KR20220163698A - 통합제어기를 이용하는 전기지게차 - Google Patents

통합제어기를 이용하는 전기지게차 Download PDF

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KR20220163698A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 통합제어기를 이용하는 전기지게차는 전기에너지를 저장하고 있는 배터리; 상기 배터리에 연결되고, 상기 배터리의 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 상기 인버터와 연결되고, 상기 변환된 교류전압이 인가되어 전기지게차를 구동하는 구동모터; 물품을 상승 또는 하강시키는 승강장치; 상기 인버터에 연결되고, 상기 변환된 교류전압이 인가되어 상기 승강장치를 구동시키는 승강모터; 및 상기 구동모터 및 상기 승강모터를 제어하고, 상기 전기지게차의 감속 시 상기 구동모터의 회전력으로 회생제동을 수행하여 전기에너지를 생산하고, 상기 승강장치의 하강 시 상기 물품의 중력에 따른 상기 승강모터의 회전력으로 상기 회생제동을 수행하여 상기 전기에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 통합제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

통합제어기를 이용하는 전기지게차{Electric forklift using integrated controller}
본 발명은 전기지게차에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
일반적으로 지게차는 화물을 들어 올리고 내리고 또 원하는 장소로 운반할 수 있는 차량의 일종으로, 각종 물류기계 중에서도 전 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있는 핵심 물류기계이다.
이러한 지게차는 종래에는 내연기관을 이용하여 동력을 얻었으므로 경유 등의 화학원료를 주동력원으로 하여 저속 운행임에도 불구하고 일반 자동차와 동일한 원료을 이용하고 있다.
따라서 최근 석유등의 제품 가격이 급격히 상승하여 지게차의 운영에 있어 과다한 비용이 요구되고, 또한 지게차의 주 동력원으로서의 내연기관은 에너지효율이 낮을 뿐만 아니라 배기가스, 소음 등 공해를 유발하는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 전기에너지를 이용할 수 있는 통합제어기를 이용하는 전기지게차를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전기지게차를 구동하는 구동모터 및 승강모터 각각의 회생제동을 통해 전기지게차의 연비를 향상시킬 수 있는 통합제어기를 이용하는 전기지게차를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전기지게차를 탑승한 탑승자의 주행패턴에 따라 주행거리 및 승강거리를 산출할 수 있는 통합제어기를 이용하는 전기지게차를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통합제어기를 이용하는 전기지게차는 전기에너지를 저장하고 있는 배터리; 상기 배터리에 연결되고, 상기 배터리의 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터; 상기 인버터와 연결되고, 상기 변환된 교류전압이 인가되어 전기지게차를 구동하는 구동모터; 물품을 상승 또는 하강시키는 승강장치; 상기 인버터에 연결되고, 상기 변환된 교류전압이 인가되어 상기 승강장치를 구동시키는 승강모터; 및 상기 구동모터 및 상기 승강모터를 제어하고, 상기 전기지게차의 감속 시 상기 구동모터의 회전력으로 회생제동을 수행하여 전기에너지를 생산하고, 상기 승강장치의 하강 시 상기 물품의 중력에 따른 상기 승강모터의 회전력으로 상기 회생제동을 수행하여 상기 전기에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 통합제어기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 전기에너지를 이용할 수 있는 통합제어기를 이용하는 전기지게차를 제공할 수 있어, 매연이나 공해 등을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 전기에너지를 이용하기 때문에 연료비용을 낮출 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기지게차를 구동하는 구동모터 및 승강모터 각각의 회생제동을 통해 전기지게차의 연비를 향상시킬 수 있어 장시간 동안 전기지게차를 운용할 수 있어 작업 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기지게차를 탑승한 탑승자의 주행패턴에 따라 주행거리 및 승강거리를 산출할 수 있어 작업 전에 주행거리 및 승강거리에 따라 전기에너지를 미리 충전할 수 있기 때문에, 장시간 소요되는 전기에너지 충전으로 인한 작업 지연을 미연에 방지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 통합제어기를 이용하는 전기지게차(이하 '전기지게차'라함)의 개략도를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기지게차의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 특정 무게에서 높이 별 회생제동 생산 효율의 그래프의 일예이다.
본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분 품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목, 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목, 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항 목의 조합을 의미한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 통합제어기를 이용하는 전기지게차(이하 '전기지게차'라함)의 개략도를 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기지게차(100)는 물품을 들어올려 타겟 지점으로 이동하여 타겟지점에 내려놓을 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 전기지게차는 전기에너지를 통해 물품을 승하강 및 이동시킬 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 전기지게차의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기지게차의 구성을 보여주는 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전기지게차(100)는 배터리(110), 인버터(120), 구동모터(130), 승강장치(140), 승강모터(150), 및 통합제어기(160)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리(110)는 전기에너지를 저장하고 있다. 배터리(110)는 인버터(120)를 통해 전기에너지를 공급하여 전기지게차(100)를 구동할 수 있다. 구체적으로 배터리(110)는 인버터(120)를 통해 구동모터(130)로 전기에너지를 공급하여 전기지게차를 주행시킬 수 있다. 또한, 배터리(110)는 인버터(120)를 통해 승강모터(150)로 전기에너지를 공급하여 승강장치(140)를 동작시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 배터리(110)는 외부 전원(ES) 또는, 구동모터(130) 및 승강모터(150)로부터 전기에너지를 공급받고, 공급된 전기에너지를 저장할 수 있다. 예컨대, 배터리(110)는 구동모터(130) 또는 승강모터(150)의 회생 제동에 의해 전기에너지를 공급받을 수 있다. 또한, 배터리(110)는 전기지게차(100)의 주차 중에 외부 전원(ES)으로부터 전기에너지를 공급받을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 배터리(110)는 직류전압을 인버터(120)로 공급할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 배터리(110)는 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 셀은 여러 번 충전 및 방전이 가능한 이차 전지(Secondary cell)일 수 있으며, 납축전지, 니켈-카드뮴 전지(NiCd), 니켈-수소 축전지(NiMH), 리튬-이온전지(Li-ion) 또는 리튬-이온 폴리머 전지(Li-ion polymer)일 수 있다.
인버터(120)는 배터리(110)에 연결되어 배터리(110)로부터 공급되는 직류전압을 교류전압으로 변환하여 구동모터(130) 및 승강모터(150)로 공급한다. 일 실시예에 있어서, 인버터(120)는 전류의 흐름을 허용하거나 차단하는 복수의 스위치들을 포함하며, 복수의 스위치들의 스위칭 동작에 의하여 구동모터(130) 및 승강모터(150)로 교류전류를 출력할 수 있다.
구동모터(130)는 인버터(120)로부터 구동전압을 공급받고, 전기지게차(100)의 차륜을 회전시키기 위한 회전력을 생성할 수 있다. 여기서 구동전압은 교류전압을 의미한다. 구동모터(130)는 전기지게차(100)에 고정된 고정자와 회전 가능하게 마련되는 회전자를 포함할 수 있다. 고정자와 회전자로 구동전압이 공급되면, 고정자와 회전자 사이에 자기적 상호작용이 발생한다. 이에 따라, 고정자와 회전자 사이에 자기적 상호작용에 의해 회전자가 회전하면서 회전력이 생성된다.
구동모터(130)는 인버터(120)가 동작하지 않을 때, 회전자가 회전하면서 회전자와 고정자 사이의 자기적 상호작용에 의하여 기전력을 발생시킨다. 구동모터(130)는 발생된 기전력을 인버터(120)로 공급하여 배터리(110)에 전기에너지를 저장할 수 있도록 한다. 여기서, 구동모터(130)에 의해 발생된 기전력은 교류 전류를 발생시키며, 인버터(120)는 교류 전류을 직류 전류로 변환하는 정류기로써 동작할 수 있다. 여기서 교류전류는 회생 전류를 의미한다.
회생전류는 인버터(120)에 의해 직류 전류로 변환되며 이에 따라 배터리(110)에 저장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 구동모터(130)는 주행모드 시 회전력을 발생시키고, 회생제동모드 시 회전력으로 회생제동을 수행하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 예컨대, 구동모터(130)는 전기지게차(100)의 주행 시 주행모드로 설정되고, 회전력을 발생시켜 전기지게차(100)를 이동시킬 수 있다. 또한, 구동모터(130)는 전기지게차의 감속 시 회생제동모드로 설정되고, 회전력으로 회생제동을 수행하여 전기에너지를 생산할 수 있다.
승강장치(140)는 물품을 상승 또는 하강시킨다. 이를 위해, 승강장치(140)는 승강모터(150)의 구동에 의해 상승 또는 하강될 수 있다. 승강장치(140)는 물품을 운반할 수 있도록 포크, 버킷, 클램프 램, 암, 푸시 풀 등이 구비되어 있을 수 있다.
승강모터(150)는 인버터(120)에 연결되어, 인버터(120)로부터 교류전압이 인가되면 회전력을 발생시켜 승강장치를 구동시킨다. 구체적으로, 승강모터(130)는 인버터(120)로부터 교류전압을 공급받고, 승강장치(140)의 상승 또는 하강을 위한 회전력을 생성할 수 있다.
승강모터(150)는 승강장치(140)에 고정된 고정자와 회전 가능하게 마련되는 회전자를 포함할 수 있다. 고정자와 회전자로 구동전압이 공급되면, 고정자와 회전자 사이에 자기적 상호작용이 발생한다. 이에 따라, 고정자와 회전자 사이에 자기적 상호작용에 의해 회전자가 회전하면서 회전력이 생성된다.
승강모터(150)는 인버터(120)가 동작하지 않을 때, 회전자가 회전하면서 회전자와 고정자 사이의 자기적 상호작용에 의하여 기전력을 발생시킨다. 승강모터(150)는 발생된 기전력을 인버터(120)로 공급하여 배터리(110)에 전기에너지를 저장할 수 있도록 한다. 여기서, 승강모터(150)에 의해 발생된 기전력은 교류 전류를 발생시키며, 인버터(120)는 교류 전류을 직류 전류로 변환하는 정류기로써 동작할 수 있다. 여기서 교류전류는 회생 전류를 의미한다.
회생전류는 인버터(120)에 의해 직류 전류로 변환되며 이에 따라 배터리(110)에 저장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 승강모터(150)는 승강장치(140)의 상승 시 회전력을 발생시키고, 승강장치(140)의 하강 시 물품의 중력에 따른 승강모터의 회전력으로 회생제동을 수행하여 전기에너지를 생산할 수 있다.
통합제어기(160)는 전기지게차(100)를 제어한다. 구체적으로, 통합제어기(160)는 전기지게차(100)의 각 구성(110-150)을 제어한다. 통합제어기(160)는 전기지게차(100)의 감속 시 구동모터(130)를 회생제동모드로 설정하고, 구동모터(130)의 회전력으로 전기에너지를 생산하도록한다.
통합제어기(160)는 전기지게차(100)의 승강장치(140)의 하강 시 물품의 중력에 따른 승강모터(150)의 회전력으로 회생제동을 수행하여 전기에너지를 생산할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 통합제어기(160)는 배터리(110)의 잔존용량이 미리 설정된 기준값보다 낮은 경우, 승강모터(150)를 연비모드로 설정할 수 있다. 이러한 실시예를 따를 때, 통합제어기(160)는 물품의 무게에 따라 승강장치(140)의 상승 최대점을 고정하고, 승강모터(150)가 승강장치(140)의 상승 최대점까지 구동되게 한다.
일예로, 통합제어기(160)는 물품의 무게 별로 승강모터(150)에서 승강장치(140)의 상승높이에 따라 소모되는 전기에너지와 해당 높이에서 하강 시 회생제동에 의해 생산될 수 있는 전기에너지의 회생제동 테이블을 저장하고 있을 수 있다. 통합제어기(160)는 물품의 무게를 측정하여 회생제동 테이블로부터 해당 무게에 매핑되어 있는 상승 최소점 및 상승 최대점을 추출하고, 승강모터(150)를 승강장치(140)의 상승 최소점 및 상승 최대점을 고정하여 구동될 수 있도록 할 수 있다.
회생제동 테이블에 기록된 상승 최소점 및 상승 최대점은 도 3에 도시된 바와 같이, 특정 무게에서 높이 별 회생제동 생산 효율의 그래프로부터 회생제동 생산효율의 최대 높이를 포함하도록 설정될 수 있다. 예컨대, 상승 최소점 및 상승 최대점은 회생제동 생산효율의 최대 생산효율에 대해 90%의 회생제동 생산효율일 때의 높이값들로 각각 설정할 수 있다. 여기서 회생제동 생산효율은 상승 시 승강모터(150)에서 소모되는 전기에너지에 대해 하강 시 회생제동으로 승강모터(150)에서 생산되는 전기에너지의 비율값을 의미한다.
일 실시예에 있어서, 통합제어기(160)는 전기지게차의 탑승자 주행패턴을 수집할 수 있다. 여기서 탑승자 주행패턴은 승강장치에 적재되는 물품의 1회 평균 무게, 물품 운반 시 승강장치의 수직위치, 물품의 평균 운반 거리, 물품의 운반 시까지 전기지게차의 회전각도 합계, 물품의 운반 시까지 제동횟수, 물품의 운반 시까지 제동력 합계 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 통합제어기(160)는 전기지게차(100)가 수행하는 작업 별로 탑승자 주행패턴을 수집할 수 있다. 예컨대, 전기지게차(100)가 팔레트 운반 작업을 수행하는 경우, 통합제어기(160)는 해당 팔레트 운반작업 시 탑승자 주행패턴을 수집할 수 있다. 또한, 전기지게차(100)가 화물차 적재 작업을 수행하는 경우, 통합제어기(160)는 해당 화물차 적재 작업 시 탑승자 주행패턴을 수집할 수 있다.
통합제어기(160)는 탑승자의 주행패턴을 기초로 배터리에 저장된 전기에너지에 따른 전기지게차의 주행거리 및 승강거리를 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 통합제어기(160)는 전기지게차로부터 정지 후 이동 시 소모되는 단위시간 당 전기에너지, 물품의 무게 당 소모되는 단위시간 당 전기에너지, 승강거리에 따라 소모되는 단위시간 당 전기에너지, 이동거리에 따라 소모되는 단위시간 당 전기에너지, 회전각에 따라 단위시간 당 전기에너지, 및 제동력에 따라 소모되는 단위시간 당 전기에너지를 포함하는 전기에너지 소모량 데이터를 측정하고, 전기에너지 당 이동거리 및 전기에너지 당 승강거리를 포함하는 거리 데이터를 측정할 수 있다. 통합제어기(160)는 전기에너지 소모량 데이터 및 거리 데이터를 이용하여 배터리에 저장된 전기에너지에 따른 전기지게차의 주행거리 및 승강거리를 산출할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 통합제어기(160)는 각 작업 별로 수집된 탑승자의 주행패턴을 이용하여 전기지게차(100)의 주행거리 및 승강거리를 산출할 수 있다. 이러한 경우, 통합제어기(160)는 작업에 따라 서로 다른 주행거리 및 승강거리를 산출할 수 있을 것이다.
예컨대, 통합제어기(160)는 화물 적재 운반 작업과 팔레트 운반 작업 시 산출되는 주행거리 및 승강거리를 다르게 산출할 수 있을 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명이 복수개의 프로그램으로 분할되어 구현되는 경우 각 프로그램은 서로 다른 매체에 탑재될 수 있다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한 다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 전기에너지를 저장하고 있는 배터리;
    상기 배터리에 연결되고, 상기 배터리의 직류전압을 교류전압으로 변환하는 인버터;
    상기 인버터와 연결되고, 상기 변환된 교류전압이 인가되어 전기지게차를 구동하는 구동모터;
    물품을 상승 또는 하강시키는 승강장치;
    상기 인버터에 연결되고, 상기 변환된 교류전압이 인가되어 상기 승강장치를 구동시키는 승강모터; 및
    상기 구동모터 및 상기 승강모터를 제어하고, 상기 전기지게차의 감속 시 상기 구동모터의 회전력으로 회생제동을 수행하여 전기에너지를 생산하고, 상기 승강장치의 하강 시 상기 물품의 중력에 따른 상기 승강모터의 회전력으로 상기 회생제동을 수행하여 상기 전기에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 통합제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합제어기를 이용하는 전기지게차.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통합제어기는,
    상기 배터리의 잔존용량이 미리 설정된 기준값보다 낮은 경우, 상기 승강모터를 연비모드로 설정하고, 상기 물품의 무게에 따라 승강장치의 상승높이를 고정하여 상기 승강모터가 고정된 상승높이까지 구동되게 하는 것을 특징으로 하는 통합제어기를 이용하는 전기지게차.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 통합제어기는,
    물품의 무게 별로 상승높이에 따라 소모되는 전기에너지와 해당 높이에서 하강 시 회생제동에 의해 생산될 수 있는 전기에너지의 회생제동 테이블을 저장하고 있고, 상기 회생제동 테이블로부터 상기 승강장치에 안착되는 물품의 무게에 매핑되는 상승 최소점 및 상승 최대점을 추출하여 승강장치의 상승 최소점 및 상승 최대점으로 고정시키는 것을 특징으로 하는 통합제어기를 이용하는 전기지게차.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통합제어기는
    상기 전기지게차의 탑승자 주행패턴을 수집하고, 상기 탑승자 주행패턴을 기초로 상기 배터리에 저장된 전기에너지에 따른 전기지게차의 주행거리 및 승강거리를 산출하고,
    상기 탑승자 주행패턴은,
    상기 승강장치에 적재되는 물품의 1회 평균 무게, 물품 운반 시 승강장치의 수직위치, 상기 물품의 평균 운반 거리, 상기 물품의 운반 시까지 상기 전기지게차의 회전각도 합계, 상기 물품의 운반 시까지 제동횟수, 및 상기 물품의 운반 시까지 제동력 합계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합제어기를 이용하는 전기지게차.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 통합제어기는,
    상기 전기지게차로부터 정지 후 이동 시 소모되는 단위시간 당 전기에너지, 물품의 무게 당 소모되는 단위시간 당 전기에너지, 승강거리에 따라 소모되는 단위시간 당 전기에너지, 이동거리에 따라 소모되는 단위시간 당 전기에너지, 회전각에 따라 단위시간 당 전기에너지, 및 제동력에 따라 소모되는 단위시간 당 전기에너지를 포함하는 전기에너지 소모량 데이터를 측정하고,
    전기에너지 당 이동거리 및 전기에너지 당 승강거리를 포함하는 거리 데이터를 측정하며,
    전기지게차 탑승자의 주행패턴을 기초로 상기 전기에너지 소모량 데이터 및 거리 데이터를 이용하여 상기 배터리에 저장된 전기에너지에 따른 전기지게차의 주행거리 및 승강거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 통합제어기를 이용하는 전기지게차.
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