CN112713707A - 一种基于磁通密度突变的旋转式微型水下发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机，包括密闭的壳体，输入轴、中间轴和输出轴分别设置在所述壳体内且分别与所述壳体转动配合，所述输入轴一端伸出所述壳体且固设有叶轮，所述输入轴上固设有第一齿轮，所述中间轴上固设有第三齿轮和与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述输出轴上固设有磁铁转子和与所述第三齿轮啮合的第四齿轮，所述壳体内固设有套设在所述磁铁转子上的线圈，所述磁铁转子与所述线圈之间存在间隙。本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机实现了水下发电，提高了水下发电的效率。

Description

一种基于磁通密度突变的旋转式微型水下发电机
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，特别是涉及一种基于磁通密度突变的旋转式微型水下发电机。
背景技术
近年来，随着全球工业持续高速发展，传统意义上不可再生的化石能源也伴随着工业的迅速发展逐渐消耗殆尽，寻找一种可再生的清洁能源越来越成为你们亟待解决的问题。海洋中蕴含着巨大的能量，潮汐能、波浪能、海流能近年来也在逐渐走进人们的视野，这是一种具有可再生性、无污染且取之不尽，用之不竭的能源。随着人民生活水平的提高，电能越来越成为人们使用的最主要的能源之一，因此，利用水力发电在缓解我国乃至全世界能源危机的问题上具有重要的意义。
发电机是一种可以将其他形式的能量如水流能、气流能、燃料燃烧所释放的能量等转化为电能的装置，其在我们的日常生活、国防科技等领域应用十分广泛。目前，人们利用水力发电的技术已经越来越趋于成熟，在许多沿海地区已经建立了大型的水力发电站并实现了并网发电，随着人们科技水平的提高，水下设备的总数和种类也正呈爆炸式的增长，其对电源的要求也越来越高，传统蓄电池在电池寿命、持续供电时长、充电次数上限等诸多方面展现出很多的弊端，因此，如何利用水流动的能量为这些设备实时功能是一个亟待解决的问题。现有水下发电机存在的主要问题：一是体积大，不能满足水下移动设备的充电问题；二是大部分采用直驱式发电，发电量很大程度上取决于周围水流速的大小，当水流速度小时难以满足水下设备的用电需求，在同样的水流速度下，如何让发电机发出更多的电量，以达到资源利用效益的最大化。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于磁通密度突变的旋转式微型水下发电机，以解决上述现有技术存在的问题，实现水下发电，提高水下发电的效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机，包括密闭的壳体，输入轴、中间轴和输出轴分别设置在所述壳体内且分别与所述壳体转动配合，所述输入轴一端伸出所述壳体且固设有叶轮，所述输入轴上固设有第一齿轮，所述中间轴上固设有第三齿轮和与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述输出轴上固设有磁铁转子和与所述第三齿轮啮合的第四齿轮，所述壳体内固设有套设在所述磁铁转子上的线圈，所述磁铁转子与所述线圈之间存在间隙。
优选的，所述壳体包括第一壳体、第二壳体、第一盖体和第二盖体，所述第一壳体一端开口，所述第一盖体通过第二紧固螺钉固连在所述第一壳体的开口端，所述第二壳体与所述第一盖体远离所述第一壳体的一侧固连，所述第二壳体远离所述第一盖体的一端开口，所述第二盖体固设在所述第二壳体的开口端。
优选的，所述第一壳体与所述第一盖体之间夹设有第一防水橡胶垫，所述第二壳体与所述第二盖体之间夹设有第二防水橡胶垫。
优选的，所述磁铁转子包括多个N极磁铁和多个S极磁铁，所述N极磁铁与所述S极磁铁周向交替排布。
优选的，所述磁铁转子一端设置有第一磁体紧固件、另一端设置有第二磁体紧固件。
优选的，所述输入轴、所述中间轴和所述输出轴分别通过轴承与所述壳体转动配合；所述壳体的侧壁上设置有两个环形槽，所述输入轴穿过所述环形槽，所述环形槽中嵌设有防水橡胶圈。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机实现了水下发电，提高了水下发电的效率。本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机中的壳体完全密封，能够在水下实现发电；通过两级齿轮增速，在水流速度相同的情况下，使得磁铁转子具有更高的转速，由于磁铁和线圈相对运动速度的增加从而得到了更高的电压输出，进一步扩展了发电机的应用范围。本发明基采用磁铁转子，线圈定子的能量转换机构，转子结构舍弃了励磁绕组及其励磁系统，使用永磁材料钕铁硼来提供能量转换所需的交变磁场，使整个发电机的整体体积得以减小；磁铁转子采用永磁体N、S极磁铁交替式排布的结构，且N、S极磁铁阵列成一个圆柱体，使得在N、S极交界处能够产生磁通密度的突变，当水流驱动转子转动时即产生了能量转换所需的交变的磁场。
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为本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机的主体三维结构图；
图2为本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机的主体三维结构剖视图；
图3为本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机的主体三维结构左视图；
图4为本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机的能量转换结构图；
图5为本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机的电缆引出线结构图；
图6为本发明基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机的流体示意图；
其中：100、基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机；1、叶轮；2、第一垫片；3、第一紧固螺钉；4、第二垫片；5、第二紧固螺钉；6、紧固螺母；7、紧固螺栓；8、第二防水橡胶垫；9、第二壳体；10、第一盖体；11、第一防水橡胶垫；12、第一壳体；13、第三齿轮；14、第三紧固螺钉；15、第一轴承；16、输入轴；17、防水橡胶圈；18、第四紧固螺钉；19、第四齿轮；20、线圈；21、支撑体；22、N极磁铁；23、第一磁体紧固件；24、输出轴；25、第二盖体；26、第二磁体紧固件；27、第二轴承；28、中间轴；29、第三轴承；30、S极磁铁；31、电源引出线；32、第二齿轮；33、第一齿轮。
具体实施方式
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付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种基于磁通密度突变的旋转式微型水下发电机，以解决上述现有技术存在的问题，实现水下发电，提高水下发电的效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图6所示：本实施例提供了一种基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机100，包括密闭的壳体，壳体包括第一壳体12、第二壳体9、第一盖体10和第二盖体25，第一壳体12一端开口，第一盖体10通过第二紧固螺钉5固连在第一壳体12的开口端，第二壳体9与第一盖体10远离第一壳体12的一侧固连，第二壳体9远离第一盖体10的一端开口，第二盖体25固设在第二壳体9的开口端，第二盖体25通过紧固螺栓7和紧固螺母6与第二壳体9固连。第一壳体12与第一盖体10之间夹设有第一防水橡胶垫11，第二壳体9与第二盖体25之间夹设有第二防水橡胶垫8。
输入轴16、中间轴28和输出轴24分别设置在壳体内且分别与壳体转动配合，中间轴28通过第一轴承15与壳体转动配合，输入轴16通过第二轴承27与壳体转动配合，输出轴24通过第三轴承29与壳体转动配合。输入轴16和中间轴28位于第一壳体12内，输出轴24位于第二壳体9内且一端伸入第一壳体12内；输入轴16一端伸出壳体且固设有叶轮1，叶轮1通过第一紧固螺钉3与输入轴16固连，第一紧固螺钉3的螺头与叶轮1之间设置有第一垫片2和第二垫片4，第一垫片2为螺钉垫片，第二垫片4为叶轮1紧固垫片。壳体的侧壁上设置有两个环形槽，输入轴16穿过环形槽，环形槽中嵌设有防水橡胶圈17，用以保证输入轴16伸出端的密封效果。
输入轴16上固设有第一齿轮33，中间轴28上固设有第三齿轮13和与第一齿轮33啮合的第二齿轮32，第三齿轮13通过第三紧固螺钉14与中间轴28固连，第二齿轮32通过第四紧固螺钉18与中间轴28固连，输出轴24上固设有磁铁转子和与第三齿轮13啮合的第四齿轮19，壳体内固设有支撑体21，支撑体21上固设有套设在磁铁转子上的线圈20，线圈20连接有电源与引出线，磁铁转子与线圈20之间存在间隙。
磁铁转子一端设置有第一磁体紧固件23、另一端设置有第二磁体紧固件26，第一磁体紧固件23和第二磁体紧固件26分别与磁铁转子过盈配合。磁铁转子包括多个N极磁铁22和多个S极磁铁30，N极磁铁22与S极磁铁30周向交替排布，在N极磁、S极磁铁30交界处产生磁通量的突变，当运动传递到磁体阵列时，磁体和线圈20相对运动产生高频交变磁场。
本实施例基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机100的工作过程如下：
当恒定的水流速推动叶轮1转动时，叶轮1通过输入轴16带动第一齿轮33旋转，再通过齿轮啮合作用将运动传递到第二齿轮32，至此，运动传递到中间轴28，中间轴28运动的同时带动第三齿轮13转动，再通过第三齿轮13和第四齿轮19的啮合作用将运动传递到输出轴24，输出轴24带动磁铁转子旋转，磁铁转子中N极磁铁22、S极磁铁30交界处存在磁通量密度的突变，在磁铁转子和线圈20之间产生相对运动时，根据法拉第电磁感应定律，在闭合线圈20中会产生电流，在通过电源引出线31将电能输出，在经过处理电路处理后就可得到满足负载要求的电能。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机，其特征在于：包括密闭的壳体，输入轴、中间轴和输出轴分别设置在所述壳体内且分别与所述壳体转动配合，所述输入轴一端伸出所述壳体且固设有叶轮，所述输入轴上固设有第一齿轮，所述中间轴上固设有第三齿轮和与所述第一齿轮啮合的第二齿轮，所述输出轴上固设有磁铁转子和与所述第三齿轮啮合的第四齿轮，所述壳体内固设有套设在所述磁铁转子上的线圈，所述磁铁转子与所述线圈之间存在间隙。
2.根据权利要求1所述的基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机，其特征在于：所述壳体包括第一壳体、第二壳体、第一盖体和第二盖体，所述第一壳体一端开口，所述第一盖体通过第二紧固螺钉固连在所述第一壳体的开口端，所述第二壳体与所述第一盖体远离所述第一壳体的一侧固连，所述第二壳体远离所述第一盖体的一端开口，所述第二盖体固设在所述第二壳体的开口端。
3.根据权利要求2所述的基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机，其特征在于：所述第一壳体与所述第一盖体之间夹设有第一防水橡胶垫，所述第二壳体与所述第二盖体之间夹设有第二防水橡胶垫。
4.根据权利要求1所述的基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机，其特征在于：所述磁铁转子包括多个N极磁铁和多个S极磁铁，所述N极磁铁与所述S极磁铁周向交替排布。
5.根据权利要求4所述的基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机，其特征在于：所述磁铁转子一端设置有第一磁体紧固件、另一端设置有第二磁体紧固件。
6.根据权利要求1所述的基于磁通密度突变的旋转式微型水力发电机，其特征在于：所述输入轴、所述中间轴和所述输出轴分别通过轴承与所述壳体转动配合；所述壳体的侧壁上设置有两个环形槽，所述输入轴穿过所述环形槽，所述环形槽中嵌设有防水橡胶圈。
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