CN100422523C - 包括垂直轴发动机的发电机 - Google Patents

Abstract

一种可定位在支撑表面上的发电机，它包括构架、装在构架上的内燃机、电能源、燃料箱和输出单元。单件安装件装在构架上并具有安装臂，每个安装臂具有构架安装部、发动机安装部和电能源安装部。内燃机装在安装件上并包括输出轴，输出轴穿过中心部分并在发动机运行过程中基本垂直于支撑表面。电能源具有转子和定子，转子装在输出轴上与之一起旋转，定子装在安装件上。燃料供应装置将燃料供应到发动机，输出单元与发动机和电能源中的至少一个连通。

Description

包括垂直轴发动机的发电机

技术领域

本发明涉及发电机，更具体地涉及垂直轴发电机。

背景技术

在远程位置、不可能得到标准实用电源的位置、或者在某区域的标准实用电源可能临时不能工作的紧急情况下，发电机用于提供电源是公知的。很多发电机包括内燃机，用于驱动具有定子和转子的交流发电机旋转。转子装在发动机的输出轴上。发动机的运行使转子旋转，从而在一组线圈中感应电流。接着将此电流滤波，使其具有与标准实用电源供应的电流类似的特性。发电机输出电流可以用于运转通常由标准实用电源运转的大体上任何类型的电气装置。

发电机具有很多不同的结构，并且利用很多不同类型和尺寸的发动机，这基本取决于发电机设计提供的电力数量。一些发电机是便携式的，并包括为内燃机供应燃料的燃料箱，以及支撑发动机、交流发电机和燃料箱的构架。一些构架包括便于发电机移动的轮子。另一些发电机是永久装在住房、商店或其它结构附近的备用装置。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供一种可定位在支撑表面上的发电机，它包括构架、单件安装件、内燃机、电能源、燃料供应装置和输出单元。单件安装件连接到构架并具有中心部分、第一侧、第二侧以及从中心部分伸出的多个安装臂。每个安装臂包括构架安装部、发动机安装部和电能源安装部。内燃机连接到安装件的第一侧，并包括从中心部分穿过并在发电机运行过程中基本垂直于支撑表面的输出轴。电能源具有连接到输出轴并与其一起转动的转子，以及连接到安装件第二侧的定子。燃料供应装置将燃料供应到发动机，并且输出单元与发动机和电能源的至少一个连通。

本领域的一般技术人员在考虑以下详细说明、权利要求和附图时，将清楚本发明的其它特征。

附图说明

图1是体现本发明的便携式发电机的透视图；

图2是图1的便携式发电机的构架的透视图；

图3是图1便携式发电机的顶视图；

图4是沿图3的线4-4的部分剖视图；

图5是图1便携式发电机的分解图；

图6是图1便携式发电机的安装适配器的顶视图；

图7是图1便携式发电机的一部分的放大剖视图；

图8是适合用于图1便携式发电机的替代构架的侧视图；

图9是适合用于图1便携式发电机的另一种替代构架的侧视图；

图10是备用电源单元切除部分并包括体现本发明的发电机的透视图；

图11是包括体现本发明的发电机的备用电源单元以及表示通过备用电源单元的空气流动通道的透视图。

在详细解释本发明的一个实施例之前，可以理解的是，本发明并不限于其应用到以下说明中给出的或者附图表示的结构细节和各部分的布置。本发明能具有其它实施例、以及以不同的方式实施或实现。而且，可以理解的是，这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不能认为是限制。这里使用的“包括”和“包含”及其变体，意味着包括其后列出的项目及其等价项目以及另外的项目。

具体实施方式

附图表示体现本发明的垂直轴发电机10。参考图1-5，发电机10包括构架14、装在构架14上的内燃机18、与发动机18以及构架14连接的电能源或交流发电机22、以及连接到构架14上的燃料箱34。图示的发动机18是单缸发动机，它具有输出轴38，输出轴38在发动机正常运行时基本是垂直的。也可以使用多缸发动机(例如，V双发动机)。发动机按公知的方式运行以便按照一定速度旋转输出轴38，速度根据发电机10的特殊结构可以变化。优选的发动机速度在美国使用一般约3600rpm(60Hz)，在欧洲使用约3000rpm(50Hz)。

构架14基本可以是任何结构。如图2所示，构架14包括钢管42和钢板46、48的焊接件。钢管42根据需要弯曲并与钢板46、48焊接，形成构架14。轮子50可旋转地装在钢管42上以便可以绕滚动轴52转动，并与支撑表面(例如，地面)接触，使发电机10更加容易移动。钢管42上还可装有弹性垫54，用于在发电机10运行时与地面接触。在图2和4所示的实施例中，一块钢板46形成电池插座58，用于将电池62装在发电机10的前部附近。电池62可电连接到发动机18，以公知的方式为发动机自动启动提供电力。在另一种选择中可以使用反冲推动启动器。另一块钢板48提供安装面66，并形成安装交流发电机22的中心开口70。

还参考图6和7，单件安装件或接口74将交流发电机22和发动机18彼此连接。安装件74包括连接到发动机18的第一侧78、连接到交流发电机22的第二侧80、形成使输出轴38穿过的中心孔82的中心部分81、以及从中心部分81沿径向延伸的多个安装臂83。安装件74的具体结构很大程度取决于连接在一起的具体发动机18和交流发电机22。在图示的实施例中，发动机18包括四个安装点86，安装点86按预定方式围绕输出轴38沿周向间隔开。安装件74的第一侧78包括由安装臂83形成的四个相应的发动机安装部90。发动机安装部90按照与安装点86相同的方式绕着中心孔82沿周向间隔开。

为了将发动机18连接到安装件74上，将第一侧78与安装点86匹配，并将发动机紧固件94穿过发动机安装部90，拧入安装点86。

类似地，交流发电机22包括壳体98，壳体98具有四个安装点102，按预定方式沿周向间隔开。安装件74的第二侧80包括由安装臂83形成的四个相应的电能源安装部106。电能源安装部106按照与安装点102相同的方式绕着中心孔82沿周向间隔开。为了将交流发电机22连接到安装件74，将第二侧80与交流发电机22的壳体98匹配，将电能源紧固件110穿过安装点102并拧入电能源安装部106。在制造发电机10的过程中，优选地，发动机18和交流发电机22通过安装件74彼此连接，接着将组装的发动机18、交流发电机22和安装件74装到构架组件14上。

如上所述，构架14包括中心开口70，其中装入交流发电机22。具体地，电源穿过中心开口70，发动机18、交流发电机22和安装件74组件通过四个绝缘安装部114装到构架上(见图4、5和7)。每个绝缘安装部114包括螺柱118，螺柱118穿过由钢板48形成的相应安装孔122、并用螺母124固定在钢板48上。安装孔122以预定方式绕中心开口70沿周向间隔开。安装件74包括由安装臂83形成的相应构架安装部126。构架安装部126按照与安装孔122相同的方式绕中心孔82沿周向间隔开。绝缘安装部114还包括螺纹孔132，使构架紧固件136可以穿过构架安装部126并拧入螺纹孔132。

绝缘安装部114可以有多种形式，其功能是将发动机和交流发电机22与构架14分开。在一些结构中，绝缘安装部114可以由基本刚性材料(例如，铝)制成，从而减小发动机18和交流发电机22相对于构架14的相对运动。在其它结构中，安装部114可以由相对弹性的材料(例如，弹性聚合物)制成，其刚度和谐振特性的选择使得发动机18和交流发电机22运行产生的振动基本与构架隔离，从而减小构架14的振动，降低运行过程中发电机组件的噪音大小。

参看图4，图示的交流发电机22还包括由壳体98支撑的基本环形的定子140，以及沿着径向布置在定子140内部并连接到输出轴38的转子144。定子140包括多个金属丝线圈或其它电导体。按照公知的方式，转子144的旋转在定子140中产生电流。应该理解的是，定子和转子的相对位置可以颠倒，使得转子基本是环形的，定子在径向布置在转子内部。

参看图4和7，交流发电机22还包括连接到转子144的风扇148，与转子144一起旋转。风扇148位于交流发电机22和发动机18之间，并基本被安装件74的中心部分81环绕。具体地，安装件74的周向壁150环绕风扇148，并形成多个气流开口152。端盖154连接到后轴承座155上并部分地容纳后轴承座155，后轴承座形成交流发电机22的底部。端盖154的外径大于后轴承座155的外径，从而在后轴承座155与端盖154之间形成向上开口的环形空气入口156。

在发电机运行时，空气经过空气入口156基本向下抽入、绕过后轴承座155、向上经过交流发电机22、并从安装件74中的气流开口152流出(见图4和7中的箭头)。按这种方式将冷却空气抽入交流发电机22，与从端盖154底部经过后轴承座155直接将冷却空气抽入交流发电机22相比，减少了经过交流发电机22抽入的灰尘、泥土和碎屑。

参看图4和5，燃料箱34形成贮存燃料的燃料室164，在发电机10运行过程中向发动机18提供燃料。燃料箱34装在构架14上并由构架14支撑，并包括基本平面的第一壁168、具有基本平面的下部172a和弧形上部172b的第二壁172、以及在第一壁168和第二壁172之间延伸的侧壁176。一对基本三角形的壁180在第二壁的下部172a和上部172b之间基本水平延伸。燃料箱34还具有燃料飞溅挡板181(图3)。飞溅挡板181基本环绕燃料盖182，并包括朝地面方向延伸的排出管183。飞溅挡板181用于在充满燃料箱34的过程中防止(或者至少是减少)溅出的燃料接触热的发动机部件。

图示的燃料箱34还包括在第一壁168和第二壁上部172b之间延伸、并且基本被燃料室164和侧壁176包围的开口壁184。开口壁184形成从第一壁168到第二壁上部172b经过燃料箱34的开口188。但在其它结构中，第一壁168和第二壁172可以基本是连续的，并可以去除开口188。

燃料箱34装在构架14上，使得大部分燃料室164位于与发动机18和交流发电机22相反的滚动轴52另一侧。在这一方面，贮存在燃料室164中的液体燃料的重量平衡了发动机18和交流发电机22的重量，便于发电机10的运动。

构架14包括向上延伸的U形管件192，燃料箱34装在管件192和钢板48之间并由它们支撑。具体地，部分燃料箱34靠在安装面66上，并且基本J形支撑杆196从安装面66向上沿第二壁172b到达顶部侧壁176，并沿燃料箱34的第一壁168向下。支撑杆196的末端200插在管件192中形成的孔204。垫圈205可插在孔204中。支撑杆196由钢板48和管件192支撑，并与燃料箱34紧密配合，用于支撑它。支撑杆196穿过钢板48和弹簧206。螺母208将弹簧206压向钢板48，将支撑杆196弹性地偏压成与燃料箱34接合。如图所示，单根支撑杆196基本在轮子50的中间，但也可以提供另外的支撑杆，彼此相应分开。

发电机输出单元212装在燃料箱开口188中，并包括发电机控制开关和电输出插座。开关和输出插座的具体结构一般取决于具体的发动机18和交流发电机22以及发电机10的预计用途。

输出单元212包括主体部分216，它包括与第一壁168配合的凸缘220。安装托架224与开口壁184配合，并连接到主体部分216。安装托架224和凸缘220彼此朝对方拉近，并分别紧密配合开口壁184和第一壁168，从而将输出单元212装在燃料箱34上并支撑在其上面。在这一方面，输出单元212可以在将燃料箱34装在构架14上之前安装到开口188中。当然，如果需要，输出单元212也可以连接到构架14上并支撑在其上面。

输出单元212的主体部分216还包括接口连接部分228。连接部分228包括不同的端子、插针接头等等，它们可以连接到发动机18和/或交流发电机22，用于控制它们并与其通讯。在一些实施例中，连接部分228还可以包括操纵控制杆等的各种机械连杆和连接，从而可以用于控制发动机18的运行。

通过将输出单元212定位在燃料箱34的开口188内，可以减小发电机10的整体尺寸。另外，开口壁184增大燃料箱34的刚性，减少由于燃料箱34内温度和压力变化造成的燃料箱变形的出现。

图8和9表示本发明的另一个实施例，其中构架14的具体结构已经修改。在一些情况下，需要出于产品差异和销售的目的提供几个不同构架结构。可以理解的是，构架14可以有多种形状，并且构架14的具体结构不受限制。

从图1、2、8和9可以看出，还具有一个可移动把手232，通过使构架14绕滚动轴转动以及随后通过轮50的滚动移动整个发电机10，从而便于移动发电机10。在贮存或在发电机10运行过程中，把手232可以移动到收藏位置。

图10和11表示备用电源单元236，它包括上述便携式发电机10的发动机18、安装件74和交流发电机22。电源单元236设计成在停电时为家庭、商业单位或类似地方提供应急电源。发动机18、安装件74和交流发电机22按上述组装，并且安装件74绝缘地装在构架240上。构架240装在基板242上，基板242装在基垫243上。基垫243又放在地面上。电源单元236包括为启动发动机提供电源的电池244，以及调节燃料向发动机流动的燃料调节组件248。在图示的实施例中，发动机设计成使用天然气作为燃料运行。这样，燃料调节组件248是一个可以连接到天然气供应管线(未图示)上的天然气调节器。但应该理解的是，发动机可以设计成使用其它类型燃料，包括LP或丙烷气、以及液体燃料，而没有限制。

壳体252用于包围发动机18、交流发电机22、电池244和燃料调节组件248。壳体252包括输出单元256，它包括用于控制备用电源单元236的各种开关等等。在一些实施例中，备用电源单元236还包括电传感器(未图示)，与使用备用电源单元236的家庭、商业单位或其它地方的主电源线连接。如果如此装备，则备用电源单元236在检测到主电源线停电时自动启动，从而为装备备用电源单元236的家庭、商业单位或其它地方提供应急电源。当电力恢复时，单元236自己关断。在其它实施例中，在发生停电时可以手动启动备用电源单元236，当电力恢复时可以手动停止。根据具体应用的要求，从单元236或公用线向家庭或商业单元输送电力可以手动或自动执行。

从图11可以更好地看出，壳体252包括一系列歧管或管道，引导空气流过壳体252，从而为发动机18提供吸气和冷却空气，以及为交流发电机22提供吸气和冷却空气。

壳体252包括一对侧壁268、272，以及在侧壁268、272之间延伸的一对端壁274、276，从而形成发电机10的外壳。盖277覆盖在此外壳上，并包括上壁278和下壁279。下壁279与侧壁268、272和端壁274、276配合。上壁278和下壁279共同形成多个吸气孔280，它们与发动机吸气罩282相通。密封件283连接到入口环284上并与下壁279接合。入口环284又连接到吸气罩282上，从而空气从吸气孔进入、流过上壁278和下壁279之间进入发动机罩282。流过发动机罩282的空气同时用于冷却发动机18以及作为发动机的吸入空气，在化油器(未图示)或其它空气/燃料混合装置中与发动机燃料混合。

空气流过发动机18，特别是流过发动机缸体和缸头组件285，将其冷却。一些空气通过发动机排气管286离开发动机并排出壳体252，而其它空气通过侧壁268、272和端壁274中形成的排气孔288流出壳体252。发动机排气管286与端壁274中形成的多个排气孔290相通，由此空气流出壳体252。

发动机排气管286还引导空气经过发动机排气组件或消音器292。发动机排气管286形成消音器292由其穿过的开口，从而流向端壁274和流出壳体252的空气流过消音器292将其冷却。另外，流过消音器292的空气在发动机运行过程中将从消音器292中排出的废气带走，从而更加有效地将废气从壳体252中排出。

一对交流发电机入口歧管294连通了侧壁268、272形成的一些排气孔288和后轴承座155底部。由此，在发动机运行过程中，风扇148将冷却空气从交流发电机入口歧管294抽入并流入交流发电机22。冷却空气向上流过交流发电机22、通过安装件74形成的气流开口152流出、并通过侧壁268、272中的一些排气孔288流出壳体252。

发动机罩282和发动机排气管286共同形成主要冷却发动机18的冷却空气的第一通道。交流发电机入口歧管294、交流发电机端盖154和安装件74共同形成主要冷却交流发电机22的冷却空气的第二通道。通过提供穿过壳体252的两个至少部分地隔离的流动通道，改善了整体冷却效果。

本发明的各个特征将在权利要求中给出。

Claims (5)

1. 一种可以定位在支撑表面上的发电机，所述发电机包括：

构架；

连接到所述构架的安装件，所述安装件具有形成多个气流开口的中心部分、第一侧和第二侧；

连接到所述安装件的第一侧并包括输出轴的内燃机，所述输出轴穿过中心部分并且在发电机运行过程中基本垂直于支撑表面；

具有转子和定子的电能源，所述转子连接到所述输出轴以便与其一起旋转，所述定子连接到安装件的第二侧，所述定子在支撑表面附近形成有空气入口开口；

外壳，所述外壳至少具有第一侧壁和第二侧壁以及顶壁，这些壁相互配合以环绕发动机、电能源和安装件，所述外壳形成有将空气从顶壁引向发动机和从发动机引向第一侧壁的第一空气流动通道，以及将空气从第二侧壁引向由定子形成的空气入口开口、并经过定子引向安装件中的气流开口的第二空气流动通道。

2. 如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述外壳包括在顶壁与发动机上部之间延伸的进气歧管，用于在发动机运行过程中将空气从顶壁的空气流动孔引向发动机。

3. 如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述外壳包括在发动机与一个侧壁之间延伸的发动机排气管，用于在发动机运行过程中将空气从发动机引向一个侧壁。

4. 如权利要求3所述的发电机，其特征在于，发动机包括至少部分地位于发动机排气管内的消音器，并且离开发动机流向第一侧壁的空气流过所述消音器。

5. 如权利要求1所述的发电机，其特征在于，所述外壳包括在第二侧壁与空气入口开口之间延伸的电能源入口歧管，用于在发动机运行过程中将空气引向空气入口开口。

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