CN1293694C - 带有小型发电机的水龙头设备 - Google Patents

Abstract

一种小型发电机，包括一个安装在流道内的液力涡轮，当流体以预定的流动速率流过该液力涡轮时，该液力涡轮将发生转动，并且一个与液力涡轮相连接并与液力涡轮一起旋转的转子被用作一个步进电机的转子部分，该转子部分与包括在该步进电机中的多层的定子部分相对，其中当流体流经时，转子部分相对定子部分转动，从而进行发电。

Description

带有小型发电机的水龙头设备

                        发明背景

技术领域

本发明涉及一种通过使水流经一个水龙头设备而进行水力发电的小型发电机，本发明提供了这样一种包括一个小型发电机的水龙头设备。

背景技术

被广为使用的自来水龙头设备通常包括一个用于对伸在水龙头下方的手进行感知的传感器。然后水龙头将根据传感器的的感知信号开始放水。此外，近年来有人推荐了一种设备，这种自来水龙头设备的流道中安装有一个小型发电机，并且该小型发电机发出的电可以被储存起来，从而被用作电路的电源，例如作为日本实用新型专利Hei.2-65775中所公开的传感器的电源。

下面将对这种小型发电机的结构进行简要说明。一个液力涡轮被安装在作为水管的流道内，并且在水流的驱动下进行旋转，从而进行水力发电。一个转子被整体固定在了液力涡轮的转轴上。转子的外周表面经过了励磁，从而被用作转子磁铁。该转子磁铁通过一个非磁性件的壁与定子磁极相对。另外，单层的定子绕组与一个穿过定子磁极的磁通相联接。然后，液力涡轮在水流的液力冲击下发生转动，从而使一个磁铁相对定子磁极转动。因此，流向转子和定子磁极的磁通流就会发生变化。其结果是，定子绕组中将会产生一定方向的电流，从而对磁通流的变化进行抑制。该电流经过整流之后被存储在一个电池中。

如上所述，磁通在发电机中的转子和定子磁极之间通过。当液力涡轮在水流的液力驱动下发生转动时，该磁通被用作这种转动的一种阻力。换句话说，转子和定子磁极之间产生的磁通被用作一种阻滞扭矩，从而在液力涡轮的起动和旋转过程中对该液力涡轮的运转进行制动。相应地，为了使该液力涡轮发生转动，它所接收的流量和液体压力都必须大于某一个预定值。因此，当液力涡轮所接收的水流的流量较小或压力较低时，该液力涡轮机不能转动，也不能发电。如果转子磁铁的磁力很小，该阻滞扭矩将被减小，从而液力涡轮本身将被转动。因此，转子旋转过程中产生的感应电压也被降低了，从而发电量将会显著增加。为了获得理想的发电量，就必须使转子磁场的磁力增加至一定的程度，同时必须使用于驱动液力涡轮旋转的液体的流量和液体压力保持在一定的程度上。

在这种情况下，在广为使用的自来水龙头设备中采用的小型发电机中，如果水的流量被具体设置为3升/分钟或更低，该阻滞扭矩将作为一种阻力使液力涡轮不能被平顺地转动。为了转动该液力涡轮，就必须使水流量的设置值大于3升/分钟。

长期以来，从改善环境以及其它各种问题的角度出发，已对节水提出了一定的要求。在这种情况下存在的问题是，这种自来水龙头设备中的一次冲水量也应被尽可能地减小。另外，在使用者的节水意识日益增强的现状下，放出的水流的水压也应该被降低。因此就必须通过降低水压来达到节水的目的。

                       发明内容

本发明的一个目的是提供一种小型发电机和一种水龙头设备，其中的发电机能够使用较小的流量转动一个水涡轮，从而发出足够的电量。

考虑到上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一个小型发电机，该发电机包括一个安装在流道内的液力涡轮，当流体以预定的流动速率流过该液力涡轮时，该液力涡轮将发生转动。该发电机还包括一个与液力涡轮相连接并与液力涡轮一起旋转的转动体，该转动体被用作步进电机的转子部分，该转子部分与包括在该步进电机中的多层的定子部分相对，其中当流体流经时，转子部分相对定子部分转动，从而进行发电。这样，用于发电的步进电机中的定子就由多层构成。因此，每一层都被用于抵消定子部分和转子之间的一部分阻滞扭矩，从而可以减小该阻滞扭矩。其结果是，液力涡轮可以在小流量和低水压下旋转。

根据本发明的另一方面，除本发明的上述方面之外，通过安排各层之间的相对位置，也可以抵销掉定子部分和转子之间产生的阻滞扭矩。例如，通过扭动每一层(使每一层沿圆周方向转动，从而有意地移动磁极)或者在每一层之间加一个非磁性件，阻滞扭矩将被减小。因此，这样将会更加有效地减小阻滞扭矩。

另外，根据本发明的另外的方面，本发明提供了一个小型发电机，该发电机包括一个安装在流道内的液力涡轮，当流体以预定的流动速率流过该液力涡轮时，该液力涡轮将发生转动。该发电机还包括一个与液力涡轮相连接并与液力涡轮一起旋转的转动体，该转动体被用作一个无刷电机的转子部分，该转子部分与包括在该无刷电机中的包括多个绕组部分的定子部分相对，其中当流体流经时，转子部分相对定子部分转动，从而进行发电。这样，连接在液力涡轮上的转动体就被用作与该无刷电机的定子部分相对的转子部分。因此，与采用传统的单层类型的电机的传统发电机相比，就有可能减小阻滞扭矩。其结果是，液力涡轮可以在小流量和低水压下旋转。

根据本发明的另一方面，除本发明的上述方面之外，转子部分上的磁极数目和定子部分上的绕组部分的数目之间的关系被设定为2-3，4-3或4-6。因此，有可能进一步减小定子部分和转子部分之间的阻滞扭矩。

根据本发明的另一方面，除本发明的上述方面之外，本发明提供了一个喷射件，该喷射件包括一个喷射孔，该喷射孔被作为流道的一部分，并且被用于形成一个节流通道，从而将液体喷射在液力涡轮的叶片部分上。因此，即便在流量很小的情况下也有可能通过喷射孔将水压提高至一定程度。因此，也就有可能使液力涡轮更加平顺地转动，从而进行发电。另外，通过减小阻滞扭矩，每一个小型发电机都可以在小流量和低水压下进行发电。因此，在没有通过增大喷射孔的直径而显著提高水压的情况下同样可以进行发电。当采用这种实施方案时，就可以减小喷射件因高水压而被损坏的可能性。

另外，根据本发明的另一方面，本发明提供了一种水龙头设备，其中阀的开度受到控制，从而至少包括两种模式，第一种是节水模式，其中一股水流流向一个流道，另一种是用于正常流动的正常模式，并且如本发明的权利要求6到9所述的小型发电机被安装在该流道内。如上所述，安装在该流道中的基于本发明权利要求6到9所述的小型发电机中的阻滞扭矩被减小了。因此，有可能在小流量和低水压下进行发电。因此，如果供应给液力涡轮的液体的设定压力值较低，就有可能在正常模式下减小零件因高水压而被损坏的可能性，同时有可能在节水模式下发出足够的电能。

根据本发明的另一方面，除本发明的上述面之外，节水模式下的流量被设置为2.0升/分钟至3.0升/分钟。因此，可以充分达到节水的目的，同时能够使用较小的水量进行发电。

                 对附图的简要说明

图1是一个纵向剖视图，表示了一个根据本发明的第一个实施例的两层步进电机式的小型发电机；

图2是表示了图1所示的小型发电机沿图1中的箭头II方向的侧视图；

图3是表示了图2所示的状态的沿箭头III方向的仰视图；

图4是一个表示了一个零件(喷嘴环)和液力涡轮之间的关系的典型视图，其中喷嘴环被用于将经过节流通道而压力升高的流体喷射在液力涡轮上；

图5是一个纵向剖视图，表示了一个根据本发明的第二个实施例的无刷电机式的小型发电机；和

图6表示了图5所示的小型发电机沿图5中的箭头VI方向的侧视图；

图7(a)是一个包含本发明的小型发电机的水龙头设备的剖面侧视图；图7(b)是一个正面剖视图。

                  对优选实施例的详细说明

下面将结合附图对根据本发明的小型发电机和水龙头设备的每一个实施例进行详细说明。

第一实施例

首先，将结合图1至4对根据本发明的第一个实施例的两层步进电机式的小型发电机进行说明。图1是一个纵向剖视图，表示了一个根据本发明的第一个实施例的两层步进电机式的小型发电机；图2是图1所示的小型发电机沿图1中的箭头II方向的侧视图；图3是表示了图2所示的状态的沿箭头III方向的仰视图；图4是一个表示了一个零件(喷嘴环)和液力涡轮之间的关系的典型视图，其中喷嘴环被用于将经过节流通道而压力升高的流体喷射在液力涡轮上。

如图1所示，根据本发明的第一个实施例的采用了两层步进电机的小型发电机包括一个机壳1、一个位于机壳1内的喷嘴环2、一个被可旋转式地安装在喷嘴环2的内周表面上的液力涡轮3、一个与液力涡轮3整体旋转的转子4、一个被安装在转子4的外周表面上的由不锈钢加工而成的杯状件5、和一个又被安装在杯状件5的外周表面上的步进电机的定子部分6。

如图1和2所示，机壳1包括一个体部分11、以及伸向体部分11外侧的一个进水通路12和一个出水通路13。体部分11具有一个发电部分连接部分11a，用于连接一个由转子4和定子部分6构成的发电部分。发电部分连接部分11a由一个加工在图1中的体部分11的右侧上的开口端面部分和一个外周部分构成，并且一个圆周凹槽11b被加工在外周部分内。一个O形圈8被嵌在凹槽11b内。

另外，杯形件5的一个凸缘部分52在推力的作用下将O形圈8密封在凹槽11b内，并且一个盖板件9被用于将杯形件5的凸缘部分52和发电部分连接部分11a插嵌在一起，从而使凸缘部分52的外周端与加工在体部分11内的一个凸出部分11d相邻接(见图1中的放大视图)。更加具体地讲，杯形件5被压靠在发电部分连接部分11a上，同时将O形圈8挤压在凹槽11b内，另外，盖板件9覆盖在上面。当杯形件5的凸缘部分52的外周端邻接在凸出部分11d的内周部分上时，杯形件5就被放置在了定子部分6的内周部分之内。如图2所示，四个螺钉10被插入了加工在盖板件9的四个角上的螺钉孔内，从而通过螺钉连接将盖板件9固定在壳体1的体部分11上。因此，作为壳体1的开口端面的发电部分连接部分11a就被密封在了杯形件5之内。

杯形件5由非磁性不锈钢件加工而成，并且具有通过冲压加工而成的凸缘部分52、圆柱部分51和经过节流件的底部分53。一个用于转动式地容纳轴7的一端的轴承15被安装在底部分53内，轴7支撑着液力涡轮3和转子4。杯形件5被用于使该步进电机的定子部分6与流经壳体1内部的液体相隔离，同时防止液体流出壳体1。

加工在壳体1内的进水通路12和出水通路13和一条用于连接它们的连接通路14被安装在由一个水龙头、一个阀和类似部件构成的水龙头设备(如图7所示)的一部分内，并且从水源流入进水通路12的液体流经连接通路14，然后经出水通路13流出。液体在流经通道时，将产生驱动液力涡轮3转动的驱动力。这一部分将在下文详细论述。用于支撑液力涡轮3和转子4旋转的轴7的另一端被安装在了连接通路14内，这将在下文详细说明。轴7的一端被可旋转式地安装在了轴承孔14a之内，轴承孔14a被加工在了壳体1的连接通路14内，轴7的另一端穿过开口端面被安装在了轴承15内，轴承15具有一个安装在杯形件5内的端部。因此，轴7由壳体1和杯形件5联合进行支撑。

将被用作喷射件的喷嘴环2在压力的作用下被安装在了壳体1的连接通路14内，该喷嘴环2被用作水龙头设备的一部分，并且被用于对流经的液体进行节流，从而将该液体喷射在液力涡轮3的叶片部分31(见图4)上。喷嘴环2具有一个圆柱形的环部分21和一个通过沿周边方向弯曲环部分21的一个开口端而形成的凸缘部分22。如图4所示，两个喷嘴23以180°的间隔被对称地布置在环部分21上，从而使两个喷嘴23被用作对流入进水通路12的流体的进入通道进行节流的喷射孔，并且被用于将该液体喷射在位于内部的液力涡轮3的叶片部分31上。

液力涡轮3被安装在作为流道的一部分的喷嘴环2的内部，它在一定的水流中与液体的流道一起旋转。液力涡轮3包括一个圆柱形的环部分32和叶片部分31，叶片部分31有一个外周端部分与环部分32一侧的端表面相连接，还有一个中间部分被插入和固定在了轴7上。叶片部分31具有一定的圆形弯曲度，以便于更好地接受从喷嘴23中喷出的流体的压力。由于这一原因，进入进水通路12的流体被喷嘴23节流，从而以更高的压力有力地冲击在液力涡轮3的叶片部分31上，从而使液力涡轮3在水力的作用下绕轴7转动。冲击在叶片部分31上的液体从连接通路14流经液力涡轮3的开口部分和环部分32的内周部分，进而流入出水通路13。

转子4与液力涡轮3以及一个连接轴部分35被加工为了一个整体，并且与液力涡轮3共轴。更具体地讲，液力涡轮3、连接轴部分35和转子4沿轴7的延伸方向被连接在了一起。因此，当液力涡轮3在水力的作用下转动时，转子4就会与液力涡轮3一起绕轴7转动。四个沿轴7的延伸方向通水的连通孔4a被等间距地沿圆周方向加工在了连接部分35和转子4上。这些连通孔4a通过使液体流入图1中所示的转子4的右侧，从而使轴7能够相对轴承15平稳地转动。

转子4被连接在了液力涡轮3上并与液力涡轮3一起旋转，并且转子4由一个转子电磁铁所构成，该电磁铁具有八个外周表面被励磁的磁极。这样，转子4就被用作了步进电机的转子部分。所述外周表面通过杯形件5的圆柱部分51与步进电机的定子部分6相对。因此，当转子4与液力涡轮3一起旋转时，它将相对定子部分6转动。

定子部分6由沿轴向叠加布置的两层6a和6b所构成。每一层6a和6b包括一个外轭铁(以叠加的状态安装在外侧)61、一个与外轭铁61加工为一体的外磁极齿61a、一个内轭铁(以叠加的状态安装在内侧)62、一个与内轭铁62加工为一体的内磁极齿62a、和一个缠绕在绕线管上的绕组63。绕组63的首端和尾端分别与接线柱64相连。

这种结构的定子部分6被安装在杯形件5的圆柱部分51的外侧部分内。因此，定子部分6的磁极齿61a和62a与转子4的励磁部分之间就会产生磁通流。如上所述，当转子4与液力涡轮3一起旋转时，磁通流将被改变，从而绕组63中将会沿某一方向产生感应电压，这种感应电压将阻止磁通流的变化。该感应电压被从接线柱64处引出。该感应电压通过一个电路被转变为直流电，然后该直流电通过一个预定电路(未示出)被整流，进而被充入电池。

下面将对用于转动液力涡轮3的具体流量进行说明。液力涡轮3接受到的转动力是由液体的流量和液压而定的。换句话说，流入进水通路12的流体通过喷嘴23进行一定程度的节流，从而有力地冲击在液力涡轮3的叶片部分31上。因此，液力涡轮3接受到的转动力来自于液体。当然，即使没有使用喷嘴23对流道进行节流而使液体压力升高，液力涡轮3也能够在足够的水量的作用下被转动。然而，如果液体流经喷嘴23从而以更高的压力冲击在液力涡轮3的叶片部分31上，那么就有可能使用较小的水量使液力涡轮3转动。

在该实施例中，流道被节流，从而使液体压力升高。然而，如果液体压力过高，液力涡轮3的叶片部分31、喷嘴环2和流体的其它流道就有可能被损坏。相反，如果液体压力过低，流量将会不足，从而就不能够充分地发电。因此，必须根据液力涡轮3和喷嘴环2的材料和厚度恰当地设定液体压力。

除了液力涡轮3的叶片部分31的形状和液力涡轮3的总重(包括转子4的重量)之外，转子4和定子部分6之间产生的阻滞扭矩也是一种与转动力相反的阻力。本发明的一个主要目的是减小阻滞扭矩。在该实施例中，定子部分6具有两层结构，并且具有一定的歪斜度(每一层都沿圆周方向进行了移动)。因此，磁极齿的位置也沿圆周方向进行了移动，例如，磁极齿和作为转子部分的转子4的励磁部分之间产生的阻滞扭矩就可以相互抵销掉。因此，该阻滞扭矩就被减小了。因此，在液力涡轮3旋转过程中产生在转子4和定子部分6之间的阻滞扭矩将不会产生很强的制动作用，从而液力涡轮3就可以与转子4一起在小流量和低水压下平顺转动。

这样，在该实施例中，步进电机的定子部分6具有两层结构，并且叶片部分31的形状和厚度被设置为预定的尺寸。因此，液力涡轮3可以通过使液体以2.0至3.0升/分钟的流速流入进水通路12而发生转动。

另外，在该实施例中，使发电机开始转动的最小流速可以被设置为大约1.2至1.5升/分钟。然而，此时的发电量很小。另外，考虑到交流向直流的转换，将电储存在未示出的电容中所需的电压至少为5V或更高。尽管在该实施例中可以使用稍低于2.0升/分钟的流速进行发电，但是实际上为了可靠地进行发电，就需要2.0升/分钟或更高的流速。

另一方面，实际上2.0升/分钟的流速也被定为人们洗手所需的最低流速。通过以上分析，在本实施例中，2.0至3.0升/分钟的流速被设置为节水模式，而大于3.0升/分钟的流速被设置为正常模式。

如果定子部分6具有单层结构并且其它部分与本实施例中的各部分相同，那么阻滞扭矩与上述本实施例相比，将产生更强的制动作用。更具体地讲，此时液力涡轮3可能在大于3.0升/分钟的流速下才能转动。

第二个实施例

下面，将结合图5和6对根据本发明的第二个实施例的采用了无刷电机式的小型发电机进行说明。在对第二个实施例的说明中，将不再对与第一个实施例相同的结构进行说明，并且与第一个实施例中相同的组件仍采用与第一个实施例中相同的参考标号。图5是一个纵向剖视图，表示了一个根据本发明的第二个实施例的小型发电机。另外，图6是图5所示的小型发电机沿图5中的箭头VI方向的侧视图。

如图5所示，根据本发明的第二个实施例的采用了无刷电机的小型发电机的结构基本与第一个实施例相同，它包括一个机壳1、一个位于机壳1内的喷嘴环2、一个被可旋转式地安装在喷嘴环2的内周表面上的液力涡轮3、一个与液力涡轮3整体旋转的转子4、一个被安装在转子4的外周表面上的由不锈钢加工而成的杯状件105、和一个又被安装在杯状件105的外周表面上的无刷电机的定子部分106。

壳体1的体部分111具有一个发电部分连接部分111a，用于连接一个由转子4和定子部分106构成的发电部分。发电部分连接部分111a由一个凹入部分111c和一个外周部分构成，其中凹入部分111c的中间有一个加工在图5中的体部分111的右侧上的孔，并且一个圆周凹槽111b被加工在外周部分内。一个O形圈8被嵌在凹槽111b内。

另外，加工在杯形件105的最外周部分内的一个凸缘部分152在推力的作用下将O形圈8密封在凹槽111b内，并且一个杯形件90被用于使凸缘部分152的外周端和发电部分连接部分111a叠加在一起，从而使凸缘部分152的外周端与加工在体部分111内的一个凸出部分(未示出，其结构与第一个实施例相同)相邻接。更加具体地讲，杯形件105被压靠在发电部分连接部分111a上，同时将O形圈8挤压在凹槽111b内，另外，杯形件90覆盖在上面。如图6所示，四个螺钉10被插入了加工在杯形件90的四个角上的螺钉孔内，从而通过螺钉连接将杯形件90固定在壳体1的体部分111上。因此，作为壳体1的开口端面的发电部分连接部分111a就被密封在了杯形件105之内。

杯形件105由非磁性不锈钢件加工而成，并且具有通过冲压加工而成的凸缘部分152、一个与凸缘部分152相连接的外圆柱部分155、一个加工在外圆柱部分的内侧上的内圆柱部分151、一个用于连接两个圆柱部分151和155的连接表面部分156、和一个底部分153。这种结构的杯形件105被安装在了发电部分连接部分111a的凹入部分111c内，并且被叠放和固定在了壳体1和上述杯形件90之间。一个用于转动式地容纳轴7的一端的轴承15被安装在底部分153内，轴7支撑着液力涡轮3和转子4。杯形件105被用于使该无刷电机的定子部分106与流经壳体1内部的液体相隔离，同时防止液体流出壳体1。

喷嘴环2在压力的作用下被安装在了壳体1的连接通路14内，该喷嘴环2被用作一个喷射件，从而被用作水龙头设备的流道的一部分，并且被用于对流经的液体进行节流，从而将该液体喷射在液力涡轮3的叶片部分31上。喷嘴环2的结构与第一个实施例相同。另外，安装在喷嘴环2内部的液力涡轮3以及与液力涡轮3加工为一体的转子4的结构也与第一个实施例相同。

转子4被连接在了液力涡轮3上并与液力涡轮3一起旋转，并且转子4由一个转子电磁铁所构成，该电磁铁具有两个外周表面被励磁的磁极。这样，转子4就被用作了无刷电机的转子部分。所述外周表面通过杯形件105的内圆柱部分151与无刷电机的定子部分106相对。因此，当转子4与液力涡轮3一起旋转时，它将相对定子部分106转动。

如图6所示，定子部分106由沿圆周方向等间距布置的三个绕组部分106a、106b和106c所构成。每一个绕组部分106a、106b和106c包括一个定子铁芯161和一个缠绕在定子铁芯161上的线圈绕组163。绕组163的首端和尾端分别与接线柱164相连接。

这种结构的定子部分106被安装在了杯形件105的内圆柱部分151和外圆柱部分155之间。因此，作为定子部分106的磁极的每一个轭铁件161的内部相对表面161a与转子4的励磁部分之间就会产生磁通流。如上所述，当转子4与液力涡轮3一起旋转时，磁通流将被改变，从而绕组163中将会沿某一方向产生感应电压，这种感应电压将阻止磁通流的变化。该感应电压被从接线柱64处引出。

引出的感应电压通过一个电路被转变为直流电。具有一个三相Y形连接的输出绕组的发电部分发出的交流电压通过一个具有六个二极管和一个平滑电容器的三相桥电路(未示出)被整流，从而被转变成直流电充入电池。

定子部分106由三个如上所述的绕组部分106a、106b和106c所构成，并且具有三个磁极。另一方面，如上所述，与定子部分106相对的转子4具有两个励磁磁极。更具体地讲，在该实施例中，采用了无刷电机，并且转子(转子部分)4上的励磁磁极数目与定子部分106的绕组部分的数目(磁极数)之间的关系为2-3。因此，定子部分106和转子4之间产生的阻滞扭矩小于传统的单层步进电机中的阻滞扭矩。因此，在液力涡轮3旋转过程中产生在定子部分106和转子4之间的阻滞扭矩不会产生很大的制动作用，从而使液力涡轮3能够与转子4一起在小流量和小水压下平顺转动。

例如，在该实施例中，转子(转子部分)4上的励磁磁极数目与定子部分106的绕组部分的数目(磁极数)之间的关系可以为4-3或4-6，从而取代2-3的关系。同样在发电机的主要部分由无刷电机所构成的第二个实施例中，液力涡轮3也可以采取与第一个实施例相同的方式通过使液体以2.0至3.0升/分钟的流速流入进水通路12而发生转动。

如果发电机的结构采用步进电机，并且定子部分具有单层结构(第一个实施例中的定子具有两层结构)，那么阻滞扭矩将很大，并且如上所述将起到制动作用。更具体地讲，液力涡轮3可能在大于3.0升/分钟的流速下才能转动。如上所述，通过使发电机的主要部分的结构采用无刷电机，就有可能使用较小的水量进行发电。

根据每一个实施例的小型发电机都可以通过采用2.0至3.0升/分钟的小流量进行发电。另外，当流速大于3.0升/分钟时，理所当然同样可进行发电。此外，转子4可以在不受阻滞扭矩影响的情况下平顺地旋转。因此，单位转速的发电输出量将高于传统技术中的发电量。

本发明可以产生上述效果。因此，在一个连接有根据本发明的每一个实施例的小型发电机的水龙头设备中，阀的开度可以受到控制，从而至少包括两种模式，第一种是节水模式，其中流入流道的液体的流速的设定值低于正常值，另一种是正常模式，其中液体的流速为正常值，并且如上所述节水模式下的流速可以被设定为2.0至3.0升/分钟。这样，在节水模式下也可以进行发电，并且在正常模式下可以获得较高的发电输出效率。

如上所述，在每一个实施例中，与传统的具有单层结构的步进电机相比，都有可能更大程度地减小阻滞扭矩。因此，举例来说，喷嘴23的孔径可以被增大，从而减小冲击在液力涡轮3上的水压，并且有可能进一步减小喷嘴环2和液力涡轮3因水压过高而被损坏的可能性。在这种情况下，相应于喷嘴23的孔径的增加和液体压力的降低，液力涡轮3可被转动的最小流量将稍微增大。如果流量大约为2.5升/分钟，举例来说，那么与现有技术相比，此处将获得十分优越的性能。

接着将要详细描述采用本发明的小型发电机的水龙头设备。

图7(a)和(b)显示了包含本发明的小型发电机的水龙头设备的剖视图。图8是在小型发电机、电容器和控制器之间的关系框图。

在图7(a)和(b)中，水龙头1000包含一个出水管口和一个用于探测人手的人体探测器1001。水龙头1000还包括下列部件：打开和关闭水流的电磁阀1002、在图1或5所示的小型发电机、用于控制电磁阀1002的开/闭的的控制器1003、和储存整流电流的电容器1004，上述控制器1003包括用于将感应电压转变为直流电的直流转换器和一个用于对直流电进行整流的整流电路。

接着将描述水龙头1000的操作。当人手靠近传感器1001时，一个信号从传感器1001传送到控制器1003。控制器1003发出一个打开信号到电磁阀1002。然后，电磁阀打开以流出水流。水流过在水龙头中的管道到达小型发电机1005。在小型发电机1005中，水流进通过喷嘴或类似装置节流的入流通道以增加液体压力。然后，水冲击液力涡轮的叶片部分。通过直流转换器(未示出)将感应电压转换为直流电并通过整流电路(未示出)进行整流以储存在电容器(未示出)中。

然后储存在电容器(未示出)中的电流被施加到控制器1002上。

另一方面，当未探测到人手时，传感器1001通过探测状态输出一个信号到控制器1002以关闭电磁阀1003。

水龙头1000的操作并不局限于这个实施例的上述描述。还可以采用下面的操作，例如在流出一定量的水之后，将自动关闭水流。

在根据本发明的小型发电机中，与穿过流道旋转的液力涡轮相连接的转子被用作步进电机的转子部分，该转子部分与包括在该无刷电机中的多层的定子部分相对。因此，每一层都可以抵销一部分产生在定子部分和转子之间的阻滞扭矩，从而可以减小阻滞扭矩。其结果是，液力涡轮可以在小流量和低水压下旋转。

在根据本发明的小型发电机中，与穿过流道旋转的液力涡轮相连接的转子被用作无刷电机的转子部分，该转子部分与包括在该无刷电机中的包括数个绕组部分的定子部分相对。因此，就有可能减小阻滞扭矩。其结果是，液力涡轮可以在小流量和低水压下旋转。

另外，通过调节阀的开度，根据本发明的水龙头设备至少可以工作在两种模式下，即节水模式和正常模式，并且该设备的流道中还安装有小型发电机。这样，在根据本发明的水龙头设备中，一个阻滞扭矩被减小的小型发电机被安装在了流道中，从而可以在小流量和低水压下进行发电。因此，如果冲击在液力涡轮上的液体的压力的设置值较低，那么在正常模式下就有可能减小零件在高水压下被损坏的可能性，同时在节水模式下也可以进行充分的发电。

Claims (10)

1.一种小型发电机，包括：

一个安装在流道内的液力涡轮，当流体以预定的流动速率流过该液力涡轮时，该液力涡轮将发生转动；

一个与液力涡轮相连接并与液力涡轮一起旋转的转子，该转子被用作一个步进电机的转子部分，该转子部分与包括在该步进电机中的多层的定子部分相对；

其中当流体流经时，转子部分相对定子部分转动，从而进行发电。

2.如权利要求1所述的小型发电机，其特征在于，其中通过安排各层之间的相对位置，就可以抵销掉定子部分和转子之间产生的阻滞扭矩。

3.如权利要求1所述的小型发电机，其特征在于，还包括：

一个喷射件，该喷射件包括一个喷射孔，该喷射孔被作为流道的一部分，并且被用于形成一个节流通道，从而将液体喷射在液力涡轮的叶片部分上。

4.一种小型发电机，包括：

一个安装在流道内的液力涡轮，当流体以预定的流动速率流过该液力涡轮时，该液力涡轮将发生转动；

一个与液力涡轮相连接并与液力涡轮一起旋转的转子，该转子被用作一个无刷电机的转子部分，该转子部分与包括在该无刷电机中的包括多个绕组部分的定子部分相对；

其中当流体流经时，转子部分相对定子部分转动，从而进行发电。

5.如权利要求4所述的小型发电机，其特征在于，其中转子部分上的磁极数目和定子部分上的绕组部分的数目之间的关系被设定为2-3，4-3和4-6之一。

6.如权利要求4所述的小型发电机，其特征在于，还包括：

一个喷射件，该喷射件包括一个喷射孔，该喷射孔被作为流道的一部分，并且被用于形成一个节流通道，从而将液体喷射在液力涡轮的叶片部分上。

7.一种水龙头设备，包括：

一个阀，该阀的开度受到控制，从而至少包括两种模式，第一种是节水模式，其中一股水流流向一个流道，另一种是用于正常流动的正常模式；以及

小型发电机，其包括：一个安装在流道内的液力涡轮，当水以预定的流动速率流过该液力涡轮时，该液力涡轮将发生转动；一个与液力涡轮相连接并与液力涡轮一起旋转的转子，该转子被用作一个步进电机的转子部分，该转子部分与包括在该步进电机中的多层的定子部分相对；其中当水流经时，转子部分相对定子部分转动，从而进行发电。

8.如权利要求7所述的水龙头设备，其特征在于，其中节水模式下的流量被设置为2.0升/分钟至3.0升/分钟。

9.一种水龙头设备，包括：

一个阀，所述阀的开度受到控制，从而至少包括两种模式，第一种是节水模式，其中一股水流流向一个流道，另一种是用于正常流动的正常模式；以及

一个小型发电机，其包括：一个安装在流道内的液力涡轮，当水以预定的流动速率流过该液力涡轮时，该液力涡轮将发生转动；一个与液力涡轮相连接并与液力涡轮一起旋转的转子，该转子被用作一个无刷电机的转子部分，该转子部分与包括在该无刷电机中的包括多个绕组部分的定子部分相对；其中当水流经时，转子部分相对定子部分转动，从而进行发电。

10.如权利要求9所述的水龙头设备，其特征在于，其中节水模式下的流量被设置为2.0升/分钟至3.0升/分钟。

Images