CN219413551U - 一种自发电灌溉阀及灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了自发电灌溉阀及灌溉系统，包括发电组件、储能组件、驱动组件、阀体和承载壳；发电组件包括均为半圆环形的励磁N极和励磁S极，对接后形成容纳空间。容纳空间内设置有叶轮和转子，转子内嵌入线圈，在叶轮的中心轴线上设置有碳刷。容纳空间沿第一方向具有相对的第一端口和第二端口。第一端口与第一灌溉管对接，第二端口与第二灌溉管对接。承载壳竖直紧固连接在阀体的一侧，储能组件设置在承载壳内；储能组件通过电线与碳刷电连接。驱动组件设置在阀体位于安装中心转轴的正上方，驱动组件包括电机以及由电机的输出轴驱动的减速齿轮箱，减速齿轮箱的输出端连接阀体所包括的阀杆。阀体包括阀杆以及连接在阀杆上的阀瓣。

Description

一种自发电灌溉阀及灌溉系统

技术领域

本实用新型涉及阀门技术领域，尤其涉及一种自发电灌溉阀及灌溉系统。

背景技术

灌溉阀用于节水灌溉场景，主要功能是对管网的水进行开关以及流量调节。现有技术提供的电动灌溉阀一般是外部供电，此时，需要对应布设外部供电电路。当灌溉的区域比较大时，外部供电电路的成本投入比较大。当灌溉的区域远离电网时，存在不便于布设外部供电电路的问题。

基于此，亟待提出一种可以自发电的灌溉阀，以解决现有技术存在的成本投入大以及布设外部供电电路不方便的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自发电灌溉阀，以降低成本投入以及解决不方便布设外部供电电路的问题。

第一方面，为了实现上述目的，本实用新型提供了一种自发电灌溉阀，自发电灌溉阀应用于灌溉管中，用于灌溉管的开启、闭合或流量的调节。自发电灌溉阀包括发电组件、储能组件、驱动组件、阀体和承载壳；将水体在灌溉管中流动的方向定义为第一方向。沿第一方向依次设置有第一灌溉管、第二灌溉管和第三灌溉管。发电组件包括均为半圆环形的励磁N极和励磁S极，励磁N极和励磁S极对接后形成容纳空间。容纳空间内设置有叶轮和转子，转子内嵌入线圈，在叶轮的中心轴线上设置有碳刷，用于将发电组件发出的电输出。容纳空间沿第一方向具有相对的第一端口和第二端口。第一端口与第一灌溉管对接在一起，第二端口与第二灌溉管对接在一起。承载壳竖直紧固连接在阀体的一侧，储能组件设置在承载壳内；储能组件通过电线与碳刷电连接。驱动组件设置在阀体位于安装中心转轴的正上方，驱动组件包括电机以及由电机的输出轴驱动的减速齿轮箱，减速齿轮箱的输出端连接阀体所包括的阀杆。阀体包括阀杆以及连接在阀杆上的阀瓣。阀体沿第一方向具有相对的第一端口和第二端口，第一端口与第二灌溉管对接在一起，第二端与第三灌溉管对接在一起。

采用上述技术方案的情况下，储能组件为电机供电，当需要灌溉时，可以启动电机(电机的启动方式多种多样，可以是人工逐个启动，也可以是通过终端发送启动信号进行远程启动，在此不做具体限定)，电机的输出轴经减速齿轮箱减速后驱动阀杆转动，阀杆带动阀瓣转动，当阀瓣在水平方向上的中心轴线转动至与第一方向平行时，第一灌溉管、第二灌溉管和第三灌溉管连通，此时，水在灌溉管中沿第一方向流通。流动的水驱动叶轮转动，叶轮带动转子转动，镶嵌在转子中的线圈在励磁N极和励磁S极形成的磁场中切割磁力线产生感应电流，形成感应电势(即电压)并通过碳刷以及电线等传输至储能组件内。与电机连接的储能组件可以持续为电机(直流电机)提供电能，从而实现自发电的效果。基于此，可以有效的解决现有技术存在的成本投入大以及布设外部供电电路不方便的问题。

第二方面，本实用新型还提供一种灌溉系统，灌溉系统包括灌溉管网，以及设置在灌溉管网所包括的灌溉管上的自发电灌溉阀；自发电灌溉阀为第一方面提供的自发电灌溉阀。

本实用新型提供的灌溉系统的有益效果与本实用新型第一方面和/或第一方面任意一种实现方式提供的自发电灌溉阀的有益效果相同，在此不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1和图2为发电原理图；

图3为本实用新型实施例提供的自发电灌溉阀第一视角的结构图；

图4为本实用新型实施例提供的自发电灌溉阀第二视角的结构图；

图5为图4的主视图；

图6为图4的左视图；

图7为图3主视方向的剖视图。

附图标记：

1-发电组件， 2-驱动组件， 3-阀体，

4-承载壳， 5-第一灌溉管， 6-第二灌溉管，

7-第三灌溉管， 9-太阳能电池板；

10-励磁N极， 11-励磁S极， 12-叶轮，

13-碳刷；

30-阀杆， 31-阀瓣；

80-第一法兰盘， 81-第一紧固件组合， 82-第二法兰盘，

83-第二紧固件组合；

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图1和图2，水流驱动叶轮12实现发电的原理是：当阀瓣31打开时，灌溉管内部水流动，带动发电组件1的叶轮12转动，叶轮12驱动转子，使得转子内部的线圈跟着转动，切割磁感线，产生感应电流。换言之，利用法拉第电磁感应定律，当水流通过时，线圈内的磁通量会产生变化，产生感应电动势，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，形成感应电压，发电装置将水流的机械能转化为电能。

第一方面，利用上述原理，本实用新型实施例提供一种自发电灌溉阀。参见图3至图7，自发电灌溉阀应用于灌溉管中，用于灌溉管的开启、闭合或流量的调节。自发电灌溉阀包括发电组件1、储能组件、驱动组件2、阀体3和承载壳4；将水体在灌溉管中流动的方向定义为第一方向。沿第一方向依次设置有第一灌溉管5、第二灌溉管6和第三灌溉管7。发电组件1包括均为半圆环形的励磁N极10和励磁S极11，励磁N极10和励磁S极11对接后形成容纳空间。容纳空间内设置有叶轮12和转子，转子内嵌入线圈，在叶轮12的中心轴线上设置有碳刷13，用于将发电组件1发出的电输出。容纳空间沿第一方向具有相对的第一端口和第二端口。第一端口与第一灌溉管5对接在一起，第二端口与第二灌溉管6对接在一起。承载壳4竖直紧固连接在阀体3的一侧，储能组件设置在承载壳4内；储能组件通过电线与碳刷13电连接。驱动组件设置在阀体3位于安装中心转轴的正上方，驱动组件包括电机以及由电机的输出轴驱动的减速齿轮箱，减速齿轮箱的输出端连接阀体3所包括的阀杆30。阀体3包括阀杆30以及连接在阀杆30上的阀瓣31。阀体3沿第一方向具有相对的第一端口和第二端口，第一端口与第二灌溉管6对接在一起，第二端与第三灌溉管7对接在一起。

采用上述技术方案的情况下，储能组件为电机供电，当需要灌溉时，可以启动电机(电机的启动方式多种多样，可以是人工逐个启动，也可以是通过终端发送启动信号进行远程启动，在此不做具体限定)，电机的输出轴经减速齿轮箱减速后驱动阀杆30转动，阀杆30带动阀瓣31转动，当阀瓣31在水平方向上的中心轴线转动至与第一方向平行时，第一灌溉管5、第二灌溉管6和第三灌溉管7连通，此时，水在灌溉管中沿第一方向流通。流动的水驱动叶轮12转动，叶轮12带动转子转动，镶嵌在转子中的线圈在励磁N极10和励磁S极11形成的磁场中切割磁力线产生感应电流，形成感应电势(即电压)并通过碳刷13以及电线等传输至储能组件内。与电机连接的储能组件可以持续为电机(直流电机)提供电能，从而实现自发电的效果。基于此，可以有效的解决现有技术存在的成本投入大以及布设外部供电电路不方便的问题。

参见图3至图7，作为一种可能的实现方式，自发电灌溉阀还包括检测组件，检测组件设置在承载壳4内。检测组件包括电压传感器和电流传感器，用于检测和发送发电组件1输出的电压信号和电流信号。其中，检测组件在承载壳4内的设置方式多种多样，在此不做具体限定。电压传感器和电流传感器可以是接触式或非接触式的任意一种。

参见图3至图7，作为一种可能的实现方式，自发电灌溉阀还包括控制组件，控制组件设置在承载壳4内。控制组件包括通信电路，通信电路与电压传感器和电流传感器通信连接，用于接收电压信号和电流信号并进一步通过网关发送至云平台。通信电路还用于接收电机启停控制信号。处理器基于电机启停控制信号生成电机启停控制指令，以实现对电机的启动或停止以及外围电路。其中，通信电路为LORA。外围电路包括时钟电路、电源滤波电路、通信电平转换电路，用于维持处理器正常工作。

进一步的，还可以在云平台上配置有瞬时流量确定模型以及总流量确定模型；其中，瞬时流量确定模型为：

Q＝πD²υ/4、

其中，D是管道直径，υ是水流速，水流速通过E＝-BL²υ²/2R²确定，B是磁感应强度，L是预置线圈的长度，R是转子的半径，E是通过电压传感器确定的电压；

总流量确定模型为：T*Q，其中T是水流的时间。

瞬时流量和总流量的确定原理如下：根据电磁感应定律公式E＝-BL²ω/2(E是感应电动势，B是磁感应强度，是线圈旋转切割磁感线的角速度，水的流速v＝ωR，其中R是转子的半径，L是预置线圈的长度)，则E＝-BL²υ²/2R²，当水流动时候，其产生的感应电电压E与水流速成正比，通过的流量Q＝πD²υ/4(其中D是管道直径，υ是水流速)，流量与水流速成正比关系，通过采集感应电压大小，可计算出流量大小。

采用上述技术方案的情况下，本实用新型实施例提供的自发电灌溉阀还可以远程实现瞬时流量以及总流量的实时监测。

所述储能组件包括锂电池；

所述自发电灌溉阀还包括依次与所述发电组件1电连接的整流电路和滤波电路，并联在所述滤波电路输出端的分压电路和充电电路；

其中，所述充电电路为所述锂电池充电，所述锂电池的输出端并联有稳压电路(LDO)和升压电路，所述升压电路与所述电机连接；

所述分压电路经A/D转换后将电压信号转化为数字信号，传输至所述处理器进行分析。

参见图3至图7，作为一种可能的实现方式，励磁N极10和励磁S极11通过第一法兰盘80和第一紧固件81组合将第一灌溉管5和第二灌溉管6紧固连接。阀体3通过第二法兰盘82和第二紧固件83组合将第二灌溉管6和第三灌溉管7紧固连接。

参见图3至图7，作为一种可能的实现方式，第一紧固件81组合和第二紧固件83组合所包括的紧固件均为螺栓和螺母。

参见图3至图7，作为一种可能的实现方式，自发电灌溉阀还包括太阳能电池板9，太阳能电池板9紧固连接在承载壳4的外壁，太阳能电池板9的电路输出端与储能组件连接。如此设置，当无水流时，可以通过太阳能电池板9为储能组件供电，以避免储能组件因亏电而无法向电机提供电能的风险。

本实用新型实施例提供的自发电灌溉阀的总体设计原理为：当无水流时，可采用太阳能为电池板为系统充电。

当水流动时，发电组件1产生感应电压，感应电压的大小与水流速成正比关系，流速越大，感应电压越大，反之流速小，感应电压越小。通过单片机A/D采集电压大小，计算出当前的流速大小，在管道直径一定的情况下，流量大小与流速大小成正比，即可算出当前管道的瞬时流量，随着时间的推移，总流量等于瞬时流量乘以时间。

产生感应电压时，同时通过充电电路给锂电池充电，使得系统不依赖外部电源的情况下，不断的通过水流的机械能转化为电能，给系统提供能量来源。

当远程收到信号时，处理器进行解析，对阀门进行开和关。

第二方面，本实用新型还提供一种灌溉系统，灌溉系统包括灌溉管网，以及设置在灌溉管网所包括的灌溉管上的自发电灌溉阀；自发电灌溉阀为第一方面提供的自发电灌溉阀。

本实用新型提供的灌溉系统的有益效果与本实用新型第一方面和/或第一方面任意一种实现方式提供的自发电灌溉阀的有益效果相同，在此不再赘述。

尽管在此结合各实施例对本实用新型进行了描述，然而，在实施所要求保护的本实用新型过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本实用新型进行了描述，显而易见的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本实用新型的示例性说明，且视为已覆盖本实用新型范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种自发电灌溉阀，其特征在于，所述自发电灌溉阀应用于灌溉管中，用于灌溉管的开启、闭合或流量的调节；所述自发电灌溉阀包括发电组件、储能组件、驱动组件、阀体和承载壳；将水体在所述灌溉管中流动的方向定义为第一方向；沿所述第一方向依次设置有第一灌溉管、第二灌溉管和第三灌溉管；

所述发电组件包括均为半圆环形的励磁N极和励磁S极，所述励磁N极和励磁S极对接后形成容纳空间；所述容纳空间内设置有叶轮和转子，叶轮与转子通过轴相连，所述转子内嵌入线圈，在所述叶轮的中心轴线上设置有碳刷，用于将发电组件发出的电输出；所述容纳空间沿第一方向具有相对的第一端口和第二端口；所述第一端口与所述第一灌溉管对接在一起，所述第二端口与所述第二灌溉管对接在一起；

所述承载壳竖直紧固连接在所述阀体的一侧，所述储能组件设置在所述承载壳内；所述储能装置通过电线与所述碳刷电连接；

所述驱动组件设置在所述阀体位于安装中心转轴的正上方，所述驱动装置包括电机以及由所述电机的输出轴驱动的减速齿轮箱，所述减速齿轮箱的输出端连接所述阀体所包括的阀杆；

所述阀体包括所述阀杆以及连接在所述阀杆上的阀瓣；所述阀体沿所述第一方向具有相对的第一端口和第二端口，所述第一端口与所述第二灌溉管对接在一起，所述第二端与所述第三灌溉管对接在一起。

2.根据权利要求1所述的自发电灌溉阀，其特征在于，所述自发电灌溉阀还包括检测组件，所述检测组件设置在所述承载壳内；所述检测组件包括电压采集电路和电流采集电路，用于检测所述发电组件输出的电压信号和电流信号。

3.根据权利要求2所述的自发电灌溉阀，其特征在于，所述自发电灌溉阀还包括控制组件，所述控制组件设置在所述承载壳内；所述控制组件包括：

通信电路，所述通信电路，用于接收所述电压信号和电流信号并进一步通过网关发送至云平台；所述通信电路还用于接收电机启停控制信号；

处理器，与所述通信电路连接，所述处理器基于所述电机启停控制信号生成电机启停控制指令，以实现对所述电机的启动或停止；

以及外围电路，所述外围电路包括时钟电路、电源滤波电路、通信电平转换电路，用于维持所述处理器正常工作。

4.根据权利要求3所述的自发电灌溉阀，其特征在于，所述通信电路为LORA。

5.根据权利要求3所述的自发电灌溉阀，其特征在于，所述云平台上配置有瞬时流量确定模型以及总流量确定模型；其中，所述瞬时流量确定模型为：

Q＝πD²υ/4、

其中，D是管道直径，υ是水流速，水流速通过E＝-BL²υ²/2R²确定，B是磁感应强度，L是预置线圈的长度，R是转子的半径，E是通过所述电压传感器确定的电压；

所述总流量确定模型为：T*Q，其中T是水流的时间。

6.根据权利要求3所述的自发电灌溉阀，其特征在于，所述储能组件包括锂电池；

所述自发电灌溉阀还包括依次与所述发电组件电连接的整流电路和滤波电路，并联在所述滤波电路输出端的分压电路和充电电路；

其中，所述充电电路为所述锂电池充电，所述锂电池的输出端并联有稳压电路(LDO)和升压电路，所述升压电路与所述电机连接；

所述分压电路经A/D转换后将电压信号转化为数字信号，传输至所述处理器进行分析。

7.根据权利要求1所述的自发电灌溉阀，其特征在于，所述励磁N极和励磁S极通过第一法兰盘和第一紧固件组合将所述第一灌溉管和第二灌溉管紧固连接；

所述阀体通过第二法兰盘和第二紧固件组合将所述第二灌溉管和第三灌溉管紧固连接。

8.根据权利要求7所述的自发电灌溉阀，其特征在于，所述第一紧固件组合和第二紧固件组合所包括的紧固件均为螺栓和螺母。

9.根据权利要求1所述的自发电灌溉阀，其特征在于，所述自发电灌溉阀还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板紧固连接在所述承载壳的外壁，所述太阳能电池板的电路输出端与所述储能组件连接。

10.一种灌溉系统，其特征在于，所述灌溉系统包括灌溉管网，以及设置在所述灌溉管网所包括的灌溉管上的自发电灌溉阀；所述自发电灌溉阀为权利要求1至9任一项所述的自发电灌溉阀。