CN106761944B - 一种锥形转子及管道发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电机技术领域，提供了一种锥形转子及管道发电机。该锥形转子包括转子本体，转子本体包括等径段和锥形段。等径段包括相对的第一端和第二端，锥形段包括第三端和第四端，第三端与第二端连接，并且锥形段的直径由第三端向第四端逐渐减小。锥形段的外壁设置有至少两个导流槽。导流槽由锥形段的外壁向内凹陷，导流槽具有底面以及与底面相连的受力面，受力面与转子本体的轴心线相交并且夹角为锐角或者钝角。该锥形转子能够大大节约了运行成本。该管道发电机，包括该锥形转子和套设于锥形转子的管道本体。管道本体具有套设于第四端的进料口，第四端与进料口的形状相同。该管道发电机适用于微电压和小流体发电。

Description

一种锥形转子及管道发电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种锥形转子及管道发电机。

背景技术

实心转子因为其重量大，需要提供较大的原动力才能实现其转动发电，这样一来就需要消耗大量的原始能量，只能在一定的启动能量下才能产生作用，在微流量和小流量的状态下不能启动，所以适用范围受限，且其造价高、成本消耗大、产电效率低，包括运输，安装，维修等在内的运行成本和效率都会受到严重的影响，相比于实心转子，空心转子的重量得以减轻，避免了以上问题。

然而，尽管相对于实心转子，通常的空心转子的重量得以减轻，改善了需要较大的原动力才能实现其转动发电的情况，但是在微小流量的工况下，流体从空心转子的空隙中流过，在没有达到足够推动转子的流量下，转子不能运转，因而也不能达到发电的目的，且其造价和成本消耗依然不低，运行成本和效率仍然高居不下，尤其无法解决在微流量和初始流量的状况下的发电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锥形转子，该锥形转子能够在只有流体介质且无需其他设备的情况下自行旋转，大大节约了运行成本。

本发明的另一目的在于提供一种管道发电机，该管道发电机适用于微压力和初始流量发电，特别是能够在一旦有流量通过时，就能开启锥形转子，开始发电。

本发明是这样实现的：

一种锥形转子，包括转子本体，转子本体包括等径段和锥形段，等径段包括相对的第一端和第二端，锥形段包括第三端和第四端，第三端与第二端连接，并且锥形段的直径由第三端向第四端逐渐减小，锥形段的外壁设置有至少两个导流槽，导流槽由锥形段的外壁向内凹陷，导流槽具有底面以及与底面相连的受力面，受力面与转子本体的轴心线相交并且夹角为锐角或者钝角。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，导流槽为条形槽，导流槽的长度方向的一端相对于另一端沿转子本体的周向偏移，受力面由导流槽的长度方向的一端向另一端延伸。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，受力面与转子本体的轴心线的夹角为20-60°。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，受力面与转子本体的轴心线的夹角为120-160°。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，锥形转子具有由侧壁围合而成的空腔，第一端和/或第四端密封，导流槽的开口位于锥形段的侧壁的外表面，导流槽的底面靠近位于锥形段的侧壁的内表面。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，底面与位于锥形段的侧壁平行，受力面与底面呈钝角。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，导流槽的长度方向的相对两端分别靠近第四端和第三端。

一种管道发电机，包括上述锥形转子和套设于锥形转子的管道本体，管道本体具有套设于第四端的进料口，第四端与进料口的形状相同。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，第四端的直径与进料口的直径相同。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，还包括转轴和叶轮，转轴的相对两端分别与叶轮和第一端远离锥形转子的一侧连接。

本发明的有益效果是：

本发明提供的锥形转子本体，包括转子本体，转子本体包括等径段和锥形段。等径段的设计用于在其相应位置设置定子，锥形段用于带动转子本体旋转。等径段包括相对的第一端和第二端，锥形段包括第三端和第四端，第三端与第二端连接，并且锥形段的直径由第三端向第四端逐渐减小。相对于等径段，锥形段的设计大大减轻了转子本体的质量。锥形段的外壁设置有至少两个导流槽。导流槽的设计用于流体介质通过时可带动转子本体旋转。导流槽由锥形段的外壁向内凹陷。导流槽设置在锥形段上是流体力学上进行考虑，更有利于带动转子本体旋转。导流槽具有底面以及与底面相连的受力面，受力面与转子本体的轴心线相交并且夹角为锐角或者钝角。受力面的设置有利于进一步提高导流槽带动转子本体旋转的转速。该锥形转子通过以上设计，能够在只有流体介质且无需其他设备的情况下自行旋转，大大节约了运行成本。

本发明提供的管道发电机本，包括本发明提供的锥形转子和套设于锥形转子的管道本体，管道本体具有套设于第四端的进料口，第四端与进料口的形状相同。进料口的设计用于流体介质进入管道发电机内，第四端与进料口形状的设计有利于对管道发电机本的开启和关闭做进一步设计。该管道发电机因具有本发明提供的锥形转子而能够适用于微电压和小流体发电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的锥形转子的立体图；

图2是本发明实施方式提供的锥形转子的爆炸图；

图3是本发明实施方式提供的管道发电机与外管连接的立体图；

图4是本发明实施方式提供的管道发电机的剖视图。

图标：100-锥形转子；110-支撑架；120-磁性件；180-转子本体；112-侧壁；111-空腔；113-外壁；114-减重孔；130-等径段；140-锥形段；131-第一端；132-第二端；142-第三端；141-第四端；150-密封盖；151-通风孔；160-导流槽；161-底面；162-受力面；163-连接面；210-管道本体；212-进料口；151-通风孔；150-密封盖；214-上端；216-下端；300-外管；400-叶轮；500-转轴。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1，请参阅图1至图4所示，

请参阅图1，如图所示，锥形转子100包括转子本体180。

需要说明的是，在本实施例中，转子本体180可以为实心结构，也可以为空心结构，考虑到减轻转子重量，优选地，转子本体180为空心结构。在本实施例中，具有空心结构的转子本体180包括整体空心结构和分体空心结构，优选地，考虑到最大程度减轻转子本体180的重量，为分体空心结构。

请参阅图2，在本实施例中，转子本体180包括支撑架110和磁性件120。支撑架110用于支撑固定磁性件120。

支撑架110的形状不做具体限制，在本实施例中，支撑架110的形状与转子本体180的形状相同。磁性件120的形状不做具体限制，在本实施例中，磁性件120与支撑架110的形状相同且套设于支撑架110。支撑架110和磁性件120的厚度均不做具体限定，具体根据发电机整体所需磁场磁力强度和曲线值进行设计。

需要说明的是，在本实施例中，支撑架110的制作材料不做具体限制，包括铝合金、钛合金、塑料等轻质材料，或者是能增强磁感应的材料。相比于普通空心转子整体采用的磁性材料而言，锥形转子100的质量得到了大大地减轻。磁性件120的制作材料为磁性材料或是其它材料合成。磁性件120的选材不做具体限制，包括弹性磁性橡胶材料、以及永久性磁性材料等。在支撑架110上，设置磁性件120的方式不做具体限制，如果是具有柔性的磁性材料，可以套设在支撑架110上；如果是硬质磁性材料，可以采用铆接、粘结、镶嵌等方式固定，也可以采用诸如螺栓等方式与支撑架110可拆卸连接。

为了进一步减轻转子本体180的重量，优选地，在支撑架110上开设有减重孔114。

请参阅图1，锥形转子100具有相互连接的等径段130和锥形段140。等径段130包括相对设置的第一端131和第二端132，锥形段140包括相对设置的第三端142和第四端141，且第三端142与第二端132连接。在本实施例中，作为优选，第三端142的直径与第二端132的直径相同。锥形段140的直径由第三端142向第四端141逐渐减小。

在本实施例中，为了进一步减轻转子本体180的质量，第一端131和/或第四端141中至少有一端密封。作为优选，为第四端141密封。相应地，第一端131与外界连通。连通方式不做具体限制，在本实施例中，优选地，在第一端131和第四端141中至多有一端连接有密封盖150，在密封盖150上开设有通风孔151。

在本实施例中，在锥形段140上的外壁113上设置有至少两个导流槽160，优选地，在本实施例中，导流槽160具体设置在磁性件120上。导流槽160根据流体介质的力学原理进行设计，当流体介质进入导流槽160时，能够快速带动锥形转子100进行转动，可以仅仅只依靠流体介质本身的作用力而不再需要外加的诸如叶轮400等辅助设备产生带动锥形转子100旋转的力，大大减少了成本的投入。

在本实施例中，导流槽160的设置方向不作具体限制，优选地，导流槽160由锥形段140的外壁113向内凹陷设置。导流槽160的开口(图中未标注)位置不做具体限制，优选地，导流槽160的开口位于锥形段140的侧壁112的外表面(图中未标注)。

请参阅图1和图2，导流槽160具有底面161以及与底面161相连的受力面162。为了便于理解，图1中还标示了与底面161相连的连接面163，受力面162与连接面163相对设置。需要说明的是，转子本体180具有由侧壁112围合而成的空腔111。考虑到导流槽160与空腔111一但连通，流体介质会直接从空腔111中流出，起不到相应的旋转效果，因此，在本实施例中，作为优选，导流槽160的底面161靠近位于锥形段140的侧壁112的内表面(图未示)。

在本实施例中，导流槽160的形状和数量不做具体限制，包括楔型、斜型、旋梯型以及流线型等，在本实施例中，考虑到制作工艺简单易行，导流槽160为条形槽。考虑到设计的合理性，且保证受力面162能够较大程度地受力，作为优选，导流槽160的长度方向的一端相对于另一端沿转子本体180的周向偏移，受力面162由导流槽160的长度方向的一端向另一端延伸。导流槽160的长度越长，流体介质与其接触面越大，从而导流槽160对转子本体180的作用越大。在流体介质流量较小的情况下，导流槽160的长度方向的相对两端可以与第四端141和/第三端142连通，在本实施例中，考虑到无论流体介质的流量大还是小，均能使锥形转子100达到理想的旋转效果，优选地，导流槽160的长度方向的相对两端分别靠近第四端141和第三端142，且导流槽160不与第四端141和第三端142的端口处连通。这样优选的设计，有利于锥形转子100被流体介质顶起后再产生旋转，以减小对自身的磨损。

在本实施例中，请参阅图1，为了使转子本体180在导流槽160的带动下能够实现旋转，优选地，导流槽160的受力面162与转子本体180的轴心线相交且呈锐角或是钝角。相交的夹角角度不做具体限制，优选地，在受力面162与转子本体180的轴心线的夹角为20-60°或是120-160°时，在其他条件相同的情况下能够取得最佳的旋转效果。

在本实施例中，为了进一步提高流体介质对底面161的作用和受力面162的受力，以便更好地带动转子本体180转动，优选地，底面161与位于锥形段140的侧壁112平行设置，且受力面162与底面161呈钝角。

请参阅图3，本实施例还提供了一种管道发电机，包括锥形转子100和套设于锥形转子100的管道本体210。管道本体210的形状不做具体限制，包括与锥形转子100相同的形状，且略大于锥形转子100，也包括其它各种形状，优选地，在本实施例中，管道本体210的为圆筒型。请参阅图3和图4，管道本体210具有套设于第四端141的进料口212。需要说明的是，为了进一步设计管道发电机的开启和关闭，第四端141与进料口212的形状相同。在本实施例中，优选地，考虑到操作的便利性，第四端141的直径与进料口212的直径相同。

管道发电机包括以下三种情况，在本实施例中，优选为第一种。

第一种：第四端141完全密封，第一端131连接有开设有通风孔151的密封盖150，锥形段140的外壁113开设有两个导流槽160，两个导流槽160可连通或不连通，优选地，为了达到更加理想的旋转效果，导流槽160相互不连通，且形状可以不同或是相同。分为以下两种情况：(1)没有转轴500的情况：这时管道发电机适用于竖直安装。管道本体210的相对应的上端214和下端216分别与外管300连接。连接的方式不做具体限制，包括丝口连接、螺栓连接、卡扣连接、粘接、以及焊接等。流体介质从外管300进入管道发电机的下端216，锥形转子100的第四端141在流体介质的推动力下被顶起，管道发电机开启，流体介质进入管道本体210与锥形转子100之间的间隙中，此时，流体介质进入导流槽160，带动锥形转子100开始转动，当停止流体介质的通入时，锥形转子100在自身重力的作用下恢复原位，管道发电机关闭。(2)有转轴500的情况：这时管道发电机可适用于竖直和水平安装：竖直安装的原理与(1)相同，另外在第一端131连接有叶轮400，叶轮400通过转轴500连接于第一端131远离锥形转子100的一侧。这时，当大量的流体介质从上端214流出，带动叶轮400旋转，叶轮400能够对锥形转子100的旋转起到加速的作用。水平安装的原理与竖直安装的原理相似，除上述设置之外，在管道本体210与锥形转子100之间设置回复原件(图未示)，该回复原件能够提供弹力或磁力推动，当流体介质进入管道本体210时，需要克服回复原件提供的弹力或是磁力后，顶起锥形转子100；在停止通入流体介质时，锥形转子100在重力、弹力拉力或是磁力的作用下能够在管道本体210中回复原位，以上的各种回复力不作具体规定，规据管道内压力设定，考虑可调节结构设计。

需要说明的是，在管道发电机上可集成用于测量流体介质流量的流量计和启闭的电磁阀(图未示)。

第二种：第一端131完全密封，第四端141连接有开设有通风孔151的密封盖150，锥形段140的外壁113开设有两个导流槽160，两个导流槽160可连通或不连通，优选地，为了达到更加理想的旋转效果，导流槽160相互不连通，且形状可以不同或是相同。分为以下两种情况：(1)没有转轴500的情况：这时管道发电机适用于竖直安装。管道本体210的相对应的上端214和下端216分别与外管300连接。连接的方式不做具体限制。流体介质从外管300进入且通过通风孔151，当流体介质从锥形转子100内到达第一端131时，由于第一端131被密封，锥形转子100在流体介质的推动力下被顶起，管道发电机开启，这时，流体介质进入到管道本体210与锥形转子100之间的间隙中，部分间隙中的流体介质进入导流槽160，带动锥形转子100开始转动，当停止通入流体介质时，锥形转子100在自身重力或推力的作用下恢复原位，管道发电机关闭。(2)有转轴500的情况：这时管道发电机可适用于竖直和水平安装：竖直安装的原理与(1)相同，另外在第一端131连接有叶轮400，叶轮400通过转轴500连接于第一端131远离锥形转子100的一侧。这时，当大量的流体介质从上端214流出，带动叶轮400旋转，叶轮400能够对锥形转子100的旋转起到加速的作用。水平安装的原理与竖直安装的原理相似，除上述设置之外，在管道本体210与锥形转子100之间设置回复原件(图未示)，该回复原件能够提供弹力或磁力，当流体介质进入管道本体210或是锥形转子100时，需要克服回复原件提供的弹力或是磁力后，顶起锥形转子100；在停止通入流体介质时，锥形转子100在弹力拉力或是磁力的作用下能够在管道本体210中回复原位。

第三种：第一端131和第四端141都完全密封，锥形段140的外壁113开设有两个导流槽160，两个导流槽160可连通或不连通，优选地，为了达到更加理想的旋转效果，导流槽160相互不连通，且形状可以不同或是相同。分为以下两种情况：(1)没有转轴500的情况：这时管道发电机适用于竖直安装。管道本体210的相对应的上端214和下端216分别与外管300连接。流体介质从外管300进入管道发电机时，由于第四端141被密封，锥形转子100在流体介质的推动力下被顶起，管道发电机开启，这时，流体介质进入到管道本体210与锥形转子100之间的间隙中，部分间隙中的流体介质进入导流槽160，带动锥形转子100开始转动，当停止通入流体介质时，锥形转子100在自身重力的作用下恢复原位，管道发电机关闭。(2)有转轴500的情况：这时管道发电机可适用于竖直和水平安装：竖直安装的原理与(1)相同，另外在第一端131连接有叶轮400，叶轮400通过转轴500连接于第一端131远离锥形转子100的一侧。这时，当大量的流体介质从上端214流出，带动叶轮400旋转，叶轮400能够对锥形转子100的旋转起到加速的作用。水平安装的原理与竖直安装的原理相似，除上述设置之外，在管道本体210与锥形转子100之间设置回复原件(图未示)，该回复原件能够提供弹力或磁力，当流体介质进入管道本体210或是锥形转子100时，需要克服回复原件提供的弹力或是磁力后，顶起锥形转子100；在停止通入流体介质时，锥形转子100在弹力拉力或是磁力的作用下能够在管道本体210中回复原位。

综上所述，本实施例提供的锥形转子100具有质量轻便，只需有流体介质通过且无需再借助其他设备的条件下自行旋转，从而产生信号，可在最小流量时实现发电，无流量时关闭，大大节约了生产和运行成本，因此锥形转子100是实现微压小流量发电的最佳设计；本实施例提供的管道发电机因安装有本实施例提供的锥形转子100，适用于微压力和微流量发电，并且可安装可流量计和电磁阀，以实现流量计量和远程控制开、关阀，因此可同时集发电、电磁阀、流量计的多功能于一体。甚至可与温控件组合成泄漏报警和息火保护系统。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锥形转子，其特征在于，包括转子本体，所述转子本体包括等径段和锥形段，所述等径段包括相对的第一端和第二端，所述锥形段包括第三端和第四端，所述第三端与所述第二端连接，并且所述锥形段的直径由所述第三端向所述第四端逐渐减小，所述锥形段的外壁设置有至少两个导流槽，所述导流槽由所述锥形段的外壁向内凹陷，所述导流槽具有底面以及与所述底面相连的受力面，所述受力面与所述转子本体的轴心线相交并且夹角为锐角或者钝角，导流槽的长度方向的相对两端分别靠近第四端和第三端，且导流槽不与第四端和第三端的端口处连通。

2.根据权利要求1所述的锥形转子，其特征在于，所述导流槽为条形槽，所述导流槽的长度方向的一端相对于另一端沿所述转子本体的周向偏移，所述受力面由所述导流槽的长度方向的一端向另一端延伸。

3.根据权利要求2所述的锥形转子，其特征在于，所述受力面与所述转子本体的轴心线的夹角为20-60°。

4.根据权利要求2所述的锥形转子，其特征在于，所述受力面与所述转子本体的轴心线的夹角为120-160°。

5.根据权利要求2所述的锥形转子，其特征在于，所述锥形转子具有由侧壁围合而成的空腔，所述第一端和/或所述第四端密封，所述导流槽的开口位于所述锥形段的所述侧壁的外表面，所述导流槽的底面靠近位于所述锥形段的所述侧壁的内表面。

6.根据权利要求5所述的锥形转子，其特征在于，所述底面与位于所述锥形段的所述侧壁平行，所述受力面与所述底面呈钝角。

7.一种管道发电机，其特征在于，包括权利要求1所述的锥形转子和套设于所述锥形转子的管道本体，所述管道本体具有套设于所述第四端的进料口，所述第四端与所述进料口的形状相同。

8.根据权利要求7所述的管道发电机，其特征在于，所述第四端的直径与所述进料口的直径相同。

9.根据权利要求8所述的管道发电机，其特征在于，还包括转轴和叶轮，所述转轴的相对两端分别与所述叶轮和所述第一端远离所述锥形转子的一侧连接。