CN117917497A - 电动式作业机械 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种既考虑到冷却电动马达、液压泵以及工作油箱的情况下的冷却效率、又容易实现紧凑的布局及电池单元的大容量化的电动式作业机械。作为电动式作业机械的液压挖掘机具备：电动马达；电池单元，蓄积用于驱动电动马达的电力；工作油箱，收容工作油；以及液压泵，由电动马达驱动，与工作油箱连接。电动马达、液压泵以及工作油箱在机体框架上配置于电池单元的下方并且沿机体框架的横向排列配置。

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，提出有具备电动马达及液压泵的电动式作业机械。例如在专利文献1中，公开有在向电动马达供给电力的电池单元的下方配置有电动马达及液压泵的电动式作业机械。

专利文献1：日本特开2022-97079号公报

液压泵由电动马达驱动，向液压致动器压送工作油。上述工作油收容于工作油箱。在专利文献1的结构中，工作油箱配置于电池单元的侧方。因此，在实现适合小型电动式作业机械的布局、即包括工作油箱及电池单元在内的紧凑的布局这一点，有改善的余地。特别是，即使是使电池单元大型化以便在小型电动式作业机械中实现电池单元的大容量化的情况，在专利文献1的结构中，不得不与电池单元分开地确保工作油箱的配置空间。因此，实现上述紧凑的布局越发变得困难，电池单元的大容量化有可能变得困难。

另外，电动马达及液压泵被驱动时发热，经由液压致动器流动的工作油也变得高温，所以收容工作油的工作油箱也变得高温。在确保电动马达、液压泵以及工作油箱的冷却性能上，优选实现将冷却上述部件的情况下的冷却效率也考虑在内的布局。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于提供一种既考虑到冷却电动马达、液压泵以及工作油箱的情况下的冷却效率、又容易实现紧凑的布局及电池单元的大容量化的电动式作业机械。

本发明的一个侧面所涉及的电动式作业机械具备：电动马达；电池单元，蓄积用于驱动上述电动马达的电力；工作油箱，收容工作油；以及液压泵，由上述电动马达驱动，与上述工作油箱连接，上述电动马达、上述液压泵以及上述工作油箱在机体框架上配置于上述电池单元的下方并且沿上述机体框架的横向排列配置。

能够实现既考虑到冷却电动马达、液压泵以及工作油箱的情况下的冷却效率、又容易实现紧凑的布局及电池单元的大容量化的电动式作业机械。

附图说明

图1是表示作为本发明的一个实施方式所涉及的电动式作业机械的一个例子的液压挖掘机的概略结构的侧视图。

图2是上述液压挖掘机的后视图。

图3是示意性地表示上述液压挖掘机的电气系统及液压系统的结构的框图。

图4是表示上述液压挖掘机的发动机室的内部结构的俯视图。

图5是从后斜上方观察上述发动机室的内部时得到的立体图。

图6是从后斜下方观察上述发动机室的内部时得到的立体图。

附图标记说明

1…液压挖掘机(电动式作业机械)；42…回转框架(机体框架)；44…发动机室；44B…后部机罩(后壁)；44B1…排气口(第二开口部)；44B2…排气口(第二开口部)；44R…右机罩(侧壁)；44R1…通风口(第一开口部)；44R2…通风口(第一开口部)；53…电池单元；54…铅电池(电气设备)；61…电动马达；62…充电器(电气设备)；63…逆变器(电气设备)；65…接线盒(电气设备)；66…DC-DC转换器(电气设备)；71…液压泵；74…工作油箱；81…风扇；81a…第一风扇；81b…第二风扇；82…油冷却器；EQ…电气设备。

具体实施方式

基于附图对本发明的实施方式说明如下。

〔1.电动式作业机械〕

图1是表示作为本实施方式的电动式作业机械的一个例子的液压挖掘机(电动挖掘机)1的概略结构的侧视图。图2是液压挖掘机1的后视图。液压挖掘机1具备下部行驶体2、作业机3、上部回转体4。

这里，在本实施方式中，方向定义如下。将就座于上部回转体4的驾驶座椅41a的操作人员(操纵者、驾驶员)朝向前面的方向作为前方，将其相反方向作为后方。因此，在上部回转体4相对于下部行驶体2为非回转的状态(回转角度0°)下，上部回转体4的前后方向与下部行驶体2所前进后退的方向一致。另外，从就座于驾驶座椅41a的操作人员观察，将左侧作为“左”，将右侧作为“右”。并且，将与前后方向及左右方向垂直的重力方向作为上下方向，将重力方向的上游侧作为“上”，将下游侧作为“下”。在附图中，以上部回转体4相对于下部行驶体2为非回转的状态示出液压挖掘机1。另外，在附图中，根据需要，用“F”符号表示前方，用“B”符号表示后方，用“R”符号表示右方，用“L”符号表示左方，用“U”符号表示上方，用“D”符号表示下方。

下部行驶体2具备左右一对履带21和左右一对行驶马达22。各行驶马达22为液压马达。左右行驶马达22通过分别驱动左右履带21而能够使液压挖掘机1前进后退。在下部行驶体2设置用于进行平整土地作业的推土铲23和刮板缸23a。推土铲缸23a是使推土铲23沿上下方向转动的液压缸。

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

动臂31由动臂缸31a转动。动臂缸31a的基端部支承于上部回转体4的前部，动臂缸31a伸缩自如地可动。斗杆32由斗杆缸32a转动。斗杆缸32a的基端部支承于动臂31，斗杆缸32a伸缩自如地可动。铲斗33由铲斗缸33a转动。铲斗缸33a的基端部支承于斗杆32，铲斗缸33a伸缩自如地可动。动臂缸31a、斗杆缸32a以及铲斗缸33a由液压缸构成。

上部回转体4位于下部行驶体2的上方，设置为能够相对于下部行驶体2经由回转轴承(未图示)回转。在上部回转体4配置有操纵部41、回转框架42、回转马达43以及发动机室44。上部回转体4通过液压马达的回转马达43的驱动而经由回转轴承回转。液压挖掘机1具备回转框架42作为机体框架。

在上部回转体4配置有液压泵71(参照图3)。即，液压挖掘机1具备液压泵71。液压泵71由发动机室44内部的电动马达61(参照图3等)驱动。液压泵71向液压马达(例如左右行驶马达22、回转马达43)及液压缸(例如推土铲缸23a、动臂缸31a、斗杆缸32a、铲斗缸33a)供给工作油(压力油)。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致动器73(参照图3)。

操纵部41设置于回转框架42。在操纵部41配置有驾驶座椅41a。在驾驶座椅41a周围配置有各种杆41b。液压致动器73通过操作人员就座于驾驶座椅41a并操作杆41b而被驱动。由此，能够进行下部行驶体2的行驶、借助推土铲23的平整土地作业、借助作业机3的挖掘作业、以及上部回转体4的回转等。

在上部回转体4配置有电池单元53。即，液压挖掘机1具备电池单元53。电池单元53例如由锂离子电池单元构成，蓄积用于驱动电动马达61的电力。电池单元53也可以将多个电池单元化而构成，也可以由单个的单电池构成。在本实施方式中，电池单元53将3个电池单元化而构成(参照图5)，但单元化的电池的数量并不限定于上述的3个。

另外，在上部回转体4设置有未图示的供电口。上述供电口和外部电源(商用电源)经由供电电缆连接。由此，能够对电池单元53充电。

在上部回转体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例如向系统控制器67(参照图3)、风扇81(参照图5)的驱动部等供给。

液压挖掘机1也可以是并用液压致动器73等液压设备和由电力驱动的致动器的结构。作为由电力驱动的致动器，例如有电动行驶马达、电动缸、电动回转马达。

〔2.电气系统及液压系统的结构〕

图3是示意性地表示液压挖掘机1的电气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)64、接线盒65、DC-DC转换器66以及系统控制器67。系统控制器67由也被称为ECU(Electronic Control Unit)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。充电器62、逆变器63、接线盒65、DC-DC转换器66以及上述铅电池54也统称为电气设备EQ。

电动马达61由从电池单元53经由接线盒65及逆变器63供给的电力驱动。电动马达61由永磁马达或感应马达构成。电动马达61配置(防振支承)于回转框架42(参照图1)上。

充电器62将从外部电源经由供电电缆供给的交流电压变换为直流电压。逆变器63将从电池单元53供给的直流电压变换为交流电压并向电动马达61供给。由此，电动马达61旋转。交流电压(电流)从逆变器63向电动马达61的供给基于从系统控制器67输出的旋转指令而进行。

PDU64是控制内部的电池继电器来控制电池单元53的输入输出的电池控制单元，也被称为PMU(Power Management Unit)。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。从上述的充电器62输出的电压经由接线盒65及PDU64向电池单元53供给。另外，从电池单元53输出的电压经由PDU64及接线盒65向逆变器63供给。

DC-DC转换器66将从电池单元53经由接线盒65供给的高电压(例如300V)的直流电压降压为低电压(例如12V)。从DC-DC转换器66输出的电压与来自铅电池54的输出同样地向系统控制器67、风扇81的驱动部等供给。在本实施方式中，DC-DC转换器66设置多个(参照图5)，但也可以是单个。

在电动马达61的旋转轴(输出轴)连接液压泵71。液压泵71经由液压软管75(参照图5、图6)来与收容(贮存)工作油的工作油箱74连接。即，液压挖掘机1具备收容工作油的工作油箱。通过液压泵71，将工作油箱74内的工作油经由控制阀72向液压致动器73供给。由此，驱动液压致动器73。控制阀72是控制向液压致动器73供给的工作油的流动方向及流量的方向切换阀。

〔3.关于发动机室的内部结构〕

图4是表示发动机室44的内部结构的俯视图。图5是从后斜上方观察发动机室44的内部时得到的立体图。图6是从后斜下方观察发动机室44的内部时得到的立体图。以下，对上述的各部件在发动机室44内的配置进行说明。此外，在发动机室44内，各部件经由支柱等支承部件支承于回转框架22上，但在附图中，出于使各部件的配置位置明确的目的，省略了支承部件的图示。

如图4～图6所示，电动马达61、液压泵71以及工作油箱74在回转框架42上配置于电池单元53的下方。另外，在电池单元53的下方，从回转框架42的右侧朝向左侧依次配置电动马达61、液压泵71以及工作油箱74。即，电动马达61、液压泵71以及工作油箱74沿回转框架42的横向(左右方向)排列配置。此时，电动马达61配置于横向的右侧(一侧)，工作油箱74配置于横向的左侧(另一侧)。

充电器62配置于回转框架42的上方且电池单元53的后方。铅电池54配置于回转框架42的上方且液压泵71的后方。即，铅电池54配置于比充电器62靠下方的位置。在电池单元53的后方且充电器62与铅电池54之间配置逆变器63。

在比逆变器63靠下方且比电动马达61靠后方的位置配置接线盒65。在接线盒65的后方配置DC-DC转换器66。另外，在电池单元53的右侧配置PDU64(参照图6)。

在收容电池单元53的发动机室44配置风扇81。即，液压挖掘机1具备发动机室44和风扇81。风扇81是电动风扇，在发动机室44内形成风的流动。在本实施方式中，风扇81包括第一风扇81a和第二风扇81b。第一风扇81a配置于电池单元53的后方。第二风扇81b配置于电池单元53的后方且第一风扇81a的下方。

若驱动风扇81(第一风扇81a、第二风扇81b)，则从在成为发动机室44的右侧侧壁的右机罩44R设置的两个通风口44R1及44R2(均为第二开口部；参照图1)向发动机室44的内部吸入空气。被吸入的空气在发动机室44内从右侧朝向左侧流动，经由在成为发动机室44的后壁的后部机罩44B设置的两个排气口44B1及44B2(均为第一开口部；参照图2)向外部排出。此外，两个通风口44R1及44R2在右机罩44R沿上下排列配置。另外，两个排气口44B1及44B2在后部机罩44B沿上下排列配置，并且分别与第一风扇81a及第二风扇81b相对地配置。此外，右机罩44R以能够装卸的方式与后部机罩44B的右端连结。

通过这样的空气在发动机室44内的流动，能够冷却(空冷)配置于发动机室44内的各部件(包括电动马达61、电池单元53等)。

在本实施方式中，如上所述，电动马达61、液压泵71以及工作油箱74在回转框架42上配置于电池单元53的下方，并且沿回转框架42的横向排列配置。由此，能够在回转框架42上将电池单元53的下方的空间有效用作电动马达61、液压泵71以及工作油箱74的配置空间。因此，对于小型液压挖掘机1，例如与将工作油箱74配置于电池单元53的侧方的结构相比，能够实现包括工作油箱74及电池单元53在内的紧凑的布局。

另外，在本实施方式中，对于小型液压挖掘机1，即使是使电池单元53大容量化(大型化)的情况，也能够保持将电动马达61、液压泵71以及工作油箱74配置于电池单元53的下方不变地仅使电池单元53大型化。由此，如上所述能够保持布局紧凑，并且还能够容易使电池单元53大型化、即大容量化。

并且，通过电动马达61、液压泵71以及工作油箱74沿回转框架42的横向排列配置，即使是考虑到驱动风扇81来冷却(空冷)电动马达61、液压泵71以及工作油箱74的情况，也能够在电池单元53的下方通过回转框架42的横向的送风来集中高效地冷却电动马达61、液压泵71以及工作油箱74。

即，根据本实施方式的电动马达61等的配置，能够实现既考虑到电动马达61、液压泵71以及工作油箱74的冷却效率、又容易实现紧凑的布局及电池单元53的大容量化的小型液压挖掘机1。

从均衡地冷却电动马达61及工作油箱74的观点出发，优选通过由风扇81进行的送风，先冷却比较低温的电动马达61后，冷却比较高温的工作油箱74。因此，电动马达61和工作油箱74优选在回转框架42上配置于在横向上彼此相反的一侧。即，如图4等中示出那样，电动马达61及工作油箱74优选在回转框架42上分别配置于横向的一侧(例如右侧)及另一侧(例如左侧)。

另外，从均衡地冷却电动马达61、液压泵71以及工作油箱74这三者的观点出发，优选通过由风扇81进行的送风，先冷却比较低温的电动马达61后，接着冷却温度较高的液压泵71，最后冷却温度最高的工作油箱74。因此，如图4等中示出那样，液压泵71优选配置于电动马达61与工作油箱74之间。

从避免由风扇81的设置导致发动机室44的横向尺寸增大的观点出发，风扇81优选配置于电池单元53的后方。即，风扇81优选配置于电池单元53与成为发动机室44的后壁的后部机罩44B之间。

另外，从通过风扇81的驱动来高效地向容易变得高温的工作油箱74吹送风而高效地冷却工作油箱的观点出发，风扇81优选在发动机室44内配置于工作油箱74的附近。基于这一点，风扇81优选在发动机室44内配置于横向上的工作油箱74侧。即，风扇81优选在发动机室44内配置于横向的另一侧。

从发动机室44内依次均衡地冷却电动马达61、液压泵71以及工作油箱74的观点出发，优选在发动机室44内形成从电动马达61侧朝向工作油箱74侧的风的流动。因此，优选在驱动风扇81时，从距电动马达61较近的通风口44R1及44R2(第二开口部)向发动机室44内吸入空气，从距工作油箱74较近的排气口44B1及44B2向发动机室44的外部排出空气。从该观点出发，优选在成为发动机室44的后壁的后部机罩44B，在与风扇81相对的位置设置有作为第一开口部的排气口44B1及44B2。另外，优选在发动机室44的与后部机罩44B连结并相对于后部机罩44B位于横向的一侧(例如右侧)的作为侧壁的右机罩44R，设置有作为第二开口部的通风口44R1及44R2。

从同时且高效地冷却电池单元53和配置于电池单元53的下方的电动马达61等的观点出发，优选通过由不同的风扇81的驱动产生的风来冷却电池单元53和电动马达61等。即，优选通过由第一风扇81a的驱动产生的风来冷却电池单元53。另外，优选通过由配置于第一风扇81a的下方的第二风扇81b的驱动产生的风来冷却配置于电池单元53的下方的电动马达61等。因此，风扇81优选包括在发动机室44内沿上下方向排列配置的第一风扇81a及第二风扇81b。

在本实施方式中，如图5及图6所示，液压挖掘机1还具备油冷却器82。油冷却器82是通过热交换来冷却工作油的热交换器，配置于发动机室44内。另外，油冷却器82与工作油箱74连接，向工作油箱74供给已冷却的工作油。从将通过风扇81的驱动而在发动机室44内产生的风向油冷却器82吹送来有效利用于油冷却器82的冷却的观点、及将向油冷却器82吹送后的风经由排气口44B1及44B2(第一开口部)高效地向外部排出的观点出发，优选油冷却器82配置于风扇81与第一开口部之间。

这里，例如用于配置于电池单元53的下方的工作油箱74的冷却的风由于高温的工作油箱74而升温。因此，担心若将由配置于下方的第二风扇81b的驱动产生的风向油冷却器82吹送，则向工作油箱74吹送后的已升温的风吹到油冷却器82，油冷却器82的冷却效率降低。

因此，从高效地冷却油冷却器82的观点出发，优选将位于工作油箱74的上方的电池单元53的冷却所使用的(比较低温的)风向油冷却器82吹送。基于这一点，油冷却器82优选配置在位于最上部的第一风扇81a与第一开口部(特别是排气口44B1)之间。

只要能够将由风扇81的驱动而产生的用于发动机室44内的电池单元53等的冷却的风有效用于电气设备EQ(充电器62、逆变器63、接线盒65、DC-DC转换器66、铅电池54)的冷却，则不需要电气设备EQ的冷却专用的风扇，出于能够简化结构这一点而优选这样。基于这一点，电气设备EQ优选配置于风扇81的侧方(例如右侧)。该情况下，由风扇81的驱动而产生的风在发动机室44内掠过电气设备EQ(吹到电气设备EQ或沿着电气设备EQ的表面)，所以冷却(空冷)电气设备EQ。

〔4.补充〕

在本实施方式中，对在发动机室44内从横向的右侧朝向左侧地依次配置电动马达61，液压泵71以及工作油箱74的例子进行了说明，但也可以从横向的左侧朝向右侧地依次配置。即，横向的一侧也可以是左侧，横向的另一侧也可以是右侧。该情况下，在回转框架42的横向上使各部件的配置与本实施方式相反即可。

在本实施方式中，作为电动式作业机械，举出作为工程机械的液压挖掘机1作为例子进行了说明，但电动式作业机械并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。

〔5.附注〕

本实施方式中说明的液压挖掘机1还能够表达为以下附注所示的电动式作业机械。

附注(1)的电动式作业机械具备：

电动马达；

电池单元，蓄积用于驱动上述电动马达的电力；

工作油箱，收容工作油；以及

液压泵，由上述电动马达驱动，与上述工作油箱连接，

上述电动马达、上述液压泵以及上述工作油箱在机体框架上配置于上述电池单元的下方并且沿上述机体框架的横向排列配置。

附注(2)的电动式作业机械在附注(1)的电动式作业机械的基础上，

上述电动马达及上述工作油箱在上述机体框架上分别配置于上述横向的一侧及另一侧。

附注(3)的电动式作业机械在附注(2)的电动式作业机械的基础上，

上述液压泵配置于上述电动马达与上述工作油箱之间。

附注(4)的电动式作业机械在附注(2)或(3)的电动式作业机械的基础上，还具备：

发动机室，收容上述电池单元(并且收容上述电动马达及上述液压泵)；和

风扇，在上述发动机室内形成风的流动，

上述风扇配置于上述电池单元与上述发动机室的后壁之间。

附注(5)的电动式作业机械在附注(4)的电动式作业机械的基础上，

上述风扇在上述发动机室内配置于上述横向的上述另一侧。

附注(6)的电动式作业机械在附注(5)的电动式作业机械的基础上，

在上述发动机室的上述后壁，在与上述风扇相对的位置设置有第一开口部，

在上述发动机室的与上述后壁连结并相对于上述后壁位于上述横向的一侧的侧壁，设置有第二开口部。

附注(7)的电动式作业机械在附注(6)的电动式作业机械的基础上，

上述风扇包括在上述发动机室内沿上下方向排列配置的第一风扇及第二风扇。

附注(8)的电动式作业机械在附注(7)的电动式作业机械的基础上，

冷却上述工作油的油冷却器配置于上述风扇与上述第一开口部之间。

附注(9)的电动式作业机械在附注(8)的电动式作业机械的基础上，

上述油冷却器配置在位于最上部的上述第一风扇与上述第一开口部之间。

附注(10)的电动式作业机械在附注(5)至(9)中的任意一者所记载的电动式作业机械的基础上，

电气设备配置于上述风扇的(横向的)侧方。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的范围并不限定于此，能够在不脱离发明主旨的范围内扩展或变更地实施。

工业上的可利用性

本发明能够用于例如工程机械、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：

电动马达；

电池单元，蓄积用于驱动所述电动马达的电力；

工作油箱，收容工作油；以及

液压泵，由所述电动马达驱动，与所述工作油箱连接，

所述电动马达、所述液压泵以及所述工作油箱在机体框架上配置于所述电池单元的下方并且沿所述机体框架的横向排列配置。

2.根据权利要求1所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述电动马达及所述工作油箱在所述机体框架上分别配置于所述横向的一侧及另一侧。

3.根据权利要求2所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述液压泵配置于所述电动马达与所述工作油箱之间。

4.根据权利要求2所述的电动式作业机械，其特征在于，还具备：

发动机室，收容所述电池单元；和

风扇，在所述发动机室内形成风的流动，

所述风扇配置于所述电池单元与所述发动机室的后壁之间。

5.根据权利要求4所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述风扇在所述发动机室内配置于所述横向的所述另一侧。

6.根据权利要求5所述的电动式作业机械，其特征在于，

在所述发动机室的所述后壁，在与所述风扇相对的位置设置有第一开口部，

在所述发动机室的与所述后壁连结并相对于所述后壁位于所述横向的一侧的侧壁，设置有第二开口部。

7.根据权利要求6所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述风扇包括在所述发动机室内沿上下方向排列配置的第一风扇及第二风扇。

8.根据权利要求7所述的电动式作业机械，其特征在于，

冷却所述工作油的油冷却器配置于所述风扇与所述第一开口部之间。

9.根据权利要求8所述的电动式作业机械，其特征在于，

所述油冷却器配置在位于最上部的所述第一风扇与所述第一开口部之间。

10.根据权利要求5～9中的任一项所述的电动式作业机械，其特征在于，

电气设备配置于所述风扇的侧方。