CN106972695A - 腰轮发电机及管道发电装置 - Google Patents

Abstract

一种腰轮发电机及管道发电装置，涉及发电技术领域，该腰轮发电机包括至少一个可转动的腰轮以及至少一个由转子和定子组成的发电组件，腰轮与转子轴线平行或重合，腰轮在外力作用下转动，带动对应的转子转动，转子转动时与对应的定子发生电磁感应产生电流，该腰轮发电机可实现自动发电，且发电效率高。该管道发电装置包括供流体流动的管道和上述腰轮发电机，腰轮设置于管道内，腰轮的轴线与管道的轴线垂直，管道内的流体带动腰轮旋转，使发电机能够在管道内流体的作用下自动发电，发电效率高，可专门为管道各类用电设备和储电设备供电。

Description

腰轮发电机及管道发电装置

技术领域

本发明涉及发电技术领域，具体而言，涉及一种腰轮发电机及管道发电装置。

背景技术

目前，国内各管道压力能量未被利用，特别是输油、输气管道有高中低力管网，有着巨大的能量，有待开发利用，腰轮发电机将利用管道内的流体的压力和流量发电，可为所需用电设备供电，并可用于测量管道流体流量、压力和温度等参数的管道电子仪表，例如监测石油输送管道、天然气输送管道、自来水输送管道仪表(比如流量计、压力传感器、水质监测、泄漏报警设备等)，通常使用无线的工作方式来传送测量数据。由于输送管道通常处于偏远地区而缺少电力的环境，所以电子仪表通常采用线缆通信外接供电或单纯使用电池供电。但这两种办法都有不足的地方：设置线缆需铺设通信和供电两个线路，不仅增加设备费用，而且施工费用高、现场布线不便，维修费用也较高。电池有一定的使用寿命周期，所以每隔一段时间就需要更换新电池，这不但花费电池成本，也需要花费劳力成本频繁更换电池，而且每个管道监测系统中的测量仪表数量通常都很多，这使得电池的使用成本更加高昂。尤其是燃气管道的泄漏报警设备涉及到安全性的重大问题，实现那些暂时无法供电区域内的电子仪表系统自供电或自充电的发电设备显得尤为必要。

解决自供电或自充电的方式首选发电机，发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备。发电机的种类有很多种，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律，一般都是由定子、转子和机座三部分组成。发电机从原理上分为同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发电机；从产生方式上分为汽轮发电机、水轮发电机、柴油发电机、汽油发电机等；从能源上分为火力发电机、水力发电机、风能发电机等。但是普通发电机很难直接应用到管道所处的各种环境中，而且使用普通发电机的成本高，很难直接推广使用。

针对上述问题，需要一种能够在非常情况下给管道上的电子仪表供电或充电的发电设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种腰轮发电机，其实现自动发电，且发电效率高。

本发明的另一目的在于提供一种管道发电装置，其能够在管道内流体的作用下自动发电，发电效率高，可为各类用电设备和储电设备供电。

本发明的实施例是这样实现的：

一种腰轮发电机，其包括至少一个可转动的腰轮，以及至少一个由转子和定子组成的发电组件，腰轮与转子轴线平行或重合，腰轮转动时带动对应的转子转动，转子转动时与对应的定子发生电磁感应。

在本发明较佳的实施例中，上述腰轮与对应的转子通过传动轴连接。

在本发明较佳的实施例中，上述腰轮和对应的转子分别连接有一组磁件，两组磁件同极，且相对设置，一组磁件转动时磁力带动另一组磁件转动，另一组磁件与各类发电机轴联接，从而发电。

在本发明较佳的实施例中，上述腰轮为截面呈8型的空心结构。

在本发明较佳的实施例中，上述腰轮数量为两个，两个腰轮的轴线平行，当一个腰轮转动至截面呈8型时，另一个腰轮转动至截面呈∞型，呈8型的腰轮的凸出部分处于呈∞型的腰轮的凹陷部分。

在本发明较佳的实施例中，上述两个腰轮的同端分别连接有齿轮，两个腰轮上的齿轮啮合连接。

一种管道发电装置，其包括供流体流动的管道和上述的腰轮发电机，腰轮发电机的腰轮设置于管体内，腰轮的轴线与管体的轴线垂直。

在本发明较佳的实施例中，上述转子设置于管道内，定子设置于管道外部。

在本发明较佳的实施例中，上述管道对应转子的位置连通设置有短管，短管的外端密封，转子设置于短管内，定子设置于短管外部。

在本发明较佳的实施例中，上述腰轮的两端分别设置有一个发电组件，腰轮的一端通过传动轴与对应的发电组件的转子连接，腰轮的另一端与对应的发电组件的转子磁力传动。

本发明实施例的有益效果是：本发明实施例的腰轮发电机包括至少一个可转动的腰轮以及至少一个由转子和定子组成的发电组件，腰轮与转子轴线平行或重合，腰轮在外力作用下转动，带动对应的转子转动，转子转动时与对应的定子发生电磁感应产生电流，该腰轮发电机可实现自动发电，且发电效率高。本发明实施例的管道发电装置包括供流体流动的管道和上述腰轮发电机，腰轮设置于管道内，腰轮的轴线与管道的轴线垂直，管道内的流体带动腰轮旋转，使发电机能够在管道内流体的作用下自动发电，发电效率高，可为各类用电设备和储电设备供电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明第一实施例提供的一种腰轮发电机的结构示意图；

图2为图1中的腰轮沿AA线的截面示意图；

图3为本发明第二实施例提供的一种管道发电机的结构示意图；

图4为图3中的腰轮沿BB线的截面示意图；

图5为本发明第三实施例提供的一种管道发电机的结构示意图；

图6为本发明第三实施例提供的一种管道发电机侧面剖视图。

图标：100-腰轮发电机；110-腰轮；111-小腰轮；120-发电组件；121-转子；122-定子；130-传动轴；001-管道发电装置；010-管道；020-固定支架；030-短管；200-腰轮发电机；210-腰轮；220-齿轮；002-管道发电装置；300-腰轮发电机；310-腰轮；320-磁件；330-密封隔层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例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例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种腰轮发电机100，其包括至少一个可转动的腰轮110，以及至少一个由转子121和定子122组成的发电组件120，腰轮110与对应的转子121同轴或平行设置，腰轮110转动时通过传动齿轮、传动带或传动轴130带动对应的转子121转动，转子121转动时与对应的定子122发生电磁感应。本实施例中，腰轮发电机100包括一个腰轮110和一个发电组件120，给发电组件120由一个转子121和一个定子122组成，腰轮110与转子121同轴设置，且通过传动轴130连接，因此，腰轮110可以带动转子121同轴转动，转子121转动时与定子122发生电磁感应产生电流。本实施例中的腰轮发电机100可以安装于内有流体流动的管道内，通过管道内流体流动驱动其发电，也可以安装在流量计内部发电，以给各类管道流量计供电。

腰轮110为条状空心结构，腰轮110可以为两叶腰轮(截面呈8型)、三叶腰轮、四叶腰轮、梅花腰轮(截面呈梅花形)、或多叶腰轮，腰轮110的空腔设计，能够使流体在腰轮110的空腔内外产生压差，从而推动腰轮旋转。参见图2所示，本实施例中的腰轮110为截面呈8型的条状空心结构，这样腰轮110重量轻、且灵敏，在少量流体的带动下，就可以旋转，且灵敏度高。每个腰轮110可以为整条式结构，可以是由至少两个截面相交的小腰轮111同轴连接而成，本实施例中的腰轮110是由两个截面相交的小腰轮111同轴连接而成。

本实施例中，发电组件120的具体结构为：转子121为永磁体，定子122为绕设于转子121外部的线圈，永磁体转动时，线圈切割永磁体周围的磁场，从而产生电流。

腰轮发电机100的工作原理是：腰轮110在外力作用下转动，通过连接轴带动转子121转动，转子121与其外部的定子122之间发生电磁感应，即定子122线圈切割转子121永磁体周围的磁场，从而产生电流。

该腰轮发电机100可以直接安装于管道上使用进行发电，同时也可以与调压、计量、输变电系统以及仪表、智能系统组成集成装置发电。由腰轮发电机100组成的发电系统主要适用于中、高压力的管道发电，能够产生较高的发电量，可为村镇、工业区、分输站、场站、等用电场所供电；也可用于低压管道发电。

第二实施例

请参照图3，本实施例提供一种管道发电装置001，包括供流体流动的管道010和腰轮发电机200，本实施例中的管道010为燃气管道，管道010内的流体为燃气，箭头群所指方向为燃气流动方向。腰轮发电机200包括两个可转动的腰轮210，以及一个由转子121和定子122组成的发电组件120，腰轮发电机200的腰轮210设置于管道010内，腰轮210的轴线与管道010的轴线垂直，管道010中的流体流动时带动腰轮210旋转，腰轮210再通过传动齿轮、传动带和传动轴130带动转子121旋转。本实施例中，两个腰轮210联动，其中一个腰轮210与转子121同轴设置，且该腰轮210通过传动轴130连接转子121。腰轮210联动转动时，通过转动轴带动转子121转动，转子121与定子122发生电磁感应，从而发电。

参见图4所示，本实施例中的腰轮210的具体结构为：腰轮210为截面呈8型的空心结构。当腰轮210的数量多于两个时，腰轮210之间相互平行，且均与管道010的轴向垂直，腰轮210在管道010内的布置方式多样，但优选不要占用太多的管道010空间。本实施例中两个腰轮210的布置方式为：两个腰轮210的轴线平行，当一个腰轮210转动至截面呈8型时，另一个腰轮210转动至截面呈∞型，呈8型的腰轮210的凸出部分处于呈∞型的腰轮210的凹陷部分。两个腰轮210的同端分别连接有齿轮220，两个腰轮210上的齿轮220啮合连接，实现同步转动联动。

本实施例中，发电组件120的具体结构为：转子121设置于管体010内，定子122设置于管体010外部；转子121为永磁体，定子122为绕设于永磁体外部的线圈，定子122线圈可绕设于转子121对应的管道010外部。永磁体转动时，线圈切割永磁体周围的磁场，从而产生电流。由于定子122线圈位于管道010外，是在管道010外产生电流，保证管道010内流体的安全性，而且，定子122线圈位于管道010外，产生的电流无需破坏管道010壁面即可输出，保证管道010的密封性，避免管道010内流体泄露的隐患。

为了方便装设转子121和定子122组成的发电组件120，管道010对应转子121的位置连通设置有短管030，转子121设置于短管030内，短管030的外端密封。转子121与短管030轴线平行或重合，线圈绕设于短管030外圆周。短管030可以扩展管道010的内部空间，以便于装设转子121，而且伸出的短管030也便于绕设线圈形成定子122。本实施例中，短管030可以拆装，便于腰轮发电机200的各部件的维修和更换，短管030外部还可罩设外壳，以包括定子122线圈，接线与定子122线圈连接，并穿出外壳，用以将定子122线圈产生的电流引出。

为了使腰轮210和转子121架设于管道010内，还需要设置固定支架020，固定支架020为圆盘式结构或其他结构，固定支架020设置有使流体通过的流通孔，固定支架020的外圈与短管030的内圆周固定连接，转动轴转动穿过固定支架020，转动轴与固定支架020的贯穿处可以设置轴承，以减小转动阻力。另外，腰轮210远离转子121的一端连接有短轴且短轴伸出管道010外，短轴的另一端与对应的齿轮220连接。

管道发电装置001的工作原理是：管道010内的流体沿其轴向流动，从而带动两个腰轮210转动，两个腰轮210联动，并通过转动轴带动短管030内的转子121转动，短管030外的定子122切割转子121周围的磁场，从而产生电流，电流通过接线引出外壳。

第三实施例

请参照图5，本实施例提供一种管道发电装置002，其包括供流体流动的管道010和腰轮发电机300，本实施例中的管道010为燃气管道010，管道010内的流体为燃气，箭头群所指方向为燃气流动方向。腰轮发电机300包括一个可转动的腰轮310，以及两个由转子121和定子122组成的发电组件120，腰轮发电机300的腰轮310设置于管道010内，腰轮310的轴线与管道010的轴线垂直。管道010中的流体流动时带动腰轮310旋转，腰轮310再通过传动齿轮、传动带和传动轴130等固定传动方式或通过磁力传动方式带动转子121旋转。本实施例中，腰轮310的两端分别设置有一个发电组件120，腰轮310的一端通过传动轴130与对应的发电组件120的转子121连接，即直接连接传动，腰轮310的另一端与对应的发电组件120的转子121间接磁力传动。腰轮310转动时，腰轮310一端通过传动轴130带动该端的转子121转动，该转子121与对应的定子122发生电磁感应发电，腰轮310另一端通过磁力传动带动该端的转子121转动，该转子121与对应的定子122发生电磁感应发电。本实施例采用一个腰轮310同时带动两个发电组件120发电，可大大提高发电的效能。

本实施例中，腰轮310与转子121之间磁力传动的具体结构为：腰轮310和对应的转子121分别连接有一组磁件320(磁圈、磁块或磁片)，两组磁件320同极，且相对设置，两组磁件320之间还设置有密封隔层330，运用磁材料同极相吸的磁力，一组磁件320转动时磁力带动相隔于密封隔层330的另一组磁件320转动，从而带动转子121或各类发电机轴转动，从而发电。

参见图6所示，本实施例中的腰轮310的具体结构为：腰轮310为截面呈梅花型的空心结构。此种腰轮310在流体带动下，就可以旋转，且灵敏度高。每个腰轮310可以为整条式结构，可以是由至少两个截面相交的小腰轮同轴连接而成，本实施例中的腰轮310为整条式结构。

本实施例中，发电组件120的具体结构为：转子121设置于管道010内，定子122设置于管道010外部；转子121为永磁体，定子122为绕设于永磁体外部的线圈，线圈可绕设于转子121对应的管道010外部。永磁体转动时，线圈切割永磁体周围的磁场，从而产生电流。由于定子122线圈位于管道010外，是在管道010外产生电流，保证管道010内流体的安全性，而且，定子122线圈位于管道010外，产生的电流无需破坏管道010壁面即可输出，保证管道010的密封性，避免管道010内流体泄露的隐患。

为了方便装设转子121和定子122组成的发电组件120，管道010两侧对应每个转子121的位置连通设置有短管030，对应的转子121设置于短管030内，短管030的外端密封。转子121与对应的短管030轴线平行或重合，转子121对应的定子122线圈绕设于短管030外圆周，短管030可以扩展管道010的内部空间，以便于装设转子121，而且伸出的短管030也便于绕设线圈形成定子122。本实施例中，短管030可以拆装，便于腰轮发电机300的各部件的维修和更换，短管030外部还可罩设外壳，以保护定子122线圈，接线与定子122线圈连接，并穿出外壳，用以将定子122线圈产生的电流引出。

为了使腰轮310和转子121架设于管道010内，还需要设置至少两个固定支架020，固定支架020为圆盘式结构或其他结构，固定支架020设置有使流体通过的流通孔，每个固定支架020的外圈与对应的一个短管030的内圆周固定连接，转动轴转动穿过该短管030内的固定支架020，转动轴与固定支架020的贯穿处可以设置轴承，以减小转动阻力；转子121与对应磁件320之间的连接件贯穿对应短管030内的固定支架020。

管道发电装置002的工作原理是：管道010内的流体沿其轴向流动，从而带动腰轮310转动，腰轮310一端通过传动轴130带动该端的转子121转动，该转子121与对应的定子122发生电磁感应发电，腰轮310另一端通过磁力传动带动该端的转子121转动，该转子121与对应的定子122发生电磁感应发电，电流通过接线引出外壳。

综上所述，本发明的腰轮发电机可实现自动发电，且发电效率高；本发明的管道发电装置能够在管道内流体的作用下自动发电，发电效率高，可专门为管道各类用电设备和储电设备供电。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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 (10)

1.一种腰轮发电机，其特征在于，其包括至少一个可转动的腰轮，以及至少一个由转子和定子组成的发电组件，所述腰轮与所述转子轴线平行或重合，所述腰轮转动时带动对应的所述转子转动，所述转子转动时与对应的所述定子发生电磁感应。

2.根据权利要求1所述的腰轮发电机，其特征在于，所述腰轮与对应的所述转子通过传动轴连接。

3.根据权利要求1所述的腰轮发电机，其特征在于，所述腰轮和对应的所述转子分别连接有一组磁件，两组所述磁件同极，且相对设置，一组所述磁件转动时磁力带动另一组所述磁件转动。

4.根据权利要求1所述的腰轮发电机，其特征在于，所述腰轮为截面呈8型的空心条状结构。

5.根据权利要求4所述的腰轮发电机，其特征在于，所述腰轮数量为两个，两个所述腰轮的轴线平行，当一个所述腰轮转动至截面呈8型时，另一个所述腰轮转动至截面呈∞型，呈8型的所述腰轮的凸出部分处于呈∞型的所述腰轮的凹陷部分。

6.根据权利要求5所述的腰轮发电机，其特征在于，两个所述腰轮的同端分别连接有齿轮，两个所述腰轮上的所述齿轮啮合连接。

7.一种管道发电装置，其特征在于，其包括供流体流动的管道和如权利要求1所述的腰轮发电机，所述腰轮发电机的所述腰轮设置于所述管道内，所述腰轮的轴线与所述管道的轴线垂直。

8.根据权利要求7所述的管道发电装置，其特征在于，所述转子设置于所述管道内，所述定子设置于所述管道外部。

9.根据权利要求8所述的管道发电装置，其特征在于，所述管道对应所述转子的位置连通设置有短管，所述短管的外端密封，所述转子设置于所述短管内，所述定子设置于所述短管外部。

10.根据权利要求7所述的管道发电装置，其特征在于，所述腰轮的两端分别设置有一个所述发电组件，所述腰轮的一端通过传动轴与对应的发电组件的所述转子连接，所述腰轮的另一端与对应的发电组件的转子磁力传动。