专利名称：自发电水表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水表，尤其是一种具有自发电功能的自发电水表。
背景技术：
目前，随着社会的发展和科技的进步，计量器具向着自动化、智能化、电子化方向发展。其中，具有自发电功能的自发电水表通过外接驱动器，可实现对数据的有线或无线传送，从而利用计算机进行自动的集中数据处理、计费等，是未来水表的发展方向。现有的自发电水表一般有两种形式一种是在现有的机械式水表的叶轮上加装磁极并在相邻隔离板外加装定子线圈进行发电，其叶轮的中心轴线与进出水通道轴线垂直。另一种方式是在现有的机械式水表前后的进出水通道上加装发电机的方式来实现自发电。由于机械结构的原因，上述两种形式的自发电水表中的线圈尺寸和磁极的大小都受到很大的限制，使得发电时产生的感应电动势不高，产生的电能往往很难满足全电子式水表的供电要求。同样由于机械式水表外形的原因，这类水表很难进行有效的磁屏蔽。在使用中，只要把强磁体放置在水表附近，都会使这类安装有强磁体且又不能进行有效磁屏蔽的自发电水表无法正确计量。同时，上述自发电水表还具有结构复杂，体积过大等缺陷。
实用新型内容为了克服现有叶轮的中心轴线与进出水通道轴线垂直的自发电水表发电时产生的感应电动势不高的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可产生较高的感应电动势且结构紧凑的自发电水表。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该自发电水表包括设置在外壳内的非导磁材料制作形成的进出水通道、设置在进出水通道中的叶轮、与叶轮固定连接的磁极以及设置在磁极的圆周运动轨迹之外的线圈，叶轮的轴线沿进出水通道的轴线方向布置，磁极为设置叶轮外轮廓处且沿轴向延伸的条状磁极，线圈沿轴线方向与磁极周边位置对应布置。根据电磁感应定律，感应电动势的大小与通过回路的磁通量的时间变化率成正比。当叶轮转速一定时，通过增加线圈的轴向长度和磁极的长度，即可获得较大的感应电动势，提高发电效率。
本实用新型的有益效果是由于采用了叶轮的轴线沿进出水通道的轴线方向布置，磁极为设置在叶轮外轮廓处沿轴向延伸的条状磁极且线圈沿轴线方向与磁极周边位置对应布置技术方案，使其可以方便的通过增加线圈的轴向长度和磁极的长度，即可获得较大的感应电动势，产生的电能能够满足全电子式水表的供电要求，克服了现有自发电水表产生的感应电动势过小的缺陷。磁极设置叶轮外轮廓处，可以方便地进行有效磁屏蔽，同时还具有结构紧凑、体积小、重量轻、用料省的优点，便于进行产品整体的优化设计，适合于在利用叶轮的旋转进行发电的自发电水表上采用。
图1是本实用新型的剖视结构示意图；图2是沿图1A-A方向的剖视图；图3是与叶轮一体的旋转部分的外形图。
图中标记为外壳1、进出水通道2、叶轮3、磁极4、线圈5、中心轴6、支架7、开孔8、筒体9、计数磁极10、内壳11、磁敏感元件12、永磁环13、磁屏蔽壳14、支架17、开孔18、液晶显示器20、永磁环23。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本实用新型的自发电水表，包括设置在外壳1、进出水通道2、叶轮3、磁极4和线圈5。进出水通道2设置在外壳1内并采用铜、工程塑料等非导磁材料制作，外壳1与进出水通道2可以采用同材料的一体的结构，也可采用不同材料的固定连接的结构。为了制作方便、减小成本和提高其耐用性能，外壳1与进出水通道2最好采用不同材料分别制作并密封固定连接，例如进出水通道2为铜质材料制作，外壳1采用铁质材料制作，此时，进出水通道2可以由制作成圆筒状的内壳11构成。叶轮3设置在进出水通道2中，叶轮3的轴线沿进出水通道2的轴线方向布置，与叶轮3固定连接的磁极4为设置叶轮3外轮廓处且沿轴向延伸的条状磁极，线圈5设置在磁极4的圆周运动轨迹之外，线圈5沿轴线方向与磁极4周边位置对应布置，线圈5可沿轴线方向全部或部分覆盖磁极4。线圈5可与外壳1相对位置固定，也可固定在其它中间体上，但与现有的自发电水表相同，其线圈5也应与叶轮3上的旋转部分间隔而不可随其旋转。这样，根据电磁感应定律，由于感应电动势的大小与通过回路的磁通量的时间变化率成正比，因此，通过增加线圈5的轴向长度和磁极4的长度，即可获得较大的感应电动势。由上可知，当叶轮3的平均转速一定时，增加线圈5的轴向长度和磁极4的长度，可获得较大的感应电动势，使其产生的电能能够满足全电子式水表的供电要求，线圈5产生的电能还可存储在储能元件中，供电子部件使用。
为了提高叶轮3旋转的灵敏性，使其在较小的水流状态下也可产生对应的旋转，叶轮3最好采用螺旋型，使其通过进出水通道2的水流在整个叶轮3的轴线长度上均以一定的压力推动叶轮3旋转。
叶轮3在进出水通道2中的轴向位置应该是相对固定的，因此叶轮3可以采用多种方式轴向限位，例如，可以利用叶轮3的端面与进出水通道2的台阶面的轴向位置配合来实现，此时的叶轮3与进出水通道2之间为端面限位的滑动摩擦配合。
为了进一步提高叶轮3旋转的灵敏性，进出水通道2上固定设置有至少一个支架7，叶轮3通过中心轴6支撑在支架7上。当采用一个支架7时，支架7可以设置在叶轮3的中心轴6的中部或两端的任意位置，只要满足中心轴6的支撑要求即可。但为了减小摩擦阻力和改善受力状况，最好在中心轴6的两端分别设置两个支架7、17作为支撑。
支架7、17可以采用多种结构和形状来实现，只要满足提供支撑和使水流正常通过的要求即可。为了方便制造，支架7、17可以制作成分别带开孔8、18的盘状，按照常规，开孔8、18可以沿其环形的周边尽量的加大尺寸以减小水流阻力。
为了进一步获得更大的感应电动势和进一步提高发电效率，可以采用多个磁极4沿圆周方向均匀间隔布置的方式，同时，还可以采用多个线圈5沿圆周方向均匀间隔布置的方式来实现。多个磁极4和多个线圈5的设置可以单独采用，但最好同时采用，使其得到更高的感应电动势。
为了方便制作和装配，提高产品的制造工艺性，可以在叶轮3上固定套装铜、塑料等非导磁材料制作的筒体9，条状的磁极4则通过镶嵌、粘结等方式固定在筒体9上。另外，筒体9也可以采用永磁材料制作，例如稀土永磁材料。通过在永磁材料制作的筒体9的圆周表面沿轴向进行线性充磁而得到条状的、沿圆周方向均匀间隔布置的磁极4。
为了避免误计数，可以在叶轮3的一端固定设置计数磁极10，在与计数磁极10位置对应的内壳11上设置两组沿周向间隔布置的磁敏感元件12，两组间隔布置的磁敏感元件12最好沿周向呈180°对称分布。每组磁敏感元件12可以由相同的传感器组成，也可以由两种不同的传感器组成。为了提高工作可靠性，每组磁敏感元件12最好采用两种不同的传感器并联工作的方式，例如，霍尔元件和线圈并联后作为一组。工作中，以2组磁敏感元件12分别测得至少一次感应信号为一个完整的计数脉冲，即叶轮3旋转一周产生一个计数脉冲。由于2组磁敏感元件12具有足够大的空间分布，当计数磁极10停留在靠近某一组磁敏感元件12的位置上并使之产生感应信号时，另一组磁敏感元件12不会产生感应信号，而仅由一组磁敏感元件12产生的任意多次的感应信号，都不会造成脉冲的误计数，这在电路设计上是一种非常普通常见的方式，对具体的电路设置这里不再赘述。
为了减小水流通过时给叶轮带来的轴向力造成的不利影响，在叶轮3的出水端可以设置圆环状的永磁环13，在与永磁环13相对的该端的支架17的部位设置有永磁环23，两个永磁环13、23同极相对布置，利用同极性相斥的原理，部分抵消、减小水流通过时给叶轮带来的轴向力。为了不与抵消轴向力的永磁环13发生干扰，此时计数磁极10最好设置在叶轮3的进水端。
为了使水表能够正常工作，防止在使用中由于水表附近存在的强磁体的干扰造成的水表无法正确计量的不足，线圈5外可以套装筒状的磁屏蔽壳14。磁屏蔽壳14最好为两端中心的开孔与支架7、17之外的内壳11的外表面位置与大小适配，从而可进行最大范围的磁屏蔽。
实施例如图1、图2、图3所示，本实用新型的自发电水表，包括设置在外壳1、进出水通道2、叶轮3、磁极4和线圈5。外壳1采用铁质材料制作，外壳1的外表面上固定有带电路板的液晶显示器20。进出水通道2为铜质材料制作，进出水通道2可以由制作成圆筒状的内壳11构成，内壳11设置在外壳1中并与其密封固定连接。进出水通道2的两端分别固定设置有两个分别带开孔8、18的盘状的支架7、17，螺旋型的叶轮3通过中心轴6支撑在支架7、17上，。叶轮3的轴线沿进出水通道2的轴线方向布置，在叶轮3上固定套装工程塑料制作的筒体9，8个沿轴向延伸的线状的磁极4则镶嵌固定在筒体9上并沿圆周方向均匀间隔布置。4个线圈5沿圆周方向均匀间隔布置并沿轴线方向覆盖磁极4，线圈5的互连使得各线圈的感生电动势为正迭加。
在叶轮3的进水端固定设置计数磁极10，在与计数磁极10位置对应的内壳11上设置两组沿周向呈180°对称分布磁敏感元件12，以2组磁敏感元件12分别测得至少一次感应信号为一个完整的计数脉冲。在叶轮3的出水端设置圆环状的永磁环13，永磁环13在该端的支架17与永磁环13相对的位置上设置有永磁环23，两个永磁环13、23同极相对布置。在线圈5外间隔一定距离套装有筒状的磁屏蔽壳14。磁屏蔽壳14两端中心的开孔与支架7、17之外的内壳11的外表面的位置与大小适配，从而可进行最大范围的磁屏蔽。在液晶显示器20中的电路板上装有单片机，除直接驱动液晶显示器20外，单片机还可读取磁敏感元件12的信号，对脉冲进行计数。通过外接线驱动器，可构成有线远传水表。通过安装无线收发装置，可构成无线远传水表，其收发信号均由单片机直接控制。
权利要求1.自发电水表，包括设置在外壳(1)内的非导磁材料制作形成的进出水通道(2)、设置在进出水通道(2)中的叶轮(3)、与叶轮(3)固定连接的磁极(4)以及设置在磁极(4)的圆周运动轨迹之外的线圈(5)，其特征是叶轮(3)的轴线沿进出水通道(2)的轴线方向布置，磁极(4)为设置在叶轮(3)外轮廓处且沿轴向延伸的条状磁极，线圈(5)沿轴线方向与磁极(4)周边位置对应布置。
2.如权利要求1所述的自发电水表，其特征是叶轮(3)为螺旋型。
3.如权利要求1所述的自发电水表，其特征是进出水通道(2)上固定设置有至少一个支架(7)，叶轮(3)通过中心轴(6)支撑在支架(7)上。
4.如权利要求3所述的自发电水表，其特征是两个支架(7、17)分别设置在中心轴(6)的两端。
5.如权利要求4所述的自发电水表，其特征是支架(7、17)为带开孔(8、18)的盘状。
6.如权利要求1所述的自发电水表，其特征是多个磁极(4)沿圆周方向均匀间隔布置。
7.如权利要求1所述的自发电水表，其特征是多个线圈(5)沿圆周方向均匀间隔布置。
8.如权利要求1所述的自发电水表，其特征是叶轮(3)上固定套装有非导磁材料制作的筒体(9)，磁极(4)固定在筒体(9)上。
9.根据1～8中任意一项权利要求所述的自发电水表，其特征是进出水通道(2)由圆筒状的内壳(11)构成。
10.如权利要求9所述的自发电水表，其特征是在叶轮(3)的一端固定设置有计数磁极(10)，在与计数磁极(10)位置对应的内壳(11)上设置有两组沿周向间隔布置的磁敏感元件(12)。
11.如权利要求10所述的自发电水表，其特征是两组磁敏感元件(12)沿周向呈180°对称分布。
12.如权利要求10所述的自发电水表，其特征是计数磁极(10)设置在叶轮(3)的进水端。
13.如权利要求9所述的自发电水表，其特征是在叶轮(3)的出水端设置有圆环状的永磁环(13)，在该端的支架(17)与永磁环(13)相对的位置上设置有永磁环(23)，两个永磁环(13、23)同极相对布置。
14.如权利要求9所述的自发电水表，其特征是线圈(5)外套装有筒状的磁屏蔽壳(14)。
15.如权利要求14所述的自发电水表，其特征是磁屏蔽壳(14)两端中心的开孔与支架(7、17)之外的内壳(11)的外表面位置与大小适配。
专利摘要本实用新型公开了一种具有自发电功能的自发电水表，可产生较高的感应电动势且结构紧凑。包括设置在外壳内的非导磁材料制作形成的进出水通道、设置在进出水通道中的叶轮、与叶轮固定连接的磁极以及设置在磁极的圆周运动轨迹之外的线圈，叶轮的轴线沿进出水通道的轴线方向布置，磁极为设置叶轮外轮廓处且沿轴向延伸的条状磁极，线圈沿轴线方向与磁极周边位置对应布置。通过增加线圈的轴向长度和磁极的长度，即可获得较大的感应电动势，提高发电效率。采用这样的结构即可方便地进行有效磁屏蔽，同时还具有结构紧凑、体积小、重量轻、用料省的优点，便于进行产品整体的优化设计，适合于在利用叶轮的旋转进行发电的自发电水表上采用。
文档编号G01F15/00GK2821531SQ20052003537
公开日2006年9月27日 申请日期2005年9月6日 优先权日2005年9月6日
发明者王东, 刘琳, 方浩 申请人:王东, 刘琳, 方浩