(57)【要約】  本発明は、内燃機関（５）と、内燃機関（５）の駆動軸（７）に同軸配置されたジェネレータ（６）とを有し、内燃機関（５）とジェネレータ（６）とは冷却流を流すハウジング（２、３）内に配置された構成の特に電動車両の走行距離を延長するための発電装置（１）に関する。出力密度を高め、騒音放出を最小限に抑止しかつコンパクトな構造を可能とするために、本発明によると、内燃機関（５）とジェネレータ（６）とはユニット（１０）として形成されて、内側ハウジングによって形成された実質的に筒状の冷却チャンバ（４）内に配置され、その際、給気路（８）はジェネレータ（６）側において、好ましくは、ほぼ前記駆動軸の軸心（７’）の位置で冷却チャンバ（４）に開口し、排気路（９）は内燃機関（５）側において、好ましくは、同じく駆動軸の軸心（７’）の領域で冷却チャンバ（４）に開口し、の内燃機関−ジェネレータ・ユニット（１０）は防音エンジンマウントを介してハウジング（２、３）内に支持されるように構成した。
2012516807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（５）と、前記内燃機関（５）の駆動軸（７）に同軸配置されたジェネレータ（６）とを有し、内燃機関（５）とジェネレータ（６）とは冷却流を流すハウジング（２、３）内に配置された構成の電動車両の走行距離を延長するための発電装置（１）であって、
内燃機関（５）とジェネレータ（６）とはユニット（１０）として形成されて、内側ハウジングによって形成された実質的に筒状の冷却チャンバ（４）内に配置され、給気路（８）は前記ジェネレータ（６）側において、好ましくは、ほぼ前記駆動軸の軸心（７’）の位置で前記冷却チャンバ（４）に開口し、排気路（９）は前記内燃機関（５）側において、好ましくは、同じく前記駆動軸の軸心（７’）の位置で前記冷却チャンバ（４）に開口し、前記の内燃機関−ジェネレータ・ユニット（１０）は防音エンジンマウントを介して前記ハウジング（２、３）内に支持されていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記内燃機関（５）は水冷仕様とされ、前記冷却チャンバ（４）内には少なくとも１空気／水熱交換器（１３）が配置され、好ましくは、前記駆動軸の軸心（７’）に関して前記内燃機関（５）の両側にそれぞれ空気／水熱交換器（１３）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
平面視で、前記給気路（８）、前記冷却チャンバ（４）および前記排気路（９）はＳ字形を形成するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
空気の流れに関して、前記冷却チャンバ（４）内において前記ジェネレータ（６）の上流に送風機が配置され、前記送風機の羽根車（１１）は好ましくは前記駆動軸の軸心（７’）と同軸に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項５】
空気の流れに関して、前記冷却チャンバ（４）内において前記送風機の送風側に前記内燃機関（５）の吸気流路（１２）の吸気口（１２’）が配置されていることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記内燃機関（５）の放出ガス流路（１４）は好ましくは前記空気／水熱交換器（１３）の下流において、好ましくは前記駆動軸の軸心（７’）の位置で、前記排気路（９）に開口することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項７】
前記内燃機関（５）はロータリーエンジンとして形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項８】
前記内燃機関の動力発生部と、前記ジェネレータ（６）の発電部とくに前記ジェネレータ（６）のロータ（２３）とは１本の共通軸を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項９】
前記ジェネレータ（６）の前記ロータ（２３）は重心平衡用の第１のバランサ（２４）を接合しているかまたは前記バランサと一体形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項１０】
前記ジェネレータ（６）のハウジング（６ａ）と前記内燃機関（５）の出力側ハウジング部（５ａ）とはユニット形成され、好ましくは一体形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項１１】
前記ハウジング（６ａ）と前記内燃機関（５）の前記出力側ハウジング部（５ａ）とは共通の冷却システム（３０）を有することを特徴とする請求項１０に記載の発電装置。
【請求項１２】
前記冷却チャンバ（４）、前記給気路（８）および前記排気路（９）の少なくとも一方側に、好ましくは前記ハウジング（２、３）に組み込まれた燃料タンク（１５）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項１３】
電動車両に取り付け・接続するためのドッキング装置および／または電気的インタフェースを有するポータブルで交換可能なモジュールによって形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項１４】
内燃機関（５）とくにロータリーエンジンと、前記駆動軸（７）に相対回転不能に連結されたロータ（２３）を有する前記内燃機関と同軸配置されたジェネレータ（６）とを有し、前記内燃機関（５）の前記駆動軸（７）には前記駆動軸と共に回転する少なくとも１バランサ（２４、２１）が配置された構成の電動車両の走行距離を延長するための発電装置（１）であって、
第１のバランサ（２４）は前記ジェネレータ（６）の前記ロータに配置されて、好ましくは前記ロータ（２３）と一体に形成されていることを特徴とする発電装置。
【請求項１５】
前記ロータ（２３）は前記駆動軸（７）の第１の端部（７ａ）に配置され、前記駆動軸（７）は前記第１の端部（７ａ）とは反対側の第２の端部（７ｂ）に第２のバランサ（２１）を有することを特徴とする請求項１４に記載の発電装置。
【請求項１６】
前記駆動軸（７）の前記第１の端部（７ａ）の領域には、前記ジェネレータ（６）と連続した冷媒ポンプ（１６）が配置され、前記冷媒ポンプの羽根車（１７）は前記駆動軸（７）に相対回転不能に連結されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の発電装置。
【請求項１７】
前記駆動軸（７）の前記第２の端部（７ｂ）の領域には、前記駆動軸（７）に相対回転不能に連結された羽根車を有するオイルポンプ（２２）が配置され、好ましくは、前記オイルポンプ（２２）は前記内燃機関（５）と前記第２のバランサ（２１）との間に配置されていることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項１８】
前記内燃機関（５）ならびに前記ジェネレータ（６）はいずれも水冷仕様とされ、前記内燃機関（５）の前記ハウジング（５ａ）と前記ジェネレータ（６）の前記ハウジング（６ａ）とは一体化された冷却路（１８、１９）を有し、前記内燃機関の前記冷却路（１９）と前記ジェネレータ（６）の前記冷却路（１８）とは直接互いに流れ連通していることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項１９】
前記ジェネレータ（６）の前記ハウジング（６ａ）は前記内燃機関（５）の前記ハウジング（５ａ）に直接連続し、好ましくは、前記ジェネレータ（６）の前記ハウジング（６ａ）は前記内燃機関（５）の前記ハウジング（５ａ）と一体に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と、内燃機関の駆動軸に同軸配置されたジェネレータとを有し、内燃機関とジェネレータとは冷却流を流すハウジング内に配置された構成の特に電動車両の走行距離を延長するための発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許公開公報第２００５／０２７９５４２号の明細書から、電動車両の走行距離の延長に利用される自律作動式のポータブル発電装置が知られている。この発電装置は内燃機関と、内燃機関と同軸配置されたジェネレータとを有し、内燃機関とジェネレータとは共通の１ハウジング内に配置されている。隔壁によって２領域に区分されたこの共通のハウジングは冷却気によって流通され、その際、冷却気はジェネレータ領域側でハウジング内に流入し、ハウジングの内燃機関領域側の末端で再び流出する。冷却気の送気のために、ジェネレータのロータならびに内燃機関の駆動軸は送風羽根を有している。
【０００３】
米国特許公報第７０４９７０７号の明細書は、共通軸を介して互いに連結された内燃機関とジェネレータとからなる発電装置を開示している。内燃機関とジェネレータとは、ジェネレータ側と内燃機関側とに冷却気流出入口を有する共通の１ハウジング内に配置されており、冷却気は送風ロータによって送気される。
【０００４】
さらに、ドイツ特許公開公報第３９３０９０１号の明細書には、ロータリーエンジン、回転ピストンコンプレッサならびにジェネレータから構成される機械装置が開示されている。コンプレッサと発電機とは内燃機関によるベルト駆動で駆動される。内燃機関はさらに、カルダン継手と、回転不可長手方向スライド式の駆動軸とを介して羽根車を駆動する。内燃機関は羽根車の気流内に配置された冷却器を通じて冷却可能である。上記の機械装置は災害出動用または軍事目的用のポータブル装置としての使用を目的としている。
【０００５】
公知の発電装置は、比較的扱いにくく、重量がありかつ大きなスペースを要する点が短所である。防音カプセル被覆等により騒音低下を達成しようとする公知の努力にもかかわらず、従来の発電装置は比較的高い作動騒音を発生する。したがって、自動車、とりわけ電動車両への従来の発電装置の使用は限定的な目的に限られている。
【０００６】
電動車両用のいわゆる走行距離延長装置として使用される発電装置は、できるだけ低騒音で動作可能であると共に僅かなスペースしか必要とせずかつ軽量であって、しかも高い出力性能を有していなければならない。これらの要件は公知の発電装置では部分的にしか満たされない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許公開公報第２００５／０２７９５４２号
【特許文献２】米国特許公報第７０４９７０７号
【特許文献３】ドイツ特許公開公報第３９３０９０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記の要件を満たすと共に低騒音で高い出力密度を有する発電装置を開発することである。さらに、この発電装置は、従来のコンセプトの電動車両に容易にしかもできるだけ僅かな追加費用で組み込むことができるように、コンパクトな構造を有すると同時に軽量でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、本発明により、内燃機関とジェネレータとがユニットとして形成され、内側ハウジングによって形成された実質的に筒状のハウジング内冷却チャンバの内部に配置され、その際、給気路は上記ジェネレータ側において、好ましくは、ほぼ駆動軸の軸心の位置で上記冷却チャンバに開口し、排気路は上記内燃機関側において、好ましくは、同じくほぼ上記駆動軸の軸心の位置で上記冷却チャンバに開口し、上述した内燃機関−ジェネレータ・ユニットは防音エンジンマウントを介して上記ハウジング内に支持されるように構成することによって達成される。
【００１０】
これにより上記の内燃機関−ジェネレータ・ユニットは気流シュラウドによって包囲されることとなり、これが騒音放出低下に有利な作用をもたらす。
【００１１】
さらに作動騒音を最小限に抑止して、上記ユニットの十分な冷却を保証するには、上記内燃機関は水冷仕様とされ、上記冷却チャンバ内には少なくとも１空気／水熱交換器が配置され、好ましくは、上記駆動軸の軸心に関して上記内燃機関の両側にそれぞれ空気／水熱交換器が配置され、かつ好ましくは、上記内燃機関はロータリーエンジンとして形成されているのが好適である。
【００１２】
極めてコンパクトな構造は、平面視で、上記給気路と上記冷却チャンバと上記排気路とがＳ字形を形成するように配置されることによって達成することができる。
【００１３】
十分な冷却気流量を実現するため、上述の気流につき、上記冷却チャンバ内において上記ジェネレータの上流に上記駆動軸の軸心と同軸配置された羽根車を有する送風機が配置され、好ましくは、上述した気流につき、上記冷却チャンバ内において該送風機の出口の下流に上記内燃機関の吸気口が配置されている。吸気口が上記送風羽根車の下流に配置されていることにより、すでに予備圧縮された空気が吸気され、これが上記機関の出力に関して有利となる。
【００１４】
極めてコンパクトかつ低騒音の実現を得るための課題は、好ましくは上記空気／水熱交換器の下流において、上記内燃機関の排ガス路が好ましくは上記駆動軸の軸心の位置で上記排気路に開口することによって達成することができる。排ガスが冷却気中に噴出されることにより、騒音放出をさらに低減させることが可能である。
【００１５】
極めて僅かな所要取付けスペースならびに部品点数の最小化の実現は、上記内燃機関の動力発生部と、上記ジェネレータの発電部とくに上記ジェネレータのロータとが１本の共通軸を有することによって達成可能であり、その際、上記ジェネレータの上記ロータは重心平衡用の第１のバランサと結合されているまたは該バランサと一体を成しているのが特に好適である。本発明の趣旨において、さらに、上記ジェネレータのハウジングと上記内燃機関の出力側ハウジング部とはユニット形成され、好ましくは一体形成されていてよい。これによって、非常にコンパクトかつ低騒音の装置が実現する。
さらに、非常に低騒音のコンセプトをベースとして部品点数ならびに所要スペースの節減を図るため、上記冷却チャンバ、上記給気路および上記排気路の少なくとも一方側に、好ましくは上記ハウジングに組み込まれた燃料タンクを配置してもよい。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態において、上記冷却チャンバ、上記給気路および上記排気路の少なくとも一方側に、好ましくは上記ハウジングに組み込まれた燃料タンクを配置することが可能である。これにより、本発明による発電装置は燃料タンクともども完結した構造ユニットを形成することから、所定の車両スペースに必要に応じて取付け・取外し可能な交換式モジュールとすることも可能である。
【００１７】
好ましくは上記ロータと一体に形成された第１のバランサが上記ジェネレータのロータに配置され、好ましくは、上記駆動軸は第１の端部とは反対側の第２の端部に第２のバランサを有するようにすることにより、省スペース構造を実現することができる。
【００１８】
上記第１のバランサを上記ジェネレータの上記ロータに組み込むことにより、本発明による発電装置の仕様を非常にコンパクトかつ軽量のものとすることができる。
【００１９】
極めてコンパクトかつ低騒音とすべき課題は、上記内燃機関ならびに上記ジェネレータのいずれもが水冷仕様とされ、上記内燃機関の上記ハウジングと上記ジェネレータの上記ハウジングとが一体化された冷却路を有し、上記内燃機関の上記冷却路と上記ジェネレータの上記冷却路とが直接互いに流れ連通することによって達成可能である。この場合、上記ジェネレータの上記ハウジングは上記内燃機関の上記ハウジングに直接連続し、好ましくは、上記ジェネレータの上記ハウジングは上記内燃機関の上記ハウジングと一体に形成されているのが好適である。
【００２０】
特にコンパクトで軽量の構造は、上記駆動軸の上記第２の端部の領域に、該駆動軸に相対回転不能に連結された羽根車を有するオイルポンプが配置され、好ましくは、該オイルポンプは上記内燃機関と上記第２のバランサとの間に配置されることによって達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による発電装置の縦断面を示す図である。
【図２】上記発電装置の内燃機関−ジェネレータ・ユニットの縦断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明を詳しく説明する。
図１は、内側ハウジング２と外側ハウジング３とを有する発電装置を示している。内側ハウジング２は内燃機関５とジェネレータ６とが内部に配置された冷却チャンバ４を形成しており、ジェネレータ６は内燃機関５の駆動軸７と相対回転不能に連結されている。内燃機関５は、この実施例において、ロータリーエンジンによって形成されている。冷却チャンバ４は実質的に管状に形成され、給気路８はジェネレータ側でほぼ駆動軸の軸心７’の位置で冷却チャンバ４に開口している。排気路９は内燃機関５側において同じく駆動軸の軸心７’の位置で冷却チャンバ４に開口している。給気路８、冷却チャンバ４および排気路９は、図１に示した発電装置の断面図ないし平面図から理解できるように、Ｓ字形を形成しているため、極めてコンパクトなパッケージ構成が実現する。
【００２３】
内燃機関５とジェネレータ６とによって形成される内燃機関−ジェネレータ・ユニット１０は制振エンジンマウントを介して内側ハウジング２内に支持されている。給気管８の冷却チャンバ４への合流口８’側には、駆動軸７によって駆動される送風羽根車１１が配置されている。送風羽根車１１によって、給気路８、冷却チャンバ４および排気路９内に矢印Ｓによって表された気流がつくり出され、この気流は周面流れの形で内燃機関−ジェネレータ・ユニット１０の周囲を流れる。
【００２４】
送風羽根車１１の下流には、内燃機関５の吸気流路１２の吸気口１２’が配置されている。これにより、送風羽根車１１によってあらかじめ圧縮された空気が内燃機関５によって吸気可能であり、これがエンジン出力に有利に作用する。
【００２５】
内燃機関５は水冷仕様である。冷却チャンバ４内には、内燃機関５の最適冷却を実現すべく、冷却気Ｓの流れに曝露される空気／水熱交換器１３が駆動軸の軸心７’の両側に配置されている。冷却チャンバ４からの排気管９の出口９’の領域には内燃機関５の放出ガス流路１４の開口１４’が配置されているため、エンジン排ガスは直接に冷却気流れＳに合流されて、冷却気と混合される。これにより、一方で排ガスの冷却が可能とされ、他方で騒音放出の効果的な低減が可能となる。
【００２６】
発電装置１の外側ハウジング３内には、冷却チャンバ４の少なくとも一方側において、燃料タンク１５が発電装置１に組み込まれている。
【００２７】
図２から理解できるように、内燃機関−ジェネレータ・ユニット１０には、駆動軸７の第１の端部７ａの領域に冷媒ポンプ１６が組み込まれており、該ポンプの羽根車１７は駆動軸７と相対回転不能に連結されている。冷媒ポンプ１６は内燃機関−ジェネレータ・ユニット１０の給気管８の合流口８’側に配置されている。冷却水は冷媒ポンプ１６から、図２において一部のみが理解できる、ジェネレータ６および内燃機関５のウォーターギャラリー１８、１９に達し、その後、空気／水熱交換器１３に供給される。内燃機関５のハウジング部５ａとジェネレータ６のハウジング６ａとは直接に隣接連通して共通の冷却システム３０を有しており、ジェネレータ６および内燃機関５の冷却路１８、１９は、別々の管路が設けられることなく、直接相互に流通している。
【００２８】
内燃機関−ジェネレータ・ユニット１０はそれ自体で完全につり合っており、偏心駆動軸７の不平衡はジェネレータ６のロータ２３に組み込まれた第１のバランサ２４ならびに第２の端部７ｂの領域で駆動軸７と相対回転不能に連結されたオイルポンプ２２側の第２のバランサ２１によって平衡させられる。符号２０は内燃機関５の回転ピストンを示している。オイルポンプ２２は駆動軸７の冷媒ポンプ１６とは反対側の端部に配置されている。
符号２５はジェネレータ６のステータを示している。
【００２９】
上記の極めてコンパクトに形成された発電装置１はモジュールとして構成されており、したがって、必要に応じ、走行距離を延長するために電動車両の当該スペースに配設することが可能である。こうしたコンパクトな構造と高い出力密度とによって、この発電装置を走行距離延長装置として既存のコンセプトによる電動車両に実用スペースの大幅な縮小および／または車両重量の大きな犠牲なしに取り付けることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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