变频发电机的制作方法

本申请要求2016年3月3日提交的美国临时申请号62/303246的利益，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术：

本发明大体涉及变频发电机（inverter generator）领域。

概述

本发明的一个实施方案涉及一种发电机。该发电机包括细长的管状框架，内燃发动机连接到所述细长的管状框架，该发动机包括发动机缸体和曲轴，该发动机缸体包括汽缸，该曲轴被配置来围绕曲轴轴线旋转，该发电机还包括连接到细长的管状框架的燃料箱，其中该细长的管状框架被配置来同时支撑内燃发动机和燃料箱。

本发明的另一个实施方案涉及一种发电机。该发电机包括内燃发动机，该内燃发动机包括发动机缸体和曲轴，该发动机缸体包括汽缸，该曲轴被配置来围绕曲轴轴线旋转，该发电机还包括包含消声器管的消声器，该消声器管沿着消声器管轴线延伸并终止于消声器排气口，该消声器管轴线基本上垂直于曲轴轴线。

替代的示例性实施方案涉及在权利要求中普遍地陈述的其他特征以及特征的组合。

附图说明

图1是根据示例性实施方案，从变频发电机的上方看的右透视图。

图2是根据示例性实施方案，沿着剖面线2-2的图1的变频发电机的剖视图。

图3是根据示例性实施方案，从图1的变频发电机的上方看的左透视图。

图4是根据示例性实施方案，图1的变频发电机的左侧视图。

图5是根据示例性实施方案，图1的变频发电机的透视图。

图6是根据示例性实施方案，图1的变频发电机的左后透视图。

图7是根据示例性实施方案，移除了外壳的图1的变频发电机的左透视图。

图8是根据示例性实施方案，图1的变频发电机的框架和燃料箱的透视图。

图9是根据示例性实施方案，移除了外壳的图1的变频发电机的透视图。

图10是根据示例性实施方案，图1的变频发电机的框架和手柄的透视图。

图11是根据示例性实施方案，从图1的变频发电机的下方看的透视图。

图12是变频发电机的手柄的透视图。

图13是变频发电机的手柄的透视图。

图14是根据示例性实施方案，沿着剖面线14-14的图3的变频发电机的剖视图。

图15是根据示例性实施方案，包括空气管构造的变频发电机的后视图。

图16是根据示例性实施方案，图15的空气管构造的后视图。

图17是根据示例性实施方案，沿着剖面线17-17的图15的空气管构造的剖视图。

图18是燃料箱适配器的透视图。

图19是监控系统的图解。

图20是点火模块系统的图解。

详细描述

在转向详细说明示例性实施方案的附图之前，应该理解，本申请不限于说明书中阐述的或附图中示出的细节或方法。还应该理解，术语仅用于描述的目的，不应视为限制。

大体地参考附图，根据示例性实施方案示出了变频发电机。变频发电机输出交流电（AC），然后该电流被转换为直流电（DC），然后转换回清洁的交流电电力，其以所需的电压和频率维持单相、纯的正弦波。在变频发电机上，发动机被连接到交流发电机，该交流发电机产生交流电力，使用整流器来将交流电电力转换为直流电并且使用电容器来使电力输出平稳。然后直流电电力被转换回所需的频率和电压（例如，120VAC @ 60Hz）的清洁的交流电电力。变频发电机的结果是比典型的发电机可能达到的清洁得多的电力或更纯的正弦波。当使用具有微处理器的设备时，这可能变得很重要，微处理器通常对所用电力的质量非常敏感。使用相对较差质量的电力可能会导致故障或损坏设备。因此，使用敏感电子设备的任何应用都可能受益于变频发电机提供的更清洁的电力。

另外，变频发电机可以相对地更加节省燃料并且具有根据负载调节发动机速度的能力，这是常规的发电机可能无法做到的。与常规的发电机相比，变频发电机的燃料效率还有助于降低燃料消耗和废气排放。变频发电机也可以降低噪音。可以在变频发电机上使用更安静的发动机、特殊的消声器和消声技术以相对于常规的发电机降低噪音。另外，常规的单元通常以恒定的速度运行以产生具有所需特性的电力，并且反过来产生恒定的噪声。另一方面，变频发电机可以使用微处理器和特殊电子器件来调节所产生的电力的电力特性。这意味着当负载较轻时发动机可以节流、节省燃料并大幅降低噪音。

参考图1-2，根据示例性实施方案示出了变频发电机100。变频发电机100包括发动机110、控制器123、交流发电机140、燃料箱150和消声器160。控制器123包括逆变器129，其将直流电电力转换为所需的频率和电压（例如120VAC @ 60Hz）的清洁的交流电电力。变频发电机100使用发动机110，从燃料箱150接收燃料和从进气口170接收空气，结合交流发电机140和控制器123，以产生清洁的电力。发动机110包括具有至少一个汽缸116、汽缸盖118、活塞、和曲轴105的发动机缸体114。每个活塞沿着汽缸轴线在汽缸116中往复运动以驱动曲轴105。曲轴105围绕曲轴轴线101旋转。曲轴105部分地定位在油底壳（sump）或曲轴箱盖113内。消声器160用作排气系统的一部分以降低来自变频发电机100的排气噪声。

变频发电机100包括外壳102以容纳变频发电机100的部件。在一些实施方案中，外壳102可以由塑料制成。在其他实施方案中，外壳102可以由任何其他合适的材料制成。变频发电机包括顶部120、底部122、前部124、后部126、左侧128和右侧130。控制面板112位于外壳102上。如图1所示，控制面板112位于变频发电机100的左侧128上。控制面板112在变频发电机100的运行期间用作用户界面。控制面板112包括位于控制面板112上的一个或多个出口132，其具有一个或多个出口盖134。在一些实施方案中，出口盖134被磁性地密封。在其他实施方案中，出口盖134包括翻盖式（flip-type）盖，其中盖可以通过向上、向下或向侧面翻盖来打开，以便于进入出口132。在其他实施方案中，出口盖134是气泡式（bubble-type）盖或扁平式盖，其用作变频发电机100的出口132和控制面板112的遮蔽。另外，出口盖134为出口132提供气候防护。

变频发电机100还可以包括位于控制面板112上的一个或多个指示灯。该一个或多个指示灯可以具有各种颜色和/或可以能够改变颜色并且可被用于指示变频发电机的状态。作为实施例，绿灯可以指示变频发电机处于运行模式，黄灯可以指示变频发电机正在待机，以及蓝灯可以指示该变频发电机关闭。其他颜色和/或组合可被用于指示变频发电机的一个或多个模式。

变频发电机100还包括底部托盘104。在一些实施方案中，外壳102包括底部托盘104。在其他实施方案中，外壳102和底部托盘104形成为分开的件。变频发电机100包括一个或多个轮子106，其便于发电机100的运输。轮子106位于变频发电机的底部122和后部126相交的位置上或附近。

外壳102包括一个或多个外壳件（例如第一外壳件103、第二外壳件107）。在一些实施方案中，外壳件被形成使得第一外壳件103包括突起物，该突起物被配置来与第二外壳件107中的通道配合，使得密封装置（例如垫圈、O形圈、压缩密封件）被放置在件103、107之间，在两个件之间形成密封。密封装置可以改善变频发电机在潮湿条件（例如雨天或雪天）下的性能。密封装置可以另外地降低噪音，这是由于外壳件的嘎嘎声减少。另外，密封装置可以改善变频发电机与某些工业标准测试（例如欧洲符合性测试）的符合性。

参考图2-3，消声器160包括排气管165，该排气管从消声器160沿着消声器轴线121延伸，在排气口125处终止于大约外壳102或外壳102之外。排气口125位于与发电机100的控制面板112相反的一侧。在图1-3中示出的实施方案中，排气口125位于右侧130上，而控制面板112位于变频发电机100的左侧128上。在其他实施方案中，控制面板112和/或排气口125可位于发电机100的其他侧。将排气口125置于与发电机100的控制面板112相反的一侧上，降低了当用户从控制面板112操作发电机100时到达用户的噪声量。消声器排气口125围绕消声器轴线121为中心。消声器轴线121基本上垂直（例如±5度）于曲轴轴线101。消声器轴线121也基本上垂直于左侧和右侧128、130。该定向允许消声器排气口125的位置尽可能远离控制面板112，在控制面板处用户可以调节控制并启动或停止发电机100。该特征可以提供低成本的用户体验到的与传统的发电机相比的噪音降低。

参考图4-6，消声器160被一个或多个隔热罩191、193部分地包围（例如，在除发电机100的前侧124附近之外的所有侧面上包围）。隔热罩191、193位于消声器160和发动机110之间以及消声器160和发电机100的顶部120、底部122、左侧128和右侧130之间，但不在消声器160和发电机100的前侧124之间。因此，开放空间127在靠近前侧124处包围消声器160。在其他实施方案中，消声器160完全被隔热罩包围，或者消声器160向发电机100的另一侧开放。隔热罩191、193在发动机110和消声器160之间形成热障。以这种方式，从消声器160辐射的热量不会到达发动机110。特别地，从消声器160辐射的热量将不会到达发动机曲轴油密封，其可能导致密封损坏并导致发动机110上的进一步磨损。隔热罩191、193还用于降低从消声器160发出的声音。在发电机100的前侧124附近（例如，在开放空间127处）消声器160不被隔热罩191、193包围，使得消声器160使用通过前侧124进入的空气而被冷却。隔热罩191、193被定位使得在排气口125处离开消声器160的排气不会与流过发电机100的部件的冷却空气混合。隔热罩191、193还被配置来允许形成第一间隙131和第二间隙133，该第一间隙131允许隔热罩191和排气口125之间形成空隙，该第二间隙133允许隔热罩191和气缸盖118之间形成空隙。间隙131、133允许空气围绕隔热罩191、193流动并进入围绕消声器160的开放空间127，以进一步冷却消声器160。隔热罩件191、193由压缩玻璃纤维制成。在其他实施方案中，隔热罩191、193由其他绝缘材料制成。

参考图4，根据示例性实施方案，示出了包括注油盖137和注油通道141的注油装置135。注油盖137可以可移除地连接到注油通道141，油可以通过该注油通道向下倾倒到曲轴箱113。注油通道141从曲轴箱113延伸一段距离，使得注油装置135对于用户是可使用的。注油装置135位于发电机100的与消声器排气口125相同的一侧。在其他实施方案中，注油装置135位于另外的位置。

参考图7，根据示例性实施方案，示出了移除了外壳102的变频发电机100的透视图。变频发电机100包括内部管状框架195，其构造成同时（和/或直接）支撑变频发电机100和变频发电机100的部件。内部管状框架195能够支撑发电机100的所有基本部件（例如，而不止外壳102），使得可以在不损害发电机100的结构完整性的情况下移除外壳102（包括底部托盘104）。发动机110、控制器123（包括逆变器129）、交流发电机140和手柄180由框架195支撑。在一些实施方案中，隔热罩件191、193另外由框架195支撑（如图9所示）。参考图8，燃料箱150另外由框架195支撑。燃料箱150包括凸缘153，该凸缘利用紧固件181在紧固件位置154处连接到框架195，使得在没有框架横向构件的情况下支撑变频发电机100。燃料箱150可以用作框架195的结构的一部分。常规的发电机可以包括仅由外壳或其他件支撑的燃料箱。另外，常规的发电机可以包括由分开的支撑结构支撑而不是由共同的框架支撑的部件（例如，发动机、控制器、燃料箱）。

内部管状框架195被配置来降低变频发电机100的总重量。例如，变频发电机可以与产品包装一起的重量低于150磅，这允许单个单元通过美国邮政服务进行运输。使用燃料箱150作为内部管状框架195的结构的一部分，还可以降低变频发电机100的总重量。通过将框架195隐藏在外壳102中，内部管状框架195可以另外地保持变频发电机的外壳102的外观。典型的发电机具有外部/外露的管状框架，并且不提供相同类型的外观。

参考图10，根据示例性实施方案，示出了内部管状框架195和手柄180的透视图。手柄180包括脚部182，其通过安装件183连接到内部管状框架195。在其他实施方案中，手柄180可以以其他方式连接到变频发电机。手柄180本质上是可伸缩和伸缩式的（telescopic）。手柄180在收缩位置和延伸位置之间至少沿着基本上竖直的轴线185（例如，±5度）可伸缩地延伸。在一些实施方案中，收缩和延伸位置之间包括一个或多个中间位置。在一些实施方案中，在延伸位置，手柄180锁定就位，使得当用户松开手柄180时，手柄180保持在延伸位置。手柄180可以被用作变频发电机上的电线的存储器，使得用户可以将变频发电机的电线缠绕在手柄180周围。

参考图11，根据示例性实施例方案示出了发电机的下侧手柄。一个或多个下侧手柄（例如，前下侧手柄182、左下侧手柄184、右侧下侧手柄186、后侧下侧手柄188）被模塑到变频发电机100的底部托盘104中。下侧手柄可以提供变频发电机的相对容易的运输，并且特别地，允许容易地提升发电机100。

参考图12、13，示出了提升手柄的另一个实施方案。提升手柄187可以从外壳102的内部延伸到外部，然后重新进入外壳102。在一些实施方案中，提升手柄187可以是管状的。用户可以抓住提升手柄187来移动变频发电机。在一些实施方案中，在变频发电机的每一侧上可以存在一对提升手柄187。提升手柄187是图7-10中示出的内部管状框架195的暴露部分。提升手柄187可以位于发电机的底部托盘104上或附近。如图12所示，提升手柄187可以位于前侧124上并且位于发电机100的底侧122与前侧124相交的位置处或附近。

参考图14，根据示例性实施方案示出了气流路径202的图解。气流路径202在变频发电机100内形成。一个或多个导管204在变频发电机100的后部130上形成，其允许空气流入发电机。气流路径202延伸进发电机100中并允许空气经过控制器123的翅片并且在控制器123的底部下方流动。气流路径202另外地延伸进发电机100的发动机110中，用于冷却发动机110。控制器123（其包括逆变器129）直接位于进入的气流路径202中，使得逆变器129被冷却。

参考图15-17，根据示例性实施方案示出了空气管构造300。空气管构造300位于发电机100的后部130上。空气管构造300包括位于谐振器盒308之内的一个或多个谐振器腔室302。谐振器腔室302被构造来使从发电机100发出的声音衰减（例如降低、抵消）。谐振器腔室302发出相对于发动机110和/或消声器160产生的声波反相的声波。通过使相反的移动声波相互干扰，从发电机100产生的声音被衰减。在运行中，空气移动到空气入口304中，穿过谐振器腔室302，并通过空气出口306离开谐振器盒308。空气管可以被连接到空气出口306，使得排出的空气移动通过膨胀室312（如图4所示）并进入空气-燃料混合装置。可以对一个或多个谐振器腔室302使用不同长度和不同形状来产生不同的音调，这些音调可以被用于抵消从变频发电机发出的音调。在一些实施方案中，空气管构造300包括亥姆霍兹（Helmholtz）共振器。在一些实施方案中，空气管构造300被构造来产生音调，使得来自变频发电机中的其他部件的声音被抵消或至少被降低。在一些实施方案中，根据变频发电机的设计来对空气管构造300调音。在其他实施方案中，空气管构造300本质上是可变的，使得可以对每个变频发电机定制调音。

参考图18，示出了燃料箱适配器系统400的图解。燃料箱适配器系统400包括燃料箱适配器402。在一些实施方案中，燃料箱适配器系统400可以与变频发电机100结合使用。燃料箱适配器402连接到外部燃料箱404，例如船用油箱，并连接到变频发电机。在船舶工业中使用的便携式船用燃料箱可以与变频发电机一起使用以提供额外的燃料源。使用燃料箱适配器402，用户可以使用额外的燃料箱404来为变频发电机100提供燃料。这在燃料获得受限的区域中尤其重要。

参考图19，示出了监控系统500的图。在一些实施方案中，可以使用监控系统500来远程监控发电机100。监控系统500包括软件狗（dongle）502（例如通用串行总线（USB））和端口504，其中软件狗502被可通信地且可操作地连接到端口504，使得软件狗502与端口504通信，并且因此与变频发电机100通信。端口504可以位于变频发电机100的控制面板112上或附近。监控系统500可以进一步包括移动设备506。移动设备506可以是变频发电机100的用户之一。移动设备406可以包括任何类型的可穿戴设备，包括但不限于智能手机、智能手表、智能手环、和/或任何其他可穿戴设备。移动设备506还可以包括任何其他类型的计算设备（例如，平板计算机、台式计算机等）。移动设备506可以包括网络接口和用于处理所接收的和/或提供的指令的一个或多个处理组件，以及通常被包括在移动设备和/或计算设备中的任何其他组件或设备。移动设备506可以包括逻辑，其被置于存储器内并且能够由处理器执行，以进行本文所述的各种操作。该存储器还可以存储各种应用，例如随软件狗502提供的移动应用，其有助于通过软件狗502在移动设备506和变频发电机100之间通信。移动设备506还可以包括显示设备（例如，屏幕）和一个或多个输入/输出设备（例如，触摸屏、麦克风、扬声器、键盘等）。

依然参考图19，软件狗502被构造来与移动设备506通信。软件狗502和移动设备506可以通过无线连接（例如，蓝牙、WiFi、ZigBee）进行通信。在另一个实施方案中，软件狗502和移动设备506可以通过有线连接进行通信。软件狗502可以提供在移动设备506上显示的信息和/或移动设备506上的应用程序。这样的信息可以包括但不限于状态、运行时间、电压、电流和与变频发电机100相关的其他数据。在另一个实施方案中，变频发电机100可以具有无线通信能力。在这样的配置中，软件狗502（如果放置在端口504中）可以被配置来提示用户的移动设备506输入密码或其他解锁机制来开始操作并发起与移动设备506的通信。

在一些实施方案中，软件狗502能够向变频发电机100提供额外的升级特性。作为实施例，软件狗502可以提供固件升级，从而通过改变运行参数（例如目标发动机转速）来增强变频发电机100的功率输出。此外，软件狗502可以提供固件升级，从而将变频发电机100的交流发电机转换为电启动马达，并且软件狗502可以向变频发电机100添加并行能力。

在一些实施方案中，变频发电机100包括点火模块系统600。参考图20，示出了点火模块系统600的流程图。在系统600中，点火模块检测控制器123处于可运行状态或处于不可运行状态。如果控制器123处于可运行状态，则点火模块允许变频发电机100运行。如果控制器123处于不可运行状态，则点火模块600检测到不可运行状态并关闭变频发电机100。点火模块600监控变频发电机100的磁铁外壳的速度，以确定控制器123是可运行的或不可运行的。如果磁铁外壳的速度超过某个阈值，则点火模块确定控制器123是不可运行的并且关闭变频发电机100。类似地，系统600可以检测到步进电机已经失去其参考点。作为实施例，系统600可以检测到步进电机正在以表示步进电机在发动机的速度方面处于错误的参考点的方式来控制节流阀位置。系统600可以检测到该问题并关闭该单元。

在一些实施方案中，变频发电机100被构造来当没有感测到负载时自动进入怠速降低模式。在一些另外的实施方案中，当感测到最小负载时，发动机速度可以增加到相对低的发动机速度（例如，2200 rpm）。作为实施例，低负载设备可以包括移动电话、平板电脑和任何其他移动或手持设备。例如，如果移动电话被插入变频发电机100进行充电，则感测到的负载将相对较低，因此，发动机速度可能仅略微增加。此外，变频发电机100可以被构造来以低发动机速度（例如，1800 rpm）运行，并且如果感测到需要发动机110加速太快的电流消耗，则控制器123切断电力输出，等待发动机110加速到所需速度，然后重新接通电输出。另外，更多电容器可以被添加到变频发电机100以促进运行模式之间的转换。

在一些实施方案中，变频发电机100可以利用可变的火花正时（spark timing）。可变的火花正时系统包括控制器123、交流发电机140、步进电机和各种传感器（例如，电流传感器、电压传感器、发动机速度传感器）。当变频发电机100处于空载阶段时，火花正时系统可以在节流阀被步进电机关闭时使火花正时减慢以降低发动机速度。当变频发电机100正经历高负载时，输出电压可能降低，这可能促使控制器123通过步进电机打开化油器上的节流阀以增加发动机速度。火花可以进一步被控制器123提前，使得火花正时导致发动机速度的最佳动力。发动机速度的增加可以导致交流发电机140的永磁体以更高的速率旋转，这可以导致交流发电机140的更大的电输出。将火花正时优化至发动机速度可以增加变频发电机的电力输出。

在一些实施方案中，控制器123提供对变频发电机100上的电加热系统的控制。电加热系统可以有助于防止变频发电机100上结冰。

如各种示例性实施方案中所示的变频发电机的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施方案，但可以在实质上不脱离本文所述主题的新颖性教导和优点的情况下，进行许多修改（例如，各种元件的尺寸、规模、结构、形状和比例、参数的值、安装形式、材料的使用、颜色、方向等的变化）。作为一体成型示出的一些元件可以由多个部件或元件构成，元件的位置可以被颠倒或以其他方式变化，并且分立元件的性质和数量或位置可以被改变或更改。可以根据替代性的实施方案，对任何过程、逻辑算法或方法步骤的次序或顺序进行改变或重新排序。在不脱离本发明的范围的情况下，还可以在各种示例性实施方案的设计、运行条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。