸다. 즉, 상기 제어부(9)는 브러시레스 모타(5)의 고정자 코일(3)에 순차적으로 전류를 흘려 회전자(4)가 회전될 수 있도록 상기 인버터구동부(7)의 출력 타이밍을 제어한다. 일례로 상기 제어부(9)는 상기 회전자(4)의 위치정보에 의거하여 상기 인버터구동부(7)에 제어신호를 출력하여 상기 스위칭소자를 Tr1-Tr4, Tr3-Tr6, Tr5-Tr1 등과 같이 쌍으로 스위칭동작시킴으로서 상기 고정자 코일(3)에 순차적으로 전류를 공급시켜 회전토크를 발생시킴으로서 브러시레스 모타를 회전시킨다.
이후, 시동스위치(S/W1)를 오프동작시키면 배터리(B1)로부터 상기 전원장치로(10)의 전원공급이 차단되어, 제어부(9) 및 인버터구동부(7) 역시 동작이 정지된다. 제어부(9) 및 인버터구동부(7)의 동작이 정지되면 배터리(B1)로부터 공급되는 직류전원을 스위칭동작을 통하여 교류전원으로 변환하여 브러시레스 모타(5)로 공급하는 스위칭부(8)의 스위칭동작이 정지되며, 이에 따라 브러시레스 모타(5)는 정지하게 된다. 즉, 전동 지게차의 운전이 정지되게 된다.
그러나 종래 전동 지게차의 시동 오프시 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 종래 시동스위치를 오프동작시키면 배터리로부터 상기 전원장치로의 전원공급이 차단되지만, 전원단에 대하여 병렬로 결선된 콘덴서에서 방전현상이 일어나 상기 전원장치에 전원공급이 이루어져 상기 제어부 및 상기 인버터는 상기 방전전류가 소멸되는 시간동안 예측 불가한 동작을 수행하게 된다.
더우기, 내리막길 운행시 상기 브러시레스 모타는 발전기가 되어 역기전력을 발생시키는데, 시동스위치가 오프된 경우 이러한 역기전력은 상기 인버터로 역류하게 된다. 따라서, 상기 제어부 및 상기 인버터가 예측 불가한 동작을 하는 경우 스위칭소자가 쇼트되어 소손되는 등의 문제점이 발생한다.
본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 전동 지게차의 시동장치에 있어서 시동스위치가 오프동작된 경우 제어부에서 시동스위치의 시그날을 인식하여 운전정지조건으로 판단하고, 브러시레스 모타의 동작상태에 따라 인버터의 스위칭동작을 서서히 정지시킨 후 인버터로의 전원공급 및 전원장치로의 전원공급을 순차적으로 차단하여 안정적으로 전동 지게차를 정지시킬 수 있도록 한 전동 지게차의 시동장치를 제공하는데 있다.
본 고안의 다른 목적은 전동 지게차의 시동장치에 있어서 시동스위치가 오프동작된 경우 제어부에서 시동스위치의 시그날을 인식하여 운전조건으로 판단하고, 브러시레스 모타의 동작상태에 따라 인버터의 스위칭동작을 서서히 정지시킴으로서 내리막길 운전시 브러시레스 모타에서 발생되는 역기전력이 인버터로 역류되는 것을 방지할 수 있도록 한 전동 지게차의 시동장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 전동 지게차의 시동장치를 개략적으로 보인 블록도,
도 2는 본 고안에 따른 전동 지게차의 시동장치를 보인 블록도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
12:위치검출기 13:고정자 코일 14:회전자
17:인버터구동부 18:스위칭부 19:제어부
20:전원장치 S/W11:시동스위치 C11:콘덴서
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 직류전원을 공급하는 전원부, 상기 전원부의 출력단과 병렬결선되며 출력전류의 크기를 안정화시키기 위한 콘덴서, 상기 전원부로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 브러시레스 모타에 인가하기 위한 다수개의 스위칭소자로 구현된 스위칭부, 상기 스위칭부의 스위칭소자를 동작시키기 위한 스위칭신호를 출력하는 인버터구동부, 상기 브러시레스 모타의 회전자 위치정보에 의거하여 상기 인버터구동부로부터 출력되는 스위칭신호의 타이밍을 결정하는 제어부, 상기 전원부로부터 전원을 공급받아 필요한 크기의 전원으로 변환하여 상기 제어부 및 상기 인버터구동부에 구동전원을 공급하는 전원장치, 상기 전원부로부터 상기 브러시레스 모타로 공급되는 전원을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 시동스위치, 상기 시동스위치의 동작과 관계없이 상기 전원부로부터 상기 전원장치로 전원공급을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 스위치1, 상기 전원장치에서 상기 인버터장치로 공급되는 전원을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 스위치2로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 고안에 따른 전동 지게차의 시동장치를 보인 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 동력원인 브러시레스 모타(15)가 마련되고, 브러시레스 모타(15)의 회전자(14)를 회전시킬 목적으로 고정자 코일(13)이 마련된다. 상기 고정자 코일(13)은 인버터(16)의 스위칭동작에 의해서 전원을 공급받고, 다수개의 스위칭소자(Tr1-Tr6)로 구현된 상기 인버터(16)의 스위칭동작을 제어하기 위한 제어부(19)가 마련된다. 상기 인버터(16)는 인버터구동부(17) 및 스위칭부(18)로 이루어지며, 상기 제어부(19)는 상기 회전자(14)의 위치정보에 의거하여 상기 스위칭부(18)의 스위칭소자(Tr1-Tr6)를 동작시킬 지령을 만들어낸다. 또한, 상기제어부(19) 및 인버터구동부(17)를 동작시키기 위해 필요한 전압과 전류를 공급하기 위한 전원장치(20)가 배터리(B11)의 전원단과 병렬로 결선되어 마련되고, 상기 배터리(B11)와 상기 전원장치(20) 및 브러시레스 모타(15)를 포함하는 부하간에는 시동스위치(S/W11)가 마련되어 필요에 따라 부하로 공급되는 전원을 제한 할 수 있다. 또한, 상기 시동스위치(S/W11)의 동작에 관계없이 상기 전원장치(20)로 전원을 공급받을 수 있도록 병렬회로가 구성되며 상기 병렬회로를 개폐하기 위한 릴레이스위치RL1가 마련되며, 상기 전원장치(20)와 상기 인버터구동부(17)간에도 릴레이스위치RL2가 마련된다. 그리고 상기 배터리(B11)로부터 출력되는 초기전원의 리플현상을 억제하기 위한 콘덴서(C11)가 상기 배터리(B11)의 출력단에 대하여 병렬결선된다.
전술한 구성부중 상기 브러시레스 모타(15)에는 회전자(14)의 위치정보를 검출하기 위한 위치검출기(12)가 마련되며, 이러한 위치검출기(12)는 홀소자 및 광엔코더 등을 이용한다. 또한, 도시된 바와 같이, 회전자(14)가 4극인 경우 그 슬롯수는 24, 48등 그 슬롯수가 많은 것이 바람직하다.
또한, 인버터(16)는 전술한 바와 같이, 인버터구동부(17) 및 스위칭부(18)로 이루어지며 상기 인버터구동부(17)는 그 구동전원을 전원장치(20)로부터 공급받고, 구동신호는 제어부(19)로부터 출력 받는다. 그리고 상기 스위칭부(18)는 6개의 스위칭소자(Tr1-Tr6)로 구성되며, 각각은 상기 인버터구동부(17)의 출력단으로부터 스위칭신호를 인가받는다. 미도시된 스위칭소자의 타입 및 결선은 이미 공지된 기술에 의하여 제안되어 있다. 그리고 상기 전원장치(20)로부터 상기인버터구동부(17)로 공급되는 전원단에는 제어부(19)에 의하여 그 개폐동작이 제어되는 릴레이스위치RL2가 결선되는데, 상기 릴레이스위치RL2는 상기 제어부(19)로부터 제어신호 인가시 회로를 개방시킨다.
또한, 상기 전원장치(power supply unit:P/S)(20)는 상기 제어부(19) 및 상기 인버터구동부(17)를 구동시키기 위해 필요한 전압과 전류를 공급하는 장치로, 이는 전원공급원인 배터리(B11)와 결선되어 있다. 그리고 상기 배터리(B11)로부터 공급되는 전원을 상기 전원장치(20)로 인가하여 전동 지게차를 구동시키기 위한 시동스위치(S/W11)가 마련되며, 상기 시동스위치(S/W11)와 관계없이 상기 전원장치(20)에 전원을 공급할 수 있는 회로가 구성되는데, 이는 상기 배터리(B11)로부터 상기 전원장치(20)로 공급되는 전원단에 릴레이스위치RL1가 마련된다. 상기 릴레이스위치RL1은 평상시 개방상태를 유지하다가 제어부(19)의 제어신호에 의하여 회로를 닫는다.
또한, 상기 배터리(B11)의 출력단에는 콘덴서C11가 병렬로 결선되어, 배터리(B11)에서 출력되는 전원이 안정적으로 부하단(전원장치(20), 브러시레스 모타(15) 등)에 공급될 수 있도록 한다.
이하, 전술한 구성부를 갖는 전동 지게차의 동작상태를 설명하고자 한다.
본 고안에 따른 전동 지게차의 시동장치는 시동 스위치(S/W11)의 온동작과 동시에 상기 전원장치(20)에 전원이 공급된다. 상기 전원장치(20)는 배터리(B11)로부터 공급된 전원을 제어부(19) 및 인버터구동부(17)가 안정적으로 동작될 수 있도록 전압 및 전류의 크기를 변환하여 공급한다. 이에 따라 전원이 공급된제어부(19)는 위치검출기(12)로부터 회전자(14)의 위치정보를 읽어들여 인버터구동부(17)를 제어하기 위한 지령을 만들어낸다. 즉, 회전자(14)의 위치정보에 의거하여 U상, V상, W상에 전류를 공급하기 위한 순서 및 그 타이밍을 결정하다.
일례로 상기 제어부(19)에서 만들어진 지령에 의거하여 상기 인버터구동부(17)로부터 트랜지스터 Tr1과 Tr4에 스위칭신호가 인가되면 상기 트랜지스터Tr1과 Tr4가 스위칭 동작된다. 이에 따라, 배터리(B11)에서 공급되는 전류는 U상을 통하여 V상으로 흐르게 되며, 회전자(14)에 회전토크를 발생시킨다. 이후 상기 제어부(19)는 상기 회전자(14)의 위치검출기(12)로부터 읽어들인 회전자(14)의 위치정보에 의거하여 트랜지스터 Tr3와 Tr6의 스위칭 타이밍을 결정하여 상기 인버터구동부(17)에 지령을 내린다. 이에 따라 상기 트랜지스터 Tr3와 Tr6가 스위칭 동작되어 상기 배터리(B11)에서 공급되는 전류는 V상을 통하여 W상으로 흐르게 되며, 회전자(14)에 회전토크를 발생시키된다. 또한, 상기 제어부(19)는 상기 위치검출기(12)로부터 검출된 회전자(14)의 위치정보에 의거하여 트랜지스터 Tr5와 Tr2의 스위칭 타이밍을 결정하여 상기 인버터구동부(17)에 지령을 내린다. 이에 따라 상기 트랜지스터 Tr5와 Tr2가 스위칭동작되어 상기 배터리(B11)로부터 공급되는 전류는 W상을 통하여 U상으로 흐르게 되며, 회전자(14)에 회전토크를 발생시키게 된다.
따라서, 상기 제어부(19)는 위치검출기(12)로부터 회전자(14)의 위치정보를 읽어들여 상기 인버터구동부(19)에 지령을 내림으로서 브러시레스 모타(15)를 계속적으로 운전시킬 수 있게된다.
이후, 전동 지게차의 운전을 정지시킬 목적으로 시동스위치(S/W11)를 오프동작시키면 회로가 개방되어 배터리(B11)로부터의 전원공급이 차단된다. 이때 상기 시동스위치(S/W11)가 오프동작되면 그 신호가 상기 제어부(19)에 인가되도록 회로가 구성되었는바, 상기 제어부(19)는 시동스위치(S/W)로부터 오프신호가 인가되면 상기 배터리(B11)로부터 상기 전원장치(20)로의 전원공급선에 마련된 릴레이스위치RL1을 닫아 상기 시동스위치(S/W11)가 오프된 상태에서도 계속적으로 전원공급이 이루어지도록 한다. 즉, 브러시레스 모타(15)를 구동시키기 위한 메인전원은 차단되었으나, 전원장치(20)로부터 전원을 공급받는 제어부(19) 및 인버터구동부(17)로의 전원은 계속적으로 공급되는 것을 뜻한다.
또한, 종래 문제점으로 제시된 시동스위치(S/W11)의 오프동작시 콘덴서(C11)의 방전 전류에 의한 제어부(19) 및 스위칭소자(Tr1-Tr6)의 이상동작은 본 고안에 의해서 전원장치(20)로의 계속적인 전원공급으로 인하여 해소되는데, 이는 다음과 같다. 상기 시동스위치(S/W11)가 오프동작되면 콘덴서(C11)의 방전이 이루어져 상기 전원장치(20)로 전원이 공급된다. 또한, 시동스위치(S/W11)의 오프동작으로 인하여 그 신호가 제어부(19)에 인가되면, 상기 제어부(19)는 릴레이스위치RL1를 동작시켜 상기 배터리(B11)로부터 상기 전원장치(20)로의 전원공급이 이루어지게 한다. 따라서, 상기 콘덴서(C11)의 방전전류가 소멸되더라도 상기 전원장치(20)는 계속적으로 전원을 공급받으므로서 상기 콘덴서(C11)로부터의 방전전류 소멸시 전술한 바와 같은 상기 제어부(19) 및 상기 스위칭부(18)에서 나타나는 문제점은 해결할 수 있게된다.
또한, 상기 전원장치(20)로부터 전원을 공급받아 동작되는 제어부(19)는 상기 회전자(14)의 위치정보에 의거하여 상기 인버터구동부(17)에 지령을 내림으로서 상기 스위칭부(18)의 스위칭소자(Tr1-Tr6)가 안정적인 영역에서 스위칭동작되도록 제어하고, 이후 상기 전원장치(20)에서 상기 인버터구동부(17)로 전원을 공급하기 위한 선단에 마련된 릴레이스위치RL2를 동작시켜 회로를 개방시킴으로서 상기 인버터구동부(17)를 안정적으로 정지시킨다.
이후, 상기 제어부(19)는 마지막으로 상기 배터리(B11)에서 상기 전원장치(20)로 전원을 공급하기 위한 선로에 마련된 릴레이스위치RL1을 동작시켜 회로를 개방시킴으로서 전동 지게차의 전원을 완전히 오프시켜 지게차의 운전을 정지시킨다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 의하면 전동 지게차의 시동스위치를 오프동작시켰을 때 콘덴서의 방전전류로 인하여 제어부 및 인버터구동부가 동작되고, 특히 방전전류의 소멸시 제어부 및 인버터구동부의 예측불가한 동작으로 인하여 스위칭소자가 동작되어 쇼트되는 등의 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 시동스위치의 오프동작시 브러시레스 모타로 공급되는 메인전원을 차단한 상태에서 브러시레스 모타를 제어하기 위한 제어부 및 인버터구동부에 계속적으로 전원이 공급되도록 하여 회전자의 위치정보에 의하여 스위칭부를 안정적으로 동작시키고, 회전자가 정지상태에 이르면 제어부 및 인버터구동부의 전원을 차단시킴으로서 스위칭소자가 오동작되어 소손되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 직류전원을 공급하는 전원부, 상기 전원부의 출력단과 병렬결선되며 출력전류의 크기를 안정화시키기 위한 콘덴서, 상기 전원부로부터 공급되는 직류전원을 교류전원으로 변환하여 브러시레스 모타에 인가하기 위한 다수개의 스위칭소자로 구현된 스위칭부, 상기 스위칭부의 스위칭소자를 동작시키기 위한 스위칭신호를 출력하는 인버터구동부, 상기 브러시레스 모타의 회전자 위치정보에 의거하여 상기 인버터구동부로부터 출력되는 스위칭신호의 타이밍을 결정하는 제어부, 상기 전원부로부터 전원을 공급받아 필요한 크기의 전원으로 변환하여 상기 제어부 및 상기 인버터구동부에 구동전원을 공급하는 전원장치, 상기 전원부로부터 상기 브러시레스 모타로 공급되는 전원을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 시동스위치, 상기 시동스위치의 동작과 관계없이 상기 전원부로부터 상기 전원장치로 전원공급을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 제1스위치, 상기 전원장치에서 상기 인버터장치로 공급되는 전원을 필요에 따라 온/오프 제어하기 위한 제2스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 전동 지게차의 시동장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 시동스위치의 오프동작시 그 신호를 인가받아 상기 제1스위치을 동작시켜 회로를 닫아 상기 전원부로부터 상기 전원장치로의 전원공급을 유지시키고, 상기 브러시레스 모타의 위치정보에 의거하여 상기 인버터구동부를 계속적으로 제어하여 상기 브러시레스 모타가 정지운전에 이르면 상기 제2스위치를 동작시켜 회로를 열어 상기 인버터구동부의 전원을 차단하고, 이어서 상기 제1스위치를 동작시켜 회로를 열어 상기 전원장치의 공급전원을 차단시키는 것을 특징으로 하는 전동 지게차의 시동장치.
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