KR20090068839A - 건설기계의 케이블 릴장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 케이블(3)을 통해 전송된 전기에너지로 구동되는 건설 기계의 케이블 릴장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 케이블 릴장치는 릴 프레임(10); 및 상기 릴 프레임(10)에 회전가능하게 설치되며, 회전 방향에 따라 외주면에 상기 케이블(3)이 권취되거나 풀리는 드럼 유닛(20)을 포함하며, 상기 드럼 유닛(20)의 내부에는 상기 드럼 유닛(20) 외부의 냉각 유체가 유출입되어 상기 드럼 유닛(20)을 냉각시킬 수 있도록 냉각 유로(21)가 형성된 것을 특징으로 한다.
전동, 건설 기계, 케이블, 릴, 냉각

Description

건설기계의 케이블 릴장치{POWER CABLE REEL APPARATUS FOR CONSTRUCTION MACHINERY USING ELECTRIC POWER}
본 발명은 전기 에너지로 구동되는 건설기계에 관한 것으로서, 특히 외부로부터 건설 기계에 전원을 공급하기 위한 케이블을 권취하는 건설 기계의 케이블 릴장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전동 굴삭기, 전동 휠로더 등의 전동 건설기계는 전동모터를 구비한다. 이러한 전동모터는 배기가스를 배출하는 내연기관 대신 사용되거나, 내연기관과 선택적인 사용이 가능하도록 함께 건설기계에 설치되어, 건설기계를 이동시키는 것뿐만 아니라, 해당 건설기계의 작동기를 구동시킨다. 상기 전동모터는 외부전원을 전원으로 사용하는 것이 일반적이며, 이러한 외부전원은 케이블을 통해 건설 기계에 공급되며, 상기 케이블은 건설 기계에 마련된 케이블 릴장치에 권취된다.
한편, 외부 전원의 전류가 케이블를 통해 흐르면 케이블의 저항 성분에 의해 열이 발생하게 된다. 이러한 열은 릴 장치에 전도되어 외부로 방출되거나 외기와의 대류 현상에 의해 외부로 직접 방출된다. 일반적인 케이블은 허용 전류가 정해져 있으며, 허용 전류 이하의 전류가 흐르는 경우에는 적은 열이 발생하여 케이블에 영향을 미치지 않는다. 그러나 허용 전류 이상의 전류가 케이블을 통해서 흐르는 경우 케이블의 열 발생량은 기하 급수적으로 증가하게 된다. 또한, 발생되는 열로 인해 케이블의 온도가 상승하면, 케이블의 저항이 증가하여 더욱 높은 열을 발생하게 된다.
이와 같이 케이블은 건설 기계를 구동시키는데 충분한 전류량을 확보할 수 있도록 그 허용 전류가 설정되나, 태양의 직사광 등 다양한 외부 요인에 의해 케이블의 온도가 상승할 수 있고, 이에 의해 저항이 점차 증가하여 허용 전류 이하의 전류가 흐르는 경우에도 열발생량이 기하급수적으로 증가할 수 있다.
물론, 모든 외부 요인을 고려하여 케이블을 설계할 수 있으나, 이러한 경우 케이블의 사이즈가 커지고 케이블을 권취하기 위한 릴장치의 사이즈가 커져서 건설 기계의 중량이 증가할 뿐만 아니라 원가를 상승시키게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 안출된 것으로서, 케이블로부터 발생되는 열을 효율적으로 방출하여 소형화가 가능한 건설 기계의 케이블 릴장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설 기계의 케이블 릴장치는 케이블(3)을 통해 전송된 전기에너지로 구동되는 건설 기계에 적용되는 것으로서, 릴 프레임(10); 및 상기 릴 프레임(10)에 회전가능하게 설치되며, 회전 방향에 따라 외주면에 상기 케이블(3)이 권취되거나 풀리는 드럼 유닛(20)을 포함하며, 상기 드럼 유닛(20)의 내부에는 상기 드럼 유닛(20) 외부의 냉각 유체가 유출입되어 상기 드럼 유닛(20)을 냉각시킬 수 있도록 냉각 유로(21)가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 드럼 유닛(20)은 상기 릴 프레임(10)에 회전 가능하게 지지되는 샤프트(30); 외주면에 상기 케이블(3)이 권취되는 드럼 몸체(40); 내측이 상기 샤프트(30)의 일측에 설치되며, 외측은 상기 드럼 몸체(40)의 일측에 설치되는 제 1 측면커버(50); 내측이 상기 샤프트(30)의 타측에 설치되고, 외측은 상기 드럼 몸체(40)의 타측에 설치되는 제 2 측면커버(60); 및 상기 샤프트(30)의 타측 끝단을 덮도록 상기 제 2 측면커버(60)에 나사 결합 등의 결합 방법으로 설치되는 지지커버(70)를 포함하며, 상기 냉각 유로(21)는, 상기 샤프트(30) 의 일측에 형성된 유입 유로(31); 상기 유입 유로(31)와 연통되게 상기 제 1 측면커버(50)의 내측에 형성된 제 1 측면유로(51); 상기 제 1 측면유로(51)와 연통되도록 상기 드럼 몸체(40)의 일측면으로부터 타측면으로 관통되게 형성되며, 원주방향으로 일정간격 이격되게 배치된 복수의 메인 유로(42); 상기 복수의 메인 유로(42)와 연통되게 상기 제 2 측면커버(60)의 내부에 형성되는 제 2 측면유로(61); 및 상기 제 2 측면유로(61)와 연통되게 상기 샤프트(30)와 상기 지지커버(70)의 사이에 형성되는 배출 유로(71)를 포함한다.
또한, 상기 드럼 유닛(20)의 외주면에는 상기 케이블(3)의 외주면에 대응하는 형상의 접촉홈(41)이 형성될 수 있으며, 상기 냉각 유로(21)의 유입 유로(31)는 냉각 장치의 증발기(82) 상류측 냉매라인(83)과 연결되고, 상기 냉각 유로(21)의 배출 유로(71)는 상기 증발기(82)의 하류측 냉매라인(84)에 연결될 수 있다.
이상에서 설명한 과제해결수단에 의하면, 드럼 유닛에 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로가 형성되어 드럼 유닛에 권취된 케이블을 효율적으로 냉각시킬 수 있고 이에 의해 케이블 릴장치의 신뢰성이 향상될 뿐만 아니라 릴장치를 소형화할 수 있고 원가를 절감할 수 있다.
또한, 케이블의 외주면에 대응하는 접촉홈에 의해 케이블로부터 발생되는 열을 드럼 유닛에 더욱 효율적으로 전달할 수 있어 케이블의 냉각 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 복수의 메인 유로가 드럼 몸체의 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치되어 드럼 몸체를 균일하게 냉각시킬 수 있고 이에 의해 케이블을 더욱더 효율적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
한편, 기존의 건설 기계에 장착되는 냉각 장치의 냉매를 이용하여 릴장치를 냉각시킴으로써 간단한 구조로 최대의 냉각효과를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 케이블 릴장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 릴장치(4)는 건설 기계의 캐빈(1) 일측 커버(2)상에 배치되며, 상기 릴장치(4)에 권취된 케이블(3)은 상기 커버(2) 내부에 마련된 전동 모터와 전기적으로 연결된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 릴장치는 상기 커버(2) 또는 상기 커버(2)의 내부의 메인 프레임에 설치되는 릴 프레임(10)과, 상기 릴 프레임(10)에 회전가능하게 설치되는 드럼 유닛(20)을 포함한다.
상기 릴 프레임(10)은 상기 드럼 유닛(20)을 지지하기 위한 것으로서, 상호 이격되게 마련된 수직부(11)를 포함하며, 상기 한 쌍의 수직부(11)의 사이에 상기 드럼 유닛(20)이 회전가능하게 설치된다. 보다 구체적으로, 상기 드럼 유닛(20)은 베어링(12)(13)을 매개로 상기 수직부(11)에 회전가능하게 지지된다. 미 도시되었으나, 상기 릴 프레임(10)에는 상기 드럼 유닛(20)을 구동시키기 위한 고정자가 마련될 수 있고, 상기 드럼 유닛(20)에는 회전자가 마련되어 상기 드럼 유닛(20)을 회전 구동시키는 구조를 가질 수도 있다. 또한, 상기 드럼 유닛(20)은 별도의 구동 모터와 기어 등의 동력 전달 수단에 의해 연결되어 회전 구동될 수도 있다.
상기 드럼 유닛(20)은 상기 케이블(3)을 권취하거나 풀기 위한 것으로서, 그 내부에는 상기 드럼 유닛(20)을 냉각시키기 위한 냉각 유로(21)가 형성된다. 이러한 상기 드럼 유닛(20)은 샤프트(30)와, 드럼 몸체(40)와, 제 1 측면커버(50)와, 제 2 측면커버(60) 및 지지커버(70)를 포함한다.
상기 샤프트(30)는 그 일측이 릴 프레임(10)에 베어링(12)에 의해 지지되고, 타측은 상기 지지커버(70)를 매개로 상기 릴 프레임(10)에 베어링(12)을 매개로 회전가능하게 지지된다. 상기 샤프트(30)의 일측에는 냉각 유체가 유입되는 유입 유로(31)가 형성된다. 상기 유입 유로(31)는 상기 샤프트(30)의 일단으로부터 길이방향으로 형성된 유입구(31a)와, 상기 유입구(31a)로부터 상기 샤프트(30)의 외부로 관통형성된 유입공(31b)을 포함한다. 상기 유입공(31b)은 복수개가 상기 샤프트(30)의 원주방향으로 일정간격 이격되게 형성된다. 한편, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(30)의 타측에는 반경 방향으로 함몰된 복수의 유로홈(32)이 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 형성된다. 상기 복수의 유로홈(42)은 상기 지지커버(70)와 협력하여 배출 유로(71)를 형성한다. 또한, 상기 샤프트(30)에는 상기 제 1 측면커버(50) 및 제 2 측면커버(60)와의 기밀을 유지하기 위한 오링(36a)(36b)(36c)이 장착되는 오링장착홈(33)(34)(35)이 형성된다.
상기 드럼 몸체(40)는 그 외주면에 상기 케이블(3)의 외주면에 대응하는 형상의 접촉홈(41)이 형성된다. 상기 접촉홈(41)은 상기 케이블(3)이 권취되는 위치를 안내하여 상기 드럼 몸체(40)에 케이블(3)을 정렬되게 권취시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 드럼 몸체(40)와 상기 케이블(3)의 접촉면적을 향상시켜 상기 케이블(3)로부터 발생하는 열을 상기 드럼 몸체(40)에 더욱 효율적으로 전달할 수 있게 된다.
한편, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 드럼 몸체(40)에는 일 측면에서 타측면으로 관통되는 다수의 메인 유로(42)가 형성된다. 상기 다수의 메인 유로(42)는 각 측면의 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치된다. 이와 같이 복수의 메인 유로(42)가 원주 방향으로 일정 간격 이격되게 배치됨으로써, 드럼 몸체(40)를 균일하게 냉각시킬 수 있고 이에 의해 케이블(3)로부터 발생되는 열을 더욱 효율적으로 방출할 수 있다. 상기 드럼 몸체(40)에는 케이블(3)의 이탈을 방지하기 위한 이탈방지레일(87)이 마련된다.
상기 제 1 측면커버(50)는 그 내측이 상기 샤프트(30)의 일측에 압입 등의 방법으로 고정되게 설치되며, 그 외측은 볼트 등의 체결 수단(S)에 의해 상기 드럼 몸체(40)의 일측면에 고정되게 설치된다. 이러한 제 1 측면커버(50)는 제 1 내측커버(50a)와 제 1 외측커버(50b)를 포함한다. 상기 제 1 내측커버(50a)와 상기 제 1 외측커버(50b)는 일정간격 이격되게 상기 드럼 몸체(40) 및 상기 샤프트(30)에 설치되어, 그 사이에는 제 1 측면유로(51)가 형성된다. 상기 제 1 측면유로(51)는 상기 샤프트(30)의 유입 유로(31) 및 상기 드럼 몸체(40)의 메인 유로(42)와 연통된다. 이에 의해 상기 유입구(31a)를 통해 유입된 냉각 유체는 유입공(31b)과 상기 제 1 측면유로(51)를 통해 메인 유로(42)로 공급된다. 한편, 상기 제 1 내측커버(50a) 및 상기 제 1 외측커버(50b)와 상기 샤프트(30)의 사이에는 오 링(36a)(36b)이 개재되어 상기 제 1 측면유로(51)를 통해 유동하는 냉각 유체가 외부로 새는 것을 방지한다.
상기 제 2 측면커버(60)는 상기 제 1 측면커버(50)와 동일하게 제 2 내측커버(60a)와 제 2 외측커버(60b)를 포함한다. 상기 제 2 내측커버(60a) 및 제 2 외측커버(60b)의 외측은 상기 드럼 몸체(40)의 타측면에 볼트 등의 체결 수단(S)에 의해 고정되게 설치되고, 상기 제 2 내측커버(60a)와 제 2 외측커버(60b)는 일정 간격 이격되게 배치되어 그 사이에 제 2 측면유로(61)가 형성된다. 상기 제 2 측면유로(61)는 상기 드럼 몸체(40)의메인 유로(42)와 연통된다. 상기 제 2 내측커버(60a)의 내측은 상기 샤프트(30)의 타측에 압입 등의 수단에 의해 고정되며, 상기 제 2 외측커버(60b)는 상기 샤프트(30)의 타측에 결합되는 지지커버(70)에 압입 등의 수단으로 고정된다. 한편, 상기 제 2 내측커버(60a)와 상기 샤프트(30)의 사이에는 오링(36c)이 개재되어 상기 제 2 측면유로(61)를 통해 유동하는 냉각 유체가 새는 것을 방지된다.
상기 지지커버(70)는 그 내주면이 상기 샤프트(30)의 타측에 압입 등의 수단에 의해 고정되게 설치되며, 그 외측은 상기 제 2 외측커버(60b)에 결합된다. 상기 지지커버(70)와 상기 샤프트(30)의 사이에는 상기 샤프트(30)의 타측에 형성된 유로홈(32)에 의해 유로(71a)가 형성된다. 이와 같은 유로(71a)는 지지커버(70)의 내면과 샤프트(30)의 타측면 사이에 형성된 유로(71b)와 연통되어 배출 유로(71)를 형성한다.
상술한 바와 같이, 상기 냉각 유로(21)는 상기 유입 유로(31)와, 상기 제 1 측면유로(51)와, 상기 메인 유로(42)와, 상기 제 2 측면유로(61)와, 상기 배출 유로(71)를 포함한다.
이러한 냉각 유로(21)에는 별도로 마련된 냉각 유체 순환시스템에 의해 유동되는 냉각 유체가 흐를 수 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 건설 기계의 캐빈(1) 내부를 냉각시키기 위한 냉각 장치를 이용할 수 있다. 상기 냉각 장치는, 주지된 바와 같이, 냉매를 압축하여 유동시키는 압축기(80)와, 상기 압축기(80)에 의해 고온 고압으로 압축된 냉매를 냉각시키기 위한 응축기(81)와, 상기 응축기(81)에 의해 냉각된 고온 저압의 냉매를 팽창시켜 주변의 열을 빼앗기 위한 증발기(82)를 포함한다. 이와 같은 냉각 장치에서 증발기(82)의 상류측 냉매라인(83)으로부터 유입 라인(85)을 분기시켜 상기 유입 유로(31)에 연결하고, 상기 드럼 유닛(20)의 배출 유로(71)에 상기 증발기(82)의 하류측 냉매라인(84)과 합류하는 하류측 냉매라인(84)을 연결시킴으로써 기존에 건설 기계에 설치된 냉각 장치을 이용하여 간단한 구성으로 상기 드럼 유닛(20)을 냉각시킬 수 있게 된다. 여기서, 상기 유입 라인(85)과 상기 배출 라인(86) 각각은 상기 유입 유로(31) 및 상기 배출 유로(71) 각각에 공지된 다양한 로터리 조인트 등으로 연결시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 케이블 릴장치가 탑재된 건설 기계를 개략적으로 나타낸 측면도,
도 2는 도 1에 도시된 케이블 릴장치의 단면도,
도 3a는 도 2에 도시된 드럼 유닛을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 드럼 몸체의 확대 사시도이며, 도 3c는 도 3a에 도시된 샤프트의 확대 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 드럼 유닛과 냉각 장치의 연결 관계를 개략적으로 도시한 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10; 릴 프레임 20; 드럼 유닛
30; 샤프트 31; 유입 유로
40; 드럼 몸체 50; 제 1 측면커버
51; 제 1 측면유로 60; 제 2 측면커버
61; 제 2 측면유로 70; 지지커버
71; 배출 유로 82; 증발기
83; 상류측 냉매라인 84; 하류측 냉매라인

Claims (4)

  1. 케이블(3)을 통해 전송된 전기에너지로 구동되는 건설 기계의 케이블 릴장치에 있어서,
    릴 프레임(10); 및
    상기 릴 프레임(10)에 회전가능하게 설치되며, 회전 방향에 따라 외주면에 상기 케이블(3)이 권취되거나 풀리는 드럼 유닛(20)을 포함하며,
    상기 드럼 유닛(20)의 내부에는 상기 드럼 유닛(20) 외부의 냉각 유체가 유출입되어 상기 드럼 유닛(20)을 냉각시킬 수 있도록 냉각 유로(21)가 형성된 것을 특징으로 하는 건설 기계의 케이블 릴 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 드럼 유닛(20)은,
    상기 릴 프레임(10)에 회전 가능하게 지지되는 샤프트(30);
    외주면에 상기 케이블(3)이 권취되는 드럼 몸체(40);
    내측이 상기 샤프트(30)의 일측에 설치되며, 외측은 상기 드럼 몸체(40)의 일측에 설치되는 제 1 측면커버(50);
    내측이 상기 샤프트(30)의 타측에 설치되고, 외측은 상기 드럼 몸체(40)의 타측에 설치되는 제 2 측면커버(60); 및
    상기 샤프트(30)의 타측 끝단을 덮도록 상기 제 2 측면커버(60)에 설치되는 지지커버(70)를 포함하며,
    상기 냉각 유로(21)는,
    상기 샤프트(30)의 일측에 형성된 유입 유로(31);
    상기 유입 유로(31)와 연통되게 상기 제 1 측면커버(50)의 내측에 형성된 제 1 측면유로(51);
    상기 제 1 측면유로(51)와 연통되도록 상기 드럼 몸체(40)의 일측면으로부터 타측면으로 관통되게 형성되며, 원주방향으로 일정간격 이격되게 배치된 복수의 메인 유로(42);
    상기 복수의 메인 유로(42)와 연통되게 상기 제 2 측면커버(60)의 내부에 형성되는 제 2 측면유로(61); 및
    상기 제 2 측면유로(61)와 연통되게 상기 샤프트(30)와 상기 지지커버(70)의 사이에 형성되는 배출 유로(71)를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 케이블 릴장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 드럼 유닛(20)의 외주면에는 상기 케이블(3)의 외주면에 대응하는 형상의 접촉홈(41)이 형성된 것을 특징으로 하는 건설 기계의 케이블 릴장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유로(21)의 유입 유로(31)는 냉각 장치의 증발기(82) 상류측 냉매 라인(83)과 연결되고, 상기 냉각 유로(21)의 배출 유로(71)는 상기 증발기(82)의 하류측 냉매라인(84)에 연결되는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 케이블 릴장치.
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