CN110529328A - 一种微型水流发电装置及智能水表 - Google Patents

一种微型水流发电装置及智能水表 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水流发电技术领域，提供一种微型水流发电装置及应用该微型水流发电装置的智能水表，所述微型水流发电装置通过将微型发电机本体与磁传动叶轮分开布置在水管的外侧和内侧，使得微型发电机本体的输入轴上的磁性驱动轮能够与磁传动叶轮实现磁力传动连接，从而避免输入轴长期浸泡在水中，有利于提高整个微型发电机本体的使用寿命。此外，本发明实施例选用功率较小的微型发电机本体，能够在微水流条件下进行发电，并且水压损失较小，满足智能水表的安装要求；同时通过设置储能设备和能量管理系统，能够将微弱的电能进行收集，并且通过能量管理系统对储能设备收集的电能进行输出管理，以满足智能电表的充电要求。

Description

一种微型水流发电装置及智能水表
技术领域
本发明涉及水流发电技术领域，更具体地，涉及一种微型水流发电装置及智能水表。
背景技术
现有技术中，为了方便供水单位采集用水终端的水表读数，智能水表开始大量采用无线远传的方式采集水表读数，由于无线远传的方式对电池的消耗较高，有时水表结构电路还在质量年限内电池电量就已经消耗完了，电量用完后需人工进行电池更换。这样不仅维护成本高，同时也对用户的使用造成不方便。
目前，主要通过微型水流发电机来解决上述问题，现有的微型水流发电机，包括：底壳、上盖和发电机壳体，底壳内具有朝上开口的安装腔，所述上盖与所述底壳之间密封连接；所述发电机底壳体设置在安装腔内；所述发电机壳体内部设有水腔，所述水腔中设有磁性叶轮，所述发电机壳体的壁面设有与所述水腔连通的进水管和出水管，所述进水管和出水管均密封穿设于所述底壳，所述安装腔中设有线圈，水流带动所述磁性叶轮转动，使得所述线圈切割所述磁性叶轮的磁感线从而实现发电。
但是，现有微型水流发电机的电机安装轴和相关部件长期浸泡在水中，影响了电机的使用寿命；同时在小水流的情况下电机无法启动，或者启动后，损失的水流动能太大，造成水表出水口的水压相比进水口的水压损失过大，而水表行业中，对水压损失参数有明确的要求，水压损失过大则无法应用于水表上。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种微型水流发电装置及智能水表，以解决或部分解决现有微型水流发电机的叶轮及相关部件长期浸泡在水中而影响使用寿命的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，根据本发明实施例的第一方面，提供一种微型水流发电装置，包括磁传动叶轮和微型发电机本体，所述磁传动叶轮布置在水管内部，并使水流能够驱动所述磁传动叶轮转动；
所述微型发电机本体包括输入轴，所述输入轴上安装有磁性驱动轮；所述磁性驱动轮布置在所述水管的外部，且所述磁性驱动轮与所述磁传动叶轮之间为磁力传动连接。
优选地，还包括：储能设备和能量管理系统；
所述储能设备与所述微型发电机本体的输出端电连接，用于储存所述微型发电机本体输出的电能；
所述能量管理系统与所述储能系统电连接，用于监控所述储能设备中的能量密度，并根据所述能量密度选择性地对负载供电。
优选地，所述储能设备包括整流设备和储能电容，所述能量管理系统包括升压电路模块和比较电路开关；
所述整流设备的输入端与所述微型发电机本体的输出端电连接，所述储能电容并联在所述整流设备的输出端之间；
所述升压电路模块与所述负载串联后再与所述储能电容并联，所述比较电路开关用于控制所述升压电路模块的通断。
优选地，所述升压电路模块包括输入端、输出端和使能端，所述升压电路模块的输入端和所述比较电路开关的输入端均与所述储能电容的正极连接，所述比较电路开关的输出端与所述升压电路模块的使能端连接；
所述升压电路模块的输出端与所述负载的正极连接，所述负载的负极与所述储能电容的负极连接。
优选地，所述微型水流发电装置还包括稳压电路模块，所述稳压电路模块并联在所述储能电容的两端。
优选地，所述微型发电机本体的发电功率为1毫瓦～2毫瓦。
优选地，所述磁传动叶轮通过安装轴与所述水管的内壁连接，所述安装轴与水流方向垂直。
优选地，所述磁性驱动轮与所述磁传动叶轮平行布置，且所述磁性驱动轮与所述磁力传动叶轮相对端的极性相反。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种智能水表，所述智能水表安装在水管上，所述智能水表内置可充电电池，应用如本发明第一方面所述的微型水流发电装置，所述磁传动叶轮布置在所述智能水表的上游，所述微型发电机本体与所述可充电电池相连，用于对所述可充电电池充电。
优选地，所述微型发电机本体的内部集成有储能设备和能量管理系统，所述储能设备用于储存所述微型发电机本体的电能，所述能量管理系统与所述可充电电池串联后再与所述储能设备并联。
(三)有益效果
本发明实施例提供的微型水流发电装置及应用该微型水流发电装置的智能水表，通过将微型发电机本体与磁传动叶轮分开布置在水管的外侧和内侧，使得微型发电机本体的输入轴上的磁性驱动轮能够与磁传动叶轮实现磁力传动连接，从而避免输入轴以及与输入轴相连的部件长期浸泡在水中，有利于提高整个微型发电机本体的使用寿命。
此外，本发明实施例选用功率较小的微型发电机本体，能够在微水流条件下进行发电，并且水压损失较小，满足智能水表的安装要求；同时通过设置储能设备和能量管理系统，能够将微弱的电能进行收集，并且通过能量管理系统对储能设备收集的电能进行输出管理，以满足智能电表的充电要求。
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为本发明实施例中微型水流发电装置和智能水表的安装结构示意图；
图2为本发明实施例中微型水流发电装置内的电路连接示意图；
图中：1、磁传动叶轮；2、微型发电机本体；3、储能设备；4、能量管理系统；5、智能水表；6、水管；7、安装轴；8、稳压电路模块；21、输入轴；22、磁性驱动轮；31、整流设备；32、储能电容；41、升压电路模块；42、比较电路开关。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。
参考图1和图2所示，本发明实施例提供一种微型水流发电装置，包括：磁传动叶轮1和微型发电机本体2，磁传动叶轮1作为整个水流发电装置的驱动部件，其沿着水流方向布置在水管6内部，保证水流能够驱动磁传动叶轮1自由转动。
微型发电机本体2包括输入轴21，并在输入轴21上安装有磁性驱动轮22，磁性驱动轮22布置在水管6的外部。磁性驱动轮22与磁传动叶轮1配对安装，二者均由磁性材料制成，保证磁性驱动轮22与磁传动叶轮1之间为磁力传动连接即可。磁力传动连接是一种非接触式的传动方式，工作原理可参考现有磁性联轴器的工作原理，此处不再详细赘述。
具体地，磁传动叶轮1通过安装轴7与水管6的内壁连接，安装轴7与水管6的内壁固定连接，磁传动叶轮1与安装轴7为可转动连接；其中，安装轴7可与水流方向垂直布置，以提高水流的驱动力。磁性驱动轮22与磁传动叶轮1平行布置，且磁性驱动轮22与磁力传动叶轮1的相对端的极性相反，如：磁性驱动轮22靠近水管6的内管壁的一端为N极，磁力传动叶轮1靠近水管6的外管壁的一端为S极，从而保证磁力传动叶轮1在水流作用下转动时能够通过磁力带动磁性驱动轮22旋转，进而带动输入轴21转动进行发电。
需要说明的是，磁性驱动轮22与磁力传动叶轮1之间的间距需要根据二者之间满足磁力传动进行设定。
上述实施例中所述的微型水流发电机，通过将微型发电机本体2布置在水管外部，使得磁性驱动轮22通过磁力传动与磁传动叶轮1连接，从而避免输入轴21长期浸泡在水中，有利于提高整个微型发电机本体2的使用寿命。
在上述实施例的基础上，进一步地，上述实施例中的微型发电机本体2采用功率较小的发电机组件，一般其发电功率控制在1毫瓦～2毫瓦之间，一方面能够在小水流条件下驱动其转动发电，另一方面能够避免水压损失过大而影响到水表的安装要求(水表在额定工作条件下的最大压力损失应不超过0.063MPa)。
进一步地，由于微型发电机本体2的发电功率较小，其产生的电能也比较微弱，在实际应用过程中需要增加相应的设备进行储存和利用。
在上述实施例的基础上，为了更好地利用上述微型发电机本体2发电所产生的微弱电能，本实施例提供的微型水流发电机装置还包括：储能设备3和能量管理系统4。其中，储能设备3与微型发电机本体2的输出端电连接，用于将微型发电机本体2输出的微弱电能储存在储能设备3中。
同时，为了使储存在储能设备3中的电能能够用于为负载直接供电或者充电，需要通过能量管理系统4对储能设备3中的能量密度进行监控。需要说明的是，本实施例中的负载主要是指额定功率较小的用电设备，如：智能水表、手持风扇以及迷你手电筒等，一般其额定电压为5V，不适用于大功率的家庭电器或者仪器仪表用电。
具体地，能量管理系统4与储能系统3电连接，能够根据储能系统3中的能量密度选择性地对负载供电，即当储能系统3中的能量密度大于预设阈值时，可对负载供电；当储能系统3中的能量密度小于预设阈值时，停止对负载供电，同时储能系统3继续进行电能收集，直至超过预设阈值才能对负载供电。其中，预设阈值可根据负载的需求电压作适应性调整。
具体地，储能设备3包括整流设备31和储能电容32，能量管理系统4包括升压电路模块41和比较电路开关42。
参考图2所示，本实施例中整流设备31为整流桥，用于将交流电(图2中的AC)转换成单向脉动性直流电，同时起到电流单向导通作用，避免出现反放电现象。整流桥的输入端(正极、负极)与微型发电机本体2的输出端(正极、负极)电连接。
本实施例中储能电容32为大容量电容，储能电容32(正极、负极)并联在整流设备31的输出端(正极、负极)之间，从而将整流设备31输出的直流电存储待用。
参考图2，由于储能电容32释放的电压有限，本实施例中为了满足负载(图2中的RL)的供电需求，还需要增加相应的升压电路模块41，升压电路模块41包括输入端(图2中的IN)、输出端(图2中的OUT)、使能端(图2中的EN)以及接地端(图2中的GND)。升压电路模块41与负载串联后再与储能电容32并联。
其中，比较电路开关42用于控制升压电路模块41的通断，升压电路模块41的输入端和比较电路开关42的输入端均与储能电容32的正极电连接，比较电路开关42的输出端与升压电路模块41的使能端连接，升压电路模块41的输出端与负载的正极连接，负载的负极与储能电容32的负极连接，升压电路模块41的接地端与储能电容32的负极连接。
需要说明的是，比较电路开关42通过比较储能电容32中的能量密度与预设阈值之间的大小，从而给出信号控制升压电路模块41的使能端，进而控制整个升压电路模块41的通断。
假设本实施例中的负载额定供电电压为5V，升压电路模块41的输入为1.5V，比较电路开关42判断当储能电容32两端的电压小于1.5V时，关闭升压电路模块41，停止供电并继续储能；当电路开关42判断储能电容32两端的电压大于1.5V时，开启升压电路模块41并对负载供电。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述微型水流发电装置还包括稳压电路模块8，稳压电路模块8主要包括稳压管，稳压管的两端分别与储能电容32的两端并联，保证储能电容32的输出电压稳定。
在上述各实施例中，为了固定微型发电机本体2，使其上连接的磁性驱动轮22能够与磁传动叶轮1配对以实现磁力传动连接，需要增加额外的连接部件，如：安装支架或者安装连杆，以便将微型发电机本体2与墙壁或者管道连接。
基于上述各实施例的内容，本发明实施例还提供一种智能水表5，应用如上述各实施例任一所述的微型水流发电装置，智能水表5内置有可充电电池，可充电电池作为智能水表5正常工作的电源，需要为其充电以满足使用要求。智能水表5安装在水管6上，磁传动叶轮1布置在智能水表5的上游，微型发电机本体2与可充电电池相连，用于对可充电电池充电。
当然，由于微型发电机本体2的发电功率非常小，因而需要增加相应的储能设备3和能量管理系统4，储能设备3和能量管理系统4可集成在微型发电机本体2的内部，储能设备3用于储存微型发电机本体2的电能；能量管理系统4与可充电电池的串联后与储能设备3并联，用于对储能设备2的电能进行输出管理，以便满足可充电电池的充电需求。
本发明实施例提供的微型水流发电装置及应用该微型水流发电装置的智能水表，通过将微型发电机本体与磁传动叶轮分开布置在水管的外侧和内侧，使得微型发电机本体的输入轴上的磁性驱动轮能够与磁传动叶轮实现磁力传动连接，从而避免输入轴长期浸泡在水中，有利于提高整个微型发电机本体的使用寿命。
此外，本发明实施例选用功率较小的微型发电机本体，能够在微水流条件下进行发电，并且水压损失较小，满足智能水表的安装要求；同时通过设置储能设备和能量管理系统，能够将微弱的电能进行收集，并且通过能量管理系统对储能设备收集的电能进行输出管理，以满足智能电表的充电要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种微型水流发电装置，包括磁传动叶轮和微型发电机本体，其特征在于，所述磁传动叶轮布置在水管内部，并使水流能够驱动所述磁传动叶轮转动；
所述微型发电机本体包括输入轴，所述输入轴上安装有磁性驱动轮；所述磁性驱动轮布置在所述水管的外部，且所述磁性驱动轮与所述磁传动叶轮之间为磁力传动连接。
2.根据权利要求1所述的微型水流发电装置，其特征在于，还包括：储能设备和能量管理系统；
所述储能设备与所述微型发电机本体的输出端电连接，用于储存所述微型发电机本体输出的电能；
所述能量管理系统与所述储能系统电连接，用于监控所述储能设备中的能量密度，并根据所述能量密度选择性地对负载供电。
3.根据权利要求2所述的微型水流发电装置，其特征在于，所述储能设备包括整流设备和储能电容，所述能量管理系统包括升压电路模块和比较电路开关；
所述整流设备的输入端与所述微型发电机本体的输出端电连接，所述储能电容并联在所述整流设备的输出端之间；
所述升压电路模块与所述负载串联后再与所述储能电容并联，所述比较电路开关用于控制所述升压电路模块的通断。
4.根据权利要求3所述的微型水流发电装置，其特征在于，所述升压电路模块包括输入端、输出端和使能端，所述升压电路模块的输入端和所述比较电路开关的输入端均与所述储能电容的正极连接，所述比较电路开关的输出端与所述升压电路模块的使能端连接；
所述升压电路模块的输出端与所述负载的正极连接，所述负载的负极与所述储能电容的负极连接。
5.根据权利要求3所述的微型水流发电装置，其特征在于，还包括稳压电路模块，所述稳压电路模块并联在所述储能电容的两端。
6.根据权利要求1至5中任一所述的微型水流发电装置，其特征在于，所述微型发电机本体的发电功率为1毫瓦～2毫瓦。
7.根据权利要求1所述的微型水流发电装置，其特征在于，所述磁传动叶轮通过安装轴与所述水管的内壁连接，所述安装轴与水流方向垂直。
8.根据权利要求7所述的微型水流发电装置，其特征在于，所述磁性驱动轮与所述磁传动叶轮平行布置，且所述磁性驱动轮与所述磁力传动叶轮相对端的极性相反。
9.一种智能水表，所述智能水表安装在水管上，所述智能水表内置可充电电池，其特征在于，应用如权利要求1至8中任一所述的微型水流发电装置，所述磁传动叶轮布置在所述智能水表的上游，所述微型发电机本体与所述可充电电池相连，用于对所述可充电电池充电。
10.根据权利要求9所述的智能水表，其特征在于，所述微型发电机本体的内部集成有储能设备和能量管理系统，所述储能设备用于储存所述微型发电机本体的电能，所述能量管理系统与所述可充电电池串联后再与所述储能设备并联。
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