CN115276325A - 一种可替代燃油发动机的电驱动力单元及作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可替代燃油发动机的电驱动力单元，包括电机和电池包，所述电机安装在底座上，所述电池包通过支撑框架支撑于所述电机的上部，所述电机的一侧位于所述电池包的下方形成避让空间。本发明通过在该电驱动力单元一侧的下部设置类似传统燃油发动机的避让空间，以更好地实现对小型燃油发动机的替代。

Description

一种可替代燃油发动机的电驱动力单元及作业机械
技术领域
本发明涉及通用动力技术领域，具体涉及一种可替代燃油发动机的电驱动力单元及作业机械。
背景技术
随着环境问题的深刻化，动力单元正在从燃油转向电动化。
既有的小型燃油发动机的特点之一是在其一侧的下部具有一个类似于三角形的避让空间，如图1所示，燃油发动机a搭载在作业机械b(如平板夯机、水泥磨光机和微耕机等)上时，作业机械可调节角度的把手根部c(平板夯机、水泥磨光机)或者车架本身(微耕机)或其他机能部件设置在该避让空间I内，这样有利于操作灵活性和整体结构的紧凑性和小型化。
中国发明专利CN112602255A的说明书公开了一种电动动力单元，该电动动力单元能够替代燃油发动机安装在各种作业机上，并在一定程度上实现动力单元的小型化和通用性。
然而，参照上述专利文献的说明书和附图5A，该专利中作为电气元件12的电池121配置在电机11的上部，而作为电气元件12的驱动部122配置在电机11的侧部，整个电动动力单元大致呈方形，其下部一侧不具有传统燃油发动机的避让空间，因而不能完全替代现有的燃油发动机。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种可替代燃油发动机的电驱动力单元及作业机械，通过在其一侧的下部设置类似传统燃油发动机的避让空间，以更好地实现对小型燃油发动机的替代。
一方面，本发明提供了一种可替代燃油发动机的电驱动力单元，包括电机和电池包，所述电机安装在底座上，所述电池包通过支撑框架支撑于所述电机的上部，所述电机的一侧位于所述电池包的下方形成避让空间。
进一步地，还包括电气单元，所述电机在轴向上的长度进行缩短，所述电气单元安装在所述电机前部位于所述电池包下方的位置。
进一步地，所述支撑框架围绕所述电机进行造型，所述底座上位于电机的两侧均设有支座，所述支撑框架两侧的下部分别通过弹性减振体安装在对应侧的所述支座上；
所述电气单元固定在所述支撑框架上。
进一步地，靠所述避让空间一侧的弹性减振体抬高至靠电机一侧的斜上角。
进一步地，所述电机包括壳体、转轴、定子线圈和外转子；
所述转轴转动安装在所述壳体内，转轴的后端伸出该壳体；
所述定子线圈围绕着所述转轴配置并固定于所述壳体内；
所述外转子具有环状部和端盖部，所述环状部内贴附有永磁体，同时围绕在所述定子线圈外，外转子的端盖部支撑固定于所述转轴。
进一步地，所述转轴的前端穿出所述壳体并安装有散热叶轮，所述壳体的前端设有罩在所述散热叶轮外的外罩，所述外罩的正面设有进风口，外罩与壳体相连的一端沿周部分布有出风口；
所述外转子的端盖部设于所述环状部的前端，端盖部的周部设有排风口，端盖部的内侧在周向上环绕设置有若干叶片。
进一步地，所述电气单元包括电机驱动器和控制器，所述电机驱动器的外侧设有散热翅片。
进一步地，所述支撑框架的周围罩设有壳罩，所述壳罩的前侧设有窗口，电机驱动器外侧的散热翅片通过所述窗口进行外露。
本发明的有益效果体现在：本申请通过在该电驱动力单元一侧的下部设置类似传统燃油发动机的避让空间，该避让空间内不设置本电驱动力单元的任何部件，将其组装到作业机械上时，可与传统燃油发动机一样，可将作业机械的可调节把手根部或者车架本身等设置在该避让空间内，这样有利于操作灵活和整体结构的紧凑性和小型化，从而更好地实现对小型燃油发动机的替代。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为背景技术中燃油发动机搭载在作业机械上时的示意图；
图2为本发明实施例的装配图；
图3为本发明实施例的***图；
图4为本发明实施例的后视图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为本发明实施例中外转子的结构示意图。
附图中，100-电机；110-壳体；120-转轴；130-定子线圈；140-外转子；141-环状部；142-端盖部；143-永磁体；144-排风口；145-叶片；150-散热叶轮；160-外罩；161-进风口；162-出风口；200-电池包；300-电气单元；310-电机驱动器；311-散热翅片；320-控制器；400-支撑框架；410-支座；420-弹性减振体；500-壳罩；510-窗口；600-底座；I-避让空间。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本申请中使用的术语或词语，不得限定为通常的或词典的意义进行解释，应立足于“发明人为了以最佳方法说明其自身的发明而适当地定义术语的概念”的原则，只解释为符合本发明的技术思想的意义和概念。
如图2-图6所示，本发明实施例提供了一种可替代燃油发动机的电驱动力单元，包括电机100和电池包200。
电机100安装在底座600上，底座600也可直接作为该电驱动力单元搭载的对象物。
电池包200通过支撑框架400支撑于电机100的上部，电机100的一侧位于电池包200的下方形成避让空间I。本实施例中，避让空间I可以设置在电机100的左侧或右侧，其具体由电机100输出轴的朝向决定，即电机100的输出轴换向时，避让空间I的方位也就要跟着改变，结构整体进行镜像。
本实施例中，支撑框架400的上部包裹并贴合在电机100的周围，电池包200的下部包裹并贴合在支撑框架400的上部，这样的设计可使其结构更紧凑，有利于实现该电驱动力单元的小型化。
本实施例中，避让空间I断面大致呈三角形，其形状及尺寸与传统的燃油发动机的下部的避让空间I基本一致。具体参照图4，从输出轴侧来看，底部右侧的用于固定到作业机械的螺栓定义为G点，沿G点水平方向向上倾斜45°的线设定为H，H线同底座的水平延长线和右侧最大装配尺寸垂影线形成三角形避让空间I，所形成的避让空间I内不设置本电驱动力单元的任何部件。
在其它实施例中，该避让空间I的断面也可以呈矩形、梯形等其它形状。
本申请通过在该电驱动力单元一侧的下部设置类似传统燃油发动机的避让空间I，该避让空间I内不设置本电驱动力单元的任何部件，将其组装到作业机械上时，可与传统燃油发动机一样，可将作业机械的可调节把手根部或者车架本身等设置在该避让空间I内，这样有利于操作灵活和整体结构的紧凑性和小型化，从而更好地实现对小型燃油发动机的替代。
本实施例还包括电气单元300，电机100在轴向上的长度进行缩短，电气单元300安装在电机100前部位于电池包200下方的位置(本实施例定义电机100输出轴的一侧为后，背离电机100输出轴的一侧为前)。上述电气单元300具体包括电机驱动器310(Power DriveUnit，简称PDU)和控制器320，电机驱动器310和控制器320属于电动领域的公知电气元件，这里不作具体说明。
现有技术中，电动动力单元的电池包200配置在电机100的顶部，电气单元300配置在电机100的周向侧部。由于空间的限制，其侧部无法留出类似传统燃油发动机的避让空间I。本申请在不改变电池包200续航和电机100输出功率的前提下，压缩电池包200整体高度，减小电机100在轴向上的长度，电机100侧部的电气单元300移动到电机100的前部，这样不仅预留出了类似传统燃油发动机的避让空间I，而且还能满足同规格燃油发动机的尺寸限制，从而进一步实现设备的小型化。
本实施例中，支撑框架400围绕电机100进行造型，底座600上位于电机100的两侧均设有支座410，支撑框架400两侧的下部分别通过弹性减振体420安装在对应侧的支座410上，电气单元300固定在支撑框架400上。
本申请的电池包200和电气单元300均通过支撑框架400支撑在底座600上，电池包200和电气单元300不与电机100直接连接，支撑框架400围绕着电机100进行造型设计，能够实现空间的有效利用。支撑框架400的两侧通过弹性减振体420进行减振支撑，能够减小作业振动对电池包200和电气单元300的影响。
优选地，靠避让空间I一侧的弹性减振体420抬高至靠电机100一侧的斜上角，以使该侧的弹性减振体420避开三角形避让空间I的边角，其空间布置更加合理，结构更加紧凑。
优选地，两侧的弹性减振体420倾斜设置，使得两侧弹性减振体420的轴线在上方相交，电池包200及电气单元300的重心都位于两侧弹性减振体420的轴线相交下方的区域内，通过将上述部件的重心控制在两侧弹性减振体420的轴线相交下方的区域内，不仅实现了对电池包200及电气单元300的稳定支撑，且对电池包200及电气单元300具有良好的减振效果，能够满足振动较大的作业机械的使用要求。
为了缩短电机100在轴向上的长度，具体可以采用如下措施。
电机100采用外转子结构，具体地，参照图5，电机100包括壳体110、转轴120、定子线圈130和外转子140；转轴120转动安装在壳体110内，转轴120的后端伸出该壳体110；定子线圈130围绕着转轴120配置并固定于壳体110内；外转子140具有环状部141和端盖部142，环状部141内贴附有永磁体143，同时围绕在定子线圈130外，外转子140的端盖部142支撑固定于转轴120。
外转子140内的永磁体143材料采用钕铁硼，以确保在减小电机100轴向上的长度时，能够保证电机100的输出功率。
电机100高负载时，因为发热过大，电机100的最大输出功率受此发热量限制的情况居多，因此需要采取手段来实现电机100的冷却。如果为了提高电机100的冷却效率，直接将外部空气导入电机100内部，会导致水汽或者尘埃同空气一起吸入电机100内部，导致电机100无法正常运转。对于密封电机100内部的散热，可采用在电机100的内部和外部均配备散热叶轮，通过内/外的热交换来实现电机100冷却。然而，在电机100的内部和外部设置散热叶轮势必会增加电机100的长度，与本申请中减小电机100轴向长度的宗旨明显不符。
在不增加电机100轴向长度的条件下，为了实现电机100内部的散热，本实施例将电机100的外转子140和电机100内部的散热叶轮进行一体化设计，具体地，参照图5和图6，
外转子140的端盖部142设于环状部141的前端，端盖部142的周部设有排风口144，端盖部142的内侧在周向上环绕设置有若干叶片145。电机100工作时，伴随着外转子140的旋转，叶片145带动外转子内部的空气高速旋转，并在离心力的作用下从排风口144排出，排出的空气再通过外转子140环状部141的外部回流至外转子140内，从而实现电机100内部空气的循环。
同时，参照图5，转轴120的前端穿出壳体110并安装有散热叶轮150，壳体110的前端设有罩在散热叶轮150外的外罩160，外罩160的正面设有进风口161，外罩160与壳体110相连的一端沿周部分布有出风口162。当外转子140旋转时会带动转轴120转动，从而带动壳体110外的散热叶轮150转动。壳体110外的散热叶轮150转动时，外部的空气从外罩160上的进风口161进入，再从壳体110外的出风口162排出。
在电机100内部循环的空气将定子线圈130工作产生的热量带出并传递至壳体110，电机100外部的空气经过壳体110时，再对壳体110进行降温，从而通过内/外的热交换来实现电机100内部的冷却。
本申请将电机100的外转子140和电机100内部的散热叶轮进行一体化设计，电机100的内部无需单独设置散热叶轮，这样既能满足电机100散热的需求，而且能够减小电机100在轴向上的长度。
本实施例中，电机驱动器310的外侧设有散热翅片311，这样能够提高电机驱动器310的散热性能。优选地，支撑框架400的周围罩设有壳罩500，壳罩500的前侧设有窗口510，电机驱动器310外侧的散热翅片311通过窗口510进行外露，进一步提高散热性能。
为了确保电气单元300安装在电机100的前端时不增加整个电驱动力单元在轴向上的尺寸，除了减小电机100的长度外，还可对电气单元300的内部元器件布局和插口布局进行优化，以尽可能缩小电气单元300的厚度。
本发明实施例还提供了一种作业机械，采用上述电驱动力单元，该作业机械包括建筑机械、农业机械、园林机械等，例如平板夯机、水泥磨光机、微耕机等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种可替代燃油发动机的电驱动力单元，包括电机和电池包，所述电机安装在底座上，所述电池包通过支撑框架支撑于所述电机的上部，其特征在于：所述电机的一侧位于所述电池包的下方形成避让空间。
2.根据权利要求1所述的可替代燃油发动机的电驱动力单元，其特征在于：
还包括电气单元，所述电机在轴向上的长度进行缩短，所述电气单元安装在所述电机前部位于所述电池包下方的位置。
3.根据权利要求2所述的可替代燃油发动机的电驱动力单元，其特征在于：
所述支撑框架围绕所述电机进行造型，所述底座上位于电机的两侧均设有支座，所述支撑框架两侧的下部分别通过弹性减振体安装在对应侧的所述支座上；
所述电气单元固定在所述支撑框架上。
4.根据权利要求3所述的可替代燃油发动机的电驱动力单元，其特征在于：
靠所述避让空间一侧的弹性减振体抬高至靠电机一侧的斜上角。
5.根据权利要求2所述的可替代燃油发动机的电驱动力单元，其特征在于：
所述电机包括壳体、转轴、定子线圈和外转子；
所述转轴转动安装在所述壳体内，转轴的后端伸出该壳体；
所述定子线圈围绕着所述转轴配置并固定于所述壳体内；
所述外转子具有环状部以及设于所述环状部一端的端盖部，所述环状部内贴附有永磁体，同时围绕在所述定子线圈外，外转子的端盖部支撑固定于所述转轴。
6.根据权利要求5所述的可替代燃油发动机的电驱动力单元，其特征在于：
所述转轴的前端穿出所述壳体并安装有散热叶轮，所述壳体的前端设有罩在所述散热叶轮外的外罩，所述外罩的正面设有进风口，外罩与壳体相连的一端沿周部分布有出风口；
所述外转子的端盖部设于所述环状部的前端，端盖部的周部设有排风口，端盖部的内侧在周向上环绕设置有若干叶片。
7.根据权利要求2所述的可替代燃油发动机的电驱动力单元，其特征在于：
所述电气单元包括电机驱动器和控制器，所述电机驱动器的外侧设有散热翅片。
8.根据权利要求7所述的可替代燃油发动机的电驱动力单元，其特征在于：
所述支撑框架的周围罩设有壳罩，所述壳罩的前侧设有窗口，电机驱动器外侧的散热翅片通过所述窗口进行外露。
9.一种作业机械，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的电驱动力单元。
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