KR20100073508A - 하이브리드 건설기계의 동력전달장치 - Google Patents

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    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices

Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 동력전달장치는 엔진(10)과 유압펌프(80)의 사이에 배치되며, 로터 축공(21a)이 형성된 로터(21)를 구비하는 전동기(20); 일측이 상기 엔진(10)의 크랭크 샤프트(11)와 동력 전달 가능하게 결합되고, 타측은 상기 로터 축공(21a)에 동력전달 가능하게 결합되는 동력전달부재(30); 및 상기 유압펌프(80)와 상기 전동기(20) 사이에 배치되고, 상기 유압펌프(80)의 회전 샤프트(82)가 동력전달가능하게 결합되는 커플링 축공(41a)이 형성되며, 상기 로터(21)에 고정되게 설치되는 플렉시블 커플링(40)을 포함한다.
Figure P1020080132208
하이브리드, 동력 전달, 전동기, 유압펌프, 엔진, 동력전달부재, 커버

Description

하이브리드 건설기계의 동력전달장치{POWER TRANSMISSION APPARATUS FOR HYBRID CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은 하이브리드 건설기계에 관한 것으로서, 특히 엔진과 전동기 및 유압펌프 간에 동력을 전달하기 위한 하이브리드 건설기계의 동력전달장치에 관한 것이다.
최근 유가의 상승과 함께 굴삭기와 같은 건설기계에도 엔진의 잉여 동력을 배터리에 저장하고 엔진의 부족한 동력을 배터리로부터 공급하여 연비를 개선한 하이브리드 형태의 건설기계에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
통상적으로, 하이브리드 건설기계는 유압펌프로부터 토출되는 작동유에 의해 작업장치들이 구동되기 때문에 엔진과 전동기의 동력이 유압펌프에 전달될 수 있어야 할 뿐만 아니라 엔진의 잉여동력을 전동기가 발전할 수 있어야 한다.
이와 같은 이유로, 최근 엔진과 전동기 및 유압펌프의 동력전달구조에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 동력전달구조의 일예로 유성기어를 활용하려는 연구가 진행되고 있으나, 그 구조가 복잡하고 조립이 어려울 뿐만 아나리 제조 원가가 높은 단점이 있다. 이러한 이유로 최근에는 조립성 및 생산성과 부품수에 따른 제 조원가를 고려한 동력전달구조를 개발하려는 연구가 진행되고 있다.
또한, 동력전달구조는 조립성과 생산성 및 제조원가와 더불어 충격 및 진동을 흡수할 수 있어야 한다. 보다 구체적으로, 유압펌프는 엔진 및 전동기에 부하로 작용하게 된다. 따라서, 유압펌프의 구동속도가 엔진 및 전동기의 구동속도와 다른 경우, 속도차이로 인해 유압펌프와 엔진 및 전동기 사이에 충격이나 진동이 발생하게 된다. 이러한 충격 및 진동이 발생할 경우, 각종 부품들이 손상되거나 내구성이 저하되게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 엔진 및 전동기와 유압펌프 사이에서 발생하는 충격 및 진동을 흡수할 수 있을 뿐만 아니라 조립성을 향상시킬 수 있는 하이브리드 건설기계의 동력전달장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 건설기계의 동력전달장치는 엔진(10)과 유압펌프(80)의 사이에 배치되며, 로터 축공(21a)이 형성된 로터(21)를 구비하는 전동기(20); 일측이 상기 엔진(10)의 크랭크 샤프트(11)와 동력 전달 가능하게 결합되고, 타측은 상기 로터 축공(21a)에 동력전달 가능하게 결합되는 동력전달부재(30); 및 상기 유압펌프(80)와 상기 전동기(20) 사이에 배치되고, 상기 유압펌프(80)의 회전 샤프트(82)가 동력전달가능하게 결합되는 커플링 축공(41a)이 형성되며, 상기 로터(21)에 고정되게 설치되는 플렉시블 커플링(40)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 동력전달장치는 상기 전동기(20)와 상기 엔진(10)의 사이에 배치되며, 상기 동력전달부재(30)가 동력전달 가능하게 설치된 플라이휠(50); 일측이 상기 엔진(10)에 설치되며, 타측에는 상기 전동기(20)의 일부와 상기 플라이휠(50)이 수용되는 제 1 중공부(61)가 형성된 플라이휠 커버(60); 및 일측이 상기 유압펌프(80)의 하우징(81)에 설치되고, 타측에는 상기 전 동기(20)의 나머지 일부와 상기 플렉시블 커플링(40)이 수용되는 제 2 중공부(71)가 마련되며, 상기 전동기(20)가 고정되게 설치되는 전동기 커버(70)를 더 포함하며, 상기 전동기 커버(70)와 상기 플라이휠 커버(60)는 상호 결합되어 상기 플라이휠(50)과 상기 전동기(20)와 상기 플렉시블 커플링(40)을 외부로부터 차폐시킨다.
한편, 상기 플라이휠 커버(60)의 타측에는 제 1 테두리부(62)가 형성되고, 상기 전동기 커버(70)의 타측에는 상기 체결부재(73)에 의해 상기 제 1 테두리부(62)와 결합되는 제 2 테두리부(72)가 형성되며, 상기 제 1 테두리부(62)에는 함몰부(62b)가 형성되고, 상기 제 2 테두리부(72)에는 상기 함몰부(62b)에 삽입되는 돌출부(72b)가 형성된다.
전술한 바와 같은 과제 해결 수단에 의하면, 플렉시블 커플링에 의해 유압펌프와 전동기 및 엔진의 속도 차이에 의해 발생하는 충격 및 진동이 흡수될 수 있어동력전달장치이 내구성이 향상될 뿐만 아니라 불필요한 진동이 운전실로 전달되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 하나의 동력전달부재에 의해 크랭크 샤프트를 플라이휠과 로터와 회전력 전달가능하게 연결되어 구조가 간소화될 뿐만 아니라 부품수를 줄여 생산성 향상 및 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.
한편, 전동기가 전동기 커버와 플라이휠 커버에 의해 외부와 차폐됨으로써, 전동기와 플라이휠 커버 중 어느 하나의 커버만을 분리하면, 전동기 및 플렉시블 커플링을 정비할 수 있게 되어 정비성이 향상된다.
또한, 전동기 커버와 플라이휠 커버의 각 테두리에 돌출부와 함몰부에 의해 조립 위치 결정이 되어 조립성이 향상되고, 이에 의해 생산성이 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력전달장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 엔진(10)과 유압펌프(80)의 사이에 전동기(20)가 설치된다. 상기 전동기(20)는 상기 엔진(10)과 함께 회전하면서 상기 유압펌프(80)에 동력을 제공하거나 상기 엔진(10)의 잉여동력을 발전할 수 있어야 한다. 이러한 기능을 하기 위한 동력전달장치가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력전달장치는 전동기(20)와, 동력전달부재(30)와, 플렉시블 커플링(40)과, 플라이휠(50)과, 플라이휠 커버(60)와, 전동기 커버(70)를 포함한다.
상기 전동기(20)는 엔진(10)과 유압펌프(80)의 사이에 배치된다. 이러한 전동기(20)는 로터 축공(21a)이 형성된 로터(21)와, 상기 로터(21)를 베어링(25)을 매개로 회전가능하게 지지하기 위한 제 1 지지부재(24)와, 상기 제 1 지지부재(24)에 고정되게 설치되는 제 2 지지부재(26)와, 상기 제 2 지지부재(26)에 고정되게 설치되는 제 3 지지부재(27)를 포함한다.
상기 로터(21)의 외주면에는 영구자석(22)이 고정되게 설치되어 있으며, 상기 영구자석(22)과 마주하는 상기 제 2 지지부재(26)의 내주면에는 코일(23)이 권선되어 있다. 이와 같은 구성에 의해 상기 코일(23)에 전류가 공급되면 상기 영구 자석(22)과의 전자기적 상호 작용에 의해 상기 로터(21)가 회전하게 된다. 이에 의해 전동기(20)는 상기 유압펌프(80)에 동력을 제공할 수 있게 된다. 한편, 상기 코일(23)에 전류가 공급되지 않으면, 상기 영구자석(22)의 회전운동에 의해 상기 코일(23)에 유도 기전력이 발생하게 되고, 이는 전기에너지 저장장치에 저장된다. 상기 로터(21)의 중심부에는 로터 축공(21a)이 형성되며, 상기 로터 축공(21a)의 내주면에는 스플라인이 형성되어 있다.
이와 같이 상기 로터(21)는 베어링(25)을 매개로 제 1 내지 제 3 지지부재(24)(26)(27)에 지지되며, 상기 제 3 지지부재(27)는 상기 전동기 커버(70)에 고정되게 설치된다. 따라서, 상기 로터(21)는 베어링(25)과 상기 제 1 내지 제 3 지지부재(24)(26)(27)를 매개로 상기 전동기 커버(70)에 지지된다.
상기 동력전달부재(30)는 상기 엔진(10)의 크랭크 샤프트(11)의 회전력을 상기 로터(21)와 상기 플라이휠(50)에 전달하기 위한 것이다. 이러한 동력전달부재(30)의 일측에는 확장부(31)가 형성된다. 상기 확장부(31)의 일면에는 상기 크랭크 샤프트(11)에 동력전달 가능하게 결합되는 결합홈(32)이 형성된다. 상기 확장부(31)의 타면은 상기 플라이휠(50)의 일면에 접촉된다. 보다 구체적으로, 상기 확장부(31)에는 체결공(33)이 형성되어 있고, 상기 플라이휠(50)은 체결부재(52)가 상기 체결공(33)에 체결됨으로써 상기 확장부(31)에 고정되게 결합된다. 이와 같은 결합에 의해 상기 확장부(31)의 타면은 상기 플라이휠(50)의 일면과 접촉되게 된다. 상기 플라이휠(50)의 중심부에는 상기 동력전달부재(30)의 타측이 삽입되는 삽입공(51)이 형성된다.
한편, 상기 삽입공(51)을 통과한 상기 동력전달부재(30)의 타측은 상기 로터 축공(21a)에 삽입된다. 상기 동력전달부재(30)의 타측의 외주면에는 상기 로터 축공(21a)의 스플라인에 해당하는 스프라인이 형성되어 있어서, 상기 동력전달부재(30)의 타측이 상기 로터 축공(21a)에 삽입되면 상기 동력전달부재(30)의 회전력이 상기 로터(21)에 전달될 수 있게 된다.
이와 같이, 상기 동력전달부재(30)에 의해 크랭크 샤프트(11)를 플라이휠(50)과 로터(21)에 회전력 전달가능하게 연결될 수 있어서 구조가 간소화될 뿐만 아니라 부품수 감소에 의해 제조원가가 절감될 수 있다. 또한, 구조의 간소화 및 부품수의 감소에 의해 조립성이 향상될 수 있고 이로 인해 생산성이 향상된다.
상기 플렉시블 커플링(40)은 상기 유압펌프(80)와 상기 전동기(20) 사이에 배치되어 상기 전동기(20)와 상기 유압펌프(80) 사이에서 발생되는 충격이나 진동을 흡수하기 위한 것이다. 이러한 플렉시블 커플링(40)은 중심부(41)와, 상기 중심부(41)와 스프라인 결합되는 외곽부(42)를 포함한다. 상기 플렉시블 커플링(40)의 중심부(41)에는 커플링 축공(41a)이 형성되며, 상기 커플링 축공(41a)의 내면에는 스플라인이 형성된다. 상기 커플링 축공(41a)은 유압펌프(80)의 회전 샤프트(82)가 삽입되어 스플라인 결합된다. 이에 의해 상기 플렉시블 커플링(40)의 회전력은 상기 유압펌프(80)의 회전 샤프트(82)에 전달될 수 있게 된다. 한편, 상기 플렉시블 커플링(40)의 외곽부(42)는 체결부재(43)에 의해 상기 로터(21)에 고정되게 결합된다. 이에 의해 로터(21)의 회전력은 상기 플렉시블 커플링(40)에 전달될 수 있게 된다.
상기 플라이휠(50)은 상기 전동기(20)와 상기 엔진(10)의 사이에 배치된다. 전술한 바와 같이, 상기 플라이휠(50)은 체결부재(52)에 의해 상기 동력전달부재(30)의 확장부(31)에 고정되게 설치된다. 이에 의해 크랭크 샤프트(11)로부터 동력전달부재(30)에 전달되는 회전력은 상기 플라이휠(50)과 함께 상기 전동기(20)의 로터(21)에 전달된다.
상기 플라이휠 커버(60)는 상기 플라이휠(50)과 상기 전동기(20)의 일부를 외부로부터 차폐하여 상기 플라이휠(50) 및 전동기(20)를 보호하는 역할을 한다. 보다 구체적으로, 상기 플라이휠 커버(60)의 일측은 엔진(10)에 고정되게 설치되며, 타측에는 상기 플라이휠(50)과 상기 전동기(20)의 일부가 수용되는 제 1 중공부(61)가 형성된다. 또한, 상기 플라이휠 커버(60)의 타측에는 제 1 테두리부(62)가 형성되며, 상기 제 1 테두리부(62)에는 체결공(62a)이 형성된다. 또한, 상기 제 1 테두리부(62)에는 함몰된 함몰부(62b)가 형성된다. 한편, 상기 플라이휠 커버(60)의 중심부에는 상기 동력전달부재(30)와 크랭크 샤프트(11)가 삽입되는 삽입공(63)이 형성된다.
상기 전동기 커버(70)는 상기 플라이휠 커버(60)에 결합되어 상기 플라이휠(50)과 상기 전동기(20)와 상기 플렉시블 커플링(40)을 외부로부터 차폐시키기 위한 것이다. 이러한 전동기 커버(70)는 그 일측이 상기 유압펌프(80)의 하우징(81)에 고정되게 설치되고, 타측은 상기 플렉시블 커플링(40)과 상기 전동기(20)의 나머지 일부가 삽입되는 제 2 중공부(71)가 형성된다. 또한, 상기 전동기 커버(70)의 타측에는 제 2 테두리부(72)가 형성되며, 상기 제 2 테두리부(72)에는 상 기 플라이휠 커버(60)의 체결공(62a)에 대응하는 체결공(72a)이 형성된다. 또한, 상기 제 2 테두리부(72)에는 상기 플라이휠 커버(60)의 함몰부(62b)에 대응하는 돌출부(72b)가 형성된다. 이와 같은 전동기 커버(70)의 돌출부(72b)는 상기 함몰부(62b)에 삽입되어 전동기 커버(70) 및 플라이휠 커버(60)의 조립 위치를 결정하고 제 1 및 제 2 테두리부(62)(72)에 형성된 체결공(62a)(72a)에 체결부재(73)를 체결함으로써, 플라이휠 커버(60)와 결합되게 된다.
전술한 바와 같이, 전동기 커버(70)와 플라이휠 커버(60)가 결합되면, 제 1 중공부(61) 및 제 2 중공부(71)에 상기 플라이휠(50)과 전동기(20) 및 플렉시블 커플링(40)이 삽입된 상태로 외부로부터 차폐된다. 이에 의해 플라이휠(50)과 전동기(20) 및 플렉시블 커플링(40)가 외부의 이물질 등으로부터 보호될 수 있게 된다.
또한, 상기 전동기 커버(70)를 상기 플라이휠 커버(60)로부터 분리하면 상기 전동기(20) 및 상기 플렉시블 커플링(40)이 외부로 노출되어 플라이휠 커버(60)를 해체하지 않고도 전동기(20) 및 플렉시블 커플링(40)을 정비할 수 있어 정비성이 향상될 수 있다.
이하, 전술한 바와 같은 구성을 가지는 동력전달장치의 조립과정에 대하여 설명한다.
우선, 전동기 커버(70)를 유압펌프(80)의 하우징(81)에 체결하여 고정시킨다. 그런 후에 플렉시블 커플링(40)의 중심부(41)에 형성된 커플링 축공(41a)을 유압펌프(80)의 회전 샤프트(82)에 삽입하여 스플라인 결합시킨다. 또한 플렉시블 커플링(40)의 외곽부(42)를 로터(21)에 결합시킨다. 그런 후에, 전동기(20)와 결합된 상기 플렉시블 커플링(40)의 외곽부(42)를 유압펌프(80)의 회전 샤프트(82)에 결합된 플렉시블 커플링(40)의 중심부(41)에 삽입한다. 다음으로, 전동기(20)의 제 3 지지부재(27)를 상기 전동기 커버(70)에 결합시킨다. 이에 의해 상기 유압펌프(80)와 플렉시블 커플링(40)과 전동기 커버(70) 및 전동기(20)가 조립되어 제 1 서브 어셈블리(1)를 완성한다.
다음으로, 엔진(10)에 플라이휠 커버(60)를 결합시킨 후, 동력전달부재(30)의 확장부(31)를 상기 플라이휠 커버(60)의 삽입공(51)을 통해 크랭크 샤프트(11)와 결합시킨다. 그런 후에, 상기 플라이휠(50)의 삽입공(51)을 상기 동력전달부재(30)이 타측을 통해 삽입한 후 체결부재(52)로 플라이휠(50)과 동력전달부재(30)의 확장부(31)를 체결시킨다. 이에 의해 플라이휠(50)과 동력전달부재(30) 및 크랭크 샤프트(11)가 결합되어 제 2 서브 어셈블리(2)가 완성된다.
한편, 상기 제 1 서브 어셈블리(1)와 상기 제 2 서브 어셈블리(2)의 조립은 동력전달부재(30)의 일측을 상기 로터(21)의 로터 축공(21a)에 삽입함과 아울러 상기 전동기 커버(70)의 돌출부(72b)를 상기 플라이휠 커버(60)의 함몰부(62b)에 삽입하고 제 1 및 제 2 테두리부(62)(72)를 체결함으로써 이루어진다. 이에 의해 동력전달장치의 조립이 완성되게 된다.
전술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 서브 어셈블리(1)(2)는 전동기 커버(70)의 돌출부(72b)와 플라이휠 커버(60)의 함몰부(62b)에 의해 보다 용이하게 조립될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 건설기계의 동력전달장치의 배치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절개한 단면도,
도 3은 도 2의 분해 단면도이다.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
10; 엔진 20; 전동기
30; 동력전달부재 40; 플렉시블 커플링
50; 플라이휠 60; 플라이휠 커버
70; 전동기 커버 80; 유압펌프

Claims (3)

  1. 엔진(10)과 유압펌프(80)의 사이에 배치되며, 로터 축공(21a)이 형성된 로터(21)를 구비하는 전동기(20);
    일측이 상기 엔진(10)의 크랭크 샤프트(11)와 동력 전달 가능하게 결합되고, 타측은 상기 로터 축공(21a)에 동력전달 가능하게 결합되는 동력전달부재(30); 및
    상기 유압펌프(80)와 상기 전동기(20) 사이에 배치되고, 상기 유압펌프(80)의 회전 샤프트(82)가 동력전달가능하게 결합되는 커플링 축공(41a)이 형성되며, 상기 로터(21)에 고정되게 설치되는 플렉시블 커플링(40)을 포함하는 하이브리드 건설기계의 동력전달장치.
  2. 제1항에 있어서,
    일측이 상기 엔진(10)에 설치되며, 타측에는 상기 전동기(20)의 일부와 상기 엔진(10)의 플라이휠(50)이 수용되는 제 1 중공부(61)가 형성된 플라이휠 커버(60); 및
    일측이 상기 유압펌프(80)의 하우징(81)에 설치되고, 타측에는 상기 전동기(20)의 나머지 일부와 상기 플렉시블 커플링(40)이 수용되는 제 2 중공부(71)가 마련되며, 상기 전동기(20)가 고정되게 설치되는 전동기 커버(70)를 포함하며,
    상기 전동기 커버(70)와 상기 플라이휠 커버(60)는 상호 결합되어 상기 플라이휠(50)과 상기 전동기(20)와 상기 플렉시블 커플링(40)을 외부로부터 차폐시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력전달장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플라이휠 커버(60)의 타측에는 제 1 테두리부(62)가 형성되고,
    상기 전동기 커버(70)의 타측에는 상기 체결부재(73)에 의해 상기 제 1 테두리부(62)와 결합되는 제 2 테두리부(72)가 형성되며,
    상기 제 1 테두리부(62)에는 함몰부(62b)가 형성되고, 상기 제 2 테두리부(72)에는 상기 함몰부(62b)에 삽입되는 돌출부(72b)가 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건설기계의 동력전달장치.
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