一种水下发电机的制作方法

本发明涉及水力发电机领域，具体的说是一种水下发电机。

背景技术：

利用水力发电是对清洁能源应用的成功案例，水力发电机的原理是利用水位落差或水流，配合水轮发电机产生电力，也就是将水的势能转化为水轮的机械能，之后再利用机械能带动发电机而得到电力。现有的水力发电机一般将水轮布置在水面以下，发电机则布置在水面以上，往往还需修筑能够形成水位落差的大坝或其它引水、蓄水建筑。

现有的水力发电往往是庞大的系统工程，受到地形和地势条件的限制较多，不适合推广使用，目前也有一些小型或便携式的水力发电机，但是其在发电效率以及结构和性能上均存在诸多不足之处。本发明基于永磁发电机的原理，开发出一种简单便携、发电效率和能量转化率高的水下发电机。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种水下发电机，该发电机不受地理条件的限制，在有水流的地方即可灵活使用，整机结构简单、使用方便、发电效率高，通过分体式的层状结构，拆装组合方便，能量转换率高。

为解决上述技术问题，本发明的水下发电机包括横向设置的筒体，筒体的底部连接支撑座，其结构特点是所述筒体的后端壁上由后向前分层扣装多个定子扣罩，每层上定子扣罩的内腔形成一个单元空腔，定子扣罩底壁的中心位置开设扣罩孔；筒体的前、后端壁上转动连接有与筒体同轴设置的转子轴，转子轴贯穿各扣罩孔且转子轴的前部探出筒体的前端壁并向前伸出，转子轴的前端部安装涡轮，转子轴的后端部转动连接在筒体的后端壁上；转子轴的筒内段上分层安装多个转子盘且各转子盘依次分布在各个单元空腔内，定子扣罩底壁的周圈位置间隔环设多个绕组线圈，转子盘的周圈间隔环设多个与绕组线圈相对应的永磁体。

采用上述结构，可直接将整机通过支撑座撑在水流里，利用水流推动涡轮转动，涡轮带动转子轴转动，从而带动转子轴上的转子盘以及转子盘上的永磁体转动，永磁体形成的磁场旋转，形成绕组线圈切割磁力线的动作，通过防水线缆将绕组线圈中感应的电力引出即可。该结构中，永磁体分层排布且磁场叠加，磁场强度得到加强，从而能有效提高发电效率，永磁体的两侧均分布绕组线圈，除最底层的永磁体之外，其它层上永磁体正反两面的磁力线均可被两侧的绕组线圈切割，从而能更全面的发挥永磁体的磁力性能，进一步提高了能量转化率。

所述定子扣罩包括周圈侧壁和中心设置扣罩孔的环形底壁，周圈侧壁上间隔环设多个侧壁通孔，各定子扣罩分层堆叠且通过贯穿在侧壁通孔中的定子固定螺栓安装在筒体的后端壁上。

所述绕组线圈密封设置在定子扣罩环形底壁的内部，绕组线圈与环形底壁正、反两面之间的距离相等，各层上绕组线圈的各相线依次连接并通过防水引线从筒体上引出。绕组线圈设置在定子扣罩底壁的内部，可将绕组线圈与外部的水隔离，起到防水作用，绕组线圈的各相线通过防水引线引出到水面以上，从而使得整机能够完全沉入水底而不会出现漏电现象。

所述转子轴的筒内段上在靠近后端部的位置上固装有底盘固定座，所述转子盘包括中间的环形凸台和设置在环形凸台底部周圈的环形盘，环形盘上间隔环设多个用于嵌装永磁体的通槽，环形凸台的顶部穿过其所在层上的扣罩孔，环形凸台的中心位置开设有供转子轴穿过的凸台中心孔，凸台中心孔的周圈间隔环设多个凸台通孔，各转子盘分层堆叠且通过贯穿在凸台通孔中的转子固定螺栓安装在底盘固定座上。

对于转子盘和定子扣罩的配合安装结构，两者均采用分层堆叠安装的结构，该种定子和转子的分布结构具有如下两大优点效果：1）可以方便的对整机进行扩展加强，即定子和转子层数可以根据具体使用环境灵活增加，当需要增加整机发电效率是，只需在顶层相应的增加定子扣罩和转子盘的数量即可，对整机的重量和体积影响较小且不影响原有层的结构；2）当其中某层上的定子扣罩或者转子盘损坏时，可以仅对该层上的定子或转子单元进行拆卸或者更换，不影响其它层正常使用。

所述筒体的前部安装有导流罩，导流罩位于涡轮的正后方，导流罩为前细后粗的锥形罩且该锥形罩的外表面形成伞形导流面，导流罩的前端部通过旋转密封圈转动连接在转子轴上、后端部固定套装在筒体的前端部。导流罩可对穿过涡轮的水起到疏导和引流的作用，能有效增加流速并增加涡轮的转速，从而有效提高发电效率。

所述转子轴通过防水轴承与筒体的前端壁和后端壁转动配合，转子轴上在防水轴承的靠内侧安装旋转密封圈、在防水轴承的靠外侧安装密封罩。通过设置防水轴承，方便整机在水下使用，避免转动连接部分锈蚀，增加整机使用寿命，在防水轴承的两侧分别安装旋转密封圈和密封罩，避免水接触防水轴承，对防水轴承起到了进一步保护的作用。

所述支撑座包括底座和通过升降立柱安装在底座上的升降座，所述筒体固定安装在升降座上。支撑座采用高度可调节的结构，当整机放置在水下时，可根据水流深度灵活调节整机的位置，使得水力叶轮能够充分利用水流的冲击力，提高能量转化效率，从而提高发电效率。

所述筒体的周圈侧壁上间隔开设多个进水孔。进水孔可将外部的水引入筒体内，使得筒体的内部空间充满水，尤其是引入单元空腔内，可对筒体内部结构起到很好的降温作用，避免发电机过热损耗，从而大幅增加整机的使用寿命。

综上所述，本发明的水下发电机不受地理条件的限制，在有水流的地方即灵活使用，整机结构简单、使用方便、发电效率高，通过分体式的层状定子和转子单元结构，拆装组合方便，能量转换率高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中发电机主体的结构示意图；

图3为本发明中定子扣罩的结构示意图；

图4为图3的仰视结构示意图；

图5为本发明中转子盘的结构示意图；

图6为图5的俯视结构示意图。

具体实施方式

参照附图，本发明的水下发电机包括横向设置的筒体1，筒体1的底部连接支撑座，筒体1的后端壁上由后向前分层扣装多个定子扣罩2，每层上定子扣罩2的内腔形成一个单元空腔3，定子扣罩2底壁的中心位置开设扣罩孔4。筒体1的前、后端壁上转动连接有与筒体1同轴设置的转子轴5，转子轴5贯穿各扣罩孔4且转子轴5的前部探出筒体1的前端壁并向前伸出，转子轴5的前端部安装涡轮26，转子轴5的后端部转动连接在筒体1的后端壁上；转子轴5的筒内段上分层安装多个转子盘6且各转子盘6依次分布在各个单元空腔3内，定子扣罩2底壁的周圈位置间隔环设多个绕组线圈7，转子盘6的周圈间隔环设多个与绕组线圈7相对应的永磁体8。其中，对于绕组线圈7和永磁体8的设置数量，依据需求进行合理设置，依据本发电机的特殊使用场合，可相应的增加磁极的数量，从而可相对降低转速，例如可设置64个磁极，48个线圈，此时保持每分钟50转左右即可满足使用需求，直接由涡轮26带动转子轴5转动即可，不需额外设置增速器。

上述结构中，可直接将整机通过支撑座撑在水流里，利用水流推动涡轮26转动，涡轮26带动转子轴5转动，从而带动转子轴5上的转子盘6以及转子盘6上的永磁体8转动，永磁体8形成的磁场旋转，形成绕组线圈7切割磁力线的动作，通过防水线缆将绕组线圈7中感应出的电力引出即可。其中，为了方便调整涡轮的位置，支撑座采用高度可调的结构，具体的如图1所示，支撑座包括底座20和通过升降立柱23安装在底座20上的升降座21，筒体1固定安装在升降座21上。

参照附图，对于定子单元和转子单元的具体机构，定子扣罩2包括周圈侧壁和中心设置扣罩孔4的环形底壁，周圈侧壁上间隔环设多个侧壁通孔9，各定子扣罩2分层堆叠且通过贯穿在侧壁通孔9中的定子固定螺栓10安装在筒体1的后端壁上。转子轴5的筒内段上在靠近后端部的位置上固装有底盘固定座12，转子盘6包括中间的环形凸台和设置在环形凸台底部周圈的环形盘，环形盘上间隔环设多个用于嵌装永磁体的通槽，环形凸台的顶部穿过其所在层上的扣罩孔4，环形凸台的中心位置开设有供转子轴5穿过的凸台中心孔13，凸台中心孔13的周圈间隔环设多个凸台通孔14，各转子盘6分层堆叠且通过贯穿在凸台通孔14中的转子固定螺栓15安装在底盘固定座12上。

上述结构中，转子盘6和定子扣罩2均采用分层堆叠安装的结构，该种定子单元和转子单元的分布结构具有如下两大优点效果：1）可以方便的对整机进行扩展加强，即定子和转子层数可以根据具体使用环境灵活增加，当需要增加整机发电效率是，只需在顶层相应的增加定子扣罩2和转子盘6的数量即可，对整机的重量和体积影响较小且不影响原有层的结构；2）当其中某层上的定子扣罩2或者转子盘6损坏时，可以仅对该层上的定子或转子单元进行拆卸或者更换，不影响其它层正常使用。

本发明中，由于整机全部浸没在水中，机体内部结构需要做到严格防水，尤其是转动连接部和绕组线圈部。

对于转动连接部的防水，如图2所示，转子轴5通过防水轴承18与筒体1的前端壁和后端壁转动配合，转子轴5上在防水轴承18的靠内侧安装旋转密封圈17、在防水轴承18的靠外侧安装密封罩19。防水轴承18自身可在水中使用，在防水轴承18的两侧分别安装旋转密封圈17和密封罩19，避免水直接接触防水轴承18，能进一步保护防水轴承18，避免防水轴承18锈蚀，从而增加整机的使用寿命。

对于绕组线圈7的防水，如图2所示，绕组线圈7密封设置在定子扣罩2环形底壁的内部，绕组线圈7与环形底壁正、反两面之间的距离相等，各层上绕组线圈7的各相线依次连接并通过防水引线11从筒体1上引出。绕组线圈7设置在定子扣罩2底壁的内部，可将绕组线圈7与外部的水完全隔离，绕组线圈7的各相线通过防水引线11引出到水面以上，从而使得整机能够完全沉入水底，只有防水引线11从水面上引出，不会出现漏电现象。

参照图1和图2，筒体1的前部安装有导流罩16，导流罩16位于涡轮26的正后方，导流罩16为前细后粗的锥形罩且该锥形罩的外表面形成伞形导流面，导流罩16的前端部通过旋转密封圈17转动连接在转子轴5上、后端部固定套装在筒体1的前端部。导流罩16可对穿过涡轮26的水起到疏导和引流的作用，能有效增加流速并增加涡轮的转速，从而有效提高发电效率。

参照图2，筒体1的周圈侧壁上间隔开设多个进水孔22。进水孔22可将外部的水引入筒体1内，使得筒体1的内部空间充满水，尤其是引入单元空腔3内，可对筒体1内部结构起到很好的降温作用，避免发电机过热损耗，从而大幅增加整机的使用寿命。

综上所述，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。