JP2006528477A - 二重経路空気流冷却構造を有する発電機およびそのための方法 - Google Patents

Abstract

両面ファンであって、発電機内で、二重の離隔した同時冷却空気流を発生させ、ファンの両側に設置された内部構成部品をより効率的に冷却するように動作可能な両面ファンを内蔵する発電機。この両面ファンは、永久磁石発電機（ＰＭＧ）組立体内に第１冷却空気流を発生させ、電子機器組立体を通る第２冷却空気流を発生させる。第１冷却空気流は、ＰＭＧ組立体内に配置された固定子を冷却し、第２冷却空気流は、電子機器組立体内に配置された複数の回路基板を冷却する。ファンは両方の冷却空気流を半径方向外方に排気する。

Description

発明の詳細な説明

関連出願の相互参照
本出願は、２００３年６月１７日に出願されたＵＳＳＮ６０／４７９，０２２から優先権を主張し、その開示は参照として本明細書に組み込まれる。

発明の分野
本発明は、発電機に関し、さらに特に、単一のファンの使用により、発電機の回路基板および回転子／固定子組立体を同時に冷却するために形成された一対の冷却空気流経路を有する可搬式発電機に関する。

発明の背景
発電機は、電動工具または用具にＡＣまたはＤＣ電力を供給するための各種用途に使用される。特に、可搬式発電機は、複数の永久磁石が装着された回転子を駆動する内燃機関を典型的に利用し、回転子は、該機関の出力軸に連結されている。回転子は固定子内に配置される。これらの構成部品は、協働して、永久磁石発電機の一部を成す。

典型的に、１つ以上の電子機器回路基板が、回転子および固定子に隣接して配置される。これらの構成部品は、長時間の使用中に、かなり熱くなることがあるので、回転子と固定子との両方を冷却するだけでなく、発電機の運転を制御する電子機器回路基板を冷却する冷却空気流を供給することが必要である。伝統的には、この冷却は、複数のファンを使用して達成されてきた。たとえば、固定子と回転子とが内部に配置されているハウジングの開口を通って空気を引き込むために、１つのファンを配置し、電子機器回路基板の周りの冷却空気流を引き込むために、異なる位置内に、別個のファンを配置してもよい。

発電機の内部構成部品を冷却する重要な課題に対処する他の試みは、主要空気流を発生させる単一のファンの使用を伴い、主要空気流は引き続き分割され、発電機の様々な部位に導かれる。

以上の点を考慮すると、発電機の内部構成部品のさらに一層有効な冷却の必要性が依然存在する。さらに特に、発電機のハウジング内部に設けられた固定子／回転子組立体、および、固定子／回転子組立体から離れて位置する電子機器回路基板をも効果的に冷却することができる冷却構造の必要性がなお存在する。発電機内に戦略的に配置された単一ファンが、２つの相異なる冷却空気流経路を発生させ、回転子／固定子組立体と、回転子／固定子組立体から離れて位置する電子機器回路基板との両方を最適に冷却するために使用することができる構造を備えることが特に望ましいであろう。発電機の電子機器回路基板とともに、固定子／回転子組立体をより効率的に冷却する単一の冷却ファンの使用は、発電機の総費用を低減するために役立ち、発電機の信頼度をさらに向上し、かつ、構造を簡略化するであろう。

発明の要約
本発明は、発電機の内部構造内で、複数の異なる冷却空気流を発生されるために単一のファンを利用する発電機を対象とする。これらの複数の冷却空気流は、発電機の回転子／固定子組立体と、発電機内ではあるが、発電機の回転子／固定子組立体から離隔して配置された電子機器プリント回路基板組立体との両方を効果的に冷却するために使用される。

好ましい一形態において、発電機は、発電機の内燃機関の出力軸に連結された両面ファンを含む。この両面ファンは、出力軸にも連結している回転子／固定子組立体と、電子機器プリント基板組立体との間に配置される。発電機のハウジングは、回転子／固定子組立体を取り囲み、ハウジングの一端部に開口を有し、開口を介して、両面ファンは第１冷却空気流を引き込むことができる。第１冷却空気流は、固定子巻線を通って流れ、運転中、これらの巻線を効果的に冷却する。さらに、両面ファンは、発電機の運転を制御する電子機器プリント回路基板組立体構成部品を収容する電子機器制御組立体に隣接して配置される。両面ファンは、第２冷却空気流経路を、電子機器制御組立体を通って引き込み、第１冷却空気流とともに、排気出口領域を介して排気する。したがって、２つの別個の冷却空気流は、異なる入口箇所から発電機に引き込まれ、回転子／固定子組立体と、電子機器制御組立体内のプリント回路基板との両方を同時に冷却する。このことによって、実施するのに単一のファンだけが必要である、非常にコンパクトで、しかも効果的な空気流冷却構造がもたらされる。

本発明は、詳細の明細書および添付図面から一層充分に理解されるであろう。
好ましい実施形態の詳細な説明
好ましい実施形態の以下の説明は、事実上、例示にすぎず、本発明、その適用または用途を制限するものとは決して意図されない。

図１および図２を参照して、本発明の好ましい実施形態に従う発電機１０が示される。発電機は、枠体１２上で、かつ、少なくとも一対の車輪１４によって、支持される可搬式発電機を形成する。発電機１０は、内燃（ＩＣ）機関１６を含み、内燃機関は、永久磁石発電機（図２における組立体３９）と、電子機器制御組立体４４（図２における構成部品４４）とに動作可能に連結され、これら両方は、図１においては、視野から隠れている。制御パネル２２（図１）も、電子機器制御組立体に動作可能に連結され、使用者が発電機の運転を制御し、発生電力を利用することを可能にする。

図２を具体的に参照して、発電機１０の一部の構成部品が、分解して示されている。内燃機関１６は、前端部ベル２６の開口２４を通って延びる出力軸１６ａを含む。前端部ベル２６は、位置センサハウジング２８と、一対の絶縁エンドリング３０，３２と、エンドリング３０，３２間に配置された固定子３４と、回転子３６と、ファンバッフル３８とを取り囲む。後端部ベル４０は、両面ファン４２を取り囲む。後端部ベルは、電子機器制御組立体４４に連結される。電子機器制御組立体４４は、カバー４６と、ボックス４８と、一対のプリント回路基板５０，５２と、充電器組立体５４とからなる。空気コーンシール５６は、カバー４６の内側表面５８上に配置され、後端部ベル４０にシールを備え、以下にさらに詳細に説明される。

図２を続いて参照して、前端部ベル２６は、また、複数の円形空気流開口６０と、開口２４内で同軸上に位置センサハウジング２８を取り付けるために用いられる一対のタブ６２とを含む。タブ６２は、センサハウジング２８の位置の回転調整を可能にするようにセンサハウジング２８の弓状スロット６４を介して延びる外部固定要素（図示せず）で固定され得る。

図２をさらに参照して、固定子３４は、前端部ベル２６内で従来の様式で支持され、絶縁端リング３０，３２間に挟持される。ＩＣ機関１６の出力軸１６ａは、センサハウジング２８の中央開口６６を通り、絶縁端リング３０，３２を通り、固定子３４を通って取付具６８に延びている。取付具６８は、回転子３６にプレス嵌めされる。回転子３６は、このようにして、出力軸１６ａに固定して装着され、出力軸とともに回転する。構成部品２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８，４０，４２，６８は、永久磁石発電機（ＰＭＧ）組立体３９を形成する。

出力軸１６ａには、両面ファン４２も取り付けられる。取付具６８は、ファンが出力軸１６ａにプレス嵌めされ得るように両面ファン４２のハブ７１の中央開口７０を通って延びている。両面ファン４２は、ファンが後端部ベル内で自由に回転できるように後端部ベル４０の内径よりほんの僅かに小さい直径を有する。後端部ベル４０のフランジ７２は、パネル４６の中央開口７４を通って延び、空気コーンシール５６によって、中央開口７４の周縁に係合される。空気コーンシール５６は、いかなる適切な可撓性のシーリング材から形成されてもよいが、好ましい一形態では、ゴムからなる。

図４および図５を手短に参照して、両面ファン４２が、より詳細に示され得る。ファンは一般に、中央または基部７６であって、基部７６の両側から延びる複数の直角に延びるファンブレード７８を有する中央または基部７６を含む。開口７０は、ＰＭＧ３９の取付具６８の一部にプレス嵌めされるように寸法決めされる。ブレード７８は、図５の矢符８０，８２の方向に、ファンに向かって空気を引き込み、次いで、図５の矢符８４，８６に従って、ファンから半径方向に引き離す働きをする。ファン４２は、各種材料で形成されてもよいが、好ましくは、高強度プラスチック、鋼またはアルミニウムから形成される。好ましい一形態では、ファン４２は、ファンの周縁部に周方向に等間隔に置かれた合計３８個の独立したファンブレード７８を含み、約７．９インチ（２００ｍｍ）の直径を有する。しかしながら、この寸法およびブレード７８の形状はもとより、ブレードの数は、満たす必要のある冷却空気流要件に応じて、大幅に変動することもある。

図３を参照して、ＩＣ機関１６と、ＰＭＧ組立体３９と、電子機器組立体４４とを含む構成部品の簡略化された断面図が示されている。運転中、出力軸１６ａは、ファン４２を回転駆動させ、それによって、ファンは一対の空気流８８，９０を生じさせる。空気流８８は、ＰＭＧ３９の内部領域に入り、さらに具体的には、前端部ベル２６の開口６０を通って流入する。空気流９０は、カバー４８の端壁９４に形成された開口またはスロット９２を通って電子機器組立体４４に流入する。

空気流８８は、固定子と前端部ベル２６との間を流れ、したがって、固定子３４の巻線を冷却するのに役立つ。端部ベル２６および固定子３４によって、固定子３４の内径の周りに生成されたシールは、空気流８８が、固定子３４と回転子３６との間隙に入るのを防ぐ。空気流９０は、基板５０，５２の周りを流れ、パネル４６の開口７４を通って流出し、開口７３を介して後端部ベル４０に流入する。次に、空気流９０，８８の両方は、後端部ベル４０の開口９６を通り、ファン４２によって、半径方向外方に導き出される。したがって、単一の両面ファン４２は、離隔した位置からの別々の冷却空気流を生成するために用いられ、ＰＭＧ３９の各種内部構成部品および電子機器組立体４４をさらに効果的に冷却する。単一のファン４２のみの使用は、発電機１０内のかなりの空間を節約し、発電機の構造を簡略にし、総費用および複雑性を低減する。

本発明の説明は、事実上、例示にすぎず、したがって、本発明の要旨から逸脱しない変形例は、本発明の範囲内にあると意図される。このような変形例は、本発明の精神および範囲から逸脱するとはみなされない。

本発明の好ましい実施形態に従う可搬式発電機の斜視図である。 図１の発電機の内部構成部品の一部の分解斜視図である。 発電機の両面ファンによって発生した二重冷却空気流を説明する組立関係で示された図２の構成部品の簡略化された部分側断面図である。 図３に示されるファンの側面図である。 図４における方向線５−５に従って見た、図４のファンの端面図である。

Claims (24)

1. 発電機であって、
   第１および第３の複数の長手方向に離隔した開口が形成されたハウジングと、
   前記ハウジングに少なくとも部分的に取り囲まれた固定子と、
   前記固定子内に少なくとも部分的に配置された回転子と、
   前記回転子を前記固定子に対して回転駆動するための、前記回転子と連絡する出力軸を有するエンジンと、
   前記回転子と動作可能に関連して前記回転子とともに回転するファンとを有する、発電機と、
   前記回転子に隣接して配置された電子機器組立体と、
   前記電子機器組立体を取り囲むカバーであって、第２の複数の開口が形成されるカバーとを含み、
   前記ファンは、第１冷却空気流を前記ハウジングの前記第１の複数の開口を通って前記固定子の周りに引き込み、第２冷却空気流を前記第２の複数の開口を通って前記電子機器組立体の周りに引き込み、前記第１および第２冷却空気流を前記ハウジングの前記第３の複数の開口を介して排気するように回転動作することを特徴とする発電機装置。
2. 前記回転子および前記電子機器組立体は、前記ファンの両側に配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記ファンは、前記回転子と長手方向に一列に配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記第１の複数の開口は、前記ファンの第１の側に隣接して配置され、前記第２の複数の開口は、前記ファンの第２の側に隣接して配置されることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記ファンは、前記ハウジング内および前記固定子の周りに第１の長手方向の空気流を発生させるための第１の複数のブレードと、前記カバーを介して、前記第１空気流に対向する長手方向の第２空気流を発生させるための第２の複数のブレードとを有する両面ファンを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記両面ファンは、前記第１および第２空気流を前記ハウジングの前記第３の開口を介して、半径方向外方に導くことを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 発電機であって、
   複数の開口を有するハウジングと、
   前記ハウジングに少なくとも部分的に取り囲まれた固定子と、
   前記固定子内に少なくとも部分的に配置された回転子と、
   前記回転子を前記固定子に対して回転駆動させるための、前記回転子と連絡する出力軸を有するエンジンと、
   前記回転子と動作可能に関連して前記回転子とともに回転する両面ファンとを有する、発電機と、
   前記回転子に隣接して配置された電子機器組立体とを含み、
   前記両面ファンは、前記ハウジングの前記複数の開口を通して前記固定子を通り長手方向に第１空気流を引き込み、前記電子機器組立体の周りの第２冷却空気流を引き込み、前記第１および第２冷却空気流を前記発電機の内部領域から周囲環境に排気するように回転動作することを特徴とする発電機装置。
8. 前記電子機器組立体を少なくとも部分的に取り囲むためのカバーをさらに含み、
   前記カバーは、該カバーを通り前記電子機器組立体を越えて空気を引き込むことができる複数の開口を含むことを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記ハウジングの前記開口および前記カバーの前記開口は、前記両面ファンの長手方向両側に配置されることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記ハウジングは、端部ベルを含み、前記ハウジングの前記開口は、前記端部ベル上の円周パターンの開口によって形成されることを特徴とする請求項８記載の装置。
11. 前記ハウジングは、前記第１および第２空気流が排気される、複数の半径方向に配置された開口を含むことを特徴とする請求項７記載の装置。
12. 固定子と、
    前記固定子を少なくとも部分的に取り囲むハウジングであって、第１の複数の開口を有するハウジングと、
    前記固定子内に取り付けられた回転子と、
    前記固定子に隣接して取り付けられた電子機器組立体と、
    長手方向に前記固定子と前記電子機器組立体との間に取り付けられた両面ファンとを含み、
    前記ファンは、対向する長手方向に流れる第１および第２冷却空気流を生成し、前記固定子、前記回転子および前記電子機器組立体を同時に冷却するように動作することを特徴とする発電機装置。
13. 前記固定子および前記回転子は、端部ベル内に設けられ、前記端部ベルは、第１冷却空気流を前記端部ベル内に生成可能にする複数の開口を含むことを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 前記電子機器組立体を取り囲むカバーをさらに含み、
    前記カバーは、前記第２冷却空気流を前記カバー内に生成可能にする複数の開口を含むことを特徴とする請求項１２記載の装置。
15. 前記冷却空気流は、前記両面ファンに対して半径方向に前記発電機から同時に排気されることを特徴とする請求項１２記載の装置。
16. 固定子と、
    前記固定子内に配置された回転子と、
    電子機器組立体と
    前記固定子、前記回転子および前記電子機器組立体を冷却するために、発電機内に対向する長手方向に流れる同時冷却空気流を発生させるための手段とを含むことを特徴とする発電機装置。
17. 前記固定子と前記回転子とを取り囲むハウジングをさらに含み、
    前記冷却空気流が、前記ハウジングから前記回転子に対して半径方向に同時に排気されることを特徴とする請求項１６記載の装置。
18. 前記電子機器組立体を取り囲むカバーをさらに含み、前記カバーは複数の空気流開口を含むことを特徴とする請求項１６記載の装置。
19. 前記電子機器組立体と前記回転子とは、前記同時冷却空気流を発生させるための手段の両側に設置されることを特徴とする請求項１６記載の装置。
20. 発電機の内部構成部品を冷却するための方法であって、
    発電機のハウジング内に配置された単一の回転駆動ファンを用いて、前記発電機内で、対向する長手方向に流れる第１および第２の独立した冷却空気流の流れを発生させ、
    前記冷却空気流の流れを、ファンの回転軸に対して半径方向に、前記発電機から排気することを特徴とする方法。
21. 発電機を冷却するための方法であって、
    固定子内で回転子を支持し、
    前記回転子および前記固定子を、複数の第１空気流開口を有するハウジングで取り囲み、
    前記回転子に対して長手方向に離隔した位置で、電子機器組立体を支持し、
    長手方向に前記回転子と前記電子機器組立体との間にある箇所から、前記回転子および前記電子機器組立体を越えて対向する長手方向に流れる、一対の空気流を同時に発生させ、
    第２空気流開口を介して、前記一対の空気流を排気することを特徴とする方法。
22. 第２空気流開口を介して前記空気流を排気することは、前記ハウジングの複数の半径方向に配置された開口を介して、前記空気流を排気することを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
23. 前記空気流を発生させることは、前記電子機器組立体を取り囲むカバーの複数の開口を介して一方の空気流を発生させることを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
24. 前記発電機内の前記空気流を単一の混合空気流にし、前記ハウジングの周りに半径方向に配置された前記ハウジングの開口を介して、前記単一の混合空気流を排気することをさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。

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