KR20120131293A - 하이브리드 굴삭기 선회 각도 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 굴삭기를 개시한다. 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기는 선회 출력 측에 연결된 전동기 발전기와 연결되어 선회부를 제어하는 인버터와 그 제어부; 선회부의 선회 각도를 설정하는 버튼을 이용해 선회부의 선회 각도를 제한적으로 조작하게 하는 조작부; 및 상기 선회부의 선회 동작을 조작하는 조작 레버;를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, 작업 특정과 환경에 따라 동작되는 선회 구동부의 위치(회전 각도)를 제한하여, 설정된 설정 각도 이상 진행하지 않아 반복적인 작업시 작업 효율을 증대시킬 수 있게 되고, 불필요한 동작으로 인해 연료를 소모하는 일이 없어 연료 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

Description

하이브리드 굴삭기{ Hybrid Excavator}

본 발명은 하이브리드 굴삭기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작업 특성에 따라 선회부 동작 위치를 가변적으로 제어할 수 있게 함으로써 특정 한 반복 작업에서 작업 특성에 맞게 선회 각도를 조작 신호와 연동하여 가변할 수 있게 하며, 버켓, 붐, 암 등의 동작과 연계하여 작업성을 향상시킬 수 있게 하는 하이브리드 굴삭기에 관한 것이다.

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.

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.

이와 같이 주지된 굴삭기는 디젤 엔진과 같은 엔진을 탑재하고 있기 때문에 작업장소에 제한을 받지 않고 자유롭게 작업할 수 있는 장점을 가진다.

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.

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 축전지(10)에 저장하여 엔진 효율을 증대시키도록 하고 있다.

그러나 종래의 이러한 하이브리드 굴삭기는 조작자의 조작레버 신호에 따라 선회 전동기를 구동시키며, 정지 역시도 조작자가 제어를 해야 한다. 이는 항시 조작자가 작업시 선회 전동기의 위치를 제어해야 하고 작업 반경을 벗어나는 경우 안전상 문제도 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 작업 특정과 환경에 따라 동작되는 선회 구동부의 위치(회전 각도)를 제한하여 조작 레버가 최대로 조작되었을 때에도 선회부가 정해진 특정 위치(선회 각도)를 벗어날 경우에는 선회 전동기의 구동 신호를 차단하여 정지시키거나, 미리 정해진 작업 반경을 입력하면 장비의 유효 반경 내에서만 작업이 가능하도록 선회부 안전장치를 확보할 수 있는 하이브리드 굴삭기를 제공함에 있다.

본 발명은 상기의 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명은 하이브리드 굴삭기에 있어서, 선회 출력 측에 연결된 전동기 발전기와 연결되어 선회부를 제어하는 인버터와 그 제어부; 선회부의 선회 각도를 설정하는 버튼을 이용해 선회부의 선회 각도를 제한적으로 조작하게 하는 조작부; 및 상기 선회부의 선회 동작을 조작하는 조작 레버;를 포함하여 이루어진다.

또한 상기 조작부는 상기 선회부의 선회 시작 위치와 선회 종료 위치를 설정하는 것이 바람직하다.

또한 상기 조작부는 선회부를 인버터와 그 제어부에 의해 미리 설정된 선회 각도별로 선회하게 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 선회부 측에는 선회부의 선회 각도를 감지하는 감지센서;를 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한 상기 조작부에는 선회부의 이상 동작을 알리는 알람;이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 조작부에는 선회부의 이상 동작시 선회부를 비상정지 하게 하는 정지 버튼;이 더 구비되는 것이 바람직하다.

또한 상기 조작 레버는 감지센서에 의해 제한적인 동작 범위를 갖게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 작업 특정과 환경에 따라 동작되는 선회 구동부의 위치(회전 각도)를 제한하여, 설정된 설정 각도 이상 진행하지 않아 반복적인 작업시 작업 효율을 증대시킬 수 있게 되고, 불필요한 동작으로 인해 연료를 소모하는 일이 없어 연료 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 선회부가 정해진 특정 위치(선회 각도)를 벗어날 경우에는 이를 감지센서를 통해 감지하고 감지된 이상 상태를 작업자에게 알람을 통해 알려 정지 버튼을 통해 비상 정지하게 함으로써 설정 각도 이상의 동작으로 인한 안전사고를 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 하이브리드 굴삭기를 나타내는 블록도.
도 2은 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 제1 실시예를 나타내는 블록도.
도 3는 본 발명에 따른 하이브리드 굴삭기의 제2 실시예를 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 하이브리드 굴삭기에 따른 선회부를 나타내는 개략도.

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.

본 발명의 하이브리드 굴삭기는 버켓, 암, 붐, 주행 등의 구성들의 동작은 종래의 그것과 동일하며, 본 발명에 따른 제1 실시예를 보면, 도 2에 도시된 바와 같이 하이브리드 굴삭기의 선회 동작을 제한적인 범위에서 동작을 정확하게 하기 위한 구성으로 조작부(60)와, 조작부를 제어하는 인버터(50)와 선회부의 선회 동작을 위한 조작 레버(70)를 포함한다.

상기 인버터(50) 및 이를 제어하기 위한 제어부는 내부에 통상 하이브리드 굴삭기의 선회부 동작을 제어하기 위한 회로가 구성되어 있다. 이러한 구성에 선회부의 선회 각도를 제한적으로 할 수 있게 하는 프로그램이 구성되어 있으며, 프로그램 내에 선회부의 선회 각도를 설정하기 위해 선회부(51)의 선회축(51a) 상에 감지센서(80)를 구비하고 있다. 상기 감지센서(80)는 선회축의 회전 각도를 센싱하여 인버터와 제어부에 인가하며 인가된 센싱 신호를 토대로 선회부의 선회 각도를 제한적으로 할 수 있게 하는 것이다.

또한 선회부의 선회 각도를 제한적으로 하기 위하여 조작부(60)에는 제1 버튼(61a)과 제2 버튼(61b)이 구성되어 있다.

제1 실시예의 동작 상태를 보면, 먼저 선회부의 선회 각도를 제한하고자 하는 위치에 조작 레버(70)를 이용해 선회부를 선회시킨 후 최소 시작 각도를 제1 버튼(61a)을 이용해 설정한다.

다음으로 조작 레버(70)를 이용해 선회부를 회전시키며 선회부가 정지할 위치까지 이동시킨 후 제2 버튼(61b)을 눌려 설정한다.

이와 같이 제1 버튼과 제2 버튼을 이용해 선회부의 선회 각도를 인버터에 설정하면, 다음 조작 레버를 이용해 선회부를 선회 동작시키더라도 시작 위치와 끝나는 위치 각도가 일정하게 되어 있어 조작 레버 조작으로 선회부가 지속적으로 선회되더라도 제1 버튼과 제2 버튼에 의해 설정된 설정 각도 이상 진행하지 않아 반복적인 작업시 작업 효율을 증대시킬 수 있게 되고, 불필요한 동작으로 인해 연료를 소모하는 일이 없어 연료 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

한편, 조작부(60)에 알람(62)과 정지 버튼(63)을 더 구비하며, 선회부(52)와 선회 전동기 발전기(51)를 연결하는 선회축(51a)에 선회축의 회전 각도를 측정할 수 있는 감지센서(미도시)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이는 인버터를 통해 미리 설정된 선회 각도 범위에 동작하더라도 인버터의 오작동에 의해 선회부가 설정 각도 이상 동작할 경우 이를 감지센서를 통해 감지하고 감지된 이상 상태를 작업자에게 알람을 통해 알려 정지 버튼을 통해 비상정지하게 함으로써 설정 각도 이상의 동작으로 인한 안전사고를 방지할 수 있게 하기 위함이다.

여기서 상기 감지센서는 앞에서 설명한 선회축 회전 각도 감지센서(80)를 그대로 이용할 수도 있고 별도의 감지센서를 더 구비시켜 감지시키는 것도 가능하다.

또한 도 3에 도시된 바와 같이 제2 실시예는 하이브리드 굴삭기의 선회 동작을 제한적인 범위에서 동작을 정확하게 하기 위한 구성으로 조작부(60)와, 조작부를 제어하는 인버터(50) 및 이를 제어하기 위한 제어부와 선회부의 선회 동작을 위한 조작 레버(70)를 포함한다.

상기 인버터(50)와 제어부는 내부에 통상 하이브리드 굴삭기의 선회부 동작을 제어하기 위한 회로가 구성되어 있다.

이러한 구성에 선회부의 선회 각도를 여러개로 사전에 설정하여 이를 저장한 후에 여러개의 선회 각도에 대해서 작업 환경에 따라 변경될 수 있음은 주지사실이다.

예컨대 하이브리드 굴삭기의 작업 조건에서 반복되는 작업 구간이 최하 0°에서 최고 180°일 경우 이를 사전에 여러개의 각도로 설정하여 선회 각도가 최하에서 최대 범위 이내에서만 동작하도록 하거나 임의의 각도로 설정하여 그 범위내에서만 동작하도록 하는 것이다.

이를 위해 본 발명에는 조작부(60)가 구비된다. 상기 조작부(60)는 다수개의 버튼(61')이 구비된다. 상기 버튼(61')은 앞서 설명한 바와 같이 인버터(50)에 미리 설정된 선회부 선회 각도에 따라 한번의 버튼 조작에 의해 선회가 이루어지도록 하는 것이다.

즉, 작업자는 반복적인 선회 동작 중 원하는 선회 각도의 버튼을 누르면 선회 후 정지를 위해서 조작 레버를 조작하지 않아도 특정 각도까지만 선회 동작이 이루어지기 때문에 버켓, 암, 붐 동작에만 집중하여 작업을 수행할 수 있고다. 또한, 미리 설정된 선회 각도에서만 선회 동작이 수행되므로 선회 범위 이상의 작업물과의 충돌이나, 비정상적인 선회 동작으로 인한 안전사고를 사전에 방지할 수 있게 되는 것이다.

특히 본 발명에서는 조작부(60)에 알람(62)과 정지 버튼(63)을 더 구비하며, 선회부(52)와 선회 전동기 발전기(51)를 연결하는 선회축(51a)에 선회축의 회전 각도를 측정할 수 있는 감지센서(80)를 더 구비하는 것이 바람직하다. 이는 인버터를 통해 미리 설정된 선회 각도 범위에 동작하더라도 인버터의 오작동에 의해 선회부가 설정 각도 이상 동작할 경우 이를 감지센서를 통해 감지하고 감지된 이상 상태를 작업자에게 알람을 통해 알려 정지 버튼을 통해 비상정지하게 함으로써 설정 각도 이상의 동작으로 인한 안전사고를 방지할 수 있게 하기 위함이다.

그리고 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 감지센서를 선회축 상에 복수개로 설치하는 것도 가능하다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 조작부를 통해 미리 설정된 선회 각도로만 조작할 수 있으나 버튼 조작 없이 작업자가 조작 레버(70)를 이용해 선회 동작을 실시할 수 있기 때문에 선회축에 설치한 복수개의 감지센서(80a,80b)를 이용해 감지센서 이내에서만 선회를 가능하도록 하여 조작 레버를 풀(FULL)로 조작하더라도 선회 각도 이상 벗어나지 않게 인버터에서 차단시키는 역할을 수행하게 함으로써 선회 동작으로 인한 안전사고를 사전에 방지할 수 있게 된다.

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.

50: 인버터 51: 발전기
51a: 선회축 52: 선회부
60: 조작부 62: 알람
63: 정지 버튼 70: 조작 레버
80: 감지센서

Claims (8)

1. 하이브리드 굴삭기에 있어서,
   선회 출력 측에 연결된 전동기 발전기와 연결되어 선회부를 제어하는 인버터와 그 제어부;
   선회부의 선회 각도를 설정하는 버튼을 이용해 선회부의 선회 각도를 제한적으로 조작하게 하는 조작부; 및
   상기 선회부의 선회 동작을 조작하는 조작 레버;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 조작부는 상기 선회부의 선회 시작 위치와 선회 종료 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 조작부는 선회부를 인버터와 그 제어부에 의해 미리 설정된 선회 각도별로 선회하게 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선회부 측에는 선회부의 선회 각도를 감지하는 감지센서;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 조작부에는 선회부의 이상 동작을 알리는 알람;이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 조작부에는 선회부의 이상 동작시 선회부를 비상정지 하게 하는 정지 버튼;이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 조작 레버는 감지센서에 의해 제한적인 동작 범위를 갖게 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 감지센서는 복수개인 것을 특징으로 하는 하이브리드 굴삭기.
   

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