KR20130135251A - 전기식 굴삭기의 터닝조인트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류/교류 변환기, 상부 코일, 하부 코일 및, 인버터를 포함하여 이루어진 전기식 굴삭기의 터닝조인트에 관한 것으로, 변압기 원리를 적용하여 상부의 전기 에너지를 하부 주행체로 전달될 수 있도록 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)용 터닝 조인트를 구성하여, 전기 굴삭기에서 상부 선회체의 선회 동작 중간에도, 하부의 주행용 전기모터에 전원이 공급될 수 있도록 해 주행 동작이 가능한 효과가 있다.

Description

전기식 굴삭기의 터닝조인트{TURNING JOINT FOR ELECTRIC EXCAVATOR}
본 발명은 전기식 굴삭기의 터닝조인트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)와 같이 전기 모터를 사용해야 하는 장비에 있어서, 선회 동작을 해야 하는 전기 굴삭기의 특성상 상부의 전원을 하부로 배선 등을 통해서 전달할 수 없는 문제점을, 변압기의 원리를 굴삭기 선회부에 적용하여 전원을 하부로 전달할 수 있도록 하여 해결한 전기식 굴삭기의 터닝조인트에 관한 것이다.
통상적으로 굴삭기 특히, 전기 굴삭기는 선회부에 터닝 조인트라는 부품이 있어 상부의 유압원을 하부로 유압배선을 이용하지 않고 전달시킬 수 있게 구성되어 있다. 이로 인해 장비가 선회하고 있는 중간에도 하부의 주행용 유압모터에 상부의 유압원을 공급시킬 수 있어 주행을 할 수 있게 되어 있다. 그러나, 전기 굴삭기(혹은, 하이브리드 굴삭기)에 있어, 주행모터를 유압식이 아닌 전기모터를 사용하게 되는 경우, 그렇게 되면 기존 유압식 터닝 조인트와 동일한 개념의 전원 전달 장치가 필요하게 된다.
본 발명은 상기한 필요성을 충족시키기 위해 개발된 것으로, 선회부에 변압기 원리를 적용하여 상부의 전기 에너지를 하부로 전달될 수 있도록 전기 굴삭기용 터닝 조인트를 구성하여 전기 굴삭기의 선회동작 중간에도 주행을 할 수 있도록 한, 전기식 굴삭기의 터닝조인트를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기식 굴삭기의 터닝조인트는,
굴삭기의 상부 선회체에 위치하고 있는 전기에너지 저장장치의 직류 전기에너지를 교류로 변환시키는 직류/교류 변환기, 상부 선회체에 감겨져 상기 직류/교류 변환기에서 변환시킨 교류 성분의 전기에너지를 하부 주행체로 전자기 유도로 전달하는 상부 코일, 하부 주행체에 감겨져 상기 상부 코일로부터 전달된 교류 성분의 기전력을 전달받는 하부 코일 및, 상기 하부 코일에서 전달받은 교류 성분의 기전력을 주행용 전기모터의 전원으로 공급하는 인버터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 에너지 손실을 줄일 수 있도록, 상기 직류/교류 변환기의 전원을 단속하여 하부체의 주행용 전기모터가 전원을 필요로 할 때만 공급할 수 있도록 한 전원 단속 수단을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 상부의 전기에너지 저장장치의 전압과 하부의 주행용 전기모터의 사용 전압 범위가 다른 경우, 상부 선회체에 감겨있는 상부 코일의 권선수와 하부 주행체에 감겨져 있는 하부 코일의 권선수 조절에 따라 전압 조정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 변압기 원리를 적용하여 상부의 전기 에너지를 하부 주행체로 전달될 수 있도록 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)용 터닝 조인트를 구성하여, 전기 굴삭기에서 상부 선회체의 선회 동작 중간에도, 하부의 주행용 전기모터에 전원이 공급될 수 있도록 해 주행 동작을 가능하게 할 수 있다.
그리고, 상부에 위치하고 있는 전기에너지 저장장치의 전압과 하부에 위치하고 있는 주행용 전기모터의 사용 전압 범위가 다른 경우, 상부 선회체에 감겨있는 상부 코일의 권선수와, 하부 주행체에 감겨져 있는 하부 코일의 권선수를 조절함으로써 전압을 조정하여 사용할 수 있다.
또한, 소정의 전원 단속 수단을 통해 직류/교류 변환기의 전원을 단속하여 하부체의 주행용 전기모터가 전원을 필요로 할 때만 공급할 수 있도록 하여 에너지 손실을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전기식 굴삭기의 터닝조인트를 도시한 블록구성도
도 2는 본 발명에 따른 전기식 굴삭기의 터닝조인트의 동작을 순서대로 도시한 플로우 챠트
도 3은 본 발명에 따른 터닝조인트를 탑재한 전기식 굴삭기를 예로 들어 도시한 도면
도 4는 본 발명에 사용되는 변압기 원리를 설명하기 위해 마련한 도면
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 전기에너지 저장장치 102 : 직류/교류 변환기
103 : 상부 코일 104 : 하부 코일
105 : 인버터 106 : 주행용 전기모터
발명의 실시를 위한 최선의 형태
도 1은 본 발명에 따른 굴삭기 특히, 전기식 굴삭기의 터닝조인트를 도시한 블록구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 장치는 전기에너지 저장장치(101), 직류/교류 변환기(102), 상부 코일(103), 하부 코일(104), 인버터(105), 주행용 전기모터(106)를 포함하여 이루어진 구조이다.
즉, 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)의 상부 선회체에 위치하고 있는 전기에너지 저장장치(101)의 직류 전기에너지를 교류로 변환시키는 직류/교류 변환기(102)와, 상부 선회체에 감겨져 상기 직류/교류 변환기(102)에서 변환시킨 교류 성분의 전기에너지를 하부 주행체로 전자기 유도로 전달하는 상부 코일(103), 하부 주행체에 감겨져 상기 상부 코일(103)로부터 전달된 교류 성분의 기전력을 전달받는 하부 코일(104) 및, 상기 하부 코일(104)에서 전달받은 교류 성분의 기전력을 주행용 전기모터(106)의 전원으로 공급하는 인버터(105)를 포함하여 이루어진 구조이다.
추가로, 상부의 전기에너지 저장장치(101)의 전압과 하부의 주행용 전기모터(106)의 사용 전압 범위가 다른 경우, 상부 선회체에 감겨있는 상부 코일(103)의 권선수와 하부 주행체에 감겨져 있는 하부 코일(104)의 권선수를 조절하여 전압을 조정하여 사용할 수 있도록 된 구조이다.
그리고, 에너지 손실을 줄일 수 있도록, 직류/교류 변환기(102)의 전원을 단속하여 하부체의 주행용 전기모터(106)가 전원을 필요로 할 때만 공급할 수 있도록 한 소정의 전원 단속 수단(미도시)을 더 포함하여 이루어진 구조로 된 것이다.
상기 상부 코일(103)은 상부 선회체에 감겨지고 직류/교류 변환기(102)에 전기적으로 연결된 것으로, 직류/교류 변환기(102)가 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)의 상부 선회체에 위치하고 있는 전기에너지 저장장치(101)의 직류 전기에너지를 교류로 변환시키면, 그 직류/교류 변환기(102)에서 변환시킨 교류 성분의 전기에너지를 하부 주행체로 전자기 유도로 전달하는 것이다. 즉, 상부 선회체에 감겨져 있는 상부 코일(103)에 전류가 흐르게 되면 하부 주행체에 감겨져 있는 하부 코일(104)에 전자기 유도현상으로 인해 기전력이 유도된다. 이런 변압기 원리를 이용하여 상부체에 있는 전기 에너지를 하부로 전달시키는 것이다.
하부 코일(104)은 하부 주행체에 감겨져 상기 상부 코일(103)로부터 전달된 교류 성분의 기전력을 전자기 유도로 전달받는 것이다. 이렇게 전달된 교류 성분의 기전력은 인버터(105)로 전달되어 주행용 전기모터(106)의 전원으로 공급된다.
인버터(105)는 하부 코일(104)에 전기적으로 연결된 것으로, 하부 코일(104)이 하부 주행체에 감겨져 상기 상부 코일(103)로부터 전달된 교류 성분의 기전력을 전달받게 된 경우, 그 하부 코일(104)에서 전달받은 교류 성분의 기전력을 연결된 주행용 전기모터(106)의 전원으로 공급하는 것이다.
발명의 실시를 위한 형태
이하, 도 1의 본 발명에 따른 전기식 굴삭기의 터닝조인트의 동작을 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기식 굴삭기의 터닝조인트의 동작을 순서대로 도시한 플로우 챠트이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 먼저, 직류/교류 변환기가 전기에너지 저장장치의 직류전기에너지를 교류로 변환시킨 다음, 변환된 교류 전기에너지를 상부 코일로 전달한다(S201 ∼ S202).
즉, 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)의 상부 선회체에 위치하고 있는 전기에너지 저장장치에 연결된 직류/교류 변환기가 전기에너지 저장장치의 직류 전기에너지를 교류로 변환시킨 다음, 변환된 교류 전기에너지를 상부 선회체에 감겨져 있는 상부 코일로 전달한다.
다음, 상부 코일은 상기 직류/교류 변환기에서 변환시킨 교류 성분의 전기에너지를 하부 주행체로 전자기 유도로 전달한다.
즉, 상부 선회체에 감겨져 있는 상부 코일에 전류가 흐르게 되면 하부 주행체에 감겨져 있는 하부 코일에 전자기 유도현상으로 인해 기전력이 유도된다. 이런 변압기 원리를 이용하여 상부체에 있는 전기 에너지를 하부로 전달시키게 된다.
다음, 상기한 바에 따라 하부 코일은 하부 주행체에 감겨져 상기 상부 코일로부터 전달된 교류 성분의 기전력을 전자기 유도로 전달받는다.
그러면, 인버터는 그 하부 코일에서 전달받은 교류 성분의 기전력을 연결된 주행용 전기모터의 전원으로 공급하게 된다.
그렇게 하여, 하부체에 전달된 교류 성분의 기전력은 인버터에 연결된 주행용 전기모터의 전원으로 사용할 수 있게 된다.
그 결과, 상부 선회체의 회전 중에도 주행용 전기모터를 구동시킬 수 있어 주행을 할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상부에 위치하고 있는 전기에너지 저장장치의 전압과 하부에 위치하고 있는 주행용 전기모터의 사용 전압 범위가 다른 경우, 상부 선회체에 감겨있는 상부 코일의 권선수와, 하부 주행체에 감겨져 있는 하부 코일의 권선수를 조절함으로써 전압을 조정하여 사용할 수 있다.
그리고, 소정의 전원 단속 수단을 통해 직류/교류 변환기의 전원을 단속하여 하부체의 주행용 전기모터가 전원을 필요로 할 때만 공급할 수 있도록 하여 에너지 손실을 줄일 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 변압기 원리를 적용하여 상부의 전기 에너지를 하부 주행체로 전달될 수 있도록 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)용 터닝 조인트를 구성하여, 전기 굴삭기에서 상부 선회체의 선회 동작 중간에도, 하부의 주행용 전기모터에 전원이 공급될 수 있도록 해 주행 동작을 가능하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기식 굴삭기 터닝조인트를 탑재한 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)를 예로 들어 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 굴삭기는 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)의 상부 선회체에 위치하고 있는 전기에너지 저장장치의 직류 전기에너지를 교류로 변환시키는 직류/교류 변환기와, 상부 선회체에 감겨져 상기 직류/교류 변환기에서 변환시킨 교류 성분의 전기에너지를 하부 주행체로 전자기 유도로 전달하는 상부 코일, 하부 주행체에 감겨져 상기 상부 코일로부터 전달된 교류 성분의 기전력을 전달받는 하부 코일 및, 상기 하부 코일에서 전달받은 교류 성분의 기전력을 주행용 전기모터의 전원으로 공급하는 인버터를 포함하여 이루어진 구조로 된 것이다.
그렇게 하여, 변압기 원리를 적용해 상부의 전기 에너지를 하부 주행체로 전달될 수 있도록 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)용 터닝 조인트를 구성하여, 전기 굴삭기에서도 상부 선회체의 선회 동작 중간에도, 하부의 주행용 전기모터에 전원이 공급될 수 있도록 해 주행 동작을 가능하게 한다.
도 4는 본 발명에 사용되는 변압기 원리를 설명하기 위해 마련한 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 통상 변압기는 정현파 전원이 접속된 1차측 권선과 부하와 접속된 2차측 권선으로 구성되어 있다. 그리고, 1차 측의 정현파 전원으로 인해 시계방향으로 자속이 생성되고 각 코일에는 코일의 권수(N1, N2)와 코일 내 자속의 변화율에 비례하는 전압이 발생한다. 누설이 없다고 가정하였을 때 양 코일에는 같은 양의 자속이 존재한다. 따라서 1,2차 측에는 코일의 권수에 비례하는 유기기전력(Ep, Es)이 생성된다. 또한, 렌쯔의 법칙에 의해 각 코일에 발생되는 전압은 그 발생원인을 방해하는 방향으로 유기된다. 따라서, 코일1에 유기되는 기전력(Ep)은 정현파 전원과 반대방향이 된다. 2차 측 코일의 경우에는 코일창 안에 생성된 자속에 반대되는 방향의 유기기전력(Es)이 생성된다. 이런 변압기 원리를 본 발명에서는 전기 굴삭기의 터닝 조인트에 적용하고 이를 통해 필요 전원을 상부에서 하부로 공급할 수 있도록 한 것이다. 굴삭기에 적용되어 사용되는 원리는 상기한 바와 같다.
산업상 이용가능성
본 발명은 전기식 굴삭기의 터닝조인트에 이용가능한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 굴삭기(또는, 하이브리드 굴삭기)와 같이 전기 모터를 사용해야 하는 장비에 있어서, 선회 동작을 해야 하는 전기 굴삭기의 특성상 상부의 전원을 하부로 배선 등을 통해서 전달할 수 없는 문제점을, 변압기의 원리를 굴삭기 선회부에 적용하여 전원을 하부로 전달할 수 있도록 하여 해결한 전기식 굴삭기의 터닝조인트에 이용가능하다.

Claims (3)

  1. 굴삭기의 상부 선회체에 위치하고 있는 전기에너지 저장장치의 직류 전기에너지를 교류로 변환시키는 직류/교류 변환기;
    상부 선회체에 감겨져 상기 직류/교류 변환기에서 변환시킨 교류 성분의 전기에너지를 하부 주행체로 전자기 유도로 전달하는 상부 코일;
    하부 주행체에 감겨져 상기 상부 코일로부터 전달된 교류 성분의 기전력을 전달받는 하부 코일; 및
    상기 하부 코일에서 전달받은 교류 성분의 기전력을 주행용 전기모터의 전원으로 공급하는 인버터를 포함하여 이루어진 전기식 굴삭기의 터닝조인트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    에너지 손실을 줄일 수 있도록, 상기 직류/교류 변환기의 전원을 단속하여 하부체의 주행용 전기모터가 전원을 필요로 할 때만 공급할 수 있도록 한 전원 단속 수단을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기식 굴삭기의 터닝조인트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부의 전기에너지 저장장치의 전압과 하부의 주행용 전기모터의 사용 전압 범위가 다른 경우, 상부 선회체에 감겨있는 상부 코일의 권선수와 하부 주행체에 감겨져 있는 하부 코일의 권선수 조절에 따라 전압 조정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기식 굴삭기의 터닝조인트.
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