移动设备的电力驱动装置的制作方法

移动设备的电力驱动装置
发明领域
1.本发明涉及具有操作臂的移动设备，诸如，例如轮式装载机、拖拉机上的前端装载机、履带式装载机、滑移装载机、挖掘机、反铲装载机、起重机、移动机械手以及移动机器人、或其组合。本发明更具体地涉及一种移动设备，该移动设备包括主框架、旋转子框架、连接到子框架的操作臂、被配置为驱动移动设备的移位装置(诸如一个或更多个轮子和/或一个或更多个履带(caterpillar tracks))的驱动装置、以及具有用于主框架和子框架两者的特定拓扑和封装设计的能量存储器。
2.背景
3.已知的挖掘机具有主框架或可旋转子框架，在可旋转子框架中的特定专用区域处通常具有单个箱型形状的马达和能量存储器。已知的是，轮式装载机和滑移装载机在车辆的后部也具有箱型能量存储隔室。具有高起重能力(诸如超过500kg)的机器人在室内利用外部电源和能量存储器工作。
4.概述
5.在权利要求中描述了本发明的优选实施例。
6.本发明与现有技术(也是本发明人的现有技术)的区别在于，本发明实现了一种具有高起重能力、车载能量存储和具有子框架和主框架两者的创造性拓扑的能量高效的、高度可操纵的多功能移动设备。除其他外，该目的通过根据权利要求1所述的移动设备来实现，其中具有移位装置的主框架具有旋转子框架，在该旋转子框架的子框架上具有工作臂，工作臂的第一臂段可以向后移动到子框架上并越过主框架和子框架之间的旋转点，并且在子框架的部件旁边或之间具有就座或站立位置。在第一臂段的最后方的位置，操作者的腿和/或脚可以靠近第一臂段。
7.本发明与现有技术的区别还在于，旋转子框架可以被锁定到第一臂段的下部部分，其中之一，第一臂段是具有至少两个臂段的臂的一部分。这使得能够实现第一臂段的固定的后方位置，以允许通过与子框架的连接来实现非常稳定且紧凑的结构，该连接可以通过子框架和第一臂段之间的竖直旋转主柱来实现。该锁定解决方案的优点在于，在子框架和主框架之间的回转轴承上方的区域中，第一臂段上的高载荷力可以直接流入子框架的坚固机械结构中。锁定装置可以手动地、机械地、电气地、电子地、以气动或液压方式或以组合方式使用。优选的是一种无游隙(play)的解决方案，该解决方案可以在对于操作者来说安全的位置上使用，诸如当控制一个或两个按钮或开关或其他装置时站在移动设备旁边，使得当操作者不在工作臂附近时发生锁定。这种原理也可用于将第一臂段移动到新的位置或最后方的位置，在此之后以相同的顺序发生锁定。当然，这也可以反过来。另外，这可以联接到座椅或位置传感器，使得当操作者位于移动设备中或坐在座椅上时，它防止第一臂段向其最后方的位置或远离其最后方的位置移动。
8.对于本发明来说，特别有利的是在子框架中包括凹部，以允许移位装置(诸如轮胎或履带)以非常急剧的角度(至少大于45度并且优选地大于60度)转向。在子框架的锥形或弯曲形状的两侧上需要这样的凹部，其中子框架部分地流过移位装置。对于子框架和第一
臂段之间的可选主柱，这样的锥形或弯曲形状也是优选的。这实现了在主框架的顶部上和主框架的部分之间的定位得非常低的子框架。主阀的安装结构或板被定位在两个凹部之间。
9.子框架的机械结构是新颖且创造性的，这是因为水平和竖直平面构件具有双重功能。首先，这些元件承载结构载荷。其次，这些元件将子框架划分为用于各种不同部件的隔室。第三个功能是这些元件分割和引导空气流，以用于冷却和加热部件，如阀、电动马达、控制器、电子设备、逆变器、转换器、电池、电容器、氢燃料电池、风扇、缆线、金属丝、软管、管道、以及其他部件，诸如用于热管理的其他部件。
10.此外，在子框架的后侧处具有左和右能量存储区域是有利的。能量存储部件可以是电池、电容器、流体或气体(诸如氢气)。当包括座椅时，座椅可以位于这些隔室之间。附加的能量存储部件可以定位在座椅下方。在子框架的下前部区域处，液压阀可以位于一个更居中的隔室中。这允许空气流向侧隔室，并且还流向前居中隔室和后居中隔室。
11.隔室中的每一个可以具有冷却系统或空气流动。一个或多个风扇可以用于冷却一个或更多个隔室及内部的部件。风扇可以联接到控制器和传感器，使得传感器控制空气速度和体积。在低环境温度下，风量可以很低或根本没有，并且在高环境温度下，风量和速度可以很高，以从部件传递热量。可能的是，使空气在子框架的底部或子框架的中间进入，可选地通过过滤器，向更高处穿过不同的隔室，并在子框架的后部离开。方向逆过来也是可能的。它可以具有针对所有隔室的位于中心处的一个风扇或者针对不同隔室的多个风扇。在优选实施例中，左、中和右隔室各具有带有控制和传感器系统的单独的风扇。风扇的位置可以在子框架的前部、在子框架的中间或后部。风扇可以具有空气扰流器，以引导空气进出隔室中的不同部件和区域。也可以安装风门片(air flap)，以分隔隔室之间的空气或关闭空气流动，从而在环境温度较低时允许热量在隔室内部聚集。还可以安装具有诸如压缩机、冷凝器、蒸发器、阀和/或冷却器之类的部件的空气调节系统。这允许了空气冷却系统，通过该系统，冷却的空气被用作所提及的部件的冷却介质。还可能的是，允许液体热系统，以便冷却或者甚至加热能量存储器和其他电气部件。可以在移动设备工作时、在能量存储装置充电时或充电之前控制空气冷却或液体冷却。应当注意的是，既可以使用来自部件的电动力热量也可以使用液压动力热量来提高所提及的各种部件的温度。
12.子框架还可以包括在左后外侧和右后外侧上的一个或两个区域。这些可以容纳附加的能量存储单元，诸如电池、电容器、气态或液体燃料(诸如氢气)。该区域还可以包括流体罐，诸如冷却剂或液压油。有利的是，将一个流体罐定位在子框架的后侧部分处和能量存储隔室的外侧上。这样，液压油的温度不会直接影响相邻隔室的温度。由于罐在子框架的外侧上，该罐可以向周围环境散热，从而冷却内部的流体。优选实施例中的一个是具有两个罐，这两个罐都位于该罐连接到的子框架的左后侧和右后侧上。在连接软管或管道之间，散热器和冷却风扇可以工作来冷却流体。这样，一个罐及其流体具有比另一个罐及其流体低的温度。最低温度的罐优选地位于子框架的操作者最有可能进入的一侧处。该侧可以在左边或右边。罐的可能材料可以是塑料、钢或铝或任何其他材料来向环境传递热量。为了保护一个或更多个罐，坚固的结构构件(诸如型材)从子框架的一半延伸到后部，并与子框架和舱室的结构构件或者倾倒保护结构构件连接。所提及的用于流体或液压油的冷却风扇可以是用于空气冷却的同一冷却风扇，或者可以是用于电气部件的液体冷却系统的同一风扇。
另一个可能的实施例是在子框架的后部处的备用轮胎，该备用轮胎在轮辋中心具有足够的开口，以允许空气流进出至少一个冷却风扇的通过。
13.子框架的另外的实施例可以是一个或更多个操作工具，诸如连接到可移动结构的操纵杆或一个或更多个按钮或一个或更多个触摸屏或一个或更多个方向盘。结构本身可以转动、旋转、折叠或滑离或以组合方式来允许操作者进入。本发明的解决方案减少了部件，并确保操作者在操作移动设备时总是将结构关闭到子框架。该结构可以以各种方式(诸如竖直地或对角线地或水平地或组合)转动、旋转、折叠或滑动，然而，在优选实施例中，具有操作工具的可移动结构连接或锁定在舱室或其他保护结构的前部部分和后部部分两者处。以这种方式，可移动结构在碰撞或倾倒期间也可以作为操作者的安全装置。它可以结合扶手和/或臂垫或肩垫。传感器可以检测结构的位置，并因此允许操作工具处于活动或非活动状态。活动位置是当结构被锁定到操作位置时的位置。与现有技术相比，它是一个更加集成的解决方案。该结构可以包括不位于就座或站立位置的中间的方向盘，或者可以具有位于座椅或站立位置的中心线上的方向盘。另一个实施例是，子框架在左侧上并且还在右侧上具有转动、旋转或折叠结构。这允许操作者在两侧上的进入。一个或更多个可移动结构可以由材料(诸如玻璃、塑料、钢或其他材料或组合)保持或附接到门或窗。
14.操作者的进入通过子框架结构的几何型材解决方案来解决，从侧面观察，该子框架结构的几何型材解决方案在前侧处低且在后侧处高。该型材连接到子框架的竖直板结构，该竖直板结构也是用于子框架的外部隔室之一的板结构。该型材本身可以用作倾倒和翻转保护结构和/或掉落物保护结构。该型材可以具有从子框架的前部部分延伸到子框架的后部部分的中空型材。中空型材横向构件可以连接左侧和右侧。
15.将这些结构构件内部的容积用于冷却和加热目的是有利的。液压油或冷却流体可以流过这些型材，以将热量从流体散发到型材和连接板，诸如遮阳板或保护板或结构板。泵和/或阀可以控制流体的速度。例如，这些可以是操作臂的液压阀或附件，其可以放置在子框架的下部中心。本发明的解决方案节省空间和能量，因为不需要热交换部件或只需要有限的热交换部件。型材直接邻近潜在的窗和门。这使得能够加热这些区域，以避免在冬季和低环境温度下凝结，并可以向操作者提供间接热量。子框架可以具有不带有驾驶室结构和不带有用于操作者的就座或站立位置的实施例。这意在用于自主或远程操作。
16.子框架可以具有用于充电的电连接或用于向液体或气体(诸如氢气)提供燃料的连接。
17.根据另一个优选实施例中的一个，子框架在具有移位装置的主框架上旋转，主框架具有低的中间区段以及较高的前部区段和后部区段。较高的区段中的一个可以容纳一个或更多个马达和控制器或逆变器以用于移位装置。主框架的另一个较高的区段可以是到移位装置的轴或摆动或悬挂结构的连接件。主框架的左侧或右侧上的较高的区段可以容纳能量存储器或电子部件，诸如电池、电容器、氢气、燃料电池、控制器、逆变器和转换器。主框架和冷却部件(诸如风扇、空气和液体冷却回路)中的开口是可能的。
18.主框架在平面视图(俯视图或仰视图)中的形状是这样的，即该形状具有大的左凹部和大的右凹部，以用于可转向的移位装置，诸如轮胎或履带。本发明的解决方案需要坚固的、高应力的抗扭转结构区。因此它具有横向区段隔板构件(cross section bulkhead member)。
19.主框架的机械承载结构可以是外部板或平面构件与内部平面结构构件板的组合。内部结构可以从回转轴承定向并朝向主框架的较高的前部部分、后部部分和侧部部分。可转向的移位装置从中心到承载结构的窄通道开始低而结尾高。
20.移位装置可以是摆动的，或者甚至是悬挂的和阻尼的。因此，在可转向轮或履带之间的结构构件是高的，并且可能可以包含一个或更多个转向致动器、拉杆和摆动转动点。转动可以通过机械、电动、电子、气动、液压或组合装置来阻止，使得防止移位装置和主框架之间的旋转。
21.具有油气悬架(hydro-pneumatic suspension)的实施例也是可能的。这可以是通过完整轴结构的悬挂和阻尼，或通过每个左移位装置和右移位装置的悬挂和阻尼来实现的。
22.转向机构可以结合阿克曼转向原理(ackermann steering principle)，通过该原理，拉杆与致动器的中心转动点对角地对准，以达到非常陡峭的转向角。
23.在主框架和子框架两者中，易失性部件(volatile component)，诸如电池、电容器、电子设备、液体燃料、气体燃料、氢燃料电池、发动机等形式的能量存储器，可以被悬挂和阻尼。实施例是一种这样的结构，其中该结构的每个下拐角上的内部部件连接到悬架和/或阻尼单元。这可以在二维或三维平面中是竖直定向、水平定向、对角线定向。这对于低容积/盒形状可以很好地起作用。对于高容积/盒形状，实施例可以具有安装在低处和安装在高处的悬挂和阻尼单元。悬挂和阻尼单元可以例如是弹簧、橡胶支座、塑料支座、气体型阻尼器、油气阻尼器或组合。低容积或高容积结构可以定位在隔室外部或隔室内部。
24.主框架可以连接到诸如叶板或雪刃的器具。这种叶板可以以竖直位置和水平位置固定到主框架。在叶板上或叶板中，一个或两个致动器可以移动稳定器，以实现左右宽台平台，以用于起重和挖掘工作。特别有利的是在不平坦的地形上稳定移动设备，使得左致动器和右致动器可以定位在与主框架相比不同的高度上。同时，可以在叶板的相对侧上调节和阻止摆动或悬挂的移位装置，使得完整的移动设备可以360度旋转地调平。
25.对于所描述的解决方案，可以存在一个或更多个控制系统的不同实施例。例如，不同协议(诸如j1939、flex ray、isobus或其他类型)的can总线系统，诸如玻璃光纤系统。
26.在结合附图阅读以下详细描述的基础上，本发明的上述和其他有利特征和目的将变得更加清楚，并且可以更好地理解本发明，其中：
27.图1示出了设置有主框架1的移动设备1000，在主框架1上布置有四个履带形式的移位装置4。驾驶室形式的驾驶员的位置6布置在主框架1上。在操作臂100中，第一臂区段1010处于其最后方的位置。可选的主柱20与竖直旋转的工作臂在子框架上是可见的。在该图中，移动设备被描绘为在不平坦的地面上。
28.图1a示出了本发明的实施例的示意图。
29.图2示出了具有两个履带的实施例。可以看到，主框架中的部件从侧面和履带中的一个中间是可接近的。第一臂区段201处于其最后方的位置。由于第三臂区段的质量和重心帮助第一臂区段的致动器，因此第三臂区段203处于辅助第一臂区段201向前移动的位置。销或轴112在前部处是可见的。
30.图3示出了具有叶板120的实施例，叶板120具有开口123，并且由致动器122致动的稳定器121连接到该叶板。第二臂区段202和第三臂区段203以及它们的质量和它们的重心
被描绘成辅助臂区段201向前移动。
31.图4示出了子框架2的实施例的侧视图，该子框架2具有结构构件22并直接连接到锁定机构23的这些部分和锁定机构的可移动部分24，从而允许机械部分212经由第一臂区段201的转动点211移动和旋转并直接连接到臂区段。可看见子框架的结构板21在锁定装置的下方以及主框架和子框架之间的旋转中心23的下方。
32.图5示出了相同的侧视图，其中锁定机构的部分24被移动以阻止臂段201的旋转。
33.图6示出了在子框架的中心线上具有阀部件25的子框架2。示出了子框架结构板21中的开口21'，开口21'允许了诸如电动马达和/或泵42的部件。用于子框架和液压或流体罐27的保护结构26在右侧上是可见的。此外，在右侧描绘了用于良好进入的对角线向上延伸的结构构件，以及结构构件的转动和附接点，在该转动和附接点上可安装操纵杆。在左侧，用于空气的开口28和用于过滤器和/或盖的位置29还示出了在可能的冷空气流中的电子部件41。还示出了座椅70。
34.图7示出了子框架2的底侧，该底侧具有在主框架和子框架之间的回转轴承的安装区域。在对角线向上延伸的子框架中，可以看到用于主框架的移动和急剧转向移位装置的凹部22，并且在该凹部之间是用于阀部件的安装平面/板。冷却风扇50或散热器在子框架的后部处是可见的。可以看到结构型材构件33。还用34图示出了结构或保护型材33内的冷却剂、液压油或其他流体的流体方向。
35.图8示出了子框架2的后侧视图，在其上可见结构构件/平面/板32。这些形成用于技术部件40(诸如能量存储器或电气部件或电子部件)的隔室。
36.图9示出了保护结构33。呈操纵杆60的形式的操作工具连接到可移动结构构件64。在此上安装有扶手61和锁定系统62，以连接在可移动结构构件64与保护结构33之间。在通过子框架的下侧上可见空气流51，该空气流51流过不同的隔室并沿着技术部件43流动。
37.图10图示了子框架2，其中可以看到许多结构平面/板和在隔室之间的开口28。可以看到空气流51通过子框架的一个侧上的隔室流入或流出开口28。在下部部分上可见诸如电动马达和/或泵的技术部件。
38.图11a描绘了子框架的在潜在座椅70的区域处的横截面。可以看到结构板和构件32贯穿始终。具有冷却装置或板41的技术或能量存储部件40在这里被描绘为在座椅70之间。外部区域27可以包括附加的能量存储部件或隔室。这些也可以容纳液压、冷却剂或任何其他流体。在左侧上的型材31内，型材内的潜在流或流体被指向。
39.图11-b示出了在下侧上被悬挂/阻尼的组合技术部件。
40.图11-c示出了分离开的被悬挂/阻尼技术部件，部件之间存在空间。
41.图11-d示出了在各个方向上被悬挂的技术部件的三维视图。
42.图12图示了潜在的透明门和可能的位置80和81，该可能的位置80和81用于操作工具，以参与和控制第一臂段从最后方位置的移动和到最后方位置的移动，以及控制臂段到子框架的锁定。这些用于双手控制的可能的位置80和81只能在操作者在移动设备外部时使用。
43.图13图示了左侧可移动结构和右侧可移动结构两者的可能性，操作工具(如操纵杆)可以定位在该左侧可移动结构和右侧可移动结构上。
44.图14示出了可移动结构64，以及该结构的连接的延伸部64’，以保持方向盘，该方
向盘定位在就座或站立位置的中心的左侧。
45.图15描绘了可移动结构64的类似延伸部64’，方向盘安装在该延伸部上。这个方向盘在此处被示出为在座椅的中心线上。
46.图16示出了没有保护结构和操作者的就座位置的实施例。
47.图17给出了具有较低的中心区域100、较高的方向区域101和102以及较高的侧区域104的主框架的概况。用于摆动或悬挂的可移动结构103连接到可转向的移位装置4。允许急剧转向角的窄主体结构105是可见的。在中心处，可以看到用于可能的回转轴承106的位置。
48.图18是主框架1的俯视图，示出了为什么框架1的窄主体结构和凹部105对于移位装置4的急剧转向角是必要的。机械结构(诸如用于急剧转向角的拉杆转动点111)在此处在中心旋转点109上旋转。
49.图19提供了具有转动点107的主框架1的视图，该转动点107用于结构的摆动，该结构用于保持移位装置。从这个角度可以看到，窄主体v形主体结构105实际上贯穿主框架的长度延伸到另一侧105'。在该视图中还可以看到较高的主体部分102，该部分保持位置108，用于阻止移位装置通过结构进行摆动或悬挂。
50.图20提供了主框架1的内部的仰视图，其中内部纵向结构构件或板在潜在回转轴承的区域106下呈v形。横向区段构件或隔板114、115和117是可见的，以及用于移位装置的结构或悬挂的附接点107是可见的，该附接点107在由位置116标出的框架中继续。
51.图21图示了成直线的、未转向的移位装置4。用于机械连杆或拉杆的转动点111在此处处于中立位置。用于这些转动点110的连接结构可以在点109上旋转。用于移位装置的结构在位置108处通过销108'锁定到主框架的较高的主体结构102。例如，通过移位装置的转动点的销112可以是用于附接件或拖车的旋转轴或拖曳位置。
52.图22类似于图21，不同之处在于用于移位轮的结构没有锁定到主框架的较高的主体结构102。
53.本发明不限于所示出的实施例，而是可扩展到落入所附描述和权利要求范围内的其他实施例。