KR20130137446A - 건설 기계의 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건설 기계의 제어 시스템에 관한 것으로서, 엔진 또는 배터리에서 출력된 에너지로 작동되는 제1전동기, 상기 제1전동기에서 생산된 전기로 작동되는 유압 펌프, 상기 유압 펌프로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 적어도 하나의 액추에이터, 상기 제1전동기의 속도를 감지하는 제1속도 센서, 상기 제1속도 센서에 연결되어 상기 제1속도 센서의 이상을 검출하는 제1검출 수단 및 상기 제1검출 수단에서 상기 제1속도 센서의 이상이 검출되면 상기 제1전동기를 센서리스 제어(sensorless control)하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하므로, 속도 센서 고장 시에 작업 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

건설 기계의 제어 시스템{CONTROL SYSTEM OF CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 건설 기계의 제어 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 또는 전기 동력 건설 기계에 있어서 전동기의 속도 센서 고장 시에 작업 안전성을 향상시킨 건설 기계의 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 굴삭기 등의 건설 기계는 건축 및 토목 공사시 땅을 파거나 메우는 굴삭 작업, 경토 암반 파쇄 등의 브레이커 작업, 흙다짐과 같은 컴팩터 작업 및 절단 등의 크라샤 작업과 같은 다양한 작업 기능을 가진 건설 기계를 말한다.

이러한 굴삭기는 보통 주행 동력 및 작업 장치의 유압 구동 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 및 버켓 등의 각 작업 부위를 동작시키고 있다.

이와 같이 주지된 굴삭기는 디젤 엔진과 같은 엔진을 탑재하고 있지만 화석연료인 경유는 갈수록 고갈되어 가고 있어 대체 에너지의 필요성이 심각하게 대두되고 있을 뿐만 아니라, 연료값이 비싸고 중장비라는 특수성 때문에 특히 연료 소모량이 많아 운전 비용이 증대되는 단점이 있어 왔다.

이러한 단점을 보완하기 위해 근래에 개발되고 있는 것이 하이브리드 굴삭기 또는 전기 굴삭기이며, 도 1은 일반적인 하이브리드 굴삭기를 나타낸 블록도, 도 2는 일반적인 전기 굴삭기를 나타낸 블록도이다.

먼저, 도 1을 참조하면 종래의 하이브리드 굴삭기는 엔진(1)에서 출력된 에너지를 전동기 발전기(2)를 통해 유압 펌프(3)를 동작시키고, 동작된 유압 펌프(3)는 작업장치를 제어하는 유압식 컨트롤 밸브(4)를 거쳐 붐(5), 암 및 버켓(6) 실린더와 주행 유압 모터(7)를 동작시켜 실린더 작동과 주행부를 구동하는 구조이며, 상기 전동기 발전기(2)에서 발생된 전기 에너지로 전동 모터(9)를 동작시켜 선회부(10)를 구동한다. 또한 전동기 발전기(2)에서 발생되는 에너지는 배터리(8)에 저장하여 엔진 효율을 증대시키도록 하고 있다.

한편, 도 2를 참조하면 종래의 전기 굴삭기는 엔진 대신 배터리(8)에서 출력된 전기 에너지로 전동기 발전기(2)를 구동하여 유압 펌프(3)를 동작시키고, 동작된 유압 펌프(3)는 작업 장치를 제어하는 유압식 컨트롤 밸브(4)를 거쳐 붐(5), 암 및 버켓(6) 실린더와 주행 유압 모터(7)를 동작시켜 주행부 구동과 실린더를 작동하는 구조이다.

이러한 전기 굴삭기는 배터리(8)에서 유압 펌프 구동용 모터인 전동기 발전기(2)와 선회 구동용 모터인 전동 모터(9)에 에너지를 공급하며, 붐 다운과 선회 정지시 에너지를 회생하여 전동기 발전기(2)에서 발생된 전기 에너지를 배터리(8)에 축적하는 구조이다.

이와 같은 하이브리드 굴삭기 또는 전기 굴삭기에는 전동기의 속도나 토크를 정밀하게 제어하기 위해 전동기의 속도를 감지하는 속도 센서(미도시)가 구비되는데, 이러한 속도 센서에 이상이 발생하면 상기 전동기가 정상적으로 작동하지 않아서 안전 사고가 발생할 수 있고, 건설 기계가 비상 정지된 후에는 다시 작동할 수 없어 안전한 자세로 움직이거나 장비를 이동시킬 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전동기가 구비되는 하이브리드 또는 전기 건설 기계에서 전동기에 마련되는 속도 센서의 고장 시에 작업 안전성을 향상시킬 수 있는 건설 기계의 제어 시스템에 관한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명인 건설 기계의 제어 시스템은, 엔진 또는 배터리에서 출력된 에너지로 작동되는 제1전동기; 상기 제1전동기에서 생산된 전기로 작동되는 유압 펌프; 상기 유압 펌프로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 적어도 하나의 액추에이터; 상기 제1전동기의 속도를 감지하는 제1속도 센서; 상기 제1속도 센서에 연결되어 상기 제1속도 센서의 이상을 검출하는 제1검출 수단; 및 상기 제1검출 수단에서 상기 제1속도 센서의 이상이 검출되면 상기 제1전동기를 센서리스 제어(sensorless control)하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 건설 기계의 제어 시스템은, 엔진 또는 배터리에서 출력된 에너지로 작동되는 제2전동기; 상기 제2전동기에서 생산된 전기로 작동되는 선회부; 상기 제2전동기의 속도를 감지하는 제2속도 센서; 및 상기 제2속도 센서에 연결되어 상기 제2속도 센서의 이상을 검출하는 제2검출 수단; 을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2검출 수단에서 상기 제2속도 센서의 이상이 검출되면 상기 제2전동기를 센서리스 제어(sensorless control)하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 건설 기계의 제어 시스템은, 엔진 또는 배터리에서 출력된 에너지로 작동되는 제2전동기; 상기 제2전동기에서 생산된 전기로 작동되는 선회부; 상기 제2전동기의 속도를 감지하는 제2속도 센서; 및 상기 제2속도 센서에 연결되어 상기 제2속도 센서의 이상을 검출하는 제2검출 수단; 을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2검출 수단에서 상기 제2속도 센서의 이상이 검출되면 상기 선회부를 제동하도록 선회 브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 건설 기계의 제어 시스템은, 상기 제1검출 수단 또는 상기 제2검출 수단에서 상기 제1속도 센서 또는 상기 제2속도 센서의 이상이 검출되면 이를 사용자에게 현출시키는 디스플레이 장치; 를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 건설 기계에 마련되는 속도 센서에 이상이 검출되면 전동기를 센서리스 제어하거나 선회 브레이크를 작동시킴으로써 작업 안전성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 하이브리드 굴삭기를 나타낸 블록도이다.
도 2는 일반적인 전기 굴삭기를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설 기계의 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 제어 시스템을 나타낸 블록도이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설 기계의 제어 시스템을 나타낸 블록도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 건설 기계의 제어 시스템의 구조를 상세히 설명한다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 건설 기계의 제어 시스템은 하이브리드식으로 구동되는 건설 기계에 관한 것이며, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건설 기계의 제어 시스템은 전기식으로 구동되는 건설 기계에 관한 것이다.

상기 건설 기계의 제어 시스템은 엔진(100), 배터리(200), 제1전동기(110), 유압 펌프(120), 액추에이터(130) 및 제어부(140) 등을 포함하여 구성되고, 하이브리드식으로 구동되는 건설 기계인 경우 상기 제1전동기(110)는 엔진(100) 또는 배터리(200)에서 출력된 에너지로 작동되며, 전기식으로 구동되는 건설 기계인 경우 상기 제1전동기(110)는 배터리(200)에서 출력된 에너지로 작동된다.

상기 유압 펌프(120)는 상기 제1전동기(110)에서 생산된 전기로 작동되며, 상기 액추에이터(130)는 상기 유압 펌프(120)로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 것으로서, 본 발명에 따르면 도시하지는 않았지만 붐, 암 및 버켓을 작동시키는 유압 실린더와 주행용 유압 모터 등을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 제1전동기(110)에는 상기 제1전동기(110)의 속도를 감지하는 제1속도 센서(112)가 연결되는데, 상기 제1속도 센서(112)는 상기 제1전동기(110)의 속도 또는 토크를 정밀하게 제어하기 위하여 상기 제1전동기(110)의 속도를 감지하며, 상기 제1속도 센서(112)에 연결된 제1검출 수단(114)은 상기 제1속도 센서(112)의 이상을 검출한다.

즉, 본 발명에 따르면 상기 제1검출 수단(114)에서 상기 제1속도 센서(112)의 이상이 검출되면 상기 제어부(140)는 상기 제1전동기(110)를 센서리스 제어하게 된다. 비록 이러한 센서리스 제어에 의하면 상기 제 1 속도 센서(112)가 감지한 상기 제1전동기(110)의 속도에 기반하여 상기 제1전동기(110)를 제어하는 것보다는 그 응답성 및 정밀성이 떨어지나, 상기 제1전동기(110)를 제동 없이 계속적으로 구동함으로써 작업자의 안전 사고를 방지하고, 건설 기계의 비상 정지 없이 계속적으로 작업을 수행할 수 있으므로 작업 안전성이 향상된다.

여기서, 센서리스 제어 방법은 실제 산업에서 가장 많이 사용되는 역기전력 추정 방식의 센서리스 제어를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 역기전력 추정 방식의 센서리스 제어는 모터가 회전할 때 유기되는 역기전력을 관측하여 그로부터 얻어지는 회전자 위치의 오차 정보로부터 모터 회전자의 위치 및 회전 속도를 추정하여 모터 구동을 하는 것으로서, 모터의 고속 회전시 관측할 수 있는 역기전력의 크기가 충분하기 때문에 위치 및 속도 추정기에서 정확한 위치를 추적하여 모터를 구동하므로 안정적으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기 건설 기계의 제어 시스템은 제2전동기(210) 및 선회부(220) 등을 더 포함하여 구성되는데, 하이브리드식으로 구동되는 건설 기계인 경우 상기 제2전동기(210)는 엔진(100) 또는 배터리(200)에서 출력된 에너지로 작동되며, 전기식으로 구동되는 건설 기계인 경우 상기 제2전동기(210)는 배터리(200)에서 출력된 에너지로 작동됨으로써 전기를 생산하여 상기 선회부(220)를 작동시킨다.

또한, 상기 제1전동기(110)와 마찬가지로 상기 제2전동기(210)에는 상기 제2전동기(210)의 속도를 감지하는 제2속도 센서(212)가 연결되는데, 상기 제2속도 센서(212)는 상기 제2전동기(210)의 속도 또는 토크를 정밀하게 제어하기 위하여 상기 제2전동기(210)의 속도를 감지하며, 상기 제2속도 센서(212)에 연결된 제2검출 수단(214)은 상기 제2속도 센서(212)의 이상을 검출한다. 그리고, 상기 제2검출 수단(214)에서 상기 제2속도 센서(212)의 이상이 검출되면 상기 제어부(140)는 상기 제2전동기(210)를 센서리스 제어한다.

한편, 상기 제2검출 수단(214)에서 상기 제2속도 센서(212)의 이상이 검출되는 경우 상기 제어부(140)는 상기 제2전동기(210)를 센서리스 제어하지 않고, 선회 브레이크(222)를 작동시켜 상기 선회부(220)를 제동할 수 있다. 즉, 이 경우에는 상기 제2전동기(210)의 계속적인 작동보다는 상기 선회부(220)를 정지시킴으로써 작업자의 안전을 보호하게 된다.

본 발명의 건설 기계의 제어 시스템에 따르면, 상기 제어부(140)에 연결되는 디스플레이 장치(300)가 더 포함되는데, 상기 디스플레이 장치(300)는 상기 제1검출 수단(114) 또는 상기 제2검출 수단(214)에서 상기 제1속도 센서(112) 또는 상기 제2속도 센서(212)의 이상이 검출되면 이를 사용자에게 현출시킴으로써 작업자가 이를 인지하여 후속 조치를 할 수 있도록 보조한다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100: 엔진 110: 제1전동기
112: 제1속도 센서 114: 제1검출 수단
120: 유압 펌프 130: 유압 액추에이터
140: 제어부 200: 배터리
210: 제2전동기 212: 제2속도 센서
214: 제2검출 수단 220: 선회부
222: 선회 브레이크

Claims (4)

1. 엔진 또는 배터리에서 출력된 에너지로 작동되는 제1전동기;
   상기 제1전동기에서 생산된 전기로 작동되는 유압 펌프;
   상기 유압 펌프로부터 토출되는 유압에 의해 구동되는 적어도 하나의 액추에이터;
   상기 제1전동기의 속도를 감지하는 제1속도 센서;
   상기 제1속도 센서에 연결되어 상기 제1속도 센서의 이상을 검출하는 제1검출 수단; 및
   상기 제1검출 수단에서 상기 제1속도 센서의 이상이 검출되면 상기 제1전동기를 센서리스 제어(sensorless control)하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   엔진 또는 배터리에서 출력된 에너지로 작동되는 제2전동기;
   상기 제2전동기에서 생산된 전기로 작동되는 선회부;
   상기 제2전동기의 속도를 감지하는 제2속도 센서; 및
   상기 제2속도 센서에 연결되어 상기 제2속도 센서의 이상을 검출하는 제2검출 수단; 을 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제2검출 수단에서 상기 제2속도 센서의 이상이 검출되면 상기 제2전동기를 센서리스 제어(sensorless control)하는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 제어 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   엔진 또는 배터리에서 출력된 에너지로 작동되는 제2전동기;
   상기 제2전동기에서 생산된 전기로 작동되는 선회부;
   상기 제2전동기의 속도를 감지하는 제2속도 센서; 및
   상기 제2속도 센서에 연결되어 상기 제2속도 센서의 이상을 검출하는 제2검출 수단; 을 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 제2검출 수단에서 상기 제2속도 센서의 이상이 검출되면 상기 선회부를 제동하도록 선회 브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 제어 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1검출 수단 또는 상기 제2검출 수단에서 상기 제1속도 센서 또는 상기 제2속도 센서의 이상이 검출되면 이를 사용자에게 현출시키는 디스플레이 장치; 를 더 포함하는 건설 기계의 제어 시스템.
   

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