CN106194554A - 高效水流发电装置及水流内发电方法 - Google Patents

高效水流发电装置及水流内发电方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高效水流发电装置及水流内发电方法，属于水力发电装置领域，包括壳体，壳体安装在主轴上，壳体设有扇页，扇页上设有转轴，转轴插入壳体内的旋转动力箱，旋转动力箱通过转轴带动扇页旋转，壳体安装在转轴上，转轴的末端设有角度传感器A，测量壳体的旋转角度，壳体内设有控制装置，角度传感器A的信号输出端将信号输出到控制装置，控制装置根据角度传感器A反馈的角度信号控制旋转动力箱带动扇页旋转，壳体侧面设有动力输出轴，可以广泛的应用于各种流动的水域，且投资成本低。

Description

高效水流发电装置及水流内发电方法
技术领域
本发明涉及一种高效水流发电装置及水流内发电方法，属于水力发电装置领域。
背景技术
随着节能减排逐渐的被重视，风力发电、太阳能发电、地热发电、潮汐发电和水力发电等绿色发电方式正在逐渐代替最为原始的火力发电，其中水力发电的发电效率最高，现有的水力发电需要先建设一座大坝，将大坝内安装水力发电机，使用大坝拦截水，并利用水的落差产生的压力推动水力发电机的叶轮转动，使水力发电机发电。但是该种方式需要受大坝建设的地域限制，无法广泛推广使用，且投资成本太高。
发明内容
本发明提供一种高效水流发电装置及水流内发电方法，可以广泛的应用于各种流动的水域，且投资成本低。
本发明所述的高效水流发电装置，包括壳体，壳体安装在主轴上，壳体设有扇页，扇页上设有转轴，转轴插入壳体内的旋转动力箱，旋转动力箱通过转轴带动扇页旋转，壳体安装在转轴上，转轴的末端设有角度传感器A，测量壳体的旋转角度，壳体内设有控制装置，角度传感器A的信号输出端将信号输出到控制装置，控制装置根据角度传感器A反馈的角度信号控制旋转动力箱带动扇页旋转，壳体侧面设有动力输出轴。
所述的高效水流发电装置，旋转动力箱内设有控制电机和角度传感器B，控制电机的转轴上设有齿轮B，转轴上设有齿轮A，且转轴的末端连接角度传感器B，旋转动力箱内设有控制电机，控制电机通过齿轮B与齿轮A的啮合带动转轴转动，控制电机的电机控制器的信号接收端连接到控制装置的信号输出端，角度传感器B的信号输出端将信号传送给控制装置。
所述的高效水流发电装置，壳体内连接有固定环，固定环通过轴承B安装在主轴上，壳体侧面上设有水封，主轴穿过水封，伸入壳体内。
所述的高效水流发电装置，主轴内空心且内设导线，主轴表面设有电刷，电刷的接点与空心主轴内导线一端连接，导线另一端连接到直流电源，壳体内连接有滑环，电刷与滑环滑动连接。
本发明所述的水流内发电方法，高效水流发电装置的主轴通过固定装置固定在水下，壳体及扇页完全被水覆盖，水需要选用流动的水，主轴上的动力输出轴通过传动装置连接到发电机的转轴，具体方法为：
(1)控制装置记录各个扇页的初始位置，并根据角度传感器A测量的角度变化，记录各个扇页的实际角度；
(2)当有一个扇页水平朝向水流方向时，控制装置向控制电机的电机控制器发送转动命令，转动角度为90度，电机控制器控制控制电机通过啮合的齿轮A和齿轮B使转轴转动，即扇页转动90度，扇页由顺着流水方向变为阻挡流水方向，水流推动阻挡的扇页，使壳体转动；
(3)当扇页旋转90度，到达直立状态时，控制装置通过电机控制器控制控制电机带动转轴转动，使扇页归位；
(4)所有扇页依次经过此过程形成动力循环，使水流推动扇页带动壳体不断转动；
(5)壳体的动力输出轴将动能传递给发电机，使发电机通过动能发电。
所述的水流内发电方法，其特征在于，角度传感器A的“0”刻度对准其中一个扇页，该扇页作为基准扇页，控制装置的控制系统建立虚拟的转角模型，且使基准扇页的初始刻度为“0”刻度，控制装置根据其他扇页与基准扇页的角度差，同时计算其他扇页的角度差转角模型，使其初始位置即为角度差对应的角度，转角模型和角度差转角模型同时根据角度传感器A的数值变化而同步变化；
所述的水流内发电方法，扇页的个数为四个，四个扇页相邻之间间隔九十度，当前一个扇页到达向上的竖直位置时，后一个扇页到达水平朝向水流方向时，两个扇页同时进行旋转。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
本发明所述的高效水流发电装置及水流内发电方法，可以将其完全置于水中，其上设置了四片扇页，四片扇页可通过旋转动力箱的控制扇页旋转，且旋转角度为90度，由不受水流冲击的状态旋转到可完全承受水流冲击的状态，如果将四个扇页放置于平面坐标轴上，则扇页于-x轴处开始旋转至完全承受水流冲击的状态，即由-x轴处开始承受水流冲击，而从y轴处开始反向旋转归位，受水流冲击的区域为(-x，y)区域，使扇页可以获得最大的冲击力，从而将较大的动能进行输出，带动发电机进行发电，如果发电机功率足够大，则旋转动力箱及控制装置消耗的电能占比仅为一小部分，使本身情可以有效的在流动的水中进行发电，不需要建立大坝进行辅助，仅仅需要将主轴在水下进行固定即可，并且在水流越湍急处，其效果越明显，因为在水流湍急处，水流可以通过本申请推动功率更大的发电机进行发电，使电能更好地转化。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明侧视图。
图中：1、齿轮B；2、齿轮A；3、角度传感器A；4、主轴；5、轴承B；6、固定环；7、扇页；8、转轴；9、壳体；10、控制电机；11、旋转动力箱；12、轴承A；13、控制装置；14、动力输出轴；15、角度传感器B；16、水封；17、正极电刷；18、负极电刷；19、滑环。
具体实施方式
下面结合附图对高效水流发电装置做进一步描述：
如图1和图2所示，本发明所述的高效水流发电装置，包括壳体9，壳体9安装在主轴4上，壳体9设有四个扇页7，扇页7上设有转轴8，转轴8插入壳体9内的旋转动力箱11，壳体9内设有四个旋转动力箱11，每个扇页7的转轴8插入一个旋转动力箱11，旋转动力箱11通过转轴8带动扇页7旋转，壳体9安装在转轴8上，转轴8的末端设有角度传感器A3，测量壳体9的旋转角度，壳体9内设有控制装置13，角度传感器A3的信号输出端将信号输出到控制装置13，由控制装置13角度传感器A3测得的数据实时监控扇页7的位置，控制装置13根据角度传感器A3反馈的角度信号控制旋转动力箱11带动扇页7旋转，壳体9侧面设有动力输出轴14，动力输出轴14可以将动能传递给发电机等发电设备，转轴8与壳体9之间设有轴承A12。
所述的高效水流发电装置，旋转动力箱11内设有控制电机10和角度传感器B15，控制电机10的转轴8上设有齿轮B1，转轴8上设有齿轮A2，且转轴8的末端连接角度传感器B15，角度传感器B15向控制装置13反馈扇页7实际的旋转角度，当出现误差后，控制装置13可以根据角度传感器B15反馈的数据进行实时的校对和输出的信号修改，保证扇页7的旋转角度无误差，避免了扇页7转动不到位，使本申请的实际做功效果无法达到预期效果；旋转动力箱11内设有控制电机10，控制电机10通过齿轮B1与齿轮A2的啮合带动转轴8转动，控制电机10的电机控制器的信号接收端连接到控制装置13的信号输出端，角度传感器B15的信号输出端将信号传送给控制装置13。
所述的高效水流发电装置，壳体9内连接有固定环6，固定环6通过轴承B5安装在主轴4上，壳体9侧面上设有水封16，主轴4穿过水封16，伸入壳体9内。水封16可以保证水无法进入壳体9内，可避免壳体9内重量变大，使其驱动的难度增大，避免了降低本申请的发电效率问题。
所述的高效水流发电装置，主轴4内空心且内设导线，主轴4表面设有电刷，电刷包括正极电刷17和负极电刷18，电刷的接点与空心主轴4内导线一端连接，导线另一端连接到直流电源，壳体9内连接有滑环19，电刷与滑环19滑动连接。通过主轴4向壳体9内供电，利用电刷与滑环19的滑动接触技术，使控制电机10和控制装置13均可以获得电能。
所述的高效水流发电装置，主轴4的竖直部分安装在电动旋转装置上，电动旋转装置设有水流角度传感器A3，控制装置13根据水流角度传感器A3控制电动旋转装置转动，水流角度传感器A3的测量端设有导向片，导向片有水流推动到与水流相同方向，使水流角度传感器A3可以检测水流方向并传送给控制装置13，控制装置13通过电动旋转装置将主轴4旋转到面对水流方向，使水流对叶片的冲击力可以达到最大。
下面结合附图对水流内发电方法做进一步描述：
本发明所述的水流内发电方法，高效水流发电装置的主轴4通过固定装置固定在水下，壳体9及扇页7完全被水覆盖，水需要选用流动的水，主轴4上的动力输出轴14通过传动装置连接到发电机的转轴8，具体方法为：
(1)控制装置13记录各个扇页7的初始位置，并根据角度传感器A3测量的角度变化，记录各个扇页7的实际角度；
(2)当有一个扇页7水平朝向水流方向时，控制装置13向控制电机10的电机控制器发送转动命令，转动角度为90度，电机控制器控制控制电机10通过啮合的齿轮A2和齿轮B1使转轴8转动，即扇页7转动90度，扇页7由顺着流水方向变为阻挡流水方向，水流推动阻挡的扇页7，使壳体9转动；
(3)当扇页7旋转90度，到达直立状态时，控制装置13通过电机控制器控制控制电机10带动转轴8转动，使扇页7归位；
(4)所有扇页7依次经过此过程形成动力循环，使水流推动扇页7带动壳体9不断转动；
(5)壳体9的动力输出轴14将动能传递给发电机，使发电机通过动能发电。
所述的水流内发电方法，角度传感器A3的“0”刻度对准其中一个扇页7，该扇页7作为基准扇页7，控制装置13的控制系统建立虚拟的转角模型，且使基准扇页7的初始刻度为“0”刻度，控制装置13根据其他扇页7与基准扇页7的角度差，同时计算其他扇页7的角度差转角模型，使其初始位置即为角度差对应的角度，转角模型和角度差转角模型同时根据角度传感器A3的数值变化而同步变化；
所述的水流内发电方法，扇页7的个数为四个，四个扇页7相邻之间间隔九十度，当前一个扇页7到达向上的竖直位置时，后一个扇页7到达水平朝向水流方向时，两个扇页7同时进行旋转。

Claims (7)

1.一种高效水流发电装置，包括壳体(9)，壳体(9)安装在主轴(4)上，其特征在于，壳体(9)设有扇页(7)，扇页(7)上设有转轴(8)，转轴(8)插入壳体(9)内的旋转动力箱(11)，旋转动力箱(11)通过转轴(8)带动扇页(7)旋转，壳体(9)安装在转轴(8)上，转轴(8)的末端设有角度传感器A(3)，测量壳体(9)的旋转角度，壳体(9)内设有控制装置(13)，角度传感器A(3)的信号输出端将信号输出到控制装置(13)，控制装置(13)根据角度传感器A(3)反馈的角度信号控制旋转动力箱(11)带动扇页(7)旋转，壳体(9)侧面设有动力输出轴(14)。
2.根据权利要求1所述的高效水流发电装置，其特征在于，旋转动力箱(11)内设有控制电机(10)和角度传感器B(15)，控制电机(10)的转轴(8)上设有齿轮B(1)，转轴(8)上设有齿轮A(2)，且转轴(8)的末端连接角度传感器B(15)，旋转动力箱(11)内设有控制电机(10)，控制电机(10)通过齿轮B(1)与齿轮A(2)的啮合带动转轴(8)转动，控制电机(10)的电机控制器的信号接收端连接到控制装置(13)的信号输出端，角度传感器B(15)的信号输出端将信号传送给控制装置(13)。
3.根据权利要求1所述的高效水流发电装置，其特征在于，壳体(9)内连接有固定环(6)，固定环(6)通过轴承B(5)安装在主轴(4)上，壳体(9)侧面上设有水封(16)，主轴(4)穿过水封(16)，伸入壳体(9)内，壳体(9)内连接有滑环(19)，电刷与滑环(19)滑动连接。
4.根据权利要求1所述的高效水流发电装置，其特征在于，主轴(4)内空心且内设导线，主轴(4)表面设有电刷，电刷的接点与空心主轴(4)内导线一端连接，导线另一端连接到直流电源。
5.一种应用于权利要求1-4任一所述的高效水流发电装置的水流内发电方法，其特征在于，高效水流发电装置的主轴(4)通过固定装置固定在水下，壳体(9)及扇页(7)完全被水覆盖，水需要选用流动的水，主轴(4)上的动力输出轴(14)通过传动装置连接到发电机的转轴(8)，具体方法为：
(1)控制装置(13)记录各个扇页(7)的初始位置，并根据角度传感器A(3)测量的角度变化，记录各个扇页(7)的实际角度；
(2)当有一个扇页(7)水平朝向水流方向时，控制装置(13)向控制电机(10)的电机控制器发送转动命令，转动角度为90度，电机控制器控制控制电机(10)通过啮合的齿轮A(2)和齿轮B(1)使转轴(8)转动，即扇页(7)转动90度，扇页(7)由顺着流水方向变为阻挡流水方向，水流推动阻挡的扇页(7)，使壳体(9)转动；
(3)当扇页(7)旋转90度，到达直立状态时，控制装置(13)通过电机控制器控制控制电机(10)带动转轴(8)转动，使扇页(7)归位；
(4)所有扇页(7)依次经过此过程形成动力循环，使水流推动扇页(7)带动壳体(9)不断转动；
(5)壳体(9)的动力输出轴(14)将动能传递给发电机，使发电机通过动能发电。
6.根据权利要求5所述的水流内发电方法，其特征在于，角度传感器A(3)的“0”刻度对准其中一个扇页(7)，该扇页(7)作为基准扇页(7)，控制装置(13)的控制系统建立虚拟的转角模型，且使基准扇页(7)的初始刻度为“0”刻度，控制装置(13)根据其他扇页(7)与基准扇页(7)的角度差，同时计算其他扇页(7)的角度差转角模型，使其初始位置即为角度差对应的角度，转角模型和角度差转角模型同时根据角度传感器A(3)的数值变化而同步变化。
7.根据权利要求5或6所述的水流内发电方法，其特征在于，扇页(7)的个数为四个，四个扇页(7)相邻之间间隔九十度，当前一个扇页(7)到达向上的竖直位置时，后一个扇页(7)到达水平朝向水流方向时，两个扇页(7)同时进行旋转。
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