CN207377697U - 具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机。其结构包括外壳，在外壳的前端设有导流器，在外壳的后端设有导向板，在外壳内装有由定子和转子构成的发电机构；定子包括中心轴及穿接在其上的硅钢片组，在硅钢片组上缠绕有漆包线；转子包括可绕中心轴旋转的转筒，在转筒的侧壁设有扇叶；在转筒内依序粘接有导磁壳和限位壳，铷磁铁嵌置在限位壳外侧壁所开的凹槽内；发电机构通过导线与充电机构相接；在外壳的外侧壁上设有套筒，套筒内装有转向轴承，通过转向轴承可使该发电机实现任意方向的调整。本实用新型结构简单、体积小，具有可穿戴性，发电效率高，可长时间水下使用。

Description

具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机领域，具体地说是一种具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机。

背景技术

由于海洋探索和国家海域防卫的需要，应用于深海的探测、拍摄以及能源采集等设备不断投入使用。目前这些设备主要依靠蓄电池供电，随着深海开发力度的不断加大，对于电能的需求也越来越高，蓄电池越来越难以满足这些功耗大、工作时间长的深水设备。设计一种能够穿戴于探测鱼、深水机器人等（称之为“探测体”）设备上的能量转换效率高、使用寿命长、体积小的水下发电装置迫在眉睫。目前的水下发电设备多为固定式安装，探测体无法携带，这就为长时间高消耗的远洋探测设备带来很大局限。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，以解决现有的水下发电设备多为固定式安装、不便携带的问题。

本实用新型的目的是这样实现的：一种具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，包括圆筒形的外壳，在所述外壳的前端设有圆锥形的导流器，在所述外壳的后端尾部设有三角板状的导向板，在所述外壳内装有用于产生电能的发电机构，所述发电机构包括固接在所述外壳轴心处的中心轴以及可绕所述中心轴旋转的圆柱形转筒，在所述转筒的外侧壁靠近前端部位均布有若干扇叶，在所述转筒内侧壁粘接有圆筒形的导磁壳，在所述导磁壳的内侧壁粘接有圆筒形的限位壳，在所述限位壳的外侧壁上开有若干沿轴向的凹槽，在每一个凹槽内均放置一块铷磁铁，每一块铷磁铁均吸附在所述导磁壳的内侧壁上，相邻两块铷磁铁的磁极方向相反；在所述限位壳的内腔中设置有穿接在所述中心轴上的硅钢片组，在所述硅钢片组上缠绕有漆包线，所述漆包线通过导线与放置在水下探测设备上的充电机构相接，所述充电机构用于调解所述发电机构所产生的电能并加以储存以供水下探测设备使用；在所述外壳的外侧壁上设有套筒，在所述套筒内装有转向轴承，所述转向轴承的内侧壁与底座固接，通过所述底座可将该微型发电机固定在水下探测设备上。

所述导流器的底部通过若干径向设置的前连接杆与所述外壳的前端面固接。

所有前连接杆的内端交接于所述外壳的前端面中心的前环形体上，所述前环形体的中心通孔可实现对所述中心轴的前端进行卡接。

在所述外壳的后端面上沿径向设有若干后连接杆，所有后连接杆的内端交接于所述外壳的后端面中心的后环形体上，所述后环形体的中心通孔可实现对所述中心轴的后端进行卡接；所有后连接杆的外端通过一环形卡圈卡接在所述外壳的后端面处。

所述导向板通过一轴向连接杆与所述外壳的后端面中心处的后环形体相接，且在所述轴向连接杆的前端开有卡接孔，所述中心轴的后端延伸进入所述轴向连接杆的卡接孔内。

所述充电机构包括整流单元、稳压单元和蓄电池；所述整流单元用于将发电机构所发的交流电整流为直流电，所述稳压单元用于对所述整流单元输出的直流电进行稳压，所述蓄电池用于将所述稳压单元输出的电能进行存储，以供水下探测设备使用。

所述整流单元由四个二极管交叉排列构成。

本实用新型所提供的具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，是一种便携式且转换效率高的发电设备，该设备可与水下探测设备连带式安装，确保探测设备长时间稳定作业。例如：探测鱼、深水机器人等在水下游动时的动能以及海流能可用以驱动发电机，将发电机尾部设计为鱼尾状的导向板结构，再在水下探测设备与发电机的外壳之间以转向轴承连接，使发电机跟随水流方向转动，从而大大提高发电效率。

本实用新型具有如下优点：

（1）整套装置稳定性好，能量利用率高，发电效率高。

（2）整体体积小，具有可穿戴性，可适应多种复杂环境。

（3）结构简单，密闭性良好，可长时间水下使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中沿外壳轴向的纵切面示意图。

图3是本实用新型中定子和转子的横截面示意图。

图4是本实用新型中充电机构的电路结构框图。

图中：1、外壳，2、导流器，3、前连接杆，4、扇叶，5、套筒，6、底座，7、轴向连接杆，8、导向板，9、前轴承，10、硅钢片组，11、中心轴，12、固定支柱，13、后轴承，14、后连接杆，15、转筒，16、转向轴承，17、导磁壳，18、限位壳，19、凹槽，20、前环形体，21、后环形体，22、卡圈，25、整流单元，26、稳压单元，27、蓄电池。

具体实施方式

如图1~图3所示，本实用新型所提供的微型发电机包括外壳1，外壳1为两端开口的圆筒形结构，在外壳1的前端（即对应图中外壳1的上端）设置有圆锥形的导流器2，导流器2的底部通过若干径向设置的前连接杆3与外壳1的前端面固接，图中示出了五个前连接杆3，这五个前连接杆3均匀分布在外壳1的前端面处，且五个前连接杆3的外端与外壳1的内壁固接，五个前连接杆3的内端均指向外壳1前端面的中心，并与外壳1前端面中心处的前环形体20固接，前环形体20设置在外壳1前端面的中心处，前环形体20的中心通孔处于外壳1的轴心线上。

在外壳1的内腔中装有用于产生电能的发电机构，所述发电机构包括定子和转子等。定子包括中心轴11和硅钢片组10，硅钢片组10起导磁作用，中心轴11是整个装置的中心，中心轴11固定设置在外壳1内腔的轴心线上，且中心轴11的前端（即对应图中中心轴11的上端）卡接在外壳1前端面中心处前环形体20的中心通孔内。硅钢片组10由若干硅钢片依次层叠而形成，硅钢片组10包括中间的环形体及四周呈T型的结构，硅钢片组10通过中间环形体的中心通孔穿接在中心轴11上，且与中心轴11固接。在硅钢片组10上缠绕有漆包线（图中未示出），在硅钢片组10的后方设置有对硅钢片组10及其上漆包线进行支撑固定的固定支柱12，同时，固定支柱12上焊接缠绕的漆包线，固定支柱12以穿接的方式固定在中心轴11上。

转子可绕中心轴11进行旋转，转子包括以中心轴11为轴心线的圆柱形转筒15，转筒15为两端封闭的筒体结构，转筒15的前端面（即对应图中转筒15的上端面）通过前轴承9与中心轴11相接，转筒15的后端面（即对应图中转筒15的下端面）通过后轴承13与中心轴11相接。硅钢片组10和固定支柱12均位于转筒15的内腔中。在后轴承13上开有两个通孔，通过这两个通孔可将焊接在固定支柱12上的漆包线的正负极通过导线引出到转筒15外部。转筒15内的硅钢片组10及其上的漆包线可由聚合物纤维层包覆住，以免硅钢片组10及其上的漆包线暴露在水中。

在转筒15的外侧壁靠近前端部位均布有若干扇叶4，这些扇叶4是沿转筒15的横截面方向而布置，通过扇叶4可带动转子进行旋转。结合图3，在转筒15的内侧壁与硅钢片组10相对的位置粘接有圆筒形的导磁壳17，在导磁壳17的内侧壁粘接有圆筒形的限位壳18，限位壳18的厚度相比导磁壳17要厚，在限位壳18的外侧壁上开有若干沿轴向的凹槽19，在每一个凹槽19内均放置一块铷磁铁，每一块铷磁铁均吸附在导磁壳17的内侧壁上。限位壳18可保证铷磁铁的位置稳定不变，铷磁铁用于为内部硅钢片组10上的漆包线提供均匀的磁场。凹槽19的数量是偶数个，铷磁铁放置在凹槽19内后，铷磁铁的磁极沿径向方向，即：铷磁铁的N极或S极面向中心轴11方向。相邻两个铷磁铁的磁极方向相反，即：铷磁铁的N极和S极间隔朝向中心轴11方向。导磁壳17可以加强并且稳固磁场，使发电有更高的输出功率。

在外壳1的后端面上沿径向设有若干后连接杆14，所有后连接杆14的内端交接于外壳1后端面中心的后环形体21上，后环形体21的中心通孔处于外壳1的轴心线上，且中心轴11的后端穿插于后环形体21的中心通孔。所有后连接杆14的外端通过一环形卡圈22卡接在外壳1的内壁。

外壳1后端面中心处的后环形体21通过一个轴向连接杆7连接一个三角板状的导向板8，导向板8的板面方向沿外壳1的轴向方向，即导向板8的方向与整个装置的方向平行，与扇叶4的方向垂直。在轴向连接杆7的前端开有卡接孔，中心轴11的后端延伸进入轴向连接杆7的卡接孔内。

在外壳1的外侧壁上与外壳1内的扇叶4相对的位置设置有一个套筒5，在套筒内装有转向轴承16，转向轴承16的轴向与发电机的转轴垂直。转向轴承16的内侧壁与底座6固接，通过底座6可将该微型发电机固定在水下探测设备上。本实用新型中导向板8和转向轴承16配合作用，可实现在水下进行方向调整，进而控制整体方向。

外壳1对其内的部件起保护作用，通过外壳1前端的导流器2，可以使更多的水流流向扇叶4，提高发电功率。外壳1尾部的导向板8的作用是感知水流方向，通过水流的作用力使整个装置与水流方向平行，若导向板8与水流方向不平行，则其会通过扭动来尽力与水流方向平行，导向板8所带来的扭力会通过轴向连接杆7、中心轴11、后环形体21、前环形体20传递给外壳1，外壳1进一步将该扭力传递给其外侧壁上的套筒5，套筒5接受外壳1所传递的作用力，并通过转向轴承16使整个装置实现转向。本实用新型中的转向机构（包括导向板、转向轴承等）可任意改变发电机的方向，使整个装置处于与水流方向平行的状态，这样就能最大程度地利用海流能。底座6可通过多种方式固定在水下探测设备上，使得整个装置得以固定，并稳定地工作。

发电机构中，缠绕在硅钢片组10上的漆包线的正负极通过两根导线引出来，并与放置在水下探测设备上的充电机构相接，充电机构用于调解发电机构所产生的电能并加以储存以供水下探测设备使用。

如图4所示，充电机构具体包括整流单元25、稳压单元26和蓄电池27。整流单元25的输入端通过导线与发电机构硅钢片组10上漆包线的正负极相接，整流单元25用于将发电机构所发的交流电整流为直流电；整流单元25的输出端与稳压单元26的输入端相接，稳压单元26的输出端与蓄电池相接。稳压单元26用于对整流单元25输出的直流电进行稳压，蓄电池27用于将稳压单元26输出的电能进行存储，以供水下探测设备使用。

整流单元25由四个二极管交叉排列构成，具体是：四个二极管分别是二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃和二极管D₄；二极管D₁的正极与发电机构硅钢片组10上漆包线的正极相接，二极管D₁的负极与稳压单元26的正极输入端相接；二极管D₂的负极与发电机构硅钢片组10上漆包线的正极相接，二极管D₂的正极与稳压单元26的负极输入端相接；二极管D₃的正极与发电机构硅钢片组10上漆包线的负极相接，二极管D₃的负极与稳压单元26的正极输入端相接；二极管D₄的负极与发电机构硅钢片组10上漆包线的负极相接，二极管D₄的正极与稳压单元26的负极输入端相接。

Claims (7)

1.一种具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，其特征是，包括圆筒形的外壳，在所述外壳的前端设有圆锥形的导流器，在所述外壳的后端尾部设有三角板状的导向板，在所述外壳内装有用于产生电能的发电机构，所述发电机构包括固接在所述外壳轴心处的中心轴以及可绕所述中心轴旋转的圆柱形转筒，在所述转筒的外侧壁靠近前端部位均布有若干扇叶，在所述转筒内侧壁粘接有圆筒形的导磁壳，在所述导磁壳的内侧壁粘接有圆筒形的限位壳，在所述限位壳的外侧壁上开有若干沿轴向的凹槽，在每一个凹槽内均放置一块铷磁铁，每一块铷磁铁均吸附在所述导磁壳的内侧壁上，相邻两块铷磁铁的磁极方向相反；在所述限位壳的内腔中设置有穿接在所述中心轴上的硅钢片组，在所述硅钢片组上缠绕有漆包线，所述漆包线通过导线与放置在水下探测设备上的充电机构相接，所述充电机构用于调解所述发电机构所产生的电能并加以储存以供水下探测设备使用；在所述外壳的外侧壁上设有套筒，在所述套筒内装有转向轴承，所述转向轴承的内侧壁与底座固接，通过所述底座可将该微型发电机固定在水下探测设备上。

2.根据权利要求1所述的具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，其特征是，所述导流器的底部通过若干径向设置的前连接杆与所述外壳的前端面固接。

3.根据权利要求2所述的具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，其特征是，所有前连接杆的内端交接于所述外壳的前端面中心的前环形体上，所述前环形体的中心通孔可实现对所述中心轴的前端进行卡接。

4.根据权利要求1所述的具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，其特征是，在所述外壳的后端面上沿径向设有若干后连接杆，所有后连接杆的内端交接于所述外壳的后端面中心的后环形体上，所述后环形体的中心通孔可实现对所述中心轴的后端进行卡接；所有后连接杆的外端通过一环形卡圈卡接在所述外壳的后端面处。

5.根据权利要求4所述的具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，其特征是，所述导向板通过一轴向连接杆与所述外壳的后端面中心处的后环形体相接，且在所述轴向连接杆的前端开有卡接孔，所述中心轴的后端延伸进入所述轴向连接杆的卡接孔内。

6.根据权利要求1所述的具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，其特征是，所述充电机构包括整流单元、稳压单元和蓄电池；所述整流单元用于将发电机构所发的交流电整流为直流电，所述稳压单元用于对所述整流单元输出的直流电进行稳压，所述蓄电池用于将所述稳压单元输出的电能进行存储，以供水下探测设备使用。

7.根据权利要求6所述的具有生物可穿戴性的水下方向可调节的微型发电机，其特征是，所述整流单元由四个二极管构成。