自發電水錶的製作方法

2023-10-26 13:24:32

專利名稱：自發電水錶的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水錶，尤其是一種具有自發電功能的自發電水錶。
背景技術：
目前，隨著社會的發展和科技的進步，計量器具向著自動化、智能化、電子化方向發展。其中，具有自發電功能的自發電水錶通過外接驅動器，可實現對數據的有線或無線傳送，從而利用計算機進行自動的集中數據處理、計費等，是未來水錶的發展方向。現有的自發電水錶一般有兩種形式一種是在現有的機械式水錶的葉輪上加裝磁極並在相鄰隔離板外加裝定子線圈進行發電，其葉輪的中心軸線與進出水通道軸線垂直。另一種方式是在現有的機械式水錶前後的進出水通道上加裝發電機的方式來實現自發電。由於機械結構的原因，上述兩種形式的自發電水錶中的線圈尺寸和磁極的大小都受到很大的限制，使得發電時產生的感應電動勢不高，產生的電能往往很難滿足全電子式水錶的供電要求。同樣由於機械式水錶外形的原因，這類水錶很難進行有效的磁屏蔽。在使用中，只要把強磁體放置在水錶附近，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電水錶無法正確計量。同時，上述自發電水錶還具有結構複雜，體積過大等缺陷。
實用新型內容為了克服現有葉輪的中心軸線與進出水通道軸線垂直的自發電水錶發電時產生的感應電動勢不高的不足，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種可產生較高的感應電動勢且結構緊湊的自發電水錶。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是該自發電水錶包括設置在外殼內的非導磁材料製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。根據電磁感應定律，感應電動勢的大小與通過迴路的磁通量的時間變化率成正比。當葉輪轉速一定時，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，提高發電效率。
本實用新型的有益效果是由於採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，產生的電能能夠滿足全電子式水錶的供電要求，克服了現有自發電水錶產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，同時還具有結構緊湊、體積小、重量輕、用料省的優點，便於進行產品整體的優化設計，適合於在利用葉輪的旋轉進行發電的自發電水錶上採用。


圖1是本實用新型的剖視結構示意圖；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、計數磁極10、內殼11、磁敏感元件12、永磁環13、磁屏蔽殼14、支架17、開孔18、液晶顯示器20、永磁環23。
具體實施方式
以下結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，本實用新型的自發電水錶，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內並採用銅、工程塑料等非導磁材料製作，外殼1與進出水通道2可以採用同材料的一體的結構，也可採用不同材料的固定連接的結構。為了製作方便、減小成本和提高其耐用性能，外殼1與進出水通道2最好採用不同材料分別製作並密封固定連接，例如進出水通道2為銅質材料製作，外殼1採用鐵質材料製作，此時，進出水通道2可以由製作成圓筒狀的內殼11構成。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，但與現有的自發電水錶相同，其線圈5也應與葉輪3上的旋轉部分間隔而不可隨其旋轉。這樣，根據電磁感應定律，由於感應電動勢的大小與通過迴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，使其產生的電能能夠滿足全電子式水錶的供電要求，線圈5產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旋轉的靈敏性，使其在較小的水流狀態下也可產生對應的旋轉，葉輪3最好採用螺旋型，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。
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可以採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，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。當採用一個支架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可以採用多種結構和形狀來實現，只要滿足提供支撐和使水流正常通過的要求即可。為了方便製造，支架7、17可以製作成分別帶開孔8、18的盤狀，按照常規，開孔8、18可以沿其環形的周邊儘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電效率，可以採用多個磁極4沿圓周方向均勻間隔布置的方式，同時，還可以採用多個線圈5沿圓周方向均勻間隔布置的方式來實現。多個磁極4和多個線圈5的設置可以單獨採用，但最好同時採用，使其得到更高的感應電動勢。
為了方便製作和裝配，提高產品的製造工藝性，可以在葉輪3上固定套裝銅、塑料等非導磁材料製作的筒體9，條狀的磁極4則通過鑲嵌、粘結等方式固定在筒體9上。另外，筒體9也可以採用永磁材料製作，例如稀土永磁材料。通過在永磁材料製作的筒體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，可以在葉輪3的一端固定設置計數磁極10，在與計數磁極10位置對應的內殼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最好採用兩種不同的傳感器並聯工作的方式，例如，霍爾元件和線圈並聯後作為一組。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脈衝，即葉輪3旋轉一周產生一個計數脈衝。由於2組磁敏感元件12具有足夠大的空間分布，當計數磁極10停留在靠近某一組磁敏感元件12的位置上並使之產生感應信號時，另一組磁敏感元件12不會產生感應信號，而僅由一組磁敏感元件12產生的任意多次的感應信號，都不會造成脈衝的誤計數，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裡不再贅述。
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狀的永磁環13，在與永磁環13相對的該端的支架17的部位設置有永磁環23，兩個永磁環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13發生幹擾，此時計數磁極10最好設置在葉輪3的進水端。
為了使水錶能夠正常工作，防止在使用中由於水錶附近存在的強磁體的幹擾造成的水錶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之外的內殼11的外表面位置與大小適配，從而可進行最大範圍的磁屏蔽。
實施例如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的自發電水錶，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採用鐵質材料製作，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為銅質材料製作，進出水通道2可以由製作成圓筒狀的內殼11構成，內殼11設置在外殼1中並與其密封固定連接。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製作的筒體9，8個沿軸向延伸的線狀的磁極4則鑲嵌固定在筒體9上並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並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磁極10，在與計數磁極10位置對應的內殼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脈衝。在葉輪3的出水端設置圓環狀的永磁環13，永磁環13在該端的支架17與永磁環13相對的位置上設置有永磁環23，兩個永磁環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之外的內殼11的外表面的位置與大小適配，從而可進行最大範圍的磁屏蔽。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，對脈衝進行計數。通過外接線驅動器，可構成有線遠傳水錶。通過安裝無線收發裝置，可構成無線遠傳水錶，其收發信號均由單片機直接控制。
權利要求1.自發電水錶，包括設置在外殼(1)內的非導磁材料製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)，其特徵是葉輪(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.如權利要求1所述的自發電水錶，其特徵是葉輪(3)為螺旋型。
3.如權利要求1所述的自發電水錶，其特徵是進出水通道(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.如權利要求3所述的自發電水錶，其特徵是兩個支架(7、17)分別設置在中心軸(6)的兩端。
5.如權利要求4所述的自發電水錶，其特徵是支架(7、17)為帶開孔(8、18)的盤狀。
6.如權利要求1所述的自發電水錶，其特徵是多個磁極(4)沿圓周方向均勻間隔布置。
7.如權利要求1所述的自發電水錶，其特徵是多個線圈(5)沿圓周方向均勻間隔布置。
8.如權利要求1所述的自發電水錶，其特徵是葉輪(3)上固定套裝有非導磁材料製作的筒體(9)，磁極(4)固定在筒體(9)上。
9.根據1～8中任意一項權利要求所述的自發電水錶，其特徵是進出水通道(2)由圓筒狀的內殼(11)構成。
10.如權利要求9所述的自發電水錶，其特徵是在葉輪(3)的一端固定設置有計數磁極(10)，在與計數磁極(10)位置對應的內殼(11)上設置有兩組沿周向間隔布置的磁敏感元件(12)。
11.如權利要求10所述的自發電水錶，其特徵是兩組磁敏感元件(12)沿周向呈180°對稱分布。
12.如權利要求10所述的自發電水錶，其特徵是計數磁極(10)設置在葉輪(3)的進水端。
13.如權利要求9所述的自發電水錶，其特徵是在葉輪(3)的出水端設置有圓環狀的永磁環(13)，在該端的支架(17)與永磁環(13)相對的位置上設置有永磁環(23)，兩個永磁環(13、23)同極相對布置。
14.如權利要求9所述的自發電水錶，其特徵是線圈(5)外套裝有筒狀的磁屏蔽殼(14)。
15.如權利要求14所述的自發電水錶，其特徵是磁屏蔽殼(14)兩端中心的開孔與支架(7、17)之外的內殼(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電功能的自發電水錶，可產生較高的感應電動勢且結構緊湊。包括設置在外殼內的非導磁材料製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，提高發電效率。採用這樣的結構即可方便地進行有效磁屏蔽，同時還具有結構緊湊、體積小、重量輕、用料省的優點，便於進行產品整體的優化設計，適合於在利用葉輪的旋轉進行發電的自發電水錶上採用。
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 優先權日2005年9月6日
發明者王東, 劉琳, 方浩 申請人:王東, 劉琳, 方浩