CN108054875B - 一种水力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水力发电装置，包括磁传动的转子组件及定子组件，转子组件包括环状转动架及磁传动轮，环状转动架外周叶轮，内周设置主动磁铁组；磁传动轮外周设置有传动磁铁组，磁通过主动磁铁组的旋转带动磁传动轮的旋转；磁传动轮传动连接有磁性转子轮，磁性转子轮与定子组件感应配合；通过位置调节机构的动作，调节传动磁铁组与主动磁铁组之间的间距。该设计通过磁力传动代替现有技术中的机械连接，有效降低设备的磨损以及油脂使用；设置位置调节机构，针对水速的变化适应性的对转速进行调节，令转速与发电机的工作频率吻合，不必通过大坝的蓄水以及定时定量的排水保证发电机的转速稳定，代替大坝的作用，令水利发电不必依托大坝建设。

Description

一种水力发电装置

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，更具体地说，涉及一种水力发电装置。

背景技术

随着我国经济的快速发展，能源结构的不断调整，在生活中人们对能源的需求不断增加。根据有关数据显示，我国水力资源理论蕴藏量丰富。普遍的水力发电方式是将水流的势能进行蓄积，然后通过水力发电机组转化为电能。因此要求水电站需要建设可以蓄积水能的水坝，从而对水能加以利用。虽然该种方式可以最大化的利用水能，但是水坝的修建对水电站所在的地区的气候和环境有着较大的影响。其问题主要表现在以下几个方面：

水电站是利用拦河筑坝的方式来进行水能开发，这就需要建设相适应的大坝。所以，在开发的河道中，原先需要返回上游产卵和繁殖的鱼类无法正常返回上游，导致部分鱼类生存受到威胁。水流因大坝的修建而被阻断，这导致了大坝上游水位上升，下游水位下降。水库的庞大蓄水量导致地震和山体滑坡隐患增加。

水电站下游部分河道水位严重下降，河流周边人们生活用水减少。此外，上游因水流大量蓄积，水位上升，在修建时沿河周边的大量土地被淹没，土地资源被浪费。上游水量的蓄积，造成上游河道中水流增多，大坝以下水流侵蚀加剧，破坏了水资源的分布，沿河生存的人们土地被软化，加之河道受到的压力增大，所以，生存地区的部分地质受影响而下陷大坝修建过程中使用的爆破修建等技术对原河道及周边环境造成不可修复的破坏。

除此之外，水电站所用油量较大，因此，在运行过程中一些油泄漏，水环境受到污染。水力机组磨损较为严重，维修较为困难。此外，现有水电站水力机组结构复杂，设计和安装难度较大，成本较高。

综上所述，如何有效地解决传统水力发电建设大坝造成环境问题，以及机组本身的耐久度不佳等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水力发电装置，该水力发电装置的结构设计可以有效地解决传统水力发电建设大坝造成环境问题，以及机组本身的耐久度不佳等的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水力发电装置，包括磁传动的转子组件及定子组件，所述转子组件包括环状转动架及磁传动轮，所述环状转动架外周设置有由水流带动旋转的叶轮，内周设置有呈环状分布的主动磁铁组；所述磁传动轮外周设置有传动磁铁组，磁传动轮位于所述主动磁铁组的内圈空间，通过所述主动磁铁组的旋转带动磁传动轮的旋转；所述磁传动轮传动连接有磁性转子轮，所述磁性转子轮与所述定子组件感应配合；

所述磁传动轮连接有位置调节机构，通过所述位置调节机构的动作，调节所述传动磁铁组与所述主动磁铁组之间的间距。

优选的，上述水力发电装置中，所述转子组件还包括传动轴，所述磁传动轮与所述磁性转子轮通过所述传动轴传动连接，磁传动轮与传动轴通过所述位置调节机构连接，通过位置调节机构调节磁传动轮在传动轴上的轴向位置，以调节磁传动轮与所述主动磁铁组之间的距离。

优选的，上述水力发电装置中，所述水力发电装置还包括测速控制组件，所述测速控制组件与所述位置调节机构控制连接，用于测量环境流速，以针对性调节磁传动轮与所述主动磁铁组之间的距离，令所述磁性转子轮的转动速率保持发电所需的恒定速率。

优选的，上述水力发电装置中，所述测速控制组件包括安装于所述传动轴上的测速盘，所述测速盘连接有处理控制器，用于根据测得的传动轴转速计算所需的磁传动轮的位移量，并对所述位置调节机构发出控制指令，控制所述磁传动轮的位移。

优选的，上述水力发电装置中，所述主动磁铁组的内圈空间内并排设置有两组所述磁传动轮，所述磁传动轮对称的分布于所述环状转动架旋转轴心的两侧；所述磁传动轮各自连接有一组传动轴及磁性转子轮。

优选的，上述水力发电装置中，所述位置调节机构包括沿所述传动轴长度方向设置的齿轨，以及与所述磁传动轮可转动连接的调节齿轮，所述调节齿轮传动连接有可控输出电机，所述可控输出电机与所述处理控制器控制连接。

优选的，上述水力发电装置中，所述可控输出电机的输出轴安装有输出锥齿轮，所述调节齿轮的一端通过连接轴连接有传动锥齿轮，所述传动锥齿轮与输出锥齿轮传动连接，通过齿轮啮合将可控输出电机的输出旋转转化为轴向位移。

优选的，上述水力发电装置中，所述水力发电装置还包括用于安装所述传动轴及环状转动架的安装架，所述环状转动架通过中轴与所述安装架旋转连接，所述环状转动架与中轴之间设置有支撑辐条。

本发明提供的水力发电装置，包括磁传动的转子组件及定子组件，所述转子组件包括环状转动架及磁传动轮，所述环状转动架外周设置有由水流带动旋转的叶轮，内周设置有呈环状分布的主动磁铁组；所述磁传动轮外周设置有传动磁铁组，磁传动轮位于所述主动磁铁组的内圈空间，通过所述主动磁铁组的旋转带动磁传动轮的旋转；所述磁传动轮传动连接有磁性转子轮，所述磁性转子轮与所述定子组件感应配合；所述磁传动轮连接有位置调节机构，通过所述位置调节机构的动作，调节所述传动磁铁组与所述主动磁铁组之间的间距。本发明的技术方案中，通过环状转动架的旋转传递水流的作用力，叶轮旋转带动内圈的主动磁铁组旋转，从而进一步带动其内的磁传动轮的旋转，磁传动轮通过连接结构带动磁性转子轮的旋转，磁性转子轮配合具有绕组的定子实现发电的功能。该设计通过主动磁铁组与传动磁铁组之间的磁力传动代替现有技术中的机械连接，有效降低设备的磨损以及润滑油脂的使用，降低设备的污染提升耐久度；并在此基础上设置位置调节机构，以便方便的调整主动磁铁组与传动磁铁组之间的磁间距，从而令转子轮的转速能够不被水流大小影响，针对水速的变化适应性的对转速进行调节，令转速保持恒定以便与发电机的工作频率吻合，因此也就不必再通过大坝的蓄水以及定时定量的排水保证发电机的转速稳定，因此有效代替大坝的作用，令水利发电设备不必依托于大坝的建设也能够顺利进行，有效解决了传统水力发电建设大坝造成环境问题，以及机组本身的耐久度不佳等的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的水力发电装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的水力发电装置的环状转动架及磁传动轮的局部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的水力发电装置的位置调节机构的局部结构示意图。

附图中标记如下：

定子组件1、磁性转子轮2、安装架3、传动轴4、叶轮5、环状转动架6、传动磁铁组7、磁传动轮8、主动磁铁组9、调节齿轮10、齿轨11、传动锥齿轮12、输出锥齿轮13、可控输出电机14、输出轴15、中轴16、支撑辐条17。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种水力发电装置，以解决传统水力发电建设大坝造成环境问题，以及机组本身的耐久度不佳等的技术问题。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1-图3，图1为本发明实施例提供的水力发电装置的整体结构示意图；图2为本发明实施例提供的水力发电装置的环状转动架及磁传动轮的局部结构示意图；图3为本发明实施例提供的水力发电装置的位置调节机构的局部结构示意图。

本发明的实施例提供的水力发电装置，包括磁传动的转子组件及定子组件1，所述转子组件包括环状转动架6及磁传动轮8，所述环状转动架6外周设置有由水流带动旋转的叶轮5，内周设置有呈环状分布的主动磁铁组9；所述磁传动轮8外周设置有传动磁铁组7，磁传动轮8位于所述主动磁铁组9的内圈空间，通过所述主动磁铁组9的旋转带动磁传动轮8的旋转；所述磁传动轮8传动连接有磁性转子轮2，所述磁性转子轮2与所述定子组件1感应配合；

所述磁传动轮8连接有位置调节机构，通过所述位置调节机构的动作，调节所述传动磁铁组7与所述主动磁铁组9之间的间距。

本实施例提供的技术方案中，通过环状转动架6的旋转传递水流的作用力，叶轮5旋转带动内圈的主动磁铁组9旋转，从而进一步带动其内的磁传动轮8的旋转，磁传动轮8通过连接结构带动磁性转子轮2的旋转，磁性转子轮2配合具有绕组的定子实现发电的功能。该设计通过主动磁铁组9与传动磁铁组7之间的磁力传动代替现有技术中的机械连接，有效降低设备的磨损以及润滑油脂的使用，降低设备的污染提升耐久度。

并在此基础上设置位置调节机构，以便方便的调整主动磁铁组9与传动磁铁组7之间的磁间距，从而令转子轮的转速能够不被水流大小影响，针对水速的变化适应性的对转速进行调节，具体的，当水流速度过快时，此时磁性转子轮2旋转速度过快，难以满足发电机的工作要求，通过位置调节机构将磁传动轮8位置相对远离主动磁铁组9，从而令二者之间的磁间距增大，磁力传动效率降低，因此磁传动轮8在主动磁铁组9旋转带动下的转速就会相应降低，以便达到与发电机运转相适应，反之如水流速度降低则情况相反。

令转速保持恒定以便与发电机的工作频率吻合，因此也就不必再通过大坝的蓄水以及定时定量的排水保证发电机的转速稳定，因此有效代替大坝的作用，令水利发电设备不必依托于大坝的建设也能够顺利进行，有效解决了传统水力发电建设大坝造成环境问题，以及机组本身的耐久度不佳等的技术问题。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述水力发电装置中，所述转子组件还包括传动轴4，所述磁传动轮8与所述磁性转子轮2通过所述传动轴4传动连接，磁传动轮8与传动轴4通过所述位置调节机构连接，通过位置调节机构调节磁传动轮8在传动轴4上的轴向位置，以调节磁传动轮8与所述主动磁铁组9之间的距离。

本实施例提供的技术方案中，进一步优化了转子组件的传动设计，并优化了位置调节的调节原理，磁性转子轮2与磁传动轮8之间设置传动轴4，通过轴的方式传递旋转，在此结构的基础上，位置调节机构通过调节磁传动轮8在传动轴4上的轴向位置从而调节主动磁铁组9与传动磁铁组7之间的磁间距，令传动磁铁组7靠近或远离主动磁铁组9的位置，该调解位置的方式简单稳定，且便于装配设计不易影响本身的旋转运动传递。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述水力发电装置中，所述水力发电装置还包括测速控制组件，所述测速控制组件与所述位置调节机构控制连接，用于测量环境流速，以针对性调节磁传动轮8与所述主动磁铁组9之间的距离，令所述磁性转子轮2的转动速率保持发电所需的恒定速率。

本实施例提供的技术方案中，进一步优化了装置设计，提供测速控制组件，通过该结构测定环境的流速，从而判断转子的旋转是否存在过快或过慢的问题，从而令转速更好的适应发电机的恒定工作速率。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述水力发电装置中，所述测速控制组件包括安装于所述传动轴4上的测速盘，所述测速盘连接有处理控制器，用于根据测得的传动轴4转速计算所需的磁传动轮8的位移量，并对所述位置调节机构发出控制指令，控制所述磁传动轮8的位移。

本实施例提供的技术方案中，进一步优化了测速控制组件的设计，通过在传动轴4上安装测速盘的结构，以便对其上连接的磁传动轮8的转速进行准确的测量，该方式不必改变相关的传动设计且不影响传动运动，充分利用可用的安装空间；连接处理控制器，通过获得的转速结合现有的已知参数，通过计算获得在当前转速下应进行的磁传动轮8的位移量，从而令磁传动轮8在调节后，磁间距的大小刚好满足发电机运转需求。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述水力发电装置中，所述主动磁铁组9的内圈空间内并排设置有两组所述磁传动轮8，所述磁传动轮8对称的分布于所述环状转动架6旋转轴心的两侧；所述磁传动轮8各自连接有一组传动轴4及磁性转子轮2。

本实施例提供的技术方案中，进一步优化了主动磁铁组9与磁传动轮8之间的磁力传动设计，两组磁传动轮8均位于主动磁铁组9的环形空间内，因此将磁传动轮8的轮径设计的较小，小于主动磁铁组9内径大小的一半，而其外周通过传动磁铁组7与主动磁铁组9之间实现磁力传动配合，因此传动磁铁组7在与主动磁铁组9之间磁间距很小时二者的线速度趋于一致，而磁传动轮8内径大小远小于主动磁铁组9，因此磁传动轮8的角速度远大于主动磁铁组9的转速，通过该设计能够有效增大转子的转速，防止由于水流速度较低时转子运行速度过低无法满足发电机工作需求，该设计充分保证了装置能够脱离大坝的蓄水作用，在低水位状态下也能够稳定实现发电。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述水力发电装置中，所述位置调节机构包括沿所述传动轴4长度方向设置的齿轨11，以及与所述磁传动轮8可转动连接的调节齿轮10，所述调节齿轮10传动连接有可控输出电机14，所述可控输出电机14与所述处理控制器控制连接。

本实施例提供的技术方案中，进一步优化了驱动磁传动轮8沿传动轴4平移运动的方式，具体的在传动轴4连接磁传动轮8的位置设置沿轴向的齿轨11或者说齿条结构，设置与其配合的调节齿轮10，通过调节齿轮10在齿轨11上的啮合滚动改变其相对传动轴4的轴向位置，调节齿轮10而转动连接磁传动轮8，因此对应的即可实现磁传动轮8的轴向位置调节。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述水力发电装置中，所述可控输出电机14的输出轴15安装有输出锥齿轮13，所述调节齿轮10的一端通过连接轴连接有传动锥齿轮12，所述传动锥齿轮12与输出锥齿轮13传动连接，通过齿轮啮合将可控输出电机14的输出旋转转化为轴向位移。

本实施例提供的技术方案中，进一步优化了可控输出电机14驱动调节齿轮10实现位置调节的结构设计，其中优选的可控输出电机14可采用伺服电机，通过锥齿轮的设计将输出旋转的方向进行改变，节约齿轮结构所需的安装空间，除图中的锥齿轮的结构外也可采用其他的锥齿轮设计，如输出锥齿轮13可再连接另一组与磁传动轮8同轴设置的环状锥齿轮，通过环状锥齿轮与传动锥齿轮12啮合，可以更好的兼顾机构的旋转运动传递设计，齿轮设计可选方案较多不在此一一列举。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述水力发电装置中，所述水力发电装置还包括用于安装所述传动轴4及环状转动架6的安装架3，所述环状转动架6通过中轴16与所述安装架3旋转连接，所述环状转动架6与中轴16之间设置有支撑辐条17。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种水力发电装置，包括磁传动的转子组件及定子组件，其特征在于，所述转子组件包括环状转动架及磁传动轮，所述环状转动架外周设置有由水流带动旋转的叶轮，内周设置有呈环状分布的主动磁铁组；所述磁传动轮外周设置有传动磁铁组，磁传动轮位于所述主动磁铁组的内圈空间，通过所述主动磁铁组的旋转带动磁传动轮的旋转；所述磁传动轮传动连接有磁性转子轮，所述磁性转子轮与所述定子组件感应配合；

所述磁传动轮连接有位置调节机构，通过所述位置调节机构的动作，调节所述传动磁铁组与所述主动磁铁组之间的间距；

所述转子组件还包括传动轴，所述磁传动轮与所述磁性转子轮通过所述传动轴传动连接，磁传动轮与传动轴通过所述位置调节机构连接，通过位置调节机构调节磁传动轮在传动轴上的轴向位置，以调节磁传动轮与所述主动磁铁组之间的距离；

所述主动磁铁组的内圈空间内并排设置有两组所述磁传动轮，所述磁传动轮对称的分布于所述环状转动架旋转轴心的两侧；所述磁传动轮各自连接有一组所述传动轴及所述磁性转子轮，所述磁传动轮的轮径小于所述主动磁铁组内径大小的一半；

所述位置调节机构包括沿所述传动轴长度方向设置的齿轨，以及与所述磁传动轮可转动连接的调节齿轮，所述调节齿轮传动连接有可控输出电机；

所述可控输出电机的输出轴安装有输出锥齿轮，所述调节齿轮的一端通过连接轴连接有传动锥齿轮，所述传动锥齿轮与输出锥齿轮传动连接，通过齿轮啮合将可控输出电机的输出旋转转化为轴向位移。

2.根据权利要求1所述的水力发电装置，其特征在于，所述水力发电装置还包括测速控制组件，所述测速控制组件与所述位置调节机构控制连接，用于测量环境流速，以针对性调节磁传动轮与所述主动磁铁组之间的距离，令所述磁性转子轮的转动速率保持发电所需的恒定速率。

3.根据权利要求2所述的水力发电装置，其特征在于，所述测速控制组件包括安装于所述传动轴上的测速盘，所述测速盘连接有处理控制器，用于根据测得的传动轴转速计算所需的磁传动轮的位移量，并对所述位置调节机构发出控制指令，控制所述磁传动轮的位移。

4.根据权利要求3所述的水力发电装置，其特征在于，所述可控输出电机与所述处理控制器控制连接。

5.根据权利要求4所述的水力发电装置，其特征在于，所述水力发电装置还包括用于安装所述传动轴及环状转动架的安装架，所述环状转动架通过中轴与所述安装架旋转连接，所述环状转动架与中轴之间设置有支撑辐条。