KR20080107494A - 유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법 - Google Patents

유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법 Download PDF

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KR20080107494A
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안경관
윤주현
강종민
김재홍
송주영
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울산대학교 산학협력단
볼보 컨스트럭션 이키프먼트 홀딩 스웨덴 에이비
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Abstract

개시된 내용은, 유압펌프와 일체형으로 연결된 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 붐 또는 유압기기를 구동시키는 유압실린더에 공급되는 작동유를 제어하고, 부하가 가해진 유압실린더의 로드 하강시 위치에너지를 유압모터 및 발전기를 이용하여 전기에너지로 충전시켜 사용할 수 있도록한 것으로,
본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치는, 외부로부터 제어신호 입력에 따라 정,역방향으로 구동되는 전기모터와,
전기모터에 일체형으로 연결되며 양방향으로 구동되는 고정형 유압펌프와,
유압펌프의 작동유 이동통로에 설치되고, 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 유압펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 신축구동되는 유압실린더와,
작동유 이동통로와 유압탱크사이에 설치되고, 절환시 유압탱크로부터의 작동유를 유압펌프에 공급하거나, 유압실린더로부터의 작동유를 유압탱크로 귀환시키는 방향절환밸브와,
유압실린더에 설정된 압력이상의 부하압이 발생되어 유압실린더의 로드가 하강되는 경우 외부로부터의 제어신호 입력에 의해 내부 스풀이 절환되는 분기밸브와,
분기밸브를 통하여 유압실린더로부터 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터와,
유압모터에 축연결되는 발전기와,
유압모터 구동으로 발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환하는 컨버터와,
컨버터에 의해 변환되는 직류전류를 충전시키는 배터리와,
외부로부터 신호 입력에 따라 컨버터, 분기밸브 및 전기모터를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 메인 컨트롤러(ECU)를 포함하여,
유압실린더에 설정된 압력이상의 부하압이 가해져 유압실린더의 로드가 하강되는 경우, 분기밸브를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리에 충전시키는 것이다.
유압실린더, 위치에너지, 회생, 유압회로

Description

유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법{potential energy recovery apparatus of the hydraulic cylinder and method thereof}
도 1은 종래 기술에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치의 유압회로도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치의 유압회로도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치에서, 부하가 가해진 유압실린더의 로드 신장구동시의 사용상태도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치에서, 부하가 가해진 유압실린더의 로드 수축구동시의 사용상태도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치에서, 무부하 상태의 유압실린더의 로드 수축구동시의 사용상태도,
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생방법을 나타내는 흐름도이다.
*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명
50; 전기모터
51; 유압펌프
52,53; 작동유 이동통로
54; 유압실린더
55; 유압탱크
56; 방향절환밸브
57; 분기밸브
58; 유압모터
59; 발전기
60; 컨버터
61; 배터리
62; 메인 컨트롤러
63; 압력센서
64; 파일럿 체크밸브
65; 콘덴서
본 발명은 굴삭기 등과 같은 중장비, 유압 리프트 등에 있어서, 유압실린더의 구동을 유압펌프와 일체형으로 연결된 전기모터에 의해 제어하고, 부하가 작용된 유압실린더의 로드 수축구동시 위치에너지를 전기에너지로 회생시켜 사용할 수 있도록한 유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 유압펌프와 일체형으로 연결된 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 붐 또는 유압기기를 구동시키는 유압실린더에 공급되는 작동유를 제어하고, 부하가 가해진 유압실린더의 로드 하강시 위치에너지를 유압모터 및 발전기를 이용하여 전기에너지로 충전시켜 사용할 수 있도록한 유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유압시스템은 단위면적당 출력이 크고 과부하 방지가 쉽게 조정되며, 힘 조정이 용이하여 큰 힘이 요구되는 굴삭기, 크레인과 같은 건설중장비 등에 많이 사용된다. 반면에 유압시스템은 유압실린더 등의 액츄에이터에 작동유를 공급하는 유압펌프를 구동시키는 구동장치(엔진, 모터를 말함)에 의해 작업을 하지않는 경우에도 구동되므로 에너지 손실이 50%이상으로 알려지고 있다. 액츄에이터를 구동시키는 작업 에너지는 유압펌프 토출에너지를 "100"이라고 가정할 경우 최대 25%정도의 에너지 효율을 내고 있는 실정이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 유압실린더의 위치에너지 회생용 유압회로는, 엔진(31)에 연결되는 가변용량형 유압펌프(32)로부터 토출되는 작동유는 컨트롤밸브(33)를 통해 액츄에이터(44)(붐실린더(44a) 등)에 공급된다. 엔진(31)은 컨트롤러(35)로부터의 제어신호에 의해 조정된다. 엔진(31)에 장착되는 제1전동기(37)는 제1인버터(38) 및 컨트롤러(35)를 통해 배터리(39)에 접속된다.
컨트롤러(35)는 각종 조작레버(34) 및 센서(36)로부터 검출신호를 입력받는다. 상부선회체(42)는 감속기(43)을 통해 제2전동기(40)에 의해 선회가능하게 연결되고, 제2전동기(40)는 제2인버터(41) 및 컨트롤러(35)를 통해 배터리(39)에 접속된다.
붐실린더(44a)의 관로(45)는 유압모터(47)가 설치된 바이패스통로(46)가 설치되며, 유압모터(47)에 발전기(48)가 연결되며, 발전기(48)는 컨버터(49)를 통해 배터리(39)에 접속된다.
종래 기술의 위치에너지 회생용 유압회로는, 제1전동기(37)를 통해 회수되는 엔진(31)의 잉여 에너지를 포함하여, 제2전동기(40)를 통해 회수되는 상부선회체(42)의 관성에너지 및 발전기(48)를 통해 회수되는 붐실린더(44a)의 위치에너지는 모두 전기에너지로 변환하여 배터리(39)에 충전하도록 구성된다.
이로 인해 장비 구동시 발생되는 에너지를 회수하고 배터리(39)에 충전할 경우 각 전동기(37,40)나 발전기(48)가 대형화되는 문제점과, 대용량의 배터리(39) 등의 충전장치가 필요해지는 문제점을 갖는다.
본 발명의 실시예는, 전기모터의 회전방향과 속도에 따라 유압실린더에 공급되는 작동유 량을 제어하고, 부하가 작용된 유압실린더의 로드 수축구동시 유압모터와 발전기를 이용하여 위치에너지를 전기에너지로 회생시킴에 따라, 에너지를 절감하고 유압시스템의 효율을 향상시킬 수 있도록한 유압실린더용 위치에너지 회생 장치 및 회생방법과 관련된다.
본 발명의 실시예는, 유압실린더의 구동시에만 저용량의 전기모터 구동으로 작동유를 공급하므로 에너지를 효과적으로 절감하고, 유압회로를 구현하는 원가비용 및 유지비용을 절감할 수 있도록한 유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법과 관련된다.
본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치는, 외부로부터 제어신호 입력에 따라 정,역방향으로 구동되는 전기모터와,
전기모터에 일체형으로 연결되며 양방향으로 구동되는 고정형 유압펌프와,
유압펌프의 작동유 이동통로에 설치되고, 전기모터의 회전방향 및 속도에 따라 유압펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 신축구동되는 유압실린더와,
작동유 이동통로와 유압탱크사이에 설치되고, 절환시 유압탱크로부터의 작동유를 유압펌프에 공급하거나, 유압실린더로부터의 작동유를 유압탱크로 귀환시키는 방향절환밸브와,
유압실린더에 설정된 압력이상의 부하압이 발생되어 유압실린더의 로드가 하강되는 경우 외부로부터의 제어신호 입력에 의해 내부 스풀이 절환되는 분기밸브와,
분기밸브를 통하여 유압실린더로부터 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터와,
유압모터에 축연결되는 발전기와,
유압모터 구동으로 발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환하는 컨버터와,
컨버터에 의해 변환되는 직류전류를 충전시키는 배터리와,
외부로부터 신호 입력에 따라 컨버터, 분기밸브 및 전기모터를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 메인 컨트롤러(ECU)를 포함하여,
유압실린더에 설정된 압력이상의 부하압이 가해져 유압실린더의 로드가 하강되는 경우, 분기밸브를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리에 충전시키는 것이다.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 유압실린더의 라지챔버에 연결되는 작동유 이동통로에 설치되고, 유압실린더의 로드 하강시 귀환되는 작동유 압력을 검출하여 검출신호를 메인 컨트롤러에 출력하는 압력센서를 더 포함한다.
전술한 작동유 이동통로에 설치되고 전기모터 및 유압펌프의 작동 정지시 작동유 역류되는 것을 방지하는 파일럿 체크밸브를 더 포함한다.
전술한 컨버터에 접속되고, 컨버터로부터 배터리에 대해 과잉 충전 또는 방전으로 인한 열화되는 것을 방지하는 콘덴서를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생방법은, 운전자에 의 해 유압실린더(54)를 구동시키기 위하여 조이스틱(66) 조작에 따른 조작신호를 입력하는 제1단계(S100)와,
유압실린더(54)의 로드 하강 유무를 판단하는 제2단계(S200)와,
제2단계(S200)에서 유압실린더(54)의 로드 하강시 유압실린더(54)의 라지챔버(54a)측에 발생되는 작동압력과, 유압실린더(5$)용 위치에너지 회생을 위한 설정된 기준압력을 비교하는 제3단계(S300)와,
기준압력값이 작동압력값보다 작은 경우, 분기밸브(57)에 스풀 절환용 제어신호를 출력하는 제4단계(S400)와,
유압실린더(5$)로부터 절환된 분기밸브(57)를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터(58) 및 발전기(59)를 구동시키는 제5단계(S500)와,
발전기(59)에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리(61)에 충전시키는 제6단계(S600)와,
제2단계(S200)에서 유압실린더(54)의 로드가 하강되지않은 경우, 유압실린더(54)의 로드 상승 유무를 판단하여 유압실린더(54)의 로드가 상승되지않은 경우 종료되고, 유압실린더(54)의 로드가 상승되는 경우 전기모터(50)를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 제7단계(S700)와,
전기모터(50) 구동으로 작동되는 유압펌프(51)로부터의 작동유를 유압실린더(54)에 공급하는 제8단계(S800)를 포함하여,
유압실린더(54)에 설정된 압력이상의 부하압이 가해져 유압실린더(54)의 로드가 하강되는 경우, 유압실린더(54)로부터 귀환되는 작동유에 의해 유압모터(58) 및 발전기(59)를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리(61)에 충전시키는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치는, 메인 컨트롤러(62)로부터 제어신호 입력에 따라 정,역방향으로 구동되는 전기모터(50)(DC모터)와,
전기모터(50)에 일체형으로 연결되며 양방향으로 구동되는 고정형 유압펌프(51)와,
유압펌프(50)의 작동유 이동통로(52,53)에 설치되고, 전기모터(50)의 회전방향 및 속도에 따라 유압펌프(51)로부터 토출되는 작동유에 의해 신축구동되는 유압실린더(54)와,
작동유 이동통로(52,53)와 유압탱크(55)사이에 설치되고, 작동유 이동통로(52,53)에 형성되는 작동유의 압력차(파일럿 신호압으로 작용함)에 의해 절환시 유압탱크(55)로부터의 작동유를 유압펌프(51)에 공급하거나, 유압실린더(54)로부터의 작동유를 유압탱크(55)로 귀환시키는 방향절환밸브(56)와,
작동유 이동통로(53)에 설치되고, 유압실린더(54)에 설정된 압력이상의 부하압이 발생되어 유압실린더(54)의 로드가 하강되는 경우, 메인 컨트롤러(62)로부터 전기적신호 입력에 의해 내부 스풀이 절환되는 분기밸브(57)와,
분기밸브(57)를 통하여 유압실린더(54)로부터 귀환되는 작동유에 의해 구동되는 유압모터(58)와,
유압모터(58)에 축연결되는 발전기(59)(generator)와,
유압모터(58)의 구동으로 발전기(59)에 의해 생성되는 전기에너지(교류전류)를 직류전류로 변환하는 컨버터(60)(converter)와,
컨버터(60)에 의해 변환되는 직류전류를 충전시키는 배터리(61)와,
외부로부터 신호 입력에 따라 컨버터(60), 분기밸브(57) 및 전기모터(50)를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 메인 컨트롤러(ECU)(62)를 포함하여,
유압실린더(54)에 설정된 압력이상의 부하압이 가해져 유압실린더(54)의 로드가 하강되는 경우, 분기밸브(57)를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터(58) 및 발전기(59)를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리(61)에 충전시키는 것이다.
이때 전술한 유압실린더(54)의 라지챔버(54a)에 연결되는 작동유 이동통로(53)에 설치되고, 유압실린더(54)의 로드 하강시 귀환되는 작동유 압력을 검출하여 검출신호를 메인 컨트롤러(62)에 출력하는 압력센서(63)를 더 포함한다.
전술한 작동유 이동통로(52,53)에 설치되고 전기모터(50) 및 유압펌프(51)의 작동 정지시 작동유 역류되는 것을 방지하는 파일럿 체크밸브(64)를 더 포함한다.
전술한 컨버터(60)에 접속되고, 컨버터(60)로부터 배터리(61)에 대해 과잉 충전 또는 방전으로 인한 열화되는 것을 방지하는 콘덴서(65)(condensor)를 더 포함한다.
도면중 미 설명부호 66은 유압실린더(54)를 구동시키도록 운전자에 의한 조작량에 대응되는 조작신호를 메인 컨트롤러(62)에 출력하는 조이스틱(joy stick)이고, 67은 유압회로에 설정된 압력이상의 과부하가 발생되는 경우 작동유를 유압탱크(55)로 귀환시켜 유압시스템의 해당부품을 보호하는 릴리프밸브이며, 68은 작동유 이동통로(52,53)에 발생되는 부하에 따라 유량을 조절할 수 있는 가변체크밸브이며, 70은 유압모터(58)로부터 유압실린더(54)에 작동유 역류되는 것을 방지하는 체크밸브이다.
이하에서, 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치의 사용예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치에서, 부하가 가해진 유압실린더의 로드 신장구동시의 사용상태도이다.
유압실린더(54)의 로드를 상승시키기 위하여 사용자에 의해 조이스틱(66)을 조작(도면상, 좌측방향으로 조작됨)함에 따른 전기적 조작신호가 메인 컨트롤러(62)에 입력된다. 이로 인해 유압실린더(54)의 라지챔버(54a)에 연결되는 작동유 이동통로(53)에 설치된 압력센서(63)에 메인 컨트롤러(62)로부터 전류가 인가되지 않는다.
메인 컨트롤러(62)로부터 컨버터(60)와 전기모터(50)에 제어신호가 각각 입력됨에 따라, 전기모터(50)에 전류가 공급되어 정방향(시계방향)으로 구동시켜 전기모터(50)와 일체형으로 연결된 고정형 유압펌프(51)를 구동시킨다.
이로 인해 유압펌프(51)로부터 토출되는 작동유가 작동유 이동통로(53)를 경유하여 유압실린더(54)의 라지챔버(54a)에 공급되므로 로드를 신장구동시킨다. 동시에 유압실린더(54)의 스몰챔버(54b)로부터 귀환되는 작동유는 작동유 이동통로(52)를 따라 이동되어 유압펌프(51)를 경유하여 라지챔버(54a)에 공급된다.
이때, 작동유 이동통로(53) 내부에 형성되는 작동압에 의해 작동유 이동통로(52)에 설치된 파일럿 체크밸브(64)를 개방시킨 상태이다.
한편, 전술한 유압실린더(54)의 라지챔버(54a)측과 스몰챔버(54b)측의 단면적 차이로 인해 부족한 작동유는, 작동유 이동통로(52,53) 내부의 압력차(파일럿 신호압으로 작용함)에 의해 방향절환밸브(56)가 도면상, 좌측방향으로 절환되므로, 유압탱크(55)의 작동유는 방향절환밸브(56)를 경유하여 유압펌프(51)에 공급되어 보충된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치에서, 설정된 압력이상의 부하압력이 가해진 유압실린더의 로드 수축구동시의 사용상태도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생방법을 나타내 는 흐름도이다.
사용자에 의해 유압실린더(54)의 로드를 하강시키기 위하여 조이스틱(66) 조작(도면상, 우측방향으로 조작됨)에 따른 조작신호를 메인 컨트롤러(62)에 입력한다(S100 참조). 작동유 이동통로(53)에 설치된 압력센서(63)에 의해 검출되는 작동압력의 전기적 검출신호가 메인 컨트롤러(62)에 입력된다.
조이스틱(66) 조작시 입력되는 조작신호에 따라 메인 컨트롤러(62)에서는 유압실린더(54)의 로드 하강 유무를 판단한다(S200 참조). 유압실린더(54)의 로드가 하강되는 경우 다음단계(S300)로 진행하고, 유압실린더(54)의 로드가 하강되지않는 경우에는 S700으로 진행한다.
제2단계(S200)에서 유압실린더(54)의 로드가 하강되는 것으로 판단된 경우, 압력센서(63)에 의해 유압실린더(54)의 라지챔버(54a)측에서 검출되는 작동압력(Psensor)값과, 유압실린더(54)용 위치에너지 회생을 위하여 미리 설정된 기준압력(Pref)값을 비교한다(S300 참조).
라지챔버(54a)측 작동압력이 설정된 기준압력보다 상대적으로 큰 경우 다음단계(S400)로 진행하고, 반대로 라지챔버(54a)측 작동압력값이 기준압력값보다 상대적으로 작은 경우에는 S800으로 진행한다.
제2단계(S200)에 의해 유압실린더(54)의 로드가 하강되고, 제3단계(S300)에 의해 미리 설정된 기준압력값이 라지챔버(54a)측 작동압력값보다 상대적으로 작은 경우, 분기밸브(57)에 제어신호를 출력하여 내부 스풀을 도면상, 좌측방향으로 절환시킨다(S400 참조).
유압실린더(54)의 라지챔버(54a)로부터 귀환되어 절환된 분기밸브(57)를 경유하여 공급되는 작동유에 의해 유압모터(58)를 구동시킨다. 이로 인해 유압모터(58)에 축연결된 발전기(59)가 구동된다(S500 참조).
이때 메인 컨트롤러(62)로부터 출력되는 제어신호에 의해 전기모터(50)를 도면상, 반시계방향으로 구동시킴에 따라, 고정형 유압펌프(51)로부터 토출되는 작동유는 작동유 이동통로(52)를 경유하여 유압실린더(54)의 스몰챔버(54b)에 공급된다. 스몰챔버(54b)에 연결되는 작동유 이동통로(52)에 형성되는 압력으로 인해 방향절환밸브(56)가 도면상, 우측방향으로 절환되므로, 유압탱크(55)의 작동유는 방향절환밸브(56)를 경유하여 유압펌프(51)로 공급되어 보충된다.
이때 전기모터(50)에 외부부하가 작용하게 되어 전기모터(50)는 저용량의 전류로서 회전될 수 있다.
유압모터(58)의 구동시, 발전기(59) 구동에 의해 생성되는 교류전류의 전기에너지를 컨버터(60)에 의해 직류전류로 변환한다. 컨버터(60)에 의해 변환되는 직류전류 일부는 전기모터(50)에 직접 공급되거나, 직류전류 일부는 배터리(61)에 충전되며, S200으로 진행된다(S600 참조).
전술한 발전기(59)에 의해 생성되는 교류전류를 컨버터(60)에 의해 직류전류로 변환시, 설정된 전류치를 초과하는 경우 콘덴서(65)에 의해 차단되므로 전류의 안정화가 이루어진다.
제2단계(S200)에서 유압실린더(54)의 로드가 하강되지않은 경우, 유압실린더(54)의 로드 상승 유무를 판단한다(S700 참조). 즉 유압실린더(54)의 로드가 상승되지않은 경우(중립상태인 경우) 종료되고, 유압실린더(54)의 로드가 상승되는 경우 다음단계(S800)로 진행한다.
제7단계(S700)에 의해 유압실린더(54)의 로드가 하강되지않고 상승되는 것으로 판단된 경우 전기모터(50)에 제어신호를 출력하여 구동시킨다. 전기모터(50)의 구동으로 작동되는 유압펌프(51)로부터 토출되는 작동유를 유압실린더(54)의 라지챔버(54a)에 공급하며, S200으로 진행된다(S800 참조).
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치에서, 무부하 상태의 유압실린더의 로드 수축구동시의 사용상태도이다.
유압실린더(54)의 로드를 하강시키기 위하여 사용자에 의해 조이스틱(66)을 조작(도면상, 우측방향으로 조작됨)함에 따른 전기적 조작신호가 메인 컨트롤러(62)에 입력된다. 이때 작동유 이동통로(53)에 설치된 압력센서(63)에 의해 검출되는 라지챔버(54a)측 작동압력값이 미리 설정된 기준압력값보다 작은 경우(유압실 린더(54)의 무부하 상태), 메인 컨트롤러(62)는 유압실린더(54)가 무부하상태로 하강되는 것으로 판단하여 분기밸브(57)에 절환용 제어신호를 인가하지 않는다.
메인 컨트롤러(62)로부터 전기모터(50) 및 컨버터(60)에 제어신호가 각각 입력됨에 따라, 전기모터(50)에 전류가 공급되어 역방향(반시계방향)으로 구동되므로 전기모터(50)와 일체형으로 연결된 고정형 유압펌프(51)를 구동시킨다. 이로 인해 유압펌프(51)로부터 토출되는 작동유는 작동유 이동통로(52)를 경유하여 유압실린더(54)의 스몰챔버(54b)에 공급되어 로드를 수축구동시킨다.
유압실린더(54)의 라지챔버(54a)로부터 귀환되는 작동유 일부는 작동유 이동통로(53)를 따라 유압펌프(51)를 통과하여 스몰챔버(54b)로 직접 공급된다. 이때 작동유 이동통로(52)에 형성되는 작동유의 압력에 의해 작동유 이동통로(53)에 설치된 파일럿 체크밸브(64)를 개방시킨 상태이다.
한편, 스몰챔버(54b)에 연결되는 작동유 이동통로(52) 내부의 압력이 라지챔버(54a)에 연결되는 작동유 이동통로(53) 내부의 압력보다 상대적으로 높아 방향절환밸브(56)가 도면상, 우측방향으로 절환된다. 이로 인해 유압실린더(54)의 라지챔버(54a)로부터 귀환되는 작동유 일부는 방향절환밸브(56)를 경유하여 유압탱크(55)로 귀환된다.
본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법은 굴삭기의 붐실린더, 휠로우더의 버킷실린더, 지게차의 포크 등과 같은 건설중장비, 생산공정의 유압리프트, 차량용 유압리프트 등에 적용시켜 사용할 수 있음은 물론 이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 유압실린더용 위치에너지 회생장치 및 회생방법은 아래와 같은 이점을 갖는다.
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 높일수 있다.
또한, 유압실린더의 구동시에만 저용량의 전기모터 구동으로 작동유를 공급하므로 에너지 손실되는 것을 줄일 수 있고, 유압회로를 구현하는 원가비용 및 유지비용을 절감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 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 토출되는 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 컨트롤러(ECU)를 포함하여,
    상기 유압실린더에 설정된 압력이상의 부하압이 가해져 유압실린더의 로드가 하강되는 경우, 상기 분기밸브를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리에 충전시키는 것을 특징으로 하는 유압실린더용 위치에너지 회생장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유압실린더의 라지챔버에 연결되는 작동유 이동통로에 설치되고, 유압실린더의 로드 하강시 귀환되는 작동유 압력을 검출하여 검출신호를 상기 메인 컨트롤러에 출력하는 압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압실린더용 위치에너지 회생장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 작동유 이동통로에 설치되고 상기 전기모터 및 유압펌프의 작동 정지시 작동유 역류되는 것을 방지하는 파일럿 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압실린더용 위치에너지 회생장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 컨버터에 접속되고, 컨버터로부터 배터리에 대해 과잉 충전 또는 방전으로 인해 열화되는 것을 방지하는 콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유압실린더용 위치에너지 회생장치.
  5. 운전자에 의해 유압실린더를 구동시키기 위하여 조이스틱 조작에 따른 조작 신호를 입력하는 제1단계;
    유압실린더의 로드 하강 유무를 판단하는 제2단계;
    상기 제2단계에서 유압실린더의 로드 하강시 유압실린더의 라지챔버측에 발생되는 작동압력과, 유압실린더용 위치에너지 회생을 위한 설정된 기준압력을 비교하는 제3단계;
    상기 기준압력값이 작동압력값보다 작은 경우, 분기밸브에 스풀 절환용 제어신호를 출력하는 제4단계;
    상기 유압실린더로부터 절환된 분기밸브를 경유하여 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시키는 제5단계;
    상기 발전기에 의해 생성되는 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리에 충전시키는 제6단계;
    상기 제2단계에서 유압실린더의 로드가 하강되지않은 경우, 유압실린더의 로드 상승 유무를 판단하여 유압실린더의 로드가 상승되지않은 경우 종료되고, 유압실린더의 로드가 상승되는 경우 전기모터를 구동시키도록 제어신호를 출력하는 제7단계; 및
    상기 전기모터 구동으로 작동되는 유압펌프로부터의 작동유를 상기 유압실린더에 공급하는 제8단계를 포함하여,
    상기 유압실린더에 부하압이 가해진 상태에서 유압실린더의 로드 하강시 유압실린더로부터 귀환되는 작동유에 의해 유압모터 및 발전기를 구동시켜 전기에너지를 생성하고, 전기에너지를 직류전류로 변환하여 배터리에 충전시키는 것을 특징 으로 하는 유압실린더용 위치에너지 회생방법.
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