專利名稱：自發(fā)電水表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水表，尤其是一種具有自發(fā)電功能的自發(fā)電水表。
背景技術(shù)：
目前，隨著社會的發(fā)展和科技的進步，計量器具向著自動化、智能化、電子化方向發(fā)展。其中，具有自發(fā)電功能的自發(fā)電水表通過外接驅(qū)動器，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有線或無線傳送，從而利用計算機進行自動的集中數(shù)據(jù)處理、計費等，是未來水表的發(fā)展方向?，F(xiàn)有的自發(fā)電水表一般有兩種形式一種是在現(xiàn)有的機械式水表的葉輪上加裝磁極并在相鄰隔離板外加裝定子線圈進行發(fā)電，其葉輪的中心軸線與進出水通道軸線垂直。另一種方式是在現(xiàn)有的機械式水表前后的進出水通道上加裝發(fā)電機的方式來實現(xiàn)自發(fā)電。由于機械結(jié)構(gòu)的原因，上述兩種形式的自發(fā)電水表中的線圈尺寸和磁極的大小都受到很大的限制，使得發(fā)電時產(chǎn)生的感應電動勢不高，產(chǎn)生的電能往往很難滿足全電子式水表的供電要求。同樣由于機械式水表外形的原因，這類水表很難進行有效的磁屏蔽。在使用中，只要把強磁體放置在水表附近，都會使這類安裝有強磁體且又不能進行有效磁屏蔽的自發(fā)電水表無法正確計量。同時，上述自發(fā)電水表還具有結(jié)構(gòu)復雜，體積過大等缺陷。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有葉輪的中心軸線與進出水通道軸線垂直的自發(fā)電水表發(fā)電時產(chǎn)生的感應電動勢不高的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種可產(chǎn)生較高的感應電動勢且結(jié)構(gòu)緊湊的自發(fā)電水表。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該自發(fā)電水表包括設置在外殼內(nèi)的非導磁材料制作形成的進出水通道、設置在進出水通道中的葉輪、與葉輪固定連接的磁極以及設置在磁極的圓周運動軌跡之外的線圈，葉輪的軸線沿進出水通道的軸線方向布置，磁極為設置葉輪外輪廓處且沿軸向延伸的條狀磁極，線圈沿軸線方向與磁極周邊位置對應布置。根據(jù)電磁感應定律，感應電動勢的大小與通過回路的磁通量的時間變化率成正比。當葉輪轉(zhuǎn)速一定時，通過增加線圈的軸向長度和磁極的長度，即可獲得較大的感應電動勢，提高發(fā)電效率。
本實用新型的有益效果是由于采用了葉輪的軸線沿進出水通道的軸線方向布置，磁極為設置在葉輪外輪廓處沿軸向延伸的條狀磁極且線圈沿軸線方向與磁極周邊位置對應布置技術(shù)方案，使其可以方便的通過增加線圈的軸向長度和磁極的長度，即可獲得較大的感應電動勢，產(chǎn)生的電能能夠滿足全電子式水表的供電要求，克服了現(xiàn)有自發(fā)電水表產(chǎn)生的感應電動勢過小的缺陷。磁極設置葉輪外輪廓處，可以方便地進行有效磁屏蔽，同時還具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、用料省的優(yōu)點，便于進行產(chǎn)品整體的優(yōu)化設計，適合于在利用葉輪的旋轉(zhuǎn)進行發(fā)電的自發(fā)電水表上采用。


圖1是本實用新型的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是沿圖1A-A方向的剖視圖；圖3是與葉輪一體的旋轉(zhuǎn)部分的外形圖。
圖中標記為外殼1、進出水通道2、葉輪3、磁極4、線圈5、中心軸6、支架7、開孔8、筒體9、計數(shù)磁極10、內(nèi)殼11、磁敏感元件12、永磁環(huán)13、磁屏蔽殼14、支架17、開孔18、液晶顯示器20、永磁環(huán)23。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的自發(fā)電水表，包括設置在外殼1、進出水通道2、葉輪3、磁極4和線圈5。進出水通道2設置在外殼1內(nèi)并采用銅、工程塑料等非導磁材料制作，外殼1與進出水通道2可以采用同材料的一體的結(jié)構(gòu)，也可采用不同材料的固定連接的結(jié)構(gòu)。為了制作方便、減小成本和提高其耐用性能，外殼1與進出水通道2最好采用不同材料分別制作并密封固定連接，例如進出水通道2為銅質(zhì)材料制作，外殼1采用鐵質(zhì)材料制作，此時，進出水通道2可以由制作成圓筒狀的內(nèi)殼11構(gòu)成。葉輪3設置在進出水通道2中，葉輪3的軸線沿進出水通道2的軸線方向布置，與葉輪3固定連接的磁極4為設置葉輪3外輪廓處且沿軸向延伸的條狀磁極，線圈5設置在磁極4的圓周運動軌跡之外，線圈5沿軸線方向與磁極4周邊位置對應布置，線圈5可沿軸線方向全部或部分覆蓋磁極4。線圈5可與外殼1相對位置固定，也可固定在其它中間體上，但與現(xiàn)有的自發(fā)電水表相同，其線圈5也應與葉輪3上的旋轉(zhuǎn)部分間隔而不可隨其旋轉(zhuǎn)。這樣，根據(jù)電磁感應定律，由于感應電動勢的大小與通過回路的磁通量的時間變化率成正比，因此，通過增加線圈5的軸向長度和磁極4的長度，即可獲得較大的感應電動勢。由上可知，當葉輪3的平均轉(zhuǎn)速一定時，增加線圈5的軸向長度和磁極4的長度，可獲得較大的感應電動勢，使其產(chǎn)生的電能能夠滿足全電子式水表的供電要求，線圈5產(chǎn)生的電能還可存儲在儲能元件中，供電子部件使用。
為了提高葉輪3旋轉(zhuǎn)的靈敏性，使其在較小的水流狀態(tài)下也可產(chǎn)生對應的旋轉(zhuǎn)，葉輪3最好采用螺旋型，使其通過進出水通道2的水流在整個葉輪3的軸線長度上均以一定的壓力推動葉輪3旋轉(zhuǎn)。
葉輪3在進出水通道2中的軸向位置應該是相對固定的，因此葉輪3可以采用多種方式軸向限位，例如，可以利用葉輪3的端面與進出水通道2的臺階面的軸向位置配合來實現(xiàn)，此時的葉輪3與進出水通道2之間為端面限位的滑動摩擦配合。
為了進一步提高葉輪3旋轉(zhuǎn)的靈敏性，進出水通道2上固定設置有至少一個支架7，葉輪3通過中心軸6支撐在支架7上。當采用一個支架7時，支架7可以設置在葉輪3的中心軸6的中部或兩端的任意位置，只要滿足中心軸6的支撐要求即可。但為了減小摩擦阻力和改善受力狀況，最好在中心軸6的兩端分別設置兩個支架7、17作為支撐。
支架7、17可以采用多種結(jié)構(gòu)和形狀來實現(xiàn)，只要滿足提供支撐和使水流正常通過的要求即可。為了方便制造，支架7、17可以制作成分別帶開孔8、18的盤狀，按照常規(guī)，開孔8、18可以沿其環(huán)形的周邊盡量的加大尺寸以減小水流阻力。
為了進一步獲得更大的感應電動勢和進一步提高發(fā)電效率，可以采用多個磁極4沿圓周方向均勻間隔布置的方式，同時，還可以采用多個線圈5沿圓周方向均勻間隔布置的方式來實現(xiàn)。多個磁極4和多個線圈5的設置可以單獨采用，但最好同時采用，使其得到更高的感應電動勢。
為了方便制作和裝配，提高產(chǎn)品的制造工藝性，可以在葉輪3上固定套裝銅、塑料等非導磁材料制作的筒體9，條狀的磁極4則通過鑲嵌、粘結(jié)等方式固定在筒體9上。另外，筒體9也可以采用永磁材料制作，例如稀土永磁材料。通過在永磁材料制作的筒體9的圓周表面沿軸向進行線性充磁而得到條狀的、沿圓周方向均勻間隔布置的磁極4。
為了避免誤計數(shù)，可以在葉輪3的一端固定設置計數(shù)磁極10，在與計數(shù)磁極10位置對應的內(nèi)殼11上設置兩組沿周向間隔布置的磁敏感元件12，兩組間隔布置的磁敏感元件12最好沿周向呈180°對稱分布。每組磁敏感元件12可以由相同的傳感器組成，也可以由兩種不同的傳感器組成。為了提高工作可靠性，每組磁敏感元件12最好采用兩種不同的傳感器并聯(lián)工作的方式，例如，霍爾元件和線圈并聯(lián)后作為一組。工作中，以2組磁敏感元件12分別測得至少一次感應信號為一個完整的計數(shù)脈沖，即葉輪3旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖。由于2組磁敏感元件12具有足夠大的空間分布，當計數(shù)磁極10停留在靠近某一組磁敏感元件12的位置上并使之產(chǎn)生感應信號時，另一組磁敏感元件12不會產(chǎn)生感應信號，而僅由一組磁敏感元件12產(chǎn)生的任意多次的感應信號，都不會造成脈沖的誤計數(shù)，這在電路設計上是一種非常普通常見的方式，對具體的電路設置這里不再贅述。
為了減小水流通過時給葉輪帶來的軸向力造成的不利影響，在葉輪3的出水端可以設置圓環(huán)狀的永磁環(huán)13，在與永磁環(huán)13相對的該端的支架17的部位設置有永磁環(huán)23，兩個永磁環(huán)13、23同極相對布置，利用同極性相斥的原理，部分抵消、減小水流通過時給葉輪帶來的軸向力。為了不與抵消軸向力的永磁環(huán)13發(fā)生干擾，此時計數(shù)磁極10最好設置在葉輪3的進水端。
為了使水表能夠正常工作，防止在使用中由于水表附近存在的強磁體的干擾造成的水表無法正確計量的不足，線圈5外可以套裝筒狀的磁屏蔽殼14。磁屏蔽殼14最好為兩端中心的開孔與支架7、17之外的內(nèi)殼11的外表面位置與大小適配，從而可進行最大范圍的磁屏蔽。
實施例如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的自發(fā)電水表，包括設置在外殼1、進出水通道2、葉輪3、磁極4和線圈5。外殼1采用鐵質(zhì)材料制作，外殼1的外表面上固定有帶電路板的液晶顯示器20。進出水通道2為銅質(zhì)材料制作，進出水通道2可以由制作成圓筒狀的內(nèi)殼11構(gòu)成，內(nèi)殼11設置在外殼1中并與其密封固定連接。進出水通道2的兩端分別固定設置有兩個分別帶開孔8、18的盤狀的支架7、17，螺旋型的葉輪3通過中心軸6支撐在支架7、17上，。葉輪3的軸線沿進出水通道2的軸線方向布置，在葉輪3上固定套裝工程塑料制作的筒體9，8個沿軸向延伸的線狀的磁極4則鑲嵌固定在筒體9上并沿圓周方向均勻間隔布置。4個線圈5沿圓周方向均勻間隔布置并沿軸線方向覆蓋磁極4，線圈5的互連使得各線圈的感生電動勢為正迭加。
在葉輪3的進水端固定設置計數(shù)磁極10，在與計數(shù)磁極10位置對應的內(nèi)殼11上設置兩組沿周向呈180°對稱分布磁敏感元件12，以2組磁敏感元件12分別測得至少一次感應信號為一個完整的計數(shù)脈沖。在葉輪3的出水端設置圓環(huán)狀的永磁環(huán)13，永磁環(huán)13在該端的支架17與永磁環(huán)13相對的位置上設置有永磁環(huán)23，兩個永磁環(huán)13、23同極相對布置。在線圈5外間隔一定距離套裝有筒狀的磁屏蔽殼14。磁屏蔽殼14兩端中心的開孔與支架7、17之外的內(nèi)殼11的外表面的位置與大小適配，從而可進行最大范圍的磁屏蔽。在液晶顯示器20中的電路板上裝有單片機，除直接驅(qū)動液晶顯示器20外，單片機還可讀取磁敏感元件12的信號，對脈沖進行計數(shù)。通過外接線驅(qū)動器，可構(gòu)成有線遠傳水表。通過安裝無線收發(fā)裝置，可構(gòu)成無線遠傳水表，其收發(fā)信號均由單片機直接控制。
權(quán)利要求1.自發(fā)電水表，包括設置在外殼(1)內(nèi)的非導磁材料制作形成的進出水通道(2)、設置在進出水通道(2)中的葉輪(3)、與葉輪(3)固定連接的磁極(4)以及設置在磁極(4)的圓周運動軌跡之外的線圈(5)，其特征是葉輪(3)的軸線沿進出水通道(2)的軸線方向布置，磁極(4)為設置在葉輪(3)外輪廓處且沿軸向延伸的條狀磁極，線圈(5)沿軸線方向與磁極(4)周邊位置對應布置。
2.如權(quán)利要求1所述的自發(fā)電水表，其特征是葉輪(3)為螺旋型。
3.如權(quán)利要求1所述的自發(fā)電水表，其特征是進出水通道(2)上固定設置有至少一個支架(7)，葉輪(3)通過中心軸(6)支撐在支架(7)上。
4.如權(quán)利要求3所述的自發(fā)電水表，其特征是兩個支架(7、17)分別設置在中心軸(6)的兩端。
5.如權(quán)利要求4所述的自發(fā)電水表，其特征是支架(7、17)為帶開孔(8、18)的盤狀。
6.如權(quán)利要求1所述的自發(fā)電水表，其特征是多個磁極(4)沿圓周方向均勻間隔布置。
7.如權(quán)利要求1所述的自發(fā)電水表，其特征是多個線圈(5)沿圓周方向均勻間隔布置。
8.如權(quán)利要求1所述的自發(fā)電水表，其特征是葉輪(3)上固定套裝有非導磁材料制作的筒體(9)，磁極(4)固定在筒體(9)上。
9.根據(jù)1～8中任意一項權(quán)利要求所述的自發(fā)電水表，其特征是進出水通道(2)由圓筒狀的內(nèi)殼(11)構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9所述的自發(fā)電水表，其特征是在葉輪(3)的一端固定設置有計數(shù)磁極(10)，在與計數(shù)磁極(10)位置對應的內(nèi)殼(11)上設置有兩組沿周向間隔布置的磁敏感元件(12)。
11.如權(quán)利要求10所述的自發(fā)電水表，其特征是兩組磁敏感元件(12)沿周向呈180°對稱分布。
12.如權(quán)利要求10所述的自發(fā)電水表，其特征是計數(shù)磁極(10)設置在葉輪(3)的進水端。
13.如權(quán)利要求9所述的自發(fā)電水表，其特征是在葉輪(3)的出水端設置有圓環(huán)狀的永磁環(huán)(13)，在該端的支架(17)與永磁環(huán)(13)相對的位置上設置有永磁環(huán)(23)，兩個永磁環(huán)(13、23)同極相對布置。
14.如權(quán)利要求9所述的自發(fā)電水表，其特征是線圈(5)外套裝有筒狀的磁屏蔽殼(14)。
15.如權(quán)利要求14所述的自發(fā)電水表，其特征是磁屏蔽殼(14)兩端中心的開孔與支架(7、17)之外的內(nèi)殼(11)的外表面位置與大小適配。
專利摘要本實用新型公開了一種具有自發(fā)電功能的自發(fā)電水表，可產(chǎn)生較高的感應電動勢且結(jié)構(gòu)緊湊。包括設置在外殼內(nèi)的非導磁材料制作形成的進出水通道、設置在進出水通道中的葉輪、與葉輪固定連接的磁極以及設置在磁極的圓周運動軌跡之外的線圈，葉輪的軸線沿進出水通道的軸線方向布置，磁極為設置葉輪外輪廓處且沿軸向延伸的條狀磁極，線圈沿軸線方向與磁極周邊位置對應布置。通過增加線圈的軸向長度和磁極的長度，即可獲得較大的感應電動勢，提高發(fā)電效率。采用這樣的結(jié)構(gòu)即可方便地進行有效磁屏蔽，同時還具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、用料省的優(yōu)點，便于進行產(chǎn)品整體的優(yōu)化設計，適合于在利用葉輪的旋轉(zhuǎn)進行發(fā)電的自發(fā)電水表上采用。
文檔編號G01F15/00GK2821531SQ20052003537
公開日2006年9月27日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者王東, 劉琳, 方浩 申請人:王東, 劉琳, 方浩