JP6619252B2 - エンジン発電機 - Google Patents

Description

この発明はエンジン発電機に関し、特にクランク軸が鉛直軸の方向に配置されるエンジンを備えるエンジン発電機に関する。

この種のエンジン発電機の例として、例えば特許文献１記載のエンジン発電機が知られている。特許文献１記載のエンジン発電機は箱型を呈して鉛直軸の方向において下方から上方に向けて第１室から第４室に区画されるパッケージ（フレーム）を備えると共に、第１室に空気取り入れ通路を配置し、第２室にクランク軸が鉛直軸の方向に配置される水冷エンジンを配置すると共に、その下方に発電機を配置し、第３室にラジエータとその冷却風取り入れ通路を配置し、第４室にマフラなどを冷却するための冷却風排風通路を配置するように構成している。

より具体的には、特許文献１記載のエンジン発電機は、第２室に換気ファンを配置して第１室の下方から空気を吸引すると共に、第３室の側壁の一方を開口して吸引した空気を外部に放出するように構成している。また、第３室の側壁の他方を開口すると共に、第２にファンを配置し、側壁の他方から吸引された空気を上記した冷却取り入れ通路から第４室の冷却風排風通路に接続し、第４室の側壁に開口された出口から外部に放出するように構成している。

特許第２７３９１８６号公報

上記した如く、特許文献１記載のエンジン発電機においては冷却風を冷却ファンによってパッケージの下部と側壁の一方から吸引して側壁の他方から外部に排出するように構成しているため、冷却風がエンジン本体や補機などに衝突しながら側方に流れることとなり、エンジンや発電機を効率的に冷却するのが困難であった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、クランク軸が鉛直軸の方向に配置されるエンジンを備えるエンジン発電機において、エンジンと発電機を効果的に冷却するようにしたエンジン発電機を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、エンジンと、前記鉛直軸の方向において前記エンジンの下方に配置されると共に、ロータが前記エンジンのクランク軸に締結される発電機とを備えるエンジン発電機において、前記発電機の下方に配置されると共に、前記ロータを介して前記エンジンのクランク軸に連結される冷却ファンと、前記冷却ファンの下方に配置されると共に、内壁面の全周にわたって前記鉛直軸の回りを回転しながら上方に向かう螺旋曲線からなるフィンが複数個形成される吸気ダクトと、前記鉛直軸の方向において前記エンジンの上方に配置される排気ダクトとを備える如く構成した。

請求項１に係るエンジン発電機にあっては、鉛直軸の方向において発電機の下方に冷却ファンと吸気ダクトを備えると共に、エンジンの上方に排気ダクトを備え、さらに吸気ダクトの内壁面の全周にわたって鉛直軸の回りを回転しながら上方に向かう螺旋曲線からなるフィンを複数個形成するように構成したので、下方から吸引された空気はそのままエンジンと発電機の回りを流れることなってエンジンと発電機を効果的に冷却することができる。即ち、冷却風は発熱温度の低い発電機を冷却し、次いで発電機より発熱温度の高いエンジン（本体）を冷却して外部に放出される。

さらに、吸気ダクトの内壁面の全周にわたって鉛直軸の回りを回転しながら上方に向かう螺旋曲線からなるフィンを複数個形成するように構成したので、冷却ファンによって吸気ダクトの中心から導入された空気は内壁面に形成されたフィンによって回転させられる結果、圧力は外周側に集中することで中心部は低圧状態となり、外周側との間に圧力差を生じる、換言すれば負圧状態となるため、一層多くの空気を吸引することが可能となり、エンジンと発電機を一層効果的に冷却することができる。

また、上方に熱容量の大きい排気ダクトが設けられることで、自然対流現象を利用することができ、下方から吸引された空気には鉛直対流（熱対流）となってそのままエンジンと発電機の回りを流れることとなり、エンジンと発電機を一層効果的に冷却することができる。

図１はこの発明の実施形態に係るエンジン発電機の正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図１に示すエンジン発電機の上面図である。 図１に示すエンジン発電機の底面図である。 図２に示す冷却ファンの説明図である。 図２に示すエンジン発電機を下方から見たときの拡大斜視図である。 図２に示す吸気ダクトの内壁面に形成されるフィンを備える場合と備えない場合の流量Ｑと圧力Ｐの特性を示す特性図である。

以下、添付図面に即してこの発明に係るエンジン発電機を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施形態に係るエンジン発電機の正面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、図４は上面図、図５は底面図である。

図１から図５において符号１０はエンジン発電機を示す。エンジン発電機１０は、鉛直軸の方向（図１から図３の上下方向）において上から順に、エンジン（より具体的にはエンジン本体）１２と、発電機１４と、冷却ファン１６と、吸気ダクト２０と、シュラウド（排気ダクト）２２とを備えると共に、鉛直軸の方向回りの円筒形に形成される円筒フレーム２４の内部に収容される。

円筒フレーム２４は円筒面（側面）２４ａと上面２４ｂとが気密・液密に締結される一方、図５に示す如く、下部２４ｃは開口されてそこから空気を吸引可能に形成される。より詳しくは、円筒フレーム２４は上下に配置される円形パイプ２４ｄ，２４ｅと、鉛直軸の方向に延びて円形パイプ２４ｄ，２４ｅを接続する３本の真っ直ぐなパイプ２４ｆ，２４ｇ，２４ｈとを備える。

上側の円形パイプ２４ｄは上面２４ｂから離間して配置されることで、操作者が把持して円筒フレーム２４を運搬することを容易にすると共に、下側の円形パイプ２４ｅは、図５などに示す如く、接地スタンドとして機能することから安定した設置を可能とする。

エンジン１２はガソリンを燃料とする点火式の空冷エンジンからなり、シリンダヘッド１２ａに１個のシリンダとピストン（共に図示せず）が図２と図３において横向きに配置され、クランク軸１２ｂが鉛直軸の方向に配置されてなる単気筒エンジンで例えば１６０ｃｃ程度の排気量を備える。このようにエンジン発電機１０は、クランク軸１２ｂが鉛直軸の方向（図１から図３の上下方向）に配置されるエンジン１２を備える、いわゆる「バーティカル発電機」として構成される。

鉛直軸の方向においてエンジン１２の下方に配置される発電機１４は、エンジン１２のクランク軸１２ｂに締結されて中央部位に回転可能に設けられるロータ１４ａと、その回りの全周に配置（固定）される磁性体からなるステータ１４ｂとを備え、エンジン１２の駆動によるロータ１４ａの回転に伴ってステータ１４ｂの磁束に鎖交することで誘電起電力（発電出力）を生じる。ステータ１４ｂは例えば２４極を備える（極数は３の倍数であれば幾つでも可）。

鉛直軸の方向において発電機１４の下方に配置される冷却ファン１６は、発電機１４のロータ１４ａを介してエンジン１２のクランク軸１２ｂに連結され、エンジン１２の駆動によるロータ１４ａの回転に伴って回転して空気を吸引する。

より詳しくは、冷却ファン１６は、図６に示す如く、ロータ１４ａの下部に締結されてロータ１４ａと一体に回転する台座１６ａと、台座１６ａから鉛直軸の方向において下方に突出させられる複数枚（図示例では８枚）のブレード１６ｂとを備える。

冷却ファン１６の鉛直軸の方向において下方にはエンジン１２の始動用のリコイルスタータ１８が設けられ、操作者がロープ１８ａを操作してエンジン１２を始動するように構成される。

鉛直軸の方向において冷却ファン１６の下方に配置される吸気ダクト２０は、図７に良く示す如く、内壁面２０ａの全周にわたって鉛直軸の回りを回転しながら上方に向かう螺旋曲線からなるフィン２０ｂが複数個（図示例では１２枚）形成される。それぞれのフィン２０ｂは内周面２０ａからピッチ角３０度程度で突出するように構成される。

次いで吸気ダクト２０の上方側について説明すると、吸気ダクト２０の上方側にはハウジング２６が接続される。ハウジング２６は、エンジン１２の下端から鉛直軸と交差する方向、より具体的には一旦横方向に突出した後、斜め下方向に折曲して傾斜すると共に、その全周に複数個（図示例では１０度刻みで３６個）の通気孔２６ｂが穿設される傾斜面２６ａと、鉛直軸の方向の下方において傾斜面２６ａの下端に接続されると共に、エンジンケースカバーとして機能する大径部２６ｃとを備え、大径部２６ｃで吸気ダクト２０に接続される。ハウジング２６と吸気ダクト２０とは鉛直軸を中心とする円筒形に形成される。ハウジング２６と吸気ダクト２０は図２に示す如く、ダクトカバー２０ｃで被覆される。

また、前記した如く、エンジン１２と発電機１４と冷却ファン１６と吸気ダクト２０とは、鉛直軸を中心とする円筒形に形成される円筒フレーム２４に収容される。但し、図５に示す如く、吸気ダクト２０（とハウジング２６）を構成する円筒の重力軸はエンジン１２のクランク軸１２ｂ（図示の便宜のためリコイルスタータ１８の中心位置で示す）の上にあり、円筒フレーム２４を構成する円筒の重力軸（図１のＩＩ−ＩＩ線に相当）から偏心する。

尚、円筒フレーム２４には、下部２４ｃの開口に加え、冷却風取り入れスリット２４ｉが円筒面２４ａに局部的に穿設され、空気は吸気ダクト２０の側方からエンジン１２と発電機１４に直接流れ、それらを冷却するように構成される。

次いで、エンジン１２の排気系について説明すると、図２などに示す如く、エンジン１２の前部排気管１２ｃはシリンダヘッド１２ａから一旦横方向に延びた後、方向を上方に転じて鉛直軸の方向を延び、エンジン１２の上方に形成されるマフラ１２ｄに入った直後の位置で切断される。切断部には微小距離をおいて、より大径の後部排気管１２ｅが対向して配置される。

このようにエンジン１２の排気系は前部排気管１２ｃとマフラ１２ｄと後部排気管１２ｅとで構成される。よってエンジン１２から排出される排気は前部排気管１２ｃからマフラ１２ｄに流れ、それから後部排気管１２ｅを介して外部に放出される。後部排気管１２ｅまでもシュラウド２２内に収容される。

シュラウド２２は、鉛直軸の方向において上方に延びて円筒フレーム２４の上側の円形パイプ２４ｄを越える位置付近で鉛直軸と交差する横方向に曲がって開口する先端開口部２２ａと、先端開口部２２ａから下方に向けて延びる狭隘部２２ｂと、その下部のマフラ１２ｄの付近の拡径部２２ｃと、その下部の径大部２２ｄとを備える。シュラウド２２の内部には、大略スカート状を呈する内部空間２２ｅが形成される。

シュラウド２２において、狭隘部２２ｂと先端開口部２２ａの間は冷却風が流れるときの通気抵抗が減少するように滑らかに連続させられる。先端開口部２２ａの開口には金網２２ａ１が張られて異物の侵入を防止する。

シュラウド２２の下端は図２と図３と図７に示すように全面的に開口され、その内部空間２２ｅには、排気系（前部排気管１２ｃとマフラ１２ｄと後部排気管１２ｅ）とエンジン（本体）１２とハウジング２６の上部とが収容される。

シュラウド２２の外周にはエンジン１２の燃料（ガソリン）を貯留する燃料タンク１２ｆが配置される。燃料タンク１２ｆは図２などに示すように断面視球形を呈すると共に、図４に示すように上面視円形（環状）のドーナツ形状を呈すると共に、そのドーナツ形状の中央開孔部１２ｆ１にシュラウド２２の拡径部２２ｃが挿通される。

図４において符号１２ｆｃは燃料タンク１２ｆのキャップを示す。キャップ１２ｆｃは、燃料の注入を容易にするために円筒フレーム２４の上面２４ｂに設けられる。尚、燃料タンク１２ｆとシュラウド２２の間には断熱材３０（図２のみ図示）が配置され、シュラウド２２から燃料タンク１２ｆへの伝熱を遮断する。

シュラウド２２は鉛直軸を中心とする円筒形に形成されると共に、エンジン１２と発電機１４とシュラウド２２と吸気ダクト２０とは、鉛直軸を中心とする円筒形に形成される円筒フレーム２４に収容される。エンジン発電機１０は円筒フレーム２４に収容されたとき、例えば３０ｋｇ程度の重量を有する。円筒フレーム２４の大きさは例えば、直径６０ｃｍ、高さ１００ｃｍである。

また、図２などで符号３２はコントロールパネルを、符号３４はその内部の電力取り出し用アウトレットを示す。尚、アウトレット３４に接続されるインバータあるいはＡＶＲなどの発電回路、さらにはエンジン１２の駆動を制御する制御機器の詳細の図示と説明は省略する。

ここで、円筒フレーム２４の下部２４ｃから吸引される冷却風の流れを説明すると、図２に矢印で示す如く、冷却風は冷却ファン１６と吸気ダクト２０の内壁面２０ａに形成されたフィン２０ｂによって下部２４ｃから吸引され、吸気ダクト２０を流れる。

次いで冷却風は吸気ダクト２０からハウジング２６を流れ、上端の傾斜面２６ａに穿設された通気孔２６ｂを通ってシュラウド２２に入り、その内部空間２２ｅを上方に流れ、狭隘部２２ｂを抜けて先端開口部２２ａから外部に放出される。このとき冷却風は発熱温度の低い発電機１４を冷却し、次いで発電機１４より発熱温度の高いエンジン（本体）１２を冷却し、その後に発熱温度が最も高いエンジン１２の排気系（マフラ１２ｄなど）を冷却して外部に放出される。このように冷却風は発電機１４とエンジン１２などの全周を流れることができ、それらを効果的に冷却することができる。

さらに、吸気ダクト２０の内壁面２０ａの全周にわたって鉛直軸の回りを回転しながら上方に向かう螺旋曲線からなるフィン２０ｂを複数個形成するように構成したので、冷却ファン１６によって吸気ダクト２０の中心から導入された空気はフィン２０ｂによって回転させられる結果、圧力は外周側（内壁面２０ａ側）に集中することとなって中心部は低圧状態となり、外周側との間に圧力差を生じる。換言すれば、吸気ダクト２０は負圧状態となるため、一層多くの空気を吸引することが可能となり、エンジン（本体）１２と発電機１４とマフラ１２ｄなどの排気系とを一層効果的に冷却することができる。

これについて図８を参照して説明する。同図はこの実施形態に係るエンジン発電機１０における流量Ｑに対する圧力Ｐの関係を示す特性図である。

図示の如く、発明者達が知見した限り、この実施形態に係るフィン２０ｂを備えたエンジン発電機１０ではエンジン回転数の上昇に伴って流量Ｑが増加するにつれ、フィン２０ｂを備えない場合に対して通気抵抗の差（換言すれば圧力Ｐの差）が増加することが知見された。このことは、上記した如く、吸気ダクト２０においてフィン２０ｂが形成される全周側に対してフィン２０ｂが形成されない中心部側の圧力が低下し、負圧状態となって一層多くの空気を吸引できることを意味する。尚、エンジン１２は発電用であることから、動作時は基本的に一定した常用回転域で駆動される。

また、上方に熱容量の大きいシュラウド（排気ダクト）２２が設けられることで、自然対流現象を利用することができ、下方から吸引された空気には鉛直対流（熱対流）となってそのままエンジン１２と発電機１４の回りを流れることとなり、熱溜まりを起こすことなく、円滑な流れを確保することができ、エンジン（本体）１２と発電機１４とマフラ１２ｄなどの排気系とを一層効果的に冷却することができる。

上記した如く、この実施形態にあっては、クランク軸１２ｂが鉛直軸の方向に配置されるエンジン１２と、前記鉛直軸の方向において前記エンジン１２の下方に配置されると共に、ロータ１４ａが前記エンジン１２のクランク軸１２ｂに締結される発電機１４とを備えるエンジン発電機１０において、前記発電機１４の下方に配置されると共に、前記ロータ１４ａを介して前記エンジン１２のクランク軸１２ｂに連結される冷却ファン１６と、前記冷却ファン１６の下方に配置されると共に、内壁面２０ａの全周にわたって前記鉛直軸の回りを回転しながら上方に向かう螺旋曲線からなるフィン２０ｂが複数個形成される吸気ダクト２０と、前記鉛直軸の方向において前記エンジン１２の上方に配置される排気ダクト（シュラウド）２２とを備える如く構成したので、下方から吸引された空気はそのままエンジン１２と発電機１４の回りを流れることなってエンジン１２と発電機１４を効果的に冷却することができる。

より具体的には、冷却風は発熱温度の低い発電機１４を冷却し、次いで発電機１４より発熱温度の高いエンジン（本体）１２を冷却し、その後に発熱温度が最も高いエンジン１２のマフラ１２ｄを冷却して外部に放出される。このように冷却風は発電機１４とエンジン１２などの全周を流れることで、それらを効果的に冷却することができる。

さらに、吸気ダクトの内壁面の全周にわたって鉛直軸の回りを回転しながら上方に向かう螺旋曲線からなるフィンを複数個形成するように構成したので、一層多くの空気を吸引することが可能となり、エンジン１２と発電機１４を一層効果的に冷却することができる。

また、上方に熱容量の大きいシュラウド（排気ダクト）２２が設けられることで、自然対流現象を利用することができ、下方から吸引された空気には鉛直対流（熱対流）となってそのままエンジン１２と発電機１４の回りを流れることとなり、エンジン１２と発電機１４を一層効果的に冷却することができる。

また、前記エンジン１２の下端に前記吸気ダクト２０に連続するハウジング２６を取り付け、前記ハウジング２６の前記鉛直軸の方向において上部に、前記エンジン１２の下端から前記鉛直軸と交差する方向に向けて傾斜すると共に、全周に複数個の通気孔２６ｂが穿設される傾斜面２６ａを形成する如く構成したので、下方から吸引された空気はエンジン１２と発電機１４の全周を流れることとなり、それらを一層効果的に冷却することができる。

また、前記ハウジング２６が、前記エンジン１２の下端において前記エンジン１２のエンジンケースカバーとして機能する如く構成したので、上記した効果に加え、スペースを効果的に活用することができる。

また、前記ハウジング２６と前記吸気ダクト２０とが、前記鉛直軸を中心とする円筒形に形成される如く構成したので、上記した効果に加え、スペースを効果的に活用することができる。

また、前記吸気ダクト２０が、前記鉛直軸の方向において前記エンジン１２の外周に前記エンジン１２を包囲するように配置されるシュラウド（排気ダクト）２２からなる如く構成したので、下方から吸引された空気はエンジン１２と発電機１４の全周を流れることとなり、それらを一層効果的に冷却することができる。

また、前記エンジン１２と前記発電機１４と前記冷却ファン１６と前記吸気ダクト２０とが、前記鉛直軸を中心とする円筒形に形成される円筒フレーム２４に収容される如く構成したので、上記した効果に加え、スペースを効果的に活用することができると共に、例えばシュラウド２２の先端開口部２２ａや後部排気管１２ｅなどの向きを容易に変更することができる。

尚、上記においてエンジン発電機１０を収容するフレームを円筒形状としたが、それに限られるものではなく、角形などであっても良い。

また、冷却ファン１６のブレード１６ｂと吸気ダクト２０のフィン２０ｂの個数などの全ての数値は例示であってそれに限定されるものではない。

また、エンジン１２と発電機１４などの構造も図示のものに限定されないことはいうまでもない。例えばシュラウドに代えて簡単な形状の排気ダクトなどを用いてもよい。

１０ エンジン発電機、１２ エンジン、１２ａ シリンダヘッド、１２ｂ クランク軸、排気系（１２ｃ 前部排気管、１２ｄ マフラ、１２ｅ 後部排気管）、１２ｆ 燃料タンク、１２ｆ１ 中央開孔部、１４ 発電機、１４ａ ロータ、１４ｂ ステータ、１６ 冷却ファン、１６ａ 台座、１６ｂ ブレード、１８ リコイルスタータ、２０ 吸気ダクト、２０ａ 内壁面、２０ｂ フィン、２２ シュラウド（排気ダクト）、２２ａ 先端開口部、２２ｂ 狭隘部、２２ｃ 拡径部、２２ｄ 径大部、２２ｅ 内部空間、２４ 円筒フレーム、２４ａ 円筒面、２４ｂ 上面、２４ｃ 下部、２４ｄ，２４ｅ，２４ｆ，２４ｇ，２４ｈ パイプ、２６ ハウジング、２６ａ 傾斜面、２６ｂ 通気孔、２６ｃ 大径部、３０ 断熱材

Claims (6)

1. クランク軸が鉛直軸の方向に配置されるエンジンと、前記鉛直軸の方向において前記エンジンの下方に配置されると共に、ロータが前記エンジンのクランク軸に締結される発電機とを備えるエンジン発電機において、前記発電機の下方に配置されると共に、前記ロータを介して前記エンジンのクランク軸に連結される冷却ファンと、前記冷却ファンの下方に配置されると共に、内壁面の全周にわたって前記鉛直軸の回りを回転しながら上方に向かう螺旋曲線からなるフィンが複数個形成される吸気ダクトと、前記鉛直軸の方向において前記エンジンの上方に配置される排気ダクトとを備えることを特徴とするエンジン発電機。
2. 前記エンジンの下端に前記吸気ダクトに連続するハウジングを取り付け、前記ハウジングの前記鉛直軸の方向において上部に、前記エンジンの下端から前記鉛直軸と交差する方向に突出に向けて突出すると共に、全周に複数個の通気孔が穿設される突出面を形成したことを特徴とする請求項１記載のエンジン発電機。
3. 前記ハウジングが、前記エンジンの下端において前記エンジンのエンジンケースカバーとして機能することを特徴とする請求項２記載のエンジン発電機。
4. 前記ハウジングと前記吸気ダクトとが、前記鉛直軸を中心とする円筒形に形成されることを特徴とする請求項２または３記載のエンジン発電機。
5. 前記排気ダクトが、前記鉛直軸の方向において前記エンジンの外周に前記エンジンを包囲するように配置されるシュラウドからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のエンジン発電機。
6. 前記エンジンと前記発電機と前記冷却ファンと前記吸気ダクトとが、前記鉛直軸を中心とする円筒形に形成される円筒フレームに収容されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のエンジン発電機。
   

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