CN116005747A - 电动式作业机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在使用大容量(大型)的电池单元的情况下也能够在作业时良好地保持机体平衡的电动式作业机械。作为电动式作业机械的液压挖掘机具备：下部行驶体；上部旋转体，其位于下部行驶体的上方，并设置为能够相对于下部行驶体旋转；电动马达，其配置于上部旋转体；液压泵，其配置于上部旋转体，由电动马达驱动；电池单元，其配置于上部旋转体，蓄积用于驱动电动马达的电力；以及液压促动器，其通过从液压泵供给工作油而被驱动。上部旋转体在底部具有旋转框架。电池单元配置于旋转框架上。电动马达及液压泵在旋转框架上沿上部旋转体的左右方向排列配置。

Description

电动式作业机械

技术领域

本发明涉及电动式作业机械。

背景技术

以往，提出了通过电动马达驱动液压泵而从液压泵向液压促动器供给工作油来驱动液压促动器的液压挖掘机(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2007－211394号公报

在专利文献1中，用于驱动电动马达的电池位于上部旋转体的后端。电池在上部旋转体中位于比电动马达及液压泵靠上方的位置。在这样的配置中，由于重量大的电池位于上方，所以液压挖掘机的重心变高。其结果是，在驱动液压促动器进行作业时，难以良好地保持液压挖掘机的机体平衡。特别是在使用大容量的电池(例如，将多个电池单元化而成的电池单元)来作为电池的情况下，在上部旋转体中电池单元的位置较高的情况下，或在电池单元的位置在左右方向从中央偏移的情况下，更加难以良好地保持机体平衡。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于提供即使在使用大容量(大型)的电池单元的情况下也能在作业时良好地保持机体平衡的电动式作业机械。

本发明的一个侧面的电动式作业机械具备：下部行驶体；上部旋转体，其位于上述下部行驶体的上方，并设置为能够相对于上述下部行驶体旋转；电动马达，其配置于上述上部旋转体；液压泵，其配置于上述上部旋转体，由上述电动马达驱动；电池单元，其配置于上述上部旋转体，蓄积用于驱动上述电动马达的电力；以及液压促动器，其通过从上述液压泵供给工作油而被驱动，上述上部旋转体在底部具有旋转框架，上述电池单元配置于上述旋转框架上，上述电动马达及上述液压泵在上述旋转框架上沿上述上部旋转体的左右方向排列配置。

即使在使用大容量(大型)的电池单元的情况下，也能够在作业时良好地保持机体平衡。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的电动式作业机械的一例、即液压挖掘机的简要结构的侧视图。

图2是示意地表示上述液压挖掘机的控制系统及液压系统的结构的框图。

图3是示意地表示上述液压挖掘机所具备的上部旋转体的发动机室内的各部件的配置的俯视图。

图4是示意地表示上述发动机室内的各部件的配置的立体图。

附图标记说明：

1…液压挖掘机(电动式作业机械)；2…下部行驶体；4…上部行驶体；41a…驾驶座椅；42…旋转框架；42P…开口部；44…发动机室；53…电池单元；61…电动马达；62…充电器；63…逆变器；64…PDU(电池控制单元)；66…DC－DC转换器；71…液压泵；72…控制阀；73…液压促动器；74…工作油罐；F…送风风扇；EC…电气安装件；EC1…第1电气安装件；EC2…第2电气安装件。

具体实施方式

基于附图对本发明的实施方式进行说明，如以下所述。

1.电动式作业机械

图1是表示本实施方式的电动式作业机械的一例、即液压挖掘机(电动挖掘机)1的简要结构的侧视图。液压挖掘机1具备下部行驶体2、作业机3和上部旋转体4。

这里，将方向如以下那样进行定义。将落座于上部旋转体4的驾驶座椅41a的操作员(操纵者、驾驶员)朝向正面的方向设为前方，将与之相反的方向设为后方。因此，在上部旋转体4相对于下部行驶体2非旋转的状态(旋转角度0°)下，上部旋转体4的前后方向与下部行驶体2进行前进后退的方向一致。另外，从落座于驾驶座椅41a的操作员来看，将左侧设为“左”，将右侧设为“右”。并且，将与前后方向及左右方向垂直的重力方向设为上下方向，将重力方向的上游侧设为“上”，将下游侧设为“下”。在附图中，上部旋转体4相对于下部行驶体2以非旋转的状态示出，根据需要，将前方用“F”的附图标记表示，将后方用“B”的附图标记表示，将右方用“R”的附图标记表示，将左方用“L”的附图标记表示，将上方用“U”的附图标记表示，将下方用“D”的附图标记表示。

下部行驶体2具备左右一对履带21和左右一对行进马达22。各行进马达22是液压马达。左右的行进马达22分别驱动左右的履带21，由此能够使液压挖掘机1前进后退。在下部行驶体2设置有用于进行整地作业的刮板23和刮板缸23a。刮板缸23a是使刮板23在上下方向上转动的液压缸。

作业机3具备动臂31、斗杆32以及铲斗33。通过独立地驱动动臂31、斗杆32以及铲斗33，能够进行砂土等的挖掘作业。

动臂31通过动臂缸31a转动。动臂缸31a的基端部支承于上部旋转体4的前部，动臂缸31a以能够伸缩的方式可动。斗杆32通过斗杆缸32a转动。斗杆缸32a的基端部支承于动臂31的前端部，斗杆缸32a以能够伸缩的方式可动。铲斗33通过铲斗缸33a转动。铲斗缸33a的基端部支承于斗杆32的前端部，铲斗缸33a以能够伸缩的方式可动。动臂缸31a、斗杆缸32a以及铲斗缸33a由液压缸构成。

上部旋转体4位于下部行驶体2的上方，设置为能够经由旋转轴承(未图示)相对于下部行驶体2旋转。在上部旋转体4配置有操纵部41、旋转框架42、旋转马达43、发动机室44等。上部旋转体4通过作为液压马达的旋转马达43的驱动而经由旋转轴承进行旋转。

在上部旋转体4配置有液压泵71(参照图2)。液压泵71由发动机室44的内部的电动马达61(参照图2)驱动。液压泵71将作业油(压力油)供给至液压马达(例如，左右的行进马达22、旋转马达43)以及液压缸(例如，刮板缸23a、动臂缸31a、斗杆缸32a、铲斗缸33a)。将从液压泵71被供给工作油而被驱动的液压马达及液压缸统称为液压促动器73(参照图2)。

在操纵部41配置有驾驶座椅41a。在驾驶座椅41a的周围配置有各种控制杆41b。通过操作员落座于驾驶座椅41a对控制杆41b进行操作，来驱动液压促动器73。由此，能够进行下部行驶体2的行驶、利用刮板23进行的整地作业、利用作业机3进行的挖掘作业、以及上部旋转体4的旋转等。

在上部旋转体4配置有电池单元53(例如，锂离子电池单元)。电池单元53蓄积用于驱动电动马达61的电力。电池单元53既可以通过将多个电池单元化来构成，也可以由单一的电池单元来构成。另外，在上部旋转体4设置有未图示的供电口。上述供电口与作为外部电源的工业电源51经由供电电缆52连接。由此，能够对电池单元53进行充电。

在上部旋转体4还设置有铅电池54。铅电池54输出低电压(例如12V)的直流电压。来自铅电池54的输出作为控制电压被供给至例如后述的送风风扇F(参照图3)、系统控制器67(参照图2)等。

液压挖掘机1也可以是并用了液压促动器73等液压设备和由电力驱动的促动器的机构。作为由电力驱动的促动器，例如具有电动行进马达、电动缸、电动旋转马达。

2.控制系统及液压系统的结构

图2是示意地表示液压挖掘机1的控制系统及液压系统的结构的框图。液压挖掘机1具备电动马达61、充电器62、逆变器63、PDU(Power Drive Unit：动力驱动单元)64、接线盒65、DC－DC转换器66和系统控制器67。系统控制器67由被称为ECU(Electronic ControlUnit)的电子控制单元构成，进行液压挖掘机1的各部分的电气控制。

电动马达61由从电池单元53经由接线盒65及逆变器63供给来的电力进行驱动。电动马达61由永久磁铁马达或感应马达构成。

充电器62将从在图1中示出的工业电源51经由供电电缆52供给来的交流电压变换为直流电压。逆变器63将从电池单元53供给来的直流电压变换为交流电压并供给至电动马达61。由此，电动马达61旋转。从逆变器63向电动马达61的交流电压(电流)的供给基于从系统控制器67输出的旋转指令来进行。

PDU64是控制内部的电池继电器进而来控制电池单元53的输入输出的电池控制单元。接线盒65构成为包括充电器继电器、逆变器继电器、熔断器等。从上述充电器62输出的电压经由接线盒65被供给至电池单元53。另外，从电池单元53输出的电压经由接线盒65被供给至逆变器63。

DC－DC转换器66将从电池单元53供给来的高电压(例如300V)的直流电压降为低电压(例如12V)。与来自铅电池54的输出相同，从DC－DC转换器66输出的电压被供给至送风风扇F、系统控制器67等。

在电动马达61的旋转轴(输出轴)连接有多个液压泵71。多个液压泵71包括可变容量型泵及固定容量型泵。在图2中，作为例子，仅图示出1个液压泵71。各液压泵71与收容工作油的工作油罐74连接。通过液压泵71，工作油罐74内的工作油经由控制阀72被供给至液压促动器73。由此，液压促动器73被驱动。控制阀72是对向液压促动器73供给的工作油的流动方向及流量进行控制的方向切换阀。

如以上所述，本实施方式的液压挖掘机1至少具备配置于上部旋转体4(参照图1)的电动马达61、液压泵71以及电池单元53。另外，液压挖掘机1具备通过从液压泵71供给工作油而被驱动的液压促动器73。

3.关于发动机室内部的各部件的配置

图3及图4分别是示意地表示上部旋转体4的发动机室44内的各部件的配置的俯视图及立体图。此外，在图3及图4中，为了简化，将各部件以简单的长方体形状或圆柱形状示出，但实际形状有可能与它们不同。另外，在图3及图4中，省略了座椅支架的图示。座椅支架是构成发动机室44的上壁并成为在图1中示出的驾驶座椅41a的基底的台座。另外，在图4中，为了方便，省略了在图3中示出的送风风扇F及热交换器HE的图示。

上部旋转体4在底部具有旋转框架42。旋转框架42构成上部旋转体4的底板。上述电池单元53配置于旋转框架42上。另外，上述的电动马达61及液压泵71也配置于旋转框架42上(相对于电池单元53偏移地配置)。特别是，电动马达61及液压泵71在旋转框架42上沿上部旋转体4的左右方向排列配置。

更详细而言，在旋转框架42上，电池单元53配置于左侧。另一方面，电动马达61及液压泵71配置于电池单元53的右侧，且沿左右方向排列配置。即，在旋转框架42上，电池单元53配置于左右方向上的一侧，电动马达61及液压泵71相对于电池单元53而配置于左右方向上的另一侧。而且，电动马达61的输出轴和液压泵71的输入轴沿左右方向定位。

此外，在电池单元53、电动马达61及液压泵71这些部件与旋转框架42之间存在防振橡胶、撑杆、壳体等支承构造，但在附图中省略了上述支承构造的图示。

通过将电动马达61、液压泵71以及电池单元53配置于相同的旋转框架42上，即使在使用大型(大容量)的电池单元53的情况下，也能够相比在电动马达61的上方配置电池单元53的结构，降低液压挖掘机1的重心。

另外，通过电动马达61及液压泵71在旋转框架42上沿左右方向排列配置，能够在左右方向上取得重量平衡。更详细而言，若电池单元53大型化(大容量化)，则电池单元53的重量变得比电动马达61单体的重量及液压泵71单体的重量大。但是，可以使电动马达61和液压泵71的总重量接近电池单元53的重量。因此，在如上述那样在旋转框架42上电池单元53位于比中央向左侧偏移的情况下，通过在电池单元53的侧方(例如右侧)将电动马达61及液压泵71横向排列(沿左右方向排列)来配置，能够在旋转框架42的左侧和右侧取得重量平衡。

这样，即使在使用大容量(大型)的电池单元53的情况下，也能够降低液压挖掘机1的重心，以及能够在左右取得重量平衡，因此即使在驱动液压促动器73来进行作业的情况下，也能够良好地保持液压挖掘机1的机体平衡，能够以液压挖掘机1的稳定的姿势良好地进行作业。

另外，通过使电动马达61及液压泵71在旋转框架42上沿左右方向排列，即使在使用大型的电池单元53的情况下，也能够在旋转框架42上的被限定的空间(例如，如图3那样在旋转框架42上的靠后方的位置)将电动马达61、液压泵71及电池单元53集中起来高效地进行配置。由此，即使在使用大型的电池单元53的情况下，也能够极力地避免旋转框架42的大型化，进而极力避免液压挖掘机1的大型化。

此外，也可以构成为：在旋转框架42上，在电池单元53的前方配置电动马达61及液压泵71。即使在该情况下，例如通过将电池单元53配置于左右方向的中央，并以使电动马达61及液压泵71的总重心趋于左右方向的中央的方式，将电动马达61及液压泵71沿左右方向排列配置，从而能够在左右方向上取得重量平衡。其结果是，与上述相同，能够良好地保持液压挖掘机1在作业时的机体平衡。

特别是，在如本实施方式那样在旋转框架42上电池单元53配置于左右方向的一侧、且电动马达61及液压泵71配置于左右方向的另一侧的结构中，通过将电动马达61及液压泵71沿左右方向排列配置，容易在旋转框架42上取得左右方向上的重量平衡。因此，将电动马达61及液压泵71沿左右方向排列配置的结构非常有效。

然而，在图1中，若操纵者所就坐的驾驶座椅41a例如位于比电池单元53靠前方的位置，则为了使沿前后方向排列的驾驶座椅41a和电池单元53位于相同的旋转框架42上，需要将旋转框架42形成为在前后方向上较长。这关系到液压挖掘机1的大型化。

针对该点，在本实施方式中，如图1所示，驾驶座椅41a位于电池单元53的上方。在该结构中，从上方观察，驾驶座椅41a与电池单元53成为重叠的位置关系，因此能够将旋转框架42的前后方向的长度缩短。其结果是，能够将液压挖掘机1小型化。

4.关于电气安装件的配置

上述的充电器62、逆变器63、PDU64、DC－DC转换器66是电气安装件EC的一例。电气安装件EC和电动马达61、液压泵71及电池单元53一同配置于发动机室44内。发动机室44在底部具有上述旋转框架42。即，旋转框架42是上部旋转体4的底部，同时也是发动机室44的底部。

如图3所示，在发动机室44的侧部配置有送风风扇F。送风风扇F使空气在发动机室44的内部与外部之间流通。送风风扇F配置于比成为发动机室44的侧部的罩的发动机机罩44a靠内侧的位置。送风风扇F例如由将发动机室44的内部的空气向外部排出的排气风扇构成，但也可以是向发动机室44内部吸取外部的空气的吸气风扇。即，送风风扇F既可以是排气式的，也可以是吸气式的。

另外，在旋转框架42上，在与送风风扇F对置的位置配置有热交换器HE。热交换器HE构成为包括进行冷却介质的热交换的散热器以及进行工作油的热交换的油冷却器。通过使由送风风扇F的驱动而产生的风与热交换器HE接触，对冷却介质及工作油进行热交换而使冷却介质及工作油冷却。在本实施方式中，冷却介质被供给至电池单元53。即，电池单元53为水冷式。另外，电动马达61、充电器62、逆变器63、PDU64、DC－DC转换器66为空冷式。

在本实施方式中，送风风扇F及电气安装件EC位于电池单元53的右侧。即，送风风扇F及电气安装件EC在左右方向上相对于电池单元53而配置于与配置有电动马达61及液压泵71的一侧相同的一侧。

在该结构中，在发动机室44内，在电池单元53的例如右侧，能够通过送风风扇F的驱动来形成空气的流动。而且，能够使由送风风扇F的驱动而流动的空气与配置于电池单元53的右侧的电气安装件EC接触来冷却电气安装件EC。因此，即使电池单元53是大型的，也能够冷却电气安装件EC。

特别是，在本实施方式中，如图3所示，旋转框架42具有与发动机室44的内部连通的开口部42P。此外，开口部42P在旋转框架42中的形成位置不特别限定，但例如在旋转框架42中，开口部42P形成于液压泵71的下方的位置。

在该结构中，在驱动了送风风扇F时，能够从发动机室44的下方经由开口部42P将空气吸入发动机室44内，并将吸入的空气从发动机室44的侧部经由送风风扇F向发动机室44的外部排出。能够通过该空气的流动来高效地冷却发动机室44内的电气安装件EC。

特别是，从冷却电气安装件EC的观点来看，最好使尽可能新鲜的外部空气遍布电气安装件EC。通过如上述那样，在旋转框架42中，使开口部42P位于与逆变器63重叠的液压泵71的下方，经由开口部42P从下方吸入的空气(冷却风)沿着逆变器63等电气安装件EC上升并被送风风扇F排出。由此，能够提高电气安装件EC的冷却效果。

上述电气安装件EC也可以包括第1电气安装件EC1。第1电气安装件EC1是在发动机室44内位于比电动马达61靠后方的位置的电气安装件。在图3及图4的例子中，充电器62、PDU64、DC－DC转换器66在发动机室44内位于比电动马达61靠后方的位置，它们都相当于第1电气安装件EC1。此外，也可以是充电器62、PDU64、DC－DC转换器66中的任1个或2个作为第1电气安装件EC1而位于比电动马达61靠后方的位置。

通过这样的第1电气安装件EC1的配置，能够在发动机室44内有效活用电动马达61的后方的空间。

特别是，第1电气安装件EC1包括充电器62、PDU64、DC－DC转换器66中的至少任1个。在该情况下，通过将充电器62、PDU64、DC－DC转换器66中的至少任1个配置于电动马达61的后方，能够有效活用上述后方的空间。

上述电气安装件EC也可以包括第2电气安装件EC2。第2电气安装件EC2是在发动机室44内位于比电动马达61及液压泵71中的至少一方靠上方的位置的电气安装件。在图3及图4的例子中，逆变器63在发动机室44内位于电动马达61及液压泵71的上方，相当于第2电气安装件EC2。

通过这样的第2电气安装件EC2的配置，能够在发动机室44内有效活用电动马达61及液压泵71中的至少一方的上方的空间。

特别是，第2电气安装件EC2包括逆变器63。通过逆变器63的上述配置，能够有效活用电动马达61及液压泵71中的至少一方的上方的空间。

此外，第1电气安装件EC1不限定于充电器62、PDU64、DC－DC转换器66中的至少任1个。另外，第2电气安装件EC2不限定于逆变器63。即，充电器62、PDU64、逆变器63、DC－DC转换器66的配置位置能够适当地变更。因此，充电器62、PDU64、DC－DC转换器66中的至少任1个也能够作为第2电气安装件EC2。相同地，逆变器63也能够作为第1电气安装件EC1。

5.关于液压部件的配置

如图3所示，上述工作油罐74在发动机室44内配置于液压泵71的前方。另一方面，上述控制阀72在发动机室44内配置于电池单元53的前方。

在这样的工作油罐74及控制阀72的配置中，能够有效活用发动机室44内的前方的空闲空间。另外，在发动机室44内，除液压泵71之外的液压系统的部件位于前方，电池单元53及电气安装件EC位于后方。即，能够使液压系统的部件与电气系统的部件成为在前后方向上分离的配置。通过该配置，能够降低液压系统的部件在液压挖掘机1的使用时成为高温从而该部件的热也会被传递至电池单元53及电气安装件EC而带来负面影响的可能性。

以上，作为电动式作业机械，将作为工程机械的液压挖掘机1作为例子举例进行了说明，但电动式作业机械不限定于液压挖掘机1，也可以是轮式装载机等其他工程机械。另外，电动式作业机械也可以是联合收割机、拖拉机等农业机械。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的范围不限定于此，在不脱离发明的主旨的范围内，能够扩大或变更来加以实施。

【工业上的可利用性】

本发明例如能够利用于工程机械、农业机械等作业机械。

Claims (10)

1.一种电动式作业机械，其特征在于，具备：

下部行驶体；

上部旋转体，其位于所述下部行驶体的上方，并设置为能够相对于所述下部行驶体旋转；

电动马达，其配置于所述上部旋转体；

液压泵，其配置于所述上部旋转体，由所述电动马达驱动；

电池单元，其配置于所述上部旋转体，蓄积用于驱动所述电动马达的电力；以及

液压促动器，其通过从所述液压泵供给工作油而被驱动，

所述上部旋转体在底部具有旋转框架，

所述电池单元配置在所述旋转框架上，

所述电动马达及所述液压泵在所述旋转框架上沿所述上部旋转体的左右方向排列配置。

2.根据权利要求1所述的电动式作业机械，其特征在于，

在所述旋转框架上，所述电池单元配置于所述左右方向的一侧，

所述电动马达及所述液压泵相对于所述电池单元而配置于所述左右方向的另一侧。

3.根据权利要求2所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述上部旋转体具备：

发动机室，其具有所述旋转框架；

送风风扇，其配置于所述发动机室的侧部，使空气在所述发动机室的内部与外部之间流通；以及

电气安装件，其配置于所述发动机室内，

所述送风风扇及所述电气安装件在所述左右方向上，相对于所述电池单元而配置于与配置有所述电动马达及所述液压泵的一侧相同的一侧。

4.根据权利要求3所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述旋转框架具有与所述发动机室的内部连通的开口部。

5.根据权利要求3或4所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述电气安装件包括在所述发动机室内位于比所述电动马达靠后方的位置的第1电气安装件。

6.根据权利要求5所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述第1电气安装件包括以下部件中的至少任一个，即：将从工业电源供给来的交流电压变换为直流电压的充电器、对从所述充电器输出的所述直流电压或从所述电池单元供给来的直流电压进行降压的DC－DC转换器、以及控制所述电池单元的输入输出的电池控制单元。

7.根据权利要求5或6所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述电气安装件包括在所述发动机室内位于比所述电动马达及所述液压泵中的至少一者靠上方的位置的第2电气安装件。

8.根据权利要求7所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述第2电气安装件包括将从所述电池单元供给来的直流电压变换为交流电压并供给至所述电动马达的逆变器。

9.根据权利要求3～8中任一项所述的电动式作业机械，其特征在于，

进一步具备：

工作油罐，其收容所述工作油；以及

控制阀，其控制向所述液压促动器供给的所述工作油的流动方向及流量，

所述工作油罐在所述发动机室内配置于所述液压泵的前方，

所述控制阀在所述发动机室内配置于所述电池单元的前方。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的电动式作业机械，其特征在于，

进一步具备供操纵者落座的驾驶座椅，

所述驾驶座椅位于所述电池单元的上方。

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