当前位置：首页 > 建筑技术 > 土层钻进> 混合动力车辆作业机械独创技术29253字

混合动力车辆作业机械

2021-02-02 00:33:47

混合动力车辆作业机械

　　技术领域

　　本公开涉及一种车辆作业机械，其包括具有一个或多个电动机的第一电动机装置、具有一个或多个电动机的第二电动机装置。车辆作业机械还包括适于连接至外部电力源的动力连接部、能量存储装置和适于为液压设备提供动力的液压泵组件。

　　背景技术

　　被称为拆除机器人的机械是用于不同拆除操作的遥控作业机械，其中操作员在机械旁边行走并且控制机械的不同运动。操作员使用带有两个杆状件以及一系列不同按钮和旋钮的遥控器进行控制。机械在几种不同的工作模式下使用。首先机械被向上移动至要拆除的作业表面，例如墙壁。然后机械的支撑脚被降低，使得机械平稳站立。然后开始实际的拆除作业。

　　拆除机器人可以通过电力驱动，然后通过电力电缆从固定的电网提供动力。借助电动泵设备将电能转换为液压能，呈处于压力下的液压介质形式的该液压能通过阀被引导至作业机械的各种活动单元。用于驱动作业机械的泵设备的电动机通常是三相低压型的，额定电压为380-500V、频率为50或60Hz。

　　对于作业机械，已经提出了单独使用电池或作为用于作业机械的固定电网的补充使用电池。

　　在EP 2738035中，存在一种采矿车辆，其具有一个用于运行液压泵的电动机和另一个用于移动该采矿车辆的电动机。可以通过外部电力网或电池动力源为每个电动机供电，并且当仅从外部电力网提供供应至电动机的电力时，可以对电池动力源进行充电。

　　然而，从三相电力网对电池充电需要昂贵的相应充电设备，并且通常需要连接至零线。对于许多正常情况，采用传统充电器仅使用一相进行充电是不够的。

　　因此，期望提供一种电动作业机械，其被装备成连接到诸如电力网的外部动力源和诸如电池的内部动力源这两者，其中，对于正常作业情况，与使用哪种动力源无关地维持足够的操作，并且不需要单独的电池充电器。

　　发明内容

　　本公开的一个目的涉及提供一种电动作业机械，其被装备成连接至诸如电力网的外部动力源和诸如电池的内部动力源这两者，其中，对于正常作业情况，与使用哪种动力源无关地维持足够的操作。

　　该目的通过一种车辆作业机械来实现，该车辆作业机械包括：第一电动机装置，其包括一个或多个电动机；以及第二电动机装置，其包括与第一电动机装置的所述一个或多个电动机分开的一个或多个电动机。车辆作业机械还包括适于连接至外部电力源的动力连接部、能量存储装置和适于为包括在车辆作业机械中的液压设备提供动力的液压泵组件。每个电动机装置中的至少一个电动机适于推动液压泵组件。第一电动机装置中的所述一个或多个电动机布置成从外部动力源供电，而第二电动机装置中的所述一个或多个电动机布置成从能量存储装置供电。

　　这提供的优点是能够为驱动车辆作业机械中的共用液压泵组件的电动机提供差异化的动力源。以这种方式，可以对于正常作业情况与使用哪种动力源无关地维持足够的操作，使得能够广泛地使用车辆作业机械。

　　根据一些方面，车辆作业机械适于充电操作模式，其中第一电动机装置适于推动第二电动机装置并使第二电动机装置作为发电机运行，该发电机适于对能量存储装置进行充电。

　　这提供了避免需要单独充电器的优点。

　　根据一些方面，在充电操作模式下，第一电动机装置还推动液压泵组件。

　　这提供了能够在充电期间操作车辆作业机械的优点。

　　根据一些方面，能量存储装置经由电动机驱动器组件连接到第二电动机装置，该电动机驱动器组件适于将由能量存储装置提供的电压转换为用于第二电动机装置的适当电压。例如，电动机驱动器组件适于根据来自外部动力源的可用功率和液压泵组件所需的功率来控制从能量存储装置供应的功率的比率(rate of power)。

　　这提供了以高效的方式使用可用功率的优点。

　　根据一些方面，电动机驱动器组件适于在充电模式下用作充电器。

　　这提供了将一个构件用于不同目的的优点。

　　根据一些方面，第一电动机驱动器组件适于根据来自外部动力源的可用功率和液压泵组件所需的功率来控制能量存储装置的充电速率。

　　这提供了以高效的方式对能量存储装置进行充电的优点。

　　根据一些方面，车辆作业机械适于：

　　-第一工作模式，其中仅仅第一电动机装置推动液压泵组件。

　　-第二工作模式，其中仅仅第二电动机装置推动液压泵组件。

　　-第三操作模式，其中两种电动机装置都推动液压泵组件。

　　这提供的优点是使液压泵组件具有通用的推动，从而可以以高效的方式使用电动机装置。

　　根据一些方面，第三操作模式包括以下子操作模式中的至少一种：

　　-启动模式，其中第二电动机装置适于在由外部电力源为第一电动机装置提供动力之前使第一电动机装置运行。

　　-共同驱动模式，其中两种电动机装置均适于推动液压泵组件。

　　这提供了能够实现第二电动机装置的简单且可靠的软启动的优点。

　　根据一些方面，车辆作业机械包括能够经由充电器接触器连接至外部电力源的单相电池充电器。

　　这提供了能够以经济的方式进行辅助充电的优点。

　　本文还公开了与上述优点相关的方法。

　　在从属权利要求中公开了其他示例。

　　附图说明

　　现在将参考附图更详细地描述本公开，其中：

　　图1示出了拆除机器人和遥控器的第一视图；

　　图2示出了拆除机器人的第二视图；

　　图3示出了包括在拆除机器人中的构件的示意图；

　　图4示出了电动机构造的一个示例的示意图；

　　图5示出了电动机构造的另一示例的示意图；

　　图6示出了电动机构造的又一示例的示意图；和

　　图7示出了根据本公开的方法的流程图。

　　具体实施方式

　　参照图1，具有呈拆除机器人形式的作业机械10，其被电驱动并且具有动力连接部8。在图中，连接部8被示出为处于分离状态，但是连接部8在操作过程中连接到通向外部电力源17且通常用于三相电流的电缆上(在图1中示意性地指示)。作业机械由履带6驱动并且具有旋转的塔架7。由几部分组成的臂被固定至塔架7。

　　作业机械具有在此显示为完全抬起的四个支撑腿5。操作者借助遥控器11来操作机械，在这个示例中，遥控器11被戴在操作者的肩膀上。但是，当然也可以以不同的方式(例如，通过腰带)来固定遥控器。遥控器具有左控制杆12和右控制杆13。

　　图2更详细地示出了拆除机器人10，其中移除了一些保护壳体。拆除机器人的支撑腿5被降低，使得机械稳固地搁置在其四个支撑腿上。如前所述，该机械具有包括三个部分的臂。第一臂1铰接至机械的旋转塔架7上，并且可以借助第一液压缸18摆动，该第一液压缸的上端在臂的左部可见。第二臂2固定至第一臂1上。第二臂2借助第二液压缸19在第一臂1的前侧倾斜。第二臂2还具有内部的可伸缩地延展的部分，该部分增大了机械的可及范围。第二臂由放置在第二臂2内并且因此完全被隐藏的液压缸操作。第三臂3固定至第二臂2的外端，并且通过第二臂2内侧的第三液压缸20摆动。

　　第三臂3的外端设计成使得其可以固定至安装在拆除工具4后侧的安装板9上。为清楚起见，工具4和安装板9示出为彼此分开并且与第三臂3的外端分开。在图1中，用于切碎混凝土等的示意性破碎器4示出为被安装。破碎器可以更换为用于破碎和切割材料的混凝土破碎机。

　　还参考图3，拆除机器人10包括第一电动机21、第二电动机22、电池23和液压泵组件24，该液压泵组件24适于以先前已知的方式为液压缸18、19、20和其他液压设备(例如履带6的推动单元和支撑腿5)提供动力。

　　根据本公开，第一电动机21适于仅仅经由电力电缆从外部电力源17提供动力，而第二电动机22适于仅仅从电池23提供动力。为此，电池23通过电动机驱动器组件25连接到第二电动机22，电动机驱动器组件25适于将由电池23提供的电压转换成用于第二电动机装置22的适当电压。

　　两种电动机22能够(根据一些方面，经由第一离合器装置26a和第二离合器装置26b)连接到液压泵组件24。更详细地，第一电动机21连接至第一动力传递轴27a，第二电动机22连接至第二动力传递轴27b。第一动力传递轴27a可通过第一离合器装置26a连接至第三动力传递轴27c，该第三动力传递轴适于驱动液压泵组件24，第二动力传递轴27b可经由第二离合器装置26b连接至第三动力传递轴27c。

　　在第一操作模式中，第一离合器装置26a适于将第一动力传递轴27a连接至第三动力传递轴27c，并且第二离合器装置26b适于使第二动力传递轴27b与第三动力传递轴27c断开连接。在第一操作模式中，仅仅第一电动机21推动液压泵组件24，然后仅通过外部电力源17为拆除机器人10提供动力。

　　在第二操作模式中，第二离合器装置26b适于将第二动力传递轴27b连接至第三动力传递轴27c，并且第二离合器装置26b适于使第一动力传递轴27a与第三动力传递轴27c断开连接。在第二操作模式中，仅仅第二电动机22推动液压泵组件24，然后仅通过电池23为拆除机器人10提供动力。

　　在第三操作模式中，第一离合器装置26a适于将第一动力传递轴27a连接至第三动力传递轴27c，并且第二离合器装置26b适于将第二动力传递轴27b连接至第三动力传递轴27c。

　　其中电动机21、22彼此机械地连接的第三操作模式包括三个不同的子操作模式：启动模式、共同驱动模式和充电模式。

　　在启动模式下，第二电动机22适于在第一电动机21由外部电力源17提供动力之前使第一电动机21运行，从而实现第一电动机21的软启动，其使第一电动机21的启动期间的电流峰值最小化。在启动之后，从外部电力源17为第一电动机21提供动力。然后，可以跟随有其中第一电动机21运行的任何操作模式。

　　在共同驱动模式下，两种电动机都适于推动液压泵组件24，从而向拆除机器人10提供最大的可用作业功率。

　　在充电模式下，第一电动机21适于使第二电动机22作为发电机运行。在这种情况下，电动机驱动器组件25用作可控制以对电池23充电的电池充电器。在充电模式下，根据一些方面，第三动力传递轴27c可以被连接以用于驱动液压泵组件24或者与液压泵组件24断开连接。这借助于第三离合器装置26c来实现，该第三离合器装置26c适于将第三动力传递轴27c与液压泵组件24连接和断开。

　　在前一种情况下，当第三动力传递轴27c被连接以用于驱动液压泵组件24时，来自外部电力源17的、液压泵组件24不需要的过多可用功率可以用于经由第一电动机21给电池23充电。在这种情况下，电动机驱动器组件25适于根据来自外部电力源17的可用功率和液压泵组件24所需的功率来控制电池23的充电速率。如果液压泵组件24需要的功率比外部电力源17可用的功率更多，则电动机驱动器组件25适于根据所需的功率来控制从电池23供应的功率的比率。

　　在后一种情况下，当第三动力传递轴27c与液压泵组件24断开连接时，来自外部电力源17的所有可用功率可以用于通过第一电动机21对电池23充电。

　　电动机21、22对外部电力源17上的过电压或浪涌不敏感，从而能够进行稳健的充电。电池电压系统与来自外部电力源17的输入三相电力隔离。通过具有两种电动机，通过使用作为发电机的第二电动机22以及作为电池充电器的驱动器组件25，无需使用单独的三相充电器。代替一个较大的电动机，可以使用两个较小的电动机。可以根据在没有电网连接的情况下以电池动力源运行时所需的功率来选择电动机尺寸。

　　根据一些方面，如虚线所示，单相电池充电器28经由充电器接触器29连接到外部电力源17。单相电池充电器28是普通且便宜的类型，并且用于在需要时为电池充电。应该注意的是，在充电模式期间电池充电的效率超过借助单相电池充电器28进行的电池充电的效率。单相电池充电器28可以用于过夜充电或用于以较低的功率充电。当第一电动机21关闭时，这可以通过充电器接触器29自动连接。

　　根据一些方面，如虚线所示，在启动模式未实施或不工作的情况下，第一电动机通常通过电动机接触器30启动。在这种情况下，优选地使用传统的软启动装置以减小启动期间的电流的量值。

　　本公开不限于以上示例，而是可以在所附权利要求的范围内自由地变化。例如，电动机21、22可通过除了所述离合器装置26a、26b之外的其他装置连接到液压泵组件24。

　　如图3中示意性地示出的，根据一些方面，拆除机器人10的上述部件的工作由一个或多个控制单元33控制。

　　当拆除机器人10为遥控拆除机器人的形式时，它还包括用于与遥控器11通信的无线电模块。也可以设想使用有线控制，其中这种线可以通过动力连接部8连接或与动力连接部8一起连接。

　　尽管已经针对远程控制的拆除机器人10描述了本公开，但是本公开适用于任何类型的车辆作业机械。

　　通常，拆除机器人10包括第一电动机装置31，该第一电动机装置31包括一个或多个电动机21、21’，如图3中的虚线示意性地示出的，在两个或更多个电动机21、21’的情况下，这些电动机可以或多或少地机械互连。通常，拆除机器人10还包括第二电动机装置32，该第二电动机装置32包括一个或多个电动机22、22’，如图3中的虚线示意性地示出的，在两个或更多个电动机21、21’的情况下，这些电动机或多或少地机械互连。包括在第一电动机装置31中的所述一个或多个电动机21、21’全部布置成仅仅由诸如电力网17之类的外部电力源供电，并且包括在第二电动机装置32中的所述一个或多个电动机22、22’全部布置成仅仅由电池23供电。通常，电池由适合于充电的适当类型的能量存储装置23构成。

　　上面展现的示例仅仅被公开以用于提供对本公开的理解。通常，其中电动机21、22彼此机械地连接的第三操作模式包括所述子模式：启动模式和共同驱动模式中的至少一种。本发明构思依赖于以下事实：一个电动机或电动机装置布置成由诸如电力网的外部动力源供电，而另一电动机或电动机装置布置成由内部动力源供电，其中内部动力源可以是可充电的并且可以保持所充电量的电能，通常由能量存储装置23构成。

　　根据一些方面，一个电动机或电动机装置布置成主要由外部动力源供电，而另一电动机或电动机装置布置成主要由内部动力源供电。内部动力源是可充电的并且可以保持所充电量的电能，通常由能量存储装置23构成。

　　在本文中，术语“提供动力”是指获取用于运行一个或多个电动机的电力。根据一些方面，电动机可以具有电连接部，该电连接部例如与所讨论的电动机处的控制电路和传感器相关联。这样的电连接部是低电压类型的，通常为大约5V，并且中继相对较低量值的电流，并且不与为电动机提供动力相关联。

　　液压泵组件24可以包括一个或多个液压泵。

　　支撑腿是可选的，并且支撑腿的数量可以变化，但如果存在的话应当为至少两个。代替支撑腿，可以使用推土机铲刀。

　　根据一些方面，外部电力源是单相动力源、两相动力源或三相动力源，在任何情况下都具有或不具有零线和/或接地连接。

　　根据一些方面，履带6被直接电驱动。

　　根据一些方面，电动机可以以许多不同的方式布置。在图4中，仅示意性地示出了电动机如何连接到液压泵组件24，存在根据以上示例的第一电动机21和根据以上示例的第二电动机22。这意味着在第一电动机装置31中仅存在一个电动机21并且在第二电动机装置32中仅存在一个电动机22。当然，在相应的电动机装置中可以存在任何数量的电动机，这里仅公开示出了原理的示例。

　　第一电动机21可经由第一动力传递轴34a、第一离合器装置35a和第二动力传递轴34b连接至第二电动机22。第二电动机22可经由第二动力传递轴34b、第二离合器装置35b和第三动力传递轴34c连接至液压泵组件24。这里，第一离合器装置35a适于连接或断开电动机21、22之间的机械连接，并且第二离合器装置35b适于连接或断开第二电动机22与液压泵组件24之间的机械连接。

　　这意味着第二电动机22可以在机械地连接至或不机械地连接至第一电动机21的情况下机械地连接至液压泵组件24。第一电动机21可以仅仅机械地连接至第二电动机22，从而允许在不推动液压泵组件24的情况下对电池23进行充电；或者与第二电动机22一起机械地连接至液压泵组件24。

　　在图5中，存在类似的布置，但是这里第一电动机21和第二电动机22已改变位置。第二电动机22可通过第一动力传递轴36a、第一离合器装置37a和第二动力传递轴36b连接至第一电动机21。第一电动机21可经由第二动力传递轴36b、第二离合器装置37b和第三动力传递轴36c连接至液压泵组件24。在此，第一离合器装置37a适于连接或断开电动机21、22之间的机械连接，并且第二离合器装置37b适于连接或断开第一电动机21和液压泵组件24之间的机械连接。

　　这意味着第一电动机21可以在机械地连接或不机械地连接至第二电动机22的情况下机械地连接至液压泵组件24。第二电动机22可以仅仅机械地连接至第一电动机21，从而允许在不推动液压泵组件24的情况下对电池23进行充电；或与第一电动机21一起机械地连接至液压泵组件24。

　　在图6中，显示了并行构造。在此，第一电动机21和第二电动机22相对于彼此和液压泵组件24并行地安装。更详细地，第一电动机21机械地连接至第一动力传递轴38a，第二电动机22机械地连接至第二动力传递轴38b，液压泵组件24机械地连接至第三动力传递轴38c。这些动力传递轴38a、38b、38c可经由共用的离合器装置39连接，该离合器装置39根据一些方面包括皮带传动装置。

　　这意味着第一电动机21、第二电动机22和液压泵组件24可经由共用的离合器装置39彼此连接，根据一些方面该离合器装置39适于机械地连接彼此无关的第一电动机21、第二电动机22和液压泵组件24。

　　离合器装置26a、26b、26c；35a、35b、35c；37a、37b、37c；39一般由动力传递装置构成。根据一些方面，动力传递装置26a、26b、26c；35a、35b、35c；37a、37b、37c；39中的每一个包括离合器组件和齿轮组件中的至少一种。借助齿轮组件，可以将旋转速度转换成合适的量值。

　　根据一些方面，一个或多个动力传递装置26a、26b、26c；35a、35b、35c；37a、37b、37c；39被省略，使得动力传递轴27a、27b、27c；34a、34b、34c；36a、36b、36c；38a、38b、38c中的两个或更多个由一个连贯的动力传递轴构成。这意味着，根据一些方面，根据一个示例，完全不存在动力传递装置26a、26b、26c；35a、35b、35c；37a、37b、37c；39，所有的电动机21、22和液压泵组件24始终彼此直接机械地连接。

　　具有适于使第一电动机装置31中的所述一个或多个电动机21、21’脱离接合的动力传递装置26a；35a；39减小了反向地驱动第一电动机装置31中的所述一个或多个电动机21、21’中的一个或多个的风险，并且如果电动机接触器30接通则提供流到外部电力源17的电流。在不存在这种动力传递装置26a；35a；39的情况下，这可以通过监视电动机接触器30来避免。

　　具有适用于使液压泵组件24脱离接合的动力传递装置26c；35b；37b；39降低了不可预测的运动的风险。在不具有这种动力传递装置26c；35b；37b；39的情况下，这可以通过监视系统中的液压来避免。

　　通常，由于不同种类的动力传递装置26c；35b；37b；39以及不使用一个或多个上述动力传递装置26c；35b；37b；39，电动机中的一个或多个适合于推动液压泵组件24，并且第一电动机装置31适合于推动第二电动机装置32。

　　通常，这意味着：

　　-在第一操作模式下，仅仅第一电动机装置31推动液压泵组件24，

　　-在第二操作模式下，仅仅第二电动机装置32推动液压泵组件24，以及

　　-在第三操作模式下，两个电动机装置31、32都推动液压泵组件24。

　　此外，通常，在充电操作模式下，第一电动机装置31推动第二电动机装置32。根据一些方面，在充电操作模式中，第一电动机装置31也推动液压泵组件24。

　　根据一些方面，第一电动机装置31包括一个或多个异步电动机21、21’。这是有利的，因为异步电动机比具有相同功率的三相电池充电器便宜，并且通常也比许多其他类型的电动机便宜。此外，异步电动机可以在不连接至电零线的情况下连接至三相电压。大多数电池充电器都需要连接至零线，而零线不是在所有供电网上都可用。

　　此外，异步电动机的结构坚固并且能够安装在拆除机器人中。三相充电器通常适合于挂在墙上或可能安放在叉车(即，与拆除机器人相比远不那么恶劣的环境)上。

　　此外，异步电动机易于适应不同市场中的不同电压和频率。由于车载充电器的选择非常有限，因此根据一个示例，为每个单独的市场(例如日本(2×200V)、南非(3×525V)和加拿大(3×575V))提供充电器将非常困难且成本很高。但是具有适当电压的异步电动机可用于所有市场，使得拆除机器人匹配当前每个市场的适应性简单且划算。

　　根据一些方面，第一电动机装置31包括功率相对较大的一个或多个电动机21、21’，并且有可能限制电动机的功率输出。例如，如果只有16A的连接可用，则额定电流为32A的电动机会被限制为仅向外部动力源加载16A。如果可用32A，则当然可以使用相应的功率。

　　第一电动机装置31可能被加载得越多，第二电动机装置32的功率输出就可能被限制得越多，这反过来将提供更长的电池寿命。因为电池是混合动力成本的主要部分，在第一电动机装置31中具有功率相对较大的一个或多个电动机21、21’，所以可以延长相对昂贵的电池的寿命。

　　根据一些方面，电动机装置31、32中的电动机可包括异步电动机、同步电动机、通用电动机和/或永磁电动机。

　　通常，本公开涉及一种车辆作业机械10，其包括：第一电动机装置31，其包括一个或多个电动机21、21’；以及第二电动机装置32，其包括与第一电动机装置31的所述一个或多个电动机21、21’分开的一个或多个电动机22、22’，其中车辆作业机械10还包括适于连接至外部电力源17的动力连接部8、能量存储装置23和适于为包括在车辆作业机械10中的液压设备5、18、19、20提供动力的液压泵组件24，其中每个电动机装置31、32中的至少一个电动机21、21’；22、22’适于推动液压泵组件24。第一电动机装置31中的所述一个或多个电动机21、21’布置成从外部电力源17供电，第二电动机装置32中的所述一个或多个电动机22、22’布置成从能量存储装置23供电。

　　根据一些方面，第一电动机装置31中的所述一个或多个电动机21、21’布置成主要从外部电力源17供电，而第二电动机装置22中的所述一个或多个电动机22、22’布置成主要从能量存储装置23供电。

　　根据一些方面，车辆作业机械10适于充电操作模式，其中第一电动机装置31适于推动第二电动机装置32并使第二电动机装置32作为发电机运行，该发电机适于给能量存储装置23充电。

　　根据一些方面，在充电操作模式下，第一电动机装置31还推动液压泵组件24。

　　根据一些方面，能量存储装置23经由电动机驱动器组件25连接至第二电动机装置32，电动机驱动器组件25适于将由能量存储装置23提供的电压转换为用于第二电动机装置32的适当电压。

　　根据一些方面，电动机驱动器组件25适于根据来自外部电力源17的可用功率和液压泵组件24所需的功率来控制从能量存储装置23供应的功率的比率。

　　根据一些方面，电动机驱动器组件25适于在充电模式下用作充电器。

　　根据一些方面，第一电动机驱动器组件25适于根据来自外部电力源17的可用功率和液压泵组件24所需的功率来控制能量存储装置23的充电速率。

　　根据一些方面，车辆作业机械10适于：

　　-第一操作模式，其中仅仅第一电动机装置31推动液压泵组件24，

　　-第二操作模式，其中仅仅第二电动机装置32推动液压泵组件24，和

　　-第三操作模式，其中两个电动机装置31、32都推动液压泵组件24。

　　根据一些方面，第三操作模式包括以下子操作模式中的至少一个：