CN101958022B - 水流自发供电射频卡预付费智能水表 - Google Patents

Abstract

本发明是一种水流自发供电射频卡预付费智能水表，壳体内分四个小仓，左上仓为射频智能显示仓，内置射频控制装置、充电电池、液晶显示屏、非接触射频感应器和数据处理装置；右上仓为字轮计数仓，左下仓为水轮机与控制阀仓，在左上仓靠近左下仓水轮机的空间设发电机，在水轮机与发电机之间设有隔水层板，水轮机轴与发电机轴由磁性联轴器连接，右下仓为水表机芯仓。整台水表的上下仓之间设密封隔离层，下面两仓通水，上面两仓绝对保持干燥，该水表称为“干式”水表。水轮机轴与发电机轴通过磁性联轴器连接成同轴。利用自来水通水时产生的动能推动水轮机并带动发电机发电向充电电池充电，供应射频感应器、数据处理装置、液晶显示屏及电动机用电。

Description

水流自发供电射频卡预付费智能水表

技术领域

本发明涉及计量仪器制造技术领域，尤其指一种利用自来水管道内的水流动能自发供电的射频卡预付费智能水表。 

背景技术

近年来，开发IC卡预付费水表，方兴未艾。其实它是一种集自动供水、自动计量、自动收费、自动控制、显示报警等多种功能于一体的全新概念的智能水表，是传统水表的换代产品。它主要由发讯基表、电控线路板和电动阀三部分组成。其工作原理是：以IC智能卡为载体，在管理系统与智能水表间双向传递数据，实现供用水管理功能。用户向供水公司缴费购卡，把预购的水量存于表中。用水时，该表实时采集流量信号，并能在预购的水量中扣除。当表内存贮的剩余水量小于一定值时，会发出声音报警，提示使用者及时购水，同时将阀门关闭。但这时若用户插卡或用射频卡仍可以打开阀门，要求继续供水。当剩余水量为零时，阀门即被完全关闭，用户须重新去供水管理部门付费后插卡或射频输入才能打开阀门用水。使用IC卡预付费水表给广大用水户带来极大的便利，同时也方便了供水管理部门，做到供用水双方明明白白消费。IC卡智能水表具有液晶常显功能，中文提示剩余水量与使用水量，可避免使用普通水表须抄表员上门抄表打扰用户的麻烦。还可防止社会上少数不法分子冒充抄表员进行违法犯罪活动给社会带来不安定事件的发生。在一些水产品市场、学生宿舍、大型企业的员工集体宿舍、运动员培训基地等场所，预付费水表更是具有“谁用水。谁买单”的优越性。IC卡预付费水表独特的预付费功能，决定了用户“先付费，后用水”的形式。因此有效解决了供水部门收费难的问题，保证了供水单位的业务正常经营。同时还增加了超额用水计费、超计划用水加费、累进加价等功能，它对节约用水起很大的促进作用。 

但是，从目前市场的推广情况来看，IC卡预付费智能水表的推广应用确实 不容乐观，其主要原因是来自供水公司和消费者用户两方面的担忧：“水表内的电池使用年限有多长？”万一电池耗尽，水表就会报废，导致供、用水双方产生矛盾。因此如何延长电池使用年限或不用更换电池是实现大面积推广IC卡预付费水表的关键，而依靠水流动能自发供电恰恰能较好地解决这一技术难题。通过检索，发现一个专利号为200320129205.7的《自发电智能水表》实用新型专利技术，经过考察发现，虽然该专利提出了水流发电作自身电源的技术方案，但经过仔细分析，发现该专利的水轮机与发电机之间的联轴技术还存在问题：“......在腔体内置有叶轮，将叶轮轴加长，使叶轮轴向上穿过隔板并在叶轮轴与隔板的接触面上设置密封圈”。从以上叙述不难看出：万一密封圈稍有泄漏，将会使整台水表报废，所以必须对自发电水表进行重大改正。 

本申请人曾于2005年申请并已授权的实用新型专利《射频卡智能型预收费水表》(专利号：ZL 200520046609.9)中，已解决了电动机关断球阀停止供水的问题，但它的电源虽是一种高性能的电池，总有电能耗尽的一天。所以解决其永久供电是技术关键。同时发现该水表的腔体内还有设置微型发电机和水轮机的空间，并且通过试验较好地解决了微型发电机和水轮机的联轴问题。 

发明内容

本发明的目的是：针对目前IC卡预付费水表存在的表内电池使用时效有限而影响推广应用的弱点，开发一种依靠水流自发供电的智能型射频卡预付费水表，使表内电池使用年限较长或不用更换，消除供用水双方对使用IC卡预付费智能水表的后顾之忧，从而能实现大面积推广应用。 

本发明解决技术问题的技术方案是：水流自发供电射频卡预付费智能水表是在本申请人已经授权的实用新型《射频卡智能型预收费水表》(专利号：200520046609.9)基础上，增加水流发电装置进行供电。水流自发供电射频卡预付费智能水表，包括由左右基座、罩壳、玻璃窗、表盖玻璃、外罩构成的壳体，若沿着进出水道的轴线进行纵向垂直剖切，该水表壳体内腔可分上、下、左、右四个小仓，其基本形状成“田”字形布局。“田”字的左上仓为射频显示和执行仓，内置射频控制和执行装置：包括充电电池、液晶显示屏、非接触射 频感应器、数据处理装置、执行电动机、减速机构及扭转输出轴；右上仓为字轮计数仓，由设置在右下仓的水表机芯带动字轮旋转计数，其计数值与液晶显示屏的显示值同步；左下仓为出水道，其空间内设球阀与水轮机，在左上仓靠近左下仓水轮机上面的空腔内设置发电机；右下仓为进水道，设有带动字轮运行的水表机芯。整台水表的上下仓之间设密封隔水层板，水表其实只有下面两个小仓通水，上面两个小仓保持绝对干燥，所以该水表亦称为“干式”水表。 

所述发电装置包括微型水轮机和发电机，所述水轮机轴的下端垂直容置在左基座下侧的轴座内，水轮机轴的上端部连接一个磁性圆盘状联盘器，容置于水轮机与发电机之间所设的隔水板下平面的轴座内。所述发电机定子嵌设在左基座上部右侧的空腔内，在定子中间设转子，所述发电机转子轴的下端亦连接一个磁性圆盘状联盘器，容置于隔水板上平面的轴座内，从而使水轮机轴与发电机轴通过磁性联轴器连接成同轴。 

为了提高水表基座的加工精度和节约材料，将表基座分成左基座与右基座分开制作，然后通过两者之间设置的相互嵌接的环状凸台进行对接，并在对接处设有密封圈进行密封。 

所述控制水道通断的球阀由设在左上仓的电动机通过减速机构推动扭转输出轴带动阀杆实施启闭，而减速机构由数据处理装置的输出信号，控制电动机运转带动；在阀杆与隔水层板的轴孔之间设有精密的密封套、在球阀球头与左基座之间设有耐磨密封环。 

所述发电机定子绕组的引出线即电源线与整流线路板电连接、所述整流线路板上还设有具贮电功能的电容器，并与充电电池的两极电连接，所述充电电池的输出线与非接触射频感应器、数据处理装置、电动机电连接。 

所述右下仓为进水道，内设水表机芯，水表机芯的转动轴上端设有磁性联轴器，与设在右上仓的计数器转轴下端所设的磁性联轴器联接。 

本发明在水表出水道的空腔内设置微型水轮机，利用自来水通水时产生的动能推动微型水轮机转动，水轮机轴通过磁性联轴器带动微型发电机发电，并随时向充电电池进行充电及电容器贮电，供应射频感应器、数据处理装置、液晶显示屏及电动机用电，因此可以达到电池长期不用调换的目的。并且由于采用磁性联轴器，水表上下层完全隔离，可保持发电机绝对干燥。

附图说明

图1是本发明的内部结构示意图； 

图中各部名称及标记：1.非接触射频感应器、2.数据处理装置、3.液晶显示屏、4.玻璃窗、5.减速机构、6.充电电池、7.整流线路板、8.电源线、9.表盖玻璃、10.字轮计数器、11.外罩、12.右基座、13.水表机芯、14.环状凸台、15.密封圈、16.发电机转子、17.磁性联轴器、18.水轮机、19.发电机定子、20.球阀、21.耐磨密封环、22.左基座、23.隔水层板、24.阀杆、25.输出齿轮、26.电动机、27.扭转输出轴、28.罩壳。 

具体实施方式

实施例：如图1所示，本发明水流自发供电射频卡预付费智能水表，包括由左右基座22/12、罩壳28、玻璃窗4、表盖玻璃9、外罩11构成的壳体，壳体内腔可分上、下、左、右四个小仓，形成“田”字形布局。在“田”字的左上仓，设置射频控制装置：包括充电电池6、液晶显示屏3、非接触射频感应器1和数据处理装置2；右上仓内设置计数字轮10，其计数值与液晶显示屏3的显示值同步；在左下仓出水道空间内设球阀20与水轮机18，在左上仓靠近下面水轮机18的空间设有发电机，发电机由嵌设在左基座上部的发电机定子19与发电机转子16构成。右下仓进水道设水表机芯13。整台水表的上下仓之间设隔水层板23隔离密封，因此自来水只在下面两个小仓流通，上面两个小仓绝对保持干燥，所以该水表亦称为“干式”水表。发电机由水轮机18带动发电，由发电机定子19、发电机转子16构成。水轮机18轴下端垂直容置在左基座下侧的轴座内，轴的上端部连接一个圆盘状磁性联轴器17，容置于水轮机18与发电机之间所设的隔水板下平面的轴座内。发电机定子19嵌设在左基座22上部右侧的空腔内，在发电机定子19中间设发电机转子16，转子轴的下端连接一个圆盘状磁性联轴器17，容置于隔水板上平面的轴座内，从而使水轮机18轴与发电机轴通过磁性联轴器17连接成同轴。另外，为了提高水表基座的加工 精度和节约原材料，加工时有意将左基座22与右基座12分开制作，然后通过两者之间预先设置的相互嵌接的环状凸台14进行对接，并在对接处设有密封圈15进行密封。控制水道通断的球阀20由设在左上仓的电动机26通过减速机构5带动扭转输出轴27推动阀杆24实施启闭，而减速机构5由数据处理装置2的输出信号，控制电动机26运转带动。在阀杆24与隔水层板23的轴孔之间设有精密的密封套、在球阀20球头与左基座22之间设有耐磨密封环21。发电机定子19绕组的引出线即电源线8与整流线路板7电连接、整流线路板7与充电电池6的两极电连接，充电电池6的输出线与非接触射频感应器1、数据处理装置2、电动机26电连接。右下仓为进水道，内设水表机芯13，水表机芯13的转动轴上端设有磁性联轴器，与设在右上仓的计数器转轴下端所设的磁性联轴器联接。 

本水表在使用时，将进出水道的两端口与供水管道的上下游接口进行连接。把贮有水费的射频卡对非接触射频感应器外的玻璃窗，非接触射频感应器自动接收IC射频卡上的已购买的水量存贮信息。当用户打开水龙头用水时，水表机芯驱动计数字轮进行机械计数。同时，数据处理装置2也实时采集流量信号，并在预购的水量中扣除已用的水量。当水费扣除至一定值时，数据处理装置2发出关闭阀门及警告提示信息，启动电动机26并通过减速机构5减速后带动扭转输出轴慢慢推动阀杆24，球阀20即慢慢关闭。与此同时，水表的液晶显示屏3上会显示需要购水的信号。但此时须将射频卡靠定射频玻璃窗4，水表的球阀20又会慢慢打开，用户可继续用水，直至预付的水费全部用完，水表的通水通道即被球阀20完全关闭。 

当用户打开下游水龙头用水时，水轮机18便会在水流的推动下不停地旋转，通过磁性联轴器17带动发电机转子16进行发电，并向充电电池6充电，一部分电能还被贮存在电容器内，使水表的电动机26和信息系统有用不完的电能，这样水表就不用更换电池而可长期使用，所以本发明必将彻底打消供水部门与消费者用户的共同担忧。 

Claims (6)

1.水流自发供电射频卡预付费智能水表，由左右基座(22/12)、罩壳(28)、玻璃窗(4)、表盖玻璃(9)、外罩(11)构成的壳体与内置机构组成，内可分左上、左下、右上、右下四个小仓，形成“田”字形布局，其特征是所述左上仓为射频显示和执行仓，内置射频控制装置：包括充电电池(6)、液晶显示屏(3)、非接触射频感应器(1)、数据处理装置(2)、执行电动机(26)及减速机构(5)；所述右上仓为字轮计数仓，由设置在右下仓的水表机芯(13)带动字轮计数器(10)计数，其计数值与液晶显示屏(3)的显示值同步；所述左下仓为出水道，空间内设控制阀球阀(20)与微型水轮机(18)，在左上仓靠近左下仓水轮机(18)上面的空间设有微型发电机，所述右下仓为进水道，设水表机芯(13)，水表的上下仓之间设密封隔水层板(23)。

2.如权利要求1所述的水流自发供电射频卡预付费智能水表，其特征是：所述基座分成左基座(22)与右基座(12)，且通过两者之间设置的相互嵌接的环状凸台(14)进行对接，在对接处设有密封圈(15)进行密封。

3.如权利要求1所述的水流自发供电射频卡预付费智能水表，其特征是：所述控制水道通断的球阀(20)由设在左上仓的微型电动机(26)通过减速机构(5)带动输出齿轮(25)推动阀杆(24)实施启闭，所述减速机构(5)由数据处理装置(2)的输出信号控制微型电动机(26)运转带动。而阀杆(24)与隔水层板(23)的轴孔之间设有精密密封套、在球阀(20)球头与左基座(22)之间设有耐磨密封环(21)。

4.如权利要求1所述的水流自发供电射频卡预付费智能水表，其特征是：所述发电机转子(16)由联成同轴的水轮机(18)带动，水轮机(18)轴下端垂直容置在左基座(22)下侧的轴座内，水轮机(18)轴的上端部连接一个圆盘状磁性联轴器(17)，容置于水轮机(18)与发电机之间所设隔水板下平面的轴座内，所述发电机定子(19)嵌设在左基座(22)上部右侧的空腔内，在发电机定子(19)中间设发电机转子(16)，转子轴的下端亦连接一个圆盘状磁性联盘器(17)，容置于隔水板上平面的轴座内，使水轮机(18)轴与发电机轴通过磁性联轴器(17)连接成同轴。

5.如权利要求1所述的水流自发供电射频卡预付费智能水表，其特征是：所述发电机定子(19)绕组的引出线即电源线(8)与整流线路板(7)电连接、整流线路板(7)与充电电池(6)的两极及贮能电容电连接，所述充电电池(6)的输出线与非接触射频感应器(1)、数据处理装置(2)、电动机(26)电连接。

6.如权利要求1所述的水流自发供电射频卡预付费智能水表，其特征是：所述右下仓为进水道，内设水表机芯(13)，水表机芯(13)的转轴上端也设有磁性联轴器，与设在右上仓的字轮计数器(10)转轴下端的磁性联轴器同轴联接。