KR20120097641A

KR20120097641A - Hybrid excavator

Info

Publication number: KR20120097641A
Application number: KR1020110016973A
Authority: KR
Inventors: 김현수; 김도영
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-09-05

Abstract

PURPOSE: A hybrid excavator is provided to efficiently use restoring energy by using swing motor and traveling motor generators. CONSTITUTION: A hybrid excavator comprises a motor generator(21), a swing motor generator(27), a traveling motor generator(28), an inverter(26), and a condenser(29). The motor generator is connected to an engine and generates energy. The swing motor generator collects energy generated when the excavator is swung. The traveling motor generator collects energy generated when the excavator is travelled. The inverter controls the swing motor generator and the traveling motor generator. The condenser is electrically connected to the inverter and stores the collected energy.

Description

Hybrid Excavator

본 발명은 하이브리드 굴삭기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행 또는 선회에서 제동시 엔진 출력의 불필요한 손실을 최소화하기 위하여 주행 및 선회 측에 전동기 발전기를 이용함으로써 동작에 따른 회생 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있게 하는 하이브리드 굴삭기에 관한 것이다.
The present invention relates to a hybrid excavator, and more particularly, to use the regenerative energy according to the operation more efficiently by using an electric motor generator on the driving and turning side in order to minimize unnecessary loss of engine output during braking in driving or turning. Relates to a hybrid excavator.

일반적으로, 굴삭기는 건축 및 토목 공사시 땅을 파거나 메우는 굴삭작업, 경토암반 파쇄 등의 브레이커 작업, 흙다짐과 같은 컴팩터 작업, 절단 등의 크라샤 작업과 같은 다양한 작업 기능을 가진 건설기계를 말한다.In general, excavators use construction machinery with various work functions, such as excavation work to dig or fill the ground during construction and civil works, breaker work such as soil rock fracture, compactor work such as trowel, and crusher work such as cutting. Say.

이러한 굴삭기는 보통 주행 동력을 얻기 위해 디젤 엔진 등의 엔진을 탑재하고 있고, 이 엔진의 힘을 이용하여 유압 펌프를 구동하며, 유압 펌프에서 토출되는 작동유를 유압 모터나 유압 실린더 등의 유압 액추에이터로 공급함으로써 주행용 크롤러 또는 타이어의 회전이나 붐, 아암, 버켓 등의 각 작업 부위를 동작시키고 있다.Such an excavator is usually equipped with an engine such as a diesel engine to obtain driving power, and uses the power of the engine to drive a hydraulic pump, and supply hydraulic oil discharged from the hydraulic pump to a hydraulic actuator such as a hydraulic motor or a hydraulic cylinder. As a result, each work part such as a traveling crawler or tire rotation, a boom, an arm, a bucket, or the like is operated.

이와 같이 주지된 굴삭기는 디젤 엔진과 같은 엔진을 탑재하고 있기 때문에 작업장소에 제한을 받지 않고 자유롭게 작업할 수 있는 장점을 가진다.Since such a well-known excavator is equipped with an engine such as a diesel engine, it has the advantage of being able to work freely without being restricted in the work place.

하지만, 화석연료인 경유는 갈수록 고갈되어 가고 있어 대체 에너지의 필요성이 심각하게 대두되고 있을 뿐만 아니라, 연료값이 비싸고, 중장비라는 특수성 때문에 특히 연료 소모량이 많아 운전비용이 증대되는 단점이 있어 왔다.However, diesel, which is a fossil fuel, is gradually being depleted, and the necessity of alternative energy is seriously raised, and fuel costs are high, and fuel consumption is particularly high due to the peculiarity of heavy equipment.

이러한 단점을 보완하기 위해 근래에 개발되는 것이 하이브리드 굴삭기이며, 도 1은 일반적인 하이브리드 굴삭기에 대한 블록도이다. 이를 보면, 엔진(1)에서 출력된 에너지를 전동기 발전기(2)를 통해 유압 펌프(3)를 동작시키기고 동작된 유압 펌프는 콘트롤 밸브(4)를 거쳐 붐(8), 암, 버켓(7) 실린더와 유압 모터(5)를 동작시켜 주행부 구동과 실린더를 작동하는 구조이며, 전동기 발전기(2)에서 발생된 전기 에너지를 인버터(9)를 통해 제어하며 전동 모터(11)를 동작시켜 선회부(12)를 구동하는 구조이다. 또한 전동기 발전기에서 발생되는 에너지는 축전기(10)에 저장하여 엔진 효율을 증대시키도록 하고 있다.In recent years, a hybrid excavator has been developed to compensate for these disadvantages, and FIG. 1 is a block diagram of a general hybrid excavator. In view of this, the energy output from the engine 1 operates the hydraulic pump 3 through the electric motor generator 2, and the operated hydraulic pump passes through the control valve 4 to the boom 8, the arm and the bucket 7. The cylinder and the hydraulic motor (5) to operate the driving unit and the cylinder to operate, the electric energy generated from the motor generator (2) is controlled through the inverter (9) and the electric motor (11) to turn by turning It is a structure that drives the unit 12. In addition, the energy generated by the motor generator is stored in the capacitor 10 to increase the engine efficiency.

그러나 주행 동작시 제동을 위해서는 유압 모터에서 릴리프 밸브를 이용해 제어하는데, 이때 릴리프 밸브에서 압력에 의한 불필요한 에너지 낭비를 초래하는 문제점이 있었다. 즉, 주행시 엔진에서 전달되는 에너지가 그대로 소모되는 문제점이 있었다.
However, for braking during driving operation, the hydraulic motor is controlled using a relief valve, which causes a problem of unnecessary waste of energy due to pressure in the relief valve. That is, there is a problem that the energy transmitted from the engine is consumed as it is running.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 주행 또는 선회에서 제동시 엔진 출력의 불필요한 손실을 최소화하기 위하여 주행 및 선회 측에 전동기 발전기를 이용함으로써 동작에 따른 회생 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있게 하는 하이브리드 굴삭기를 제공함에 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to use the regenerative energy according to the operation by using the motor generator on the driving and turning side to minimize unnecessary loss of engine output during braking in driving or turning It is to provide a hybrid excavator that can be used more efficiently.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.The present invention has the following structure in order to achieve the above object.

본 발명의 하이브리드 굴삭기에 있어서, 엔진과 연결되어 에너지를 발생하는 전동기 발전기; 선회시 발생하는 에너지를 회수하는 선회 전동기 발전기; 주행시 발생하는 에너지를 회수하는 주행 전동기 발전기; 상기 전동기 발전기와 선회 및 주행 전동기 발전기 사이에서 전기적으로 연결되어 선회 전동기 발전기와 주행 전동기 발전기를 제어하는 인버터; 및 상기 인버터에 전기적으로 연결되어 발생되는 회수 에너지를 저장하는 축전기;를 포함하여 이루어진다.In the hybrid excavator of the present invention, the motor generator is connected to the engine for generating energy; A swing motor generator for recovering energy generated during swing; A traveling motor generator for recovering energy generated during driving; An inverter electrically connected between the motor generator and the swing and travel motor generator to control the swing motor generator and the travel motor generator; And a capacitor for storing recovered energy generated by being electrically connected to the inverter.

그리고 상기 주행 전동기 발전기는 주행부에 대해 한 축당 하나 이상이 배치되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that one or more traveling motor generators are disposed per one axis with respect to the driving unit.

그리고 상기 주행부는 선택 스위치에 의해 2륜 또는 4륜 구동이 가능하게 하는 것이 바람직하다.
In addition, it is preferable that the driving unit enables two- or four-wheel drive by a selection switch.

본 발명에 따르면, 주행 또는 선회에서 제동시 엔진 출력의 불필요한 손실을 최소화하기 위하여 주행 및 선회 측에 전동기 발전기를 이용함으로써 동작에 따른 회생 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있게 하는 효과가 있다.According to the present invention, in order to minimize unnecessary loss of the engine output during braking in driving or turning, there is an effect of using the regenerative energy according to the operation more efficiently by using an electric motor generator on the driving and turning sides.

특히 본 발명에 따르면, 주행 작업이 많은 휠 방식의 굴삭기의 경우 효율을 극대화시킬 수 있는 기대 효과가 있다.
In particular, according to the present invention, in the case of a wheel-type excavator with a lot of traveling work, there is an expected effect of maximizing efficiency.

도 1은 종래의 일반적인 하이브리드 굴삭기를 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 하이브리드 굴삭기를 나타내는 블록도.1 is a block diagram showing a conventional general hybrid excavator.
2 is a block diagram showing a hybrid excavator of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments are provided to explain the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, the shape of each element shown in the drawings may be exaggerated to emphasize a clearer description.

도 2에 도시된 바에 의하면 본 발명의 하이브리드 굴삭기는 엔진(20)에 의해 유압 펌프(22)가 구동되어 생성된 유량 및 유압이 메인 콘트롤 밸브(23)를 거쳐 붐(24), 암, 버켓(25)의 실린더에 유량을 공급하여 움직인다. 여기서 상기 구성들은 종래의 일반적인 구성이다. 이러한 구성들의 동작은 운전자가 조이스틱을 이용해 신호를 발생시키면 메인 콘트롤 밸브에서 스풀을 전환하여 동작하게 되는 것이다.
As shown in FIG. 2, the hybrid excavator of the present invention has a flow rate and hydraulic pressure generated by driving the hydraulic pump 22 by the engine 20 via the main control valve 23. It moves by supplying a flow rate to the cylinder of 25). The above configurations are conventional general configurations. The operation of these configurations is to switch the spool on the main control valve when the operator generates a signal using the joystick.

또한 전기 시스템 구성을 위해서는 발전 및 엔진 동력 보조를 위한 전동기 발전기(21)가 엔진(20)과 유압 펌프(22) 사이에 위치한다. 발전이 필요한 때 전동기 발전기(21)는 엔진의 동력을 전달받아 전기를 생성하고, 인버터(26)를 거쳐 필요한 에너지를 축전기(29)에 저장하게 된다. 축적된 전기 에너지는 엔진 동작시 엔진에 과부하가 불생하였을 때 전동기로 공급하여 동력 발생의 보조 역할로 이용할 수도 있고, 하이브리드 굴삭기의 전기 계통 구성들을 동작시키는데 이용되기도 한다.In addition, for electric system configuration, an electric motor generator 21 for generating power and engine power is positioned between the engine 20 and the hydraulic pump 22. When power generation is required, the motor generator 21 receives electricity from the engine to generate electricity, and stores necessary energy in the capacitor 29 via the inverter 26. Accumulated electrical energy may be supplied to the electric motor when the engine is overloaded while the engine is operating, and may be used as an auxiliary role of power generation, or may be used to operate the electric system components of the hybrid excavator.

그리고 인버터(26)는 전동기 발전기(21)로부터 발생한 AC 전력을 DC로 변환해서 축전기(29)에 저장하고, 저장된 에너지를 AC로 변환해서 주행 전동기 발전기(28) 및 선회 전동기 발전기(27)를 구동한다. The inverter 26 converts the AC power generated from the motor generator 21 into DC and stores it in the capacitor 29, and converts the stored energy into AC to drive the traveling motor generator 28 and the turning motor generator 27. do.

또한 인버터(26)는 축전기의 전압 레벨을 측정해서 전동기 발전기(21)를 발전 제어하고, 엔진(20)에 보조 동력이 필요할 때는 전동기 발전기(21)를 토크 제어하여 전동 제어한다. 즉, 인버터를 통해 전동기 발전기에서 발생되는 에너지를 저장하거나 출력하여 엔진에 무리가 발생하지 않게 하고 축적된 에너지를 이용해 불필요한 에너지 소모를 방지하게 하는 구성이다.In addition, the inverter 26 generates and controls the electric motor generator 21 by measuring the voltage level of the capacitor, and performs electric control by torque-controlling the electric motor generator 21 when the engine 20 needs auxiliary power. In other words, it saves or outputs the energy generated by the motor generator through the inverter so that the engine is not generated and prevents unnecessary energy consumption by using the accumulated energy.

그리고 축전기는 전동기 발전기의 발전 에너지와 선회 전동기 발전기, 주행 전동기 발전기의 회생 에너지를 저장하는 것 외에 모터들을 구동하기 위한 전기 에너지를 저장한다. 에너지 레벨은 인버터에 의해 실시간으로 확인되며, 필요시 엔진에 연결된 전동기 발전기(21)를 통해 에너지를 공급받아 축전한다.The capacitor stores electric energy for driving the motors in addition to storing the generated energy of the motor generator and the regenerative energy of the turning motor generator and the traveling motor generator. The energy level is confirmed in real time by the inverter, and if necessary, power is stored through the electric generator 21 connected to the engine.

한편 선회 전동기 발전기를 구동하기 위해서는, 인버터는 축전기에 저장된 DC 에너지를 AC 변환하여 속도 및 토크 제어하고, 제어장치(미도시)는 운전자가 조작한 조이스틱의 신호에 의해 인버터에서 계산한다.On the other hand, in order to drive the turning motor generator, the inverter converts the DC energy stored in the capacitor into AC to control the speed and torque, and the controller (not shown) calculates in the inverter by the signal of the joystick operated by the driver.

예컨대 본 발명에서는 엔진과 연결된 전동기 발전기에서 발생된 전기 에너지를 축전기에 충전시켜 충전된 전기 에너지를 이용해 엔진의 보조적인 동력원으로 이용하고 있으며, 선회 전동기 발전기(27)는 선회부(27a)를 동작시키며 발생되는 전기 에너지를 다시 회수하여 인버터를 통해 축전기에 저장하고, 주행 전동기 발전기(28)는 주행부(28a)가 엔진 출력에 의해 동작하며 주행 발전기 모터에 의해 발생되는 전기 에너지를 축전기에 저장하고, 제동시에는 축전된 에너지를 이용함으로 전동기 발전기에 의해 회수되는 회생 에너지에 의해 엔진 연료 소모를 최소화할 수 있게 된다.For example, in the present invention, the electric energy generated by the electric motor generator connected to the engine is charged to the capacitor and used as an auxiliary power source of the engine by using the charged electric energy, and the turning motor generator 27 operates the turning part 27a. The electrical energy generated is recovered and stored in the capacitor through the inverter, and the traveling motor generator 28 stores the electrical energy generated by the traveling generator motor in the driving unit 28a by the engine output, and stores the electrical energy in the capacitor. During braking, it is possible to minimize engine fuel consumption by regenerative energy recovered by the motor generator by using the stored energy.

특히 주행이 휠 방식의 굴삭기의 경우 주행 동작이 빈번하기 때문에 제동시에 에너지를 회생하면 높은 연비를 얻을 수 있게 된다.Particularly, in the case of a wheel-type excavator, the driving operation is frequent, so when the energy is regenerated during braking, high fuel economy can be obtained.

한편 도면상에는 도시하고 있지 않지만 주행부(28a) 측의 각 축에 주행 전동기 발전기(28)를 각각 구비시키며 구동축의 회전에 의해 각각 발전되게 하며 각각을 작업 상황에 따라 2륜 또는 4륜 구동 가능하도록 조작 스위치를 조이스틱 측에 구비시켜 선택적으로 적용함으로써 많은 힘이 필요할 때와 작은 힘이 필요할 때에 각각 변화하여 사용할 수 있게 하는 것도 가능하다.On the other hand, although not shown in the drawing, each drive motor generator 28 is provided on each axis of the driving unit 28a side, and is developed by the rotation of the driving shaft, respectively, so as to enable two- or four-wheel driving depending on the working situation. By operating the switch on the joystick side and selectively applying it, it is also possible to change and use each when a large force is required and a small force is required.

본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
The present invention is not limited by the embodiments described above, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art, which are included in the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims.

20 : 엔진 21 : 전동기 발전기
22 : 유압 펌프 23 : 메인 콘트롤 밸브
26 : 인버터 27 : 선회 전동기 발전기
28 : 주행 전동기 발전기 29 : 축전기20: engine 21: electric motor generator
22: hydraulic pump 23: main control valve
26: inverter 27: swing motor generator
28: drive motor generator 29: capacitor

Claims

In a hybrid excavator,
An electric motor generator connected to the engine to generate energy;
A swing motor generator for recovering energy generated during swing;
A traveling motor generator for recovering energy generated during driving;
An inverter electrically connected between the motor generator and the swing and travel motor generator to control the swing motor generator and the travel motor generator; And
And a capacitor for storing recovered energy generated by being electrically connected to the inverter.

The method of claim 1,
The traveling motor generator is a hybrid excavator, characterized in that at least one is disposed per axis relative to the running portion.

The method of claim 2,
And the traveling part enables two-wheel or four-wheel drive by a selection switch.