一種錐形轉子及管道發電機的制作方法

本發明涉及電機技術領域，具體而言，涉及一種錐形轉子及管道發電機。

背景技術：

實心轉子因為其重量大，需要提供較大的原動力才能實現其轉動發電，這樣一來就需要消耗大量的原始能量，只能在一定的啟動能量下才能產生作用，在微流量和小流量的狀態下不能啟動，所以適用范圍受限，且其造價高、成本消耗大、產電效率低，包括運輸，安裝，維修等在內的運行成本和效率都會受到嚴重的影響，相比于實心轉子，空心轉子的重量得以減輕，避免了以上問題。

然而，盡管相對于實心轉子，通常的空心轉子的重量得以減輕，改善了需要較大的原動力才能實現其轉動發電的情況，但是在微小流量的工況下，流體從空心轉子的空隙中流過，在沒有達到足夠推動轉子的流量下，轉子不能運轉，因而也不能達到發電的目的，且其造價和成本消耗依然不低，運行成本和效率仍然高居不下，尤其無法解決在微流量和初始流量的狀況下的發電。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種錐形轉子，該錐形轉子能夠在只有流體介質且無需其他設備的情況下自行旋轉，大大節約了運行成本。

本發明的另一目的在于提供一種管道發電機，該管道發電機適用于微壓力和初始流量發電，特別是能夠在一旦有流量通過時，就能開啟錐形轉子，開始發電。

本發明是這樣實現的：

一種錐形轉子，包括轉子本體，轉子本體包括等徑段和錐形段，等徑段包括相對的第一端和第二端，錐形段包括第三端和第四端，第三端與第二端連接，并且錐形段的直徑由第三端向第四端逐漸減小，錐形段的外壁設置有至少兩個導流槽，導流槽由錐形段的外壁向內凹陷，導流槽具有底面以及與底面相連的受力面，受力面與轉子本體的軸心線相交并且夾角為銳角或者鈍角。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，導流槽為條形槽，導流槽的長度方向的一端相對于另一端沿轉子本體的周向偏移，受力面由導流槽的長度方向的一端向另一端延伸。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，受力面與轉子本體的軸心線的夾角為20-60°。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，受力面與轉子本體的軸心線的夾角為120-160°。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，錐形轉子具有由側壁圍合而成的空腔，第一端和/或第四端密封，導流槽的開口位于錐形段的側壁的外表面，導流槽的底面靠近位于錐形段的側壁的內表面。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，底面與位于錐形段的側壁平行，受力面與底面呈鈍角。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，導流槽的長度方向的相對兩端分別靠近第四端和第三端。

一種管道發電機，包括上述錐形轉子和套設于錐形轉子的管道本體，管道本體具有套設于第四端的進料口，第四端與進料口的形狀相同。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，第四端的直徑與進料口的直徑相同。

進一步地，在本發明較佳的實施例中，還包括轉軸和葉輪，轉軸的相對兩端分別與葉輪和第一端遠離錐形轉子的一側連接。

本發明的有益效果是：

本發明提供的錐形轉子本體，包括轉子本體，轉子本體包括等徑段和錐形段。等徑段的設計用于在其相應位置設置定子，錐形段用于帶動轉子本體旋轉。等徑段包括相對的第一端和第二端，錐形段包括第三端和第四端，第三端與第二端連接，并且錐形段的直徑由第三端向第四端逐漸減小。相對于等徑段，錐形段的設計大大減輕了轉子本體的質量。錐形段的外壁設置有至少兩個導流槽。導流槽的設計用于流體介質通過時可帶動轉子本體旋轉。導流槽由錐形段的外壁向內凹陷。導流槽設置在錐形段上是流體力學上進行考慮，更有利于帶動轉子本體旋轉。導流槽具有底面以及與底面相連的受力面，受力面與轉子本體的軸心線相交并且夾角為銳角或者鈍角。受力面的設置有利于進一步提高導流槽帶動轉子本體旋轉的轉速。該錐形轉子通過以上設計，能夠在只有流體介質且無需其他設備的情況下自行旋轉，大大節約了運行成本。

本發明提供的管道發電機本，包括本發明提供的錐形轉子和套設于錐形轉子的管道本體，管道本體具有套設于第四端的進料口，第四端與進料口的形狀相同。進料口的設計用于流體介質進入管道發電機內，第四端與進料口形狀的設計有利于對管道發電機本的開啟和關閉做進一步設計。該管道發電機因具有本發明提供的錐形轉子而能夠適用于微電壓和小流體發電。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施方式的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1是本發明實施方式提供的錐形轉子的立體圖；

圖2是本發明實施方式提供的錐形轉子的爆炸圖；

圖3是本發明實施方式提供的管道發電機與外管連接的立體圖；

圖4是本發明實施方式提供的管道發電機的剖視圖。

圖標：100-錐形轉子；110-支撐架；120-磁性件；180-轉子本體；112-側壁；111-空腔；113-外壁；114-減重孔；130-等徑段；140-錐形段；131-第一端；132-第二端；142-第三端；141-第四端；150-密封蓋；151-通風孔；160-導流槽；161-底面；162-受力面；163-連接面；210-管道本體；212-進料口；151-通風孔；150-密封蓋；214-上端；216-下端；300-外管；400-葉輪；500-轉軸。

具體實施方式

為使本發明實施方式的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施方式中的附圖，對本發明實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施方式的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施方式。基于本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本發明保護的范圍。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“厚度”、“上”、“下”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

實施例1，請參閱圖1至圖4所示，

請參閱圖1，如圖所示，錐形轉子100包括轉子本體180。

需要說明的是，在本實施例中，轉子本體180可以為實心結構，也可以為空心結構，考慮到減輕轉子重量，優選地，轉子本體180為空心結構。在本實施例中，具有空心結構的轉子本體180包括整體空心結構和分體空心結構，優選地，考慮到最大程度減輕轉子本體180的重量，為分體空心結構。

請參閱圖2，在本實施例中，轉子本體180包括支撐架110和磁性件120。支撐架110用于支撐固定磁性件120。

支撐架110的形狀不做具體限制，在本實施例中，支撐架110的形狀與轉子本體180的形狀相同。磁性件120的形狀不做具體限制，在本實施例中，磁性件120與支撐架110的形狀相同且套設于支撐架110。支撐架110和磁性件120的厚度均不做具體限定，具體根據發電機整體所需磁場磁力強度和曲線值進行設計。

需要說明的是，在本實施例中，支撐架110的制作材料不做具體限制，包括鋁合金、鈦合金、塑料等輕質材料，或者是能增強磁感應的材料。相比于普通空心轉子整體采用的磁性材料而言，錐形轉子100的質量得到了大大地減輕。磁性件120的制作材料為磁性材料或是其它材料合成。磁性件120的選材不做具體限制，包括彈性磁性橡膠材料、以及永久性磁性材料等。在支撐架110上，設置磁性件120的方式不做具體限制，如果是具有柔性的磁性材料，可以套設在支撐架110上；如果是硬質磁性材料，可以采用鉚接、粘結、鑲嵌等方式固定，也可以采用諸如螺栓等方式與支撐架110可拆卸連接。

為了進一步減輕轉子本體180的重量，優選地，在支撐架110上開設有減重孔114。

請參閱圖1，錐形轉子100具有相互連接的等徑段130和錐形段140。等徑段130包括相對設置的第一端131和第二端132，錐形段140包括相對設置的第三端142和第四端141，且第三端142與第二端132連接。在本實施例中，作為優選，第三端142的直徑與第二端132的直徑相同。錐形段140的直徑由第三端142向第四端141逐漸減小。

在本實施例中，為了進一步減輕轉子本體180的質量，第一端131和/或第四端141中至少有一端密封。作為優選，為第四端141密封。相應地，第一端131與外界連通。連通方式不做具體限制，在本實施例中，優選地，在第一端131和第四端141中至多有一端連接有密封蓋150，在密封蓋150上開設有通風孔151。

在本實施例中，在錐形段140上的外壁113上設置有至少兩個導流槽160，優選地，在本實施例中，導流槽160具體設置在磁性件120上。導流槽160根據流體介質的力學原理進行設計，當流體介質進入導流槽160時，能夠快速帶動錐形轉子100進行轉動，可以僅僅只依靠流體介質本身的作用力而不再需要外加的諸如葉輪400等輔助設備產生帶動錐形轉子100旋轉的力，大大減少了成本的投入。

在本實施例中，導流槽160的設置方向不作具體限制，優選地，導流槽160由錐形段140的外壁113向內凹陷設置。導流槽160的開口(圖中未標注)位置不做具體限制，優選地，導流槽160的開口位于錐形段140的側壁112的外表面(圖中未標注)。

請參閱圖1和圖2，導流槽160具有底面161以及與底面161相連的受力面162。為了便于理解，圖1中還標示了與底面161相連的連接面163，受力面162與連接面163相對設置。需要說明的是，轉子本體180具有由側壁112圍合而成的空腔111。考慮到導流槽160與空腔111一但連通，流體介質會直接從空腔111中流出，起不到相應的旋轉效果，因此，在本實施例中，作為優選，導流槽160的底面161靠近位于錐形段140的側壁112的內表面(圖未示)。

在本實施例中，導流槽160的形狀和數量不做具體限制，包括楔型、斜型、旋梯型以及流線型等，在本實施例中，考慮到制作工藝簡單易行，導流槽160為條形槽。考慮到設計的合理性，且保證受力面162能夠較大程度地受力，作為優選，導流槽160的長度方向的一端相對于另一端沿轉子本體180的周向偏移，受力面162由導流槽160的長度方向的一端向另一端延伸。導流槽160的長度越長，流體介質與其接觸面越大，從而導流槽160對轉子本體180的作用越大。在流體介質流量較小的情況下，導流槽160的長度方向的相對兩端可以與第四端141和/第三端142連通，在本實施例中，考慮到無論流體介質的流量大還是小，均能使錐形轉子100達到理想的旋轉效果，優選地，導流槽160的長度方向的相對兩端分別靠近第四端141和第三端142，且導流槽160不與第四端141和第三端142的端口處連通。這樣優選的設計，有利于錐形轉子100被流體介質頂起后再產生旋轉，以減小對自身的磨損。

在本實施例中，請參閱圖1，為了使轉子本體180在導流槽160的帶動下能夠實現旋轉，優選地，導流槽160的受力面162與轉子本體180的軸心線相交且呈銳角或是鈍角。相交的夾角角度不做具體限制，優選地，在受力面162與轉子本體180的軸心線的夾角為20-60°或是120-160°時，在其他條件相同的情況下能夠取得最佳的旋轉效果。

在本實施例中，為了進一步提高流體介質對底面161的作用和受力面162的受力，以便更好地帶動轉子本體180轉動，優選地，底面161與位于錐形段140的側壁112平行設置，且受力面162與底面161呈鈍角。

請參閱圖3，本實施例還提供了一種管道發電機，包括錐形轉子100和套設于錐形轉子100的管道本體210。管道本體210的形狀不做具體限制，包括與錐形轉子100相同的形狀，且略大于錐形轉子100，也包括其它各種形狀，優選地，在本實施例中，管道本體210的為圓筒型。請參閱圖3和圖4，管道本體210具有套設于第四端141的進料口212。需要說明的是，為了進一步設計管道發電機的開啟和關閉，第四端141與進料口212的形狀相同。在本實施例中，優選地，考慮到操作的便利性，第四端141的直徑與進料口212的直徑相同。

管道發電機包括以下三種情況，在本實施例中，優選為第一種。

第一種：第四端141完全密封，第一端131連接有開設有通風孔151的密封蓋150，錐形段140的外壁113開設有兩個導流槽160，兩個導流槽160可連通或不連通，優選地，為了達到更加理想的旋轉效果，導流槽160相互不連通，且形狀可以不同或是相同。分為以下兩種情況：(1)沒有轉軸500的情況：這時管道發電機適用于豎直安裝。管道本體210的相對應的上端214和下端216分別與外管300連接。連接的方式不做具體限制，包括絲口連接、螺栓連接、卡扣連接、粘接、以及焊接等。流體介質從外管300進入管道發電機的下端216，錐形轉子100的第四端141在流體介質的推動力下被頂起，管道發電機開啟，流體介質進入管道本體210與錐形轉子100之間的間隙中，此時，流體介質進入導流槽160，帶動錐形轉子100開始轉動，當停止流體介質的通入時，錐形轉子100在自身重力的作用下恢復原位，管道發電機關閉。(2)有轉軸500的情況：這時管道發電機可適用于豎直和水平安裝：豎直安裝的原理與(1)相同，另外在第一端131連接有葉輪400，葉輪400通過轉軸500連接于第一端131遠離錐形轉子100的一側。這時，當大量的流體介質從上端214流出，帶動葉輪400旋轉，葉輪400能夠對錐形轉子100的旋轉起到加速的作用。水平安裝的原理與豎直安裝的原理相似，除上述設置之外，在管道本體210與錐形轉子100之間設置回復原件(圖未示)，該回復原件能夠提供彈力或磁力推動，當流體介質進入管道本體210時，需要克服回復原件提供的彈力或是磁力后，頂起錐形轉子100；在停止通入流體介質時，錐形轉子100在重力、彈力拉力或是磁力的作用下能夠在管道本體210中回復原位，以上的各種回復力不作具體規定，規據管道內壓力設定，考慮可調節結構設計。

需要說明的是，在管道發電機上可集成用于測量流體介質流量的流量計和啟閉的電磁閥(圖未示)。

第二種：第一端131完全密封，第四端141連接有開設有通風孔151的密封蓋150，錐形段140的外壁113開設有兩個導流槽160，兩個導流槽160可連通或不連通，優選地，為了達到更加理想的旋轉效果，導流槽160相互不連通，且形狀可以不同或是相同。分為以下兩種情況：(1)沒有轉軸500的情況：這時管道發電機適用于豎直安裝。管道本體210的相對應的上端214和下端216分別與外管300連接。連接的方式不做具體限制。流體介質從外管300進入且通過通風孔151，當流體介質從錐形轉子100內到達第一端131時，由于第一端131被密封，錐形轉子100在流體介質的推動力下被頂起，管道發電機開啟，這時，流體介質進入到管道本體210與錐形轉子100之間的間隙中，部分間隙中的流體介質進入導流槽160，帶動錐形轉子100開始轉動，當停止通入流體介質時，錐形轉子100在自身重力或推力的作用下恢復原位，管道發電機關閉。(2)有轉軸500的情況：這時管道發電機可適用于豎直和水平安裝：豎直安裝的原理與(1)相同，另外在第一端131連接有葉輪400，葉輪400通過轉軸500連接于第一端131遠離錐形轉子100的一側。這時，當大量的流體介質從上端214流出，帶動葉輪400旋轉，葉輪400能夠對錐形轉子100的旋轉起到加速的作用。水平安裝的原理與豎直安裝的原理相似，除上述設置之外，在管道本體210與錐形轉子100之間設置回復原件(圖未示)，該回復原件能夠提供彈力或磁力，當流體介質進入管道本體210或是錐形轉子100時，需要克服回復原件提供的彈力或是磁力后，頂起錐形轉子100；在停止通入流體介質時，錐形轉子100在彈力拉力或是磁力的作用下能夠在管道本體210中回復原位。

第三種：第一端131和第四端141都完全密封，錐形段140的外壁113開設有兩個導流槽160，兩個導流槽160可連通或不連通，優選地，為了達到更加理想的旋轉效果，導流槽160相互不連通，且形狀可以不同或是相同。分為以下兩種情況：(1)沒有轉軸500的情況：這時管道發電機適用于豎直安裝。管道本體210的相對應的上端214和下端216分別與外管300連接。流體介質從外管300進入管道發電機時，由于第四端141被密封，錐形轉子100在流體介質的推動力下被頂起，管道發電機開啟，這時，流體介質進入到管道本體210與錐形轉子100之間的間隙中，部分間隙中的流體介質進入導流槽160，帶動錐形轉子100開始轉動，當停止通入流體介質時，錐形轉子100在自身重力的作用下恢復原位，管道發電機關閉。(2)有轉軸500的情況：這時管道發電機可適用于豎直和水平安裝：豎直安裝的原理與(1)相同，另外在第一端131連接有葉輪400，葉輪400通過轉軸500連接于第一端131遠離錐形轉子100的一側。這時，當大量的流體介質從上端214流出，帶動葉輪400旋轉，葉輪400能夠對錐形轉子100的旋轉起到加速的作用。水平安裝的原理與豎直安裝的原理相似，除上述設置之外，在管道本體210與錐形轉子100之間設置回復原件(圖未示)，該回復原件能夠提供彈力或磁力，當流體介質進入管道本體210或是錐形轉子100時，需要克服回復原件提供的彈力或是磁力后，頂起錐形轉子100；在停止通入流體介質時，錐形轉子100在彈力拉力或是磁力的作用下能夠在管道本體210中回復原位。

綜上所述，本實施例提供的錐形轉子100具有質量輕便，只需有流體介質通過且無需再借助其他設備的條件下自行旋轉，從而產生信號，可在最小流量時實現發電，無流量時關閉，大大節約了生產和運行成本，因此錐形轉子100是實現微壓小流量發電的最佳設計；本實施例提供的管道發電機因安裝有本實施例提供的錐形轉子100，適用于微壓力和微流量發電，并且可安裝可流量計和電磁閥，以實現流量計量和遠程控制開、關閥，因此可同時集發電、電磁閥、流量計的多功能于一體。甚至可與溫控件組合成泄漏報警和息火保護系統。

以上所述僅為本發明的優選實施方式而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。