CN207513735U - 一种水力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种水力发电机，属于水流发电机技术领域。它解决了现有的水流发电机发电效率低的问题。本水力发电机，包括壳体、转轴、叶轮、线圈以及磁铁，所述壳体内具有磁性腔以及过水腔，所述叶轮设置于过水腔内，所述磁铁设置于磁性腔内，所述转轴的两端分别与磁铁和叶轮相连接，所述磁性腔内还设置有密封套，上述磁铁为强磁且密封设置于上述密封套内，所述密封套和磁铁均与上述转轴相固定。本水力发电机具有发电效率高的优点。

Description

一种水力发电机

技术领域

本实用新型属于水流发电机技术领域，涉及一种水力发电机。

背景技术

水龙头是用来控制管路中水流的大小开关的产品，其被广泛应用于各个用水的场所。随着人们对水龙头使用要求的不断提高，感应式龙头等智能龙头逐渐受到人们的关注。现有的感应龙头往往使用外接电源，如220V交流电和干电池等，存在布线麻烦，成本高，有漏电危险等问题。

为此，人们设计了一种具有感应控制端的微型水流发电机系统并申请了中国专利(其申请号为：201410388969.0；其公布号为：CN104153934A)，该水流发电机系统中的水流发电机包括外壳、叶轮和磁铁，磁铁设置在外壳内，叶轮设置在水轮机壳内，其中，叶轮设置在下部，磁铁设置在上部，两者通过轴相连接，磁铁同轴的两侧还分别设置有上爪极和下爪极。该水流发电机使用时，利用管路中的水流冲击叶轮，带动叶轮转动，叶轮通过轴带动磁铁周向转动，形成旋转磁场，上爪极、下爪极以及线圈随旋转磁场的变化切割磁感线，产生感应电流以供电器元件的使用，其中，上爪极和下爪极采用导磁材料制成，用于辅助磁场较弱的磁铁使用以提供充足的发电量。

上述水流发电机虽然能利用管路中的水流进行发电，但存在发电效率低且发电量少的问题：该水流发电机中的上爪极和下爪极的形状均包括一个呈圆环形的环片以及分布在环片上的数个凸出的爪，因整体采用导磁材料制成，当磁铁旋转时，各个爪极受到磁铁施加的磁吸力的同时会对磁铁施加反作用力，则磁铁在旋转过程中将始终受到上爪极和下爪极对其施加的反作用力，因数个爪为间隔分布，则在周向上对磁铁施加的作用力不均匀，仅在某几个特定的位置时磁铁受到的作用力平衡，即磁铁在转动过程中始终会有向最近的平衡位置转动的趋势，使得转动受到的阻力阻力极大，磁铁的磁吸力越强，阻力越大，严重影响了发电的效率。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种水力发电机，所要解决的技术问题是如何提高水力发电机的发电效率。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

一种水力发电机，包括壳体、转轴、叶轮、线圈以及磁铁，所述壳体内具有磁性腔以及过水腔，所述叶轮设置于过水腔内，所述磁铁设置于磁性腔内，所述转轴的两端分别与磁铁和叶轮相连接，其特征在于，所述磁性腔内还设置有密封套，上述磁铁为强磁且密封设置于上述密封套内，所述密封套和磁铁均与上述转轴相固定。

本水力发电机使用时，将壳体的进水口和出水口分别与管路对应连通，水流进入壳体内后，冲击位于过水腔内的叶轮使其转动，通过与叶轮连接的转轴带动位于磁性腔内的磁铁转动，从而形成旋转的磁场，由壳体外的线圈切割磁感线以产生感应电流，完成发电。因强磁遇水会被腐蚀，且磁力较大，会与爪极之间产生极大的吸附力，甚至导致磁铁无法转动，所以本领域技术人员往往在水力发电机中不采用强磁作为发电用的磁铁，而本水力发电机的磁性腔中仅设置作为磁铁的强磁，没有设置爪极，不仅结构简单，且避免了爪极的设置而对磁铁转动造成阻碍的情况，提高了发电的效率。并密封套用于将磁铁与磁性腔中的液态介质相分隔开来，可使强磁不会受到液态介质的影响，保证强磁的使用寿命。

在上述的水力发电机中，所述转轴外侧还套设有呈环状的动态平衡环，该动态平衡环与上述密封套相固定。因转轴、磁铁等周向转动的结构在生产加工过程中可能存在质量分布不均或者位置偏移的情况，在转轴外侧固定动态平衡环可用于调节组装完成后整个发电机的动态平衡，保证转轴转动的稳定性，从而提高发电机的发电效率。

在上述的水力发电机中，所述线圈呈筒状且套设在上述磁铁外，所述线圈的外侧还套设有呈圆筒状的采用导磁材料制成的钢环。钢环用于屏蔽磁场，避免发电机中的磁铁受到发电机外的其它产品或部件的吸力影响而造成转动缓慢的情况，提高了发电机的发电效率。

在上述的水力发电机中，所述钢环包括数个呈圆环形钢圈，数个钢圈同轴线设置且依次叠放形成上述钢环。钢环由数个均呈圆环形的钢圈叠放形成，使得在磁铁周向转动时，各个角度受到的磁吸力相同，避免因连接缝隙等存在而造成磁吸力大小变化的情况，减少了磁阻，使得转轴和磁铁的转动更顺畅，保证了发电效率。

在上述的水力发电机中，所述磁性腔和过水腔之间通过过水通道相连通，所述壳体内位于上述过水通道处设置有能阻止过水腔内的杂质进入磁性腔的隔离件。在发电过程中，本水力发电机的磁性腔和过水腔之间的过水通道内设置了隔离件，用于阻止过水腔内的杂质进入磁性腔内，即不在源头处对水流进行过滤，保证水流能完全进入过水腔中对叶轮进行冲击，从而保证叶轮转动的效率不受影响，同时，在过水通道处设置隔离件进行阻隔能防止导磁颗粒进入磁性腔中对磁铁的转动造成影响，也能最大限度地削弱采用强磁的磁铁对导磁颗粒的磁吸力。所以，通过上述隔离件的设置不仅不影响水流的流量且能防止导磁颗粒被磁铁吸附而影响转动效率，提高了水力发电机的发电效率。

在上述的水力发电机中，所述隔离件呈环状且套设在所述转轴外侧，所述隔离件的外侧和/或端面与所述壳体内壁之间形成密封，隔离件的内侧具有呈环形的抵靠面且该抵靠面与上述转轴的外侧面相贴靠。通过环状隔离件的外侧和端面与固定不动的壳体内壁之间的连接实现对过水通道处进行密封，隔离件与转轴之间仅通过环形抵靠面进行贴靠，贴靠后能达到使本隔离件能对杂质进行阻隔而不完全阻止水流通过过水通道进入磁性腔内的效果。

这里，通过隔离件阻隔杂质却使水流可流过的方案起以下作用：1、如通过隔离件的设置来阻止水流进入磁性腔，则需要将隔离件的抵靠面与周向转动的转轴紧密抵靠并使两者之间形成密封，因两者一动一静，会发生相对运动，如两者之间实现密封，不仅会使隔离件的磨损加剧，使用寿命短且会对转轴的周向转动造成较大的阻力，而使水流流过可使隔离件仅与转轴抵靠，减少两者之间的磨损，也降低了隔离件的设置对转轴周向转动的阻力，提高了水力发电的效率；2、如果磁性腔中不进水，则隔离件将持续受到过水腔中较大的水压作用，对隔离件的抗压性要求较大，且长期使用后，隔离件容易受到水压影响而发生变形，影响阻水和阻隔杂质效果，反之，使磁性腔中进水，可使隔离件两侧的磁性腔和过水腔中的水压保持大致平衡，避免了隔离件单方面承受过水腔内水压作用，隔离件发生形变而无法阻挡杂质的情况，保证了杂质阻隔的效率，提高了发电机的发电效率。

在上述的水力发电机中，所述隔离件包括均呈环状的隔离环一和隔离环二，所述隔离环一和隔离环二相邻设置且均套设在上述转轴外侧，所述隔离环一的内侧具有呈环状的隔离部一，该隔离部一沿着轴线方向的厚度从外侧向内侧逐渐缩小且隔离部一的内侧与上述转轴的外侧面相抵靠，所述隔离环二的内侧具有呈环状的隔离部二，该隔离部二沿着轴线方向的厚度从外侧向内侧逐渐缩小且隔离部二的内侧与上述转轴的外侧面相抵靠，所述隔离部一和隔离部二之间形成补偿腔。隔离部一和隔离部二的厚度缩小可减少隔离部一与转轴之间的接触面积，减少摩擦力，保证转轴的转动效率从而提高发电效率，同时，补偿腔的设置，可在隔离部一和隔离部二被磨损后，受到磁性腔或过水腔内的水压作用而向内发生形变，从而使得隔离部一和隔离部二贴近转轴，实现磨损后的补偿，保证对水中杂质的阻隔，保证发电机的稳定工作，提高发电机的发电效率。

作为另一种情况，在上述的水力发电机中，所述隔离件包括均呈环状的隔离网一和隔离网二，所述隔离网一和隔离网二相邻设置且均套设在上述转轴外侧，所述隔离网一和隔离网二的网眼交错设置。通过设置多层过滤网的方式来对杂质进行最大程度地过滤，避免颗粒进入磁性腔中，实现了对颗粒的阻隔，进而提高发电机的发电效率。

在上述的水力发电机中，所述磁铁呈圆筒状且以磁铁轴线所在平面为对称面具有N极和S极，所述线圈沿上述磁铁的轴向绕设且该线圈具有与N极相对的切割段一和与S极相对的切割段二，所述切割段一和切割段二通过连接段连接。将线圈呈方框形绕设在磁铁轴线所在平面内，且分别有切割段一和切割段二设置于磁铁两侧并分别与N极和S极位置对应，则在磁铁转动时，切割段一和切割段二能同时切割磁感线并产生感应电流，提高了发电效率。

在上述的水力发电机中，所述壳体的进水口处还连接有过滤网。根据需要可在发电机的进水口处设置网眼较大的过滤网，主要用于过滤较大的杂质，避免杂质对叶轮的转动造成影响。

与现有技术相比，本水力发电机具有以下优点：

1、本水力发电机在过水腔和磁性腔之间的过水通道中设置隔离件用于阻隔杂质，既不影响过水腔中对叶轮进行冲击的水流的流量，同时能避免杂质吸附磁性腔中的磁铁上并阻碍磁铁的转动，提高了发电机的发电效率。

2、在磁性腔中仅设置强磁，不设置爪极，不仅结构更简单，且避免了磁阻的影响，提高转轴及磁铁的转动效率，且将强磁通过密封套进行密封，与水隔离开来，保证了强磁的使用寿命。

3、在磁铁的外侧设置钢环进行磁场屏蔽，避免发电机外侧的其它结构对磁铁的转动产生磁阻影响，且圆环形钢圈组成的钢环在圆周方向上对磁铁能保持较为均衡的吸力，磁阻极小，能保证磁铁随着转轴顺畅转动，发电效率高。

附图说明

图1是本水力发电机的结构示意图。

图2是本水力发电机的剖视结构示意图。

图3是本水力发电机中隔离件的剖视结构示意图。

图4是本水力发电机中线圈绕设在磁铁上的剖视结构示意图。

图中，1、壳体；1a、进水口；1b、出水口；1c、磁性腔；1d、过水腔；1e、过水通道；2、转轴；3、叶轮；4、磁铁；5、线圈；5a、切割段一；5b、切割段二；6、隔离件；6a、抵靠面；6b、隔离环一；6c、隔离环二；6d、隔离部一；6e、隔离部二；6f、补偿腔；7、密封套；8、动态平衡环；9、钢环；10、过滤网；11、外壳。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，一种水力发电机包括具有进水口1a和出水口1b的壳体1、转轴2、叶轮3、磁铁4以及线圈5，壳体1内具有磁性腔1c以及过水腔1d，磁性腔1c和过水腔1d之间通过过水通道1e相连通。其中，过水腔1d与进水口1a和出水口1b均连通，叶轮3设置于该过水腔1d内，磁铁4设置于磁性腔1c内，转轴2穿设于过水通道1e内且转轴2的两端分别伸入过水腔1d和磁性腔1c内。叶轮3套设并固定在转轴2一端的外侧，磁铁4呈圆筒状，套设在转轴2另一端的外侧且与转轴2紧配合，线圈5固定在壳体1外，壳体1的进水口1a内还连接有过滤网10。

具体地说，壳体1包括相互密封连接的上盖和下盖，进水口1a和出水口1b均开设在下盖上，过水腔1d位于下盖内，磁性件位于采用非金属材料制成的上盖内。上盖又包括位于上侧的呈圆桶状的密封盖和位于下侧的呈圆筒状的支撑座，过水通道1e位于支撑座中。转轴2穿设于支撑座中且转轴2与支撑座之间设置有轴承，转轴2上伸入磁性腔1c内的一端与密封盖之间设置轴承。叶轮3通过两个卡簧固定在转轴2上。

磁性腔1c内还设置有呈筒状的密封套7，该密封套7套设在转轴2外侧，密封套7一端具有向内凸出的呈圆环形密封部，该密封部与转轴2外侧相抵靠且紧配合，磁铁4设置于密封套7内，即密封套7包覆在磁铁4外侧。密封套7的另一端内侧设置有呈圆环形的密封片以及动态平衡环8，密封套7通过密封部和密封片将磁铁4密封在密封套7内并与磁性腔1c内的水隔离开来。在本实施例中，磁铁4采用汝铁硼强磁,密封套7可采用除了铁以外的其它金属或者非金属材料制成。

支撑座内的过水通道1e中还设置有呈圆环状的能阻止过水腔1d内的杂质进入磁性腔1c的隔离件6，在本实施例中，隔离件6可采用耐磨材料制成；隔离件6设置于轴承朝向过水腔1d的一端，该隔离件6套设在转轴2外侧且通过卡簧和轴承对隔离件6进行两端的限位。如图3所示，隔离件6的外侧与壳体1内壁之间形成密封，隔离件6的内侧具有呈环形的抵靠面6a且该抵靠面6a与转轴2的外侧面相贴靠。

其中，隔离件6包括均为实心且呈圆环形的隔离环一6b和隔离环二6c，隔离环一6b和隔离环二6c上下相邻设置且均套设在转轴2外侧，隔离环一6b的内侧具有呈圆环形的隔离部一6d，该隔离部一6d沿着轴线方向的厚度从外侧向内侧逐渐缩小且隔离部一6d的内侧面与转轴2的外侧面相抵靠，隔离部一6d的截面形状大致呈锥形。隔离环二6c的内侧具有呈圆环形的隔离部二6e，该隔离部二6e沿着轴线方向的厚度从外侧向内侧逐渐缩小且隔离部二6e的内侧面与转轴2的外侧面相抵靠，隔离部二6e的截面形状大致呈锥形，隔离部一6d和隔离部二6e之间形成可供隔离部一6d和隔离部二6e向内弯曲的补偿腔6f。

线圈5套设并固定在密封盖的外侧，如图4所示，磁铁4以其轴线所在平面为对称面具有一个N极和一个S极，线圈5的数量为数个，图中示出的示例为六个，其中，每个线圈5沿着磁铁4的轴向交叠地环绕在磁铁4外侧，每个线圈5均包括与N极相对的沿磁铁4轴向设置的切割段一5a以及与S极相对的沿磁铁4轴向设置的切割段二5b，切割段一5a和切割段二5b之间通过沿磁铁4径向设置的连接段连接。即将线圈5呈方框形绕设在磁铁4轴线所在平面内，且分别有切割段一5a和切割段二5b设置于磁铁4两侧并分别与N极和S极位置对应，则在磁铁4转动时，切割段一5a和切割段二5b能同时切割磁感线并产生感应电流，在实际安装时，为给转轴2让位，可将绕设在磁铁4上端和下端的线圈5翻折。

上述线圈5呈筒状且其在轴向方向上的两端均超出磁铁4的上下两端，线圈5的外侧还设置有外壳11，该外壳11与下盖螺纹连接，外壳11上还连接有呈圆筒状的采用导磁材料制成的钢环9，该钢环9套设在线圈5外侧且与磁铁4的位置相对应。在本实施例中，钢环9包括数个呈圆环形钢圈，数个钢圈同轴线设置且依次叠放形成上述钢环9。

本水力发电机使用时，将壳体1的进水口1a和出水口1b分别与管路对应连通，水流进入壳体1内后，冲击位于过水腔1d内的叶轮3使其转动，通过与叶轮3连接的转轴2带动位于磁性腔1c内的磁铁4以及密封套7转动，从而形成旋转的磁场，由壳体1外的线圈5切割磁感线以产生感应电流，完成发电。在此发电过程中，本水力发电机的磁性腔1c和过水腔1d之间的过水通道1e内设置了隔离件6，用于阻止过水腔1d内的杂质进入磁性腔1c内且允许水流过，使得隔离件6两侧的水压平衡，不会对隔离件6的使用造成较大的影响且能阻止杂质进入磁性腔1c内，避免了强磁吸附杂质而造成卡死的情况。

在磁铁4随着转轴2转动的过程中，因壳体1内未设置爪极及其它导磁材料制成的部件，使得磁铁4转动过程中仅仅受到钢环9上施加的极小的磁阻，磁铁4转动十分顺畅，对水流动能的利用率较高。

除以上技术方案以外，隔离件6还可包括均呈环状的隔离网一和隔离网二，隔离网一和隔离网二相邻设置且均套设在转轴2外侧，隔离网一和隔离网二的网眼交错设置。钢环9可采用一体式结构。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种水力发电机，包括壳体(1)、转轴(2)、叶轮(3)、线圈(5)以及磁铁(4)，所述壳体(1)内具有磁性腔(1c)以及过水腔(1d)，所述叶轮(3)设置于过水腔(1d)内，所述磁铁(4)设置于磁性腔(1c)内，所述转轴(2)的两端分别与磁铁(4)和叶轮(3)相连接，其特征在于，所述磁性腔(1c)内还设置有密封套(7)，上述磁铁(4)为强磁且密封设置于上述密封套(7)内，所述密封套(7)和磁铁(4)均与上述转轴(2)相固定。

2.根据权利要求1所述的水力发电机，其特征在于，所述转轴(2)外侧还套设有呈环状的动态平衡环(8)，该动态平衡环(8)与上述密封套(7)相固定。

3.根据权利要求1或2所述的水力发电机，其特征在于，所述线圈(5)呈筒状且套设在上述磁铁(4)外，所述线圈(5)的外侧还套设有呈圆筒状的采用导磁材料制成的钢环(9)。

4.根据权利要求3所述的水力发电机，其特征在于，所述钢环(9)包括数个呈圆环形钢圈，数个钢圈同轴线设置且依次叠放形成上述钢环(9)。

5.根据权利要求1或2所述的水力发电机，其特征在于，所述磁性腔(1c)和过水腔(1d)之间通过过水通道(1e)相连通，所述壳体(1)内位于上述过水通道(1e)处设置有能阻止过水腔(1d)内的杂质进入磁性腔(1c)的隔离件(6)。

6.根据权利要求5所述的水力发电机，其特征在于，所述隔离件(6)呈环状且套设在所述转轴(2)外侧，所述隔离件(6)的外侧和/或端面与所述壳体(1)内壁之间形成密封，隔离件(6)的内侧具有呈环形的抵靠面(6a)且该抵靠面(6a)与上述转轴(2)的外侧面相贴靠。

7.根据权利要求6所述的水力发电机，其特征在于，所述隔离件(6)包括均呈环状的隔离环一(6b)和隔离环二(6c)，所述隔离环一(6b)和隔离环二(6c)相邻设置且均套设在上述转轴(2)外侧，所述隔离环一(6b)的内侧具有呈环状的隔离部一(6d)，该隔离部一(6d)沿着轴线方向的厚度从外侧向内侧逐渐缩小且隔离部一(6d)的内侧与上述转轴(2)的外侧面相抵靠，所述隔离环二(6c)的内侧具有呈环状的隔离部二(6e)，该隔离部二(6e)沿着轴线方向的厚度从外侧向内侧逐渐缩小且隔离部二(6e)的内侧与上述转轴(2)的外侧面相抵靠，所述隔离部一(6d)和隔离部二(6e)之间形成补偿腔(6f)。

8.根据权利要求5所述的水力发电机，其特征在于，所述隔离件(6)包括均呈环状的隔离网一和隔离网二，所述隔离网一和隔离网二相邻设置且均套设在上述转轴(2)外侧，所述隔离网一和隔离网二的网眼交错设置。

9.根据权利要求1或2所述的水力发电机，其特征在于，所述磁铁(4)呈圆筒状且以磁铁(4)轴线所在平面为对称面具有N极和S极，所述线圈(5)沿上述磁铁(4)的轴向绕设且该线圈(5)具有与N极相对的切割段一(5a)和与S极相对的切割段二(5b)，所述切割段一(5a)和切割段二(5b)通过连接段连接。

10.根据权利要求1或2所述的水力发电机，其特征在于，所述壳体(1)的进水口(1a)处还连接有过滤网(10)。