水力发电装置的制作方法

1.本实用新型涉及发电设备技术领域，特别是涉及一种水力发电装置。


背景技术：

2.我国大小河流数不胜数，河上及两岸有数不清的照明灯、景观灯以及其他用电设施，这些用电设施会消耗大量的电能；而且，为这些用电设施配备供电线路需要消耗大量的工程材料，供电线路有时还会发生风雨天线路故障甚至漏电而导致的断电和人员触电伤亡事故，经济成本巨大。
3.为减少河流沿岸供电成本，有人曾提出安装太阳能光伏发电系统，但由于有阳光时恰好不需要河边灯照明，而没阳光时又正是需要河边灯照明之时，这就需要电池储能装置，无形中加大了设备重量和投资成本，甚至还会污染环境。还有人推出了垂直轴水轮发电系统，垂直轴水轮水力发电机结构简单、安装维护方便，但其反向旋转的水叶总存在一定阻力，使目前垂直轴水轮的动力转换效率无法提高。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型主要解决的技术问题在于提供一种动力转换效率高的水力发电装置。
5.为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：
6.一种水力发电装置，包括动力机构、偏心盘和发电机；所述动力机构包括旋转支架和可转动地设置于所述旋转支架上的多个叶轮，所述旋转支架与所述发电机传动连接，多个所述叶轮围绕所述旋转支架的周侧间隔布置，每一所述叶轮上设置有滑块；所述偏心盘相对于所述旋转支架的旋转中心偏心设置，多个所述滑块环绕所述偏心盘布置，至少其中一所述叶轮上的滑块与所述偏心盘的外边缘相接触而限制该叶轮的转动，其余所述叶轮上的滑块与所述偏心盘的外边缘相间隔而使得其余所述叶轮可以转动。
7.作为本技术的一种可能实施方式，所述滑块的侧面包括相对设置的一对平面和一对弧面，所述平面与所述叶轮的转动轴心的距离小于所述弧面与所述叶轮的转动轴心的距离，所述叶轮包括叶片，所述叶片的延展方向垂直于所述平面；所述滑块的平面与所述偏心盘的外边缘相接触而限制该叶轮的转动。
8.作为本技术的一种可能实施方式，所述滑块的两端设置有2个滚轮；在所述偏心盘的一侧，所述叶轮的滑块通过2个所述滚轮与所述偏心盘相接触。
9.作为本技术的一种可能实施方式，所述发电机包括机壳、电机轴、固定电枢和转子，所述电机轴位置固定并与所述固定电枢连接，所述机壳与所述电机轴转动配合，所述转子连接于所述机壳的内侧并环绕所述固定电枢布置；所述旋转支架与所述机壳连接，并与所述机壳一起绕所述电机轴转动。
10.作为本技术的一种可能实施方式，还包括用于将所述水力发电装置漂浮于水面的浮台，所述偏心盘连接于所述浮台的底部，所述电机轴通过与所述浮台和/或所述偏心盘固
定连接而位置固定。
11.作为本技术的一种可能实施方式，所述浮台包括浮板和连接于所述浮板端部的浮子，所述浮子的密度小于水密度，所述偏心盘连接于所述浮板上并位于所述浮板和所述发电机之间。
12.作为本技术的一种可能实施方式，所述机壳包括防水外壳和盖合于所述防水外壳上的防水端盖，所述电机轴与所述防水端盖轴孔配合，所述转子固定于所述防水外壳的内壁面上；所述发电机还包括上轴承和下轴承，所述电机轴通过所述上轴承与所述防水端盖转动配合，所述电机轴还通过所述下轴承与所述防水外壳转动配合。
13.作为本技术的一种可能实施方式，所述旋转支架包括与所述机壳固定连接的上支板和下支板，所述上支板和所述下支板彼此平行且间隔设置，所述叶轮包括转轴，所述转轴的轴向平行于所述电机轴的轴向，所述转轴的相对两端分别转动连接所述上支板和所述下支板。
14.作为本技术的一种可能实施方式，还包括布置于岸上的储能装置以及与所述储能装置电连接的逆变器，所述发电机的导线与所述储能装置电连接，所述逆变器用于将所述储能装置的直流电转换为交流电供给用电设备。
15.作为本技术的一种可能实施方式，还包括用于将所述水力发电装置漂浮于水面的浮台以及与所述浮台连接的固定轴套，所述发电机设置于所述浮台的上侧，所述固定轴套设置于所述浮台的下侧并与所述发电机同轴布置，所述旋转支架与所述固定轴套旋转配合并绕所述固定轴套转动。
16.作为本技术的一种可能实施方式，所述发电机的电机轴竖直向下穿过所述浮台、所述偏心盘和所述固定轴套，所述旋转支架与所述电机轴的端部固定连接。
17.作为本技术的一种可能实施方式，所述旋转支架包括旋转轴套、上支板和下支板，所述上支板和所述下支板彼此平行且间隔设置，所述旋转轴套的相对两端分别连接所述上支板和所述下支板，所述旋转轴套套设于所述固定轴套的外侧并与所述固定轴套转动配合。
18.本技术的上述技术方案中，由于水力发电装置包括动力机构、偏心盘和发电机，动力机构的叶轮上设置有滑块，滑块可与偏心盘进行配合使动力机构的不同侧呈现出不同的叶轮转动状态。在偏心盘的一侧，叶轮通过滑块与偏心盘滑动配合，使叶轮不可自由转动承受较大的水阻；而在偏心盘的另一侧，滑块与偏心盘相间隔，使叶轮可自由转动至与水流方向平行的状态，使阻力最小化，从而旋转支架能够在阻力差下快速进行转动带动发电机发电，提升动力机构的动力转化效率。
附图说明
19.图1为本技术一实施例中水力发电装置的平面图；
20.图2为本技术一实施例中水力发电装置的剖面图；
21.图3为图2的局部示意图；
22.图4为本技术一实施例中水力发电装置的俯视图；
23.图5为本技术一实施例中动力机构与偏心盘的配合示意图；
24.图6为本技术一实施例中叶轮的俯视图；
25.图7为本技术一实施例中叶轮的另一形态俯视图；
26.图8为本技术一实施例中灯具部位的示意图；
27.图9为本技术一实施例中电路原理的示意图；
28.图10为本技术另一实施例中水力发电装置的平面图；
29.图11为本技术另一实施例中水力发电装置的剖面图；
30.图12为本技术另一实施例中水力发电装置的俯视图。
31.附图标号说明：
32.100-动力机构、110-旋转支架、111-上支板、112-下支板、113-旋转轴套、 120-叶轮、121-转轴、122-叶片、123-滑块、1231-平面、1232-弧面、1233
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滚轮；
33.200-偏心盘、300-发电机、310-机壳、311-防水外壳、312-防水端盖、320
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电机轴、331-中心通孔、330-固定电枢、340-转子、351-上轴承、352-下轴承、 400-浮台、410-浮板、420-浮子、430-电机轴座、500-灯具、510-灯罩、520
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灯泡、530-驱动电路灯口、600-固定轴套。
具体实施方式
34.以下结合说明书附图及具体实施例对本实用新型技术方案做进一步的详细阐述。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，并不是旨在于限制本实用新型。在以下描述中，涉及到“一些实施例”的表述，其描述了所有可能实施例的子集，但是应当理解的是，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
35.另需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“内”、“外”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
36.请结合参照附图1至附图5，本技术一实施例提供一种水力发电装置，可用于水力发电场景。
37.水力发电装置包括动力机构100、偏心盘200和发电机300；动力机构100 包括旋转支架110和可转动地设置于旋转支架110上的多个叶轮120，旋转支架110与发电机300同轴设置且传动连接，旋转支架110转动时可驱动发电机 300发电；多个叶轮120围绕旋转支架110的周侧间隔布置，在水压的作用下，推动旋转支架110转动；偏心盘200相对于旋转支架110偏心设置，叶轮120 轴向上靠近偏心盘200的一端设置有滑块123，多个滑块123环绕偏心盘200 布置，滑块123用于与偏心盘200进行配合，使动力机构100的不同侧的叶轮 120呈现出不同的转动状态。至少其中一叶轮120上的滑块123与偏心盘200 的外边缘相接触而限制该叶轮120的转动，其余叶轮120上的滑块与偏心盘200 的外边缘相间隔而使得其余叶轮120可以转动。
38.具体地，请继续参照附图4和附图5，偏心盘200的近点(即其外圆面距中心最近位置处)位于图示的左侧位置、远点(即其外圆面距中心最远位置处) 位于图示的右侧位置。滑块123位于偏心盘200的径向外侧，滑块123的内侧面面向偏心盘200的外边缘。在偏心盘
200的一侧(图中主要为右半边外侧)，偏心盘200的边缘与滑块123相抵接，使得叶轮120通过滑块123与偏心盘200 滑动配合，在此状态下，滑块123相对偏心盘200外侧面的转动受阻，因此叶轮120可以保持与偏心盘200的径向辐射状态，在水流或者气流的作用下带动整个动力机构100转动。与此同时，在偏心盘200的另一侧(图中主要为左半边外侧)，偏心盘200的边缘与滑块123相间隔，滑块123与偏心盘200之间间隙配合，叶轮120可顺着水力自由转动至与气流或者水流的方向一致，极大地减小了整个动力机构100左半部逆流向的转动阻力，使得动力机构100可以有更高的输出效率。
39.由于叶轮120不可转动时受到的水阻较大(叶轮120相对旋转支架110的中心呈固定径向辐射状态，使流体推力最大化)，而叶轮120可自由转动时受到的水阻很小(叶轮120相对旋转支架110会自由转动至与水流方向或气流方向平行的状态，使阻力最小化)，使得旋转支架110在阻力差下进行转动带动发电机300发电，提升动力的转化效率。
40.本技术的上述技术方案中，由于水力发电装置包括动力机构100、偏心盘 200和发电机300，动力机构100的叶轮120上设置有滑块123，滑块123可与偏心盘200进行配合使动力机构100的不同侧呈现出不同的叶轮120转动状态。在偏心盘200的一侧，叶轮120通过滑块123与偏心盘200滑动配合，使叶轮 120呈径向辐射状不可自由转动并承受较大的水阻；而在偏心盘200的另一侧，滑块123与偏心盘200相间隔，使叶轮120可自由转动至与水流方向或气流方向平行的状态，使阻力最小化，从而旋转支架110能够在更大的阻力差下转动并带动发电机300发电，提升动力机构100的动力转化效率。
41.请参照附图6，作为本技术的一种可选实施方式，滑块123的侧面包括相对设置的一对平面1231和一对弧面1232，平面1231距叶轮120轴心的距离小于弧面1232距叶轮120轴心的距离，叶轮120包括叶片122，叶片122的延展方向垂直于平面1231。在附图所示实施例中，滑块123由一圆盘竖切两块而成，切面构成一对平面1231，未切部分为一对弧面1232。由于平面1231距叶轮120 轴心的距离小于弧面1232距叶轮120轴心的距离，当偏心盘200的边缘贴近叶轮120时，滑块123只能以平面1231与偏心盘200的边缘接触而滑动通过，从而达到使叶轮120不可转动的目的。同时，将叶轮120的叶片122设计为延展方向垂直于平面1231，能够使此时叶片122朝向旋转支架110的径向，使得多个与偏心盘200滑动配合的叶轮120相对于电机轴320呈径向辐射状，所受到的水阻力最大。
42.请参照附图7，作为本技术的另一种可选实施方式，滑块123呈矩形，滑块123的两端设置有2个滚轮1233；在偏心盘200的一侧，偏心盘200的边缘距离叶轮120很近时，叶轮120的滑块123通过2个滚轮1233与偏心盘200 相接触。滑块123只能以2个滚轮1233的一侧边与偏心盘200相接触，从而达到使叶轮120不可转动的目的。在这种实施方式中，滑块123整体仍然是相对于偏心盘200滑动，不过滑块123与偏心盘200之间的摩擦力变成了滚动摩擦力，摩擦阻力更小。而在偏心盘200的另一侧，当偏心盘200的边缘距离叶轮 120转轴中心较远，大于两个滚轮最远外圆距离的一半，则叶轮120可以自由转动至与水流方向或气流方向平行的状态。
43.请继续参照附图3，作为本实用新型的一种具体实施方式，发电机300包括机壳310、电机轴320、固定电枢330(优选为8-32槽)和转子340(优选为 12-36极)，转子340为永磁外转子，电机轴320位置固定并与固定电枢330 连接，机壳310与电机轴320转动配合，转子340连接于机壳310的内侧并环绕固定电枢330布置；旋转支架110与机壳310连接，并与机
壳310一起绕电机轴320转动。由于电机轴320和固定电枢330固定不动，旋转支架110带动机壳310和转子340相对于电机轴320和固定电枢330转动时，固定电枢330 会切割旋转的转子340的磁力线产生感应电，进行发电。发电机300产生的电力可用于水力发电装置上设置的用电设备，也可通过拉线传输到岸上供岸上的景观照明或其它电器用电。
44.请继续参照附图1至附图4，将本水力发电装置用于水中发电时，水力发电装置还包括用于将水力发电装置漂浮于水面的浮台400，偏心盘200连接于浮台400的底部，电机轴320通过与浮台400和/或偏心盘200固定连接而位置固定。浮台400或偏心盘200上设置有与电机轴320配合的电机轴座430。其中，旋转支架110可以采用碳纤维、玻璃钢、塑料材料制成，多个叶轮120受偏心盘200的引导可以时而自由旋转、时而相对固定，使得顺水流方向旋转的半边叶轮120姿态固定，承受较大的水流冲力，而逆水流方向旋转的半边叶轮 120自由旋转，在水流的作用下与水流方向平行，因而承受最小水流阻力，即反旋转方向阻力最小，提高了动力机构100的动力转换效率。
45.应用时，动力机构100位于水面下，而发电机300位于动力机构100的旋转支架110中，整个水力水力发电装置不影响水面景观，而水面上部还可以置放些作为景观的灯具500等装饰品，美化城乡河道。具体地，请参照附图8和附图9，水力发电装置还包括灯具500，电机轴320的一端与固定电枢330连接，另一端与灯具500连接，电机轴320内设置有沿轴向延伸的中心通孔331，发电机300的导线穿过中心通孔331与灯具500电连接，为灯具500进行供电。进一步地，灯具500包括灯罩510、灯泡520和驱动电路灯口530，电机轴320 沿竖直方向布置，驱动电路灯口530连接于电机轴320的顶端，灯泡520设置于驱动电路灯口530上并通过驱动电路灯口530与导线电连接，灯罩510罩设于灯泡520上。发电机300发出的电源由导线经空心的电机轴320传送到驱动电路灯口530上，由驱动电路整流限流点亮灯泡520，灯罩510则起到对景观灯的美观和防护作用。
46.进一步地，水力发电装置还可以包括布置于岸上的储能装置以及与储能装置电连接的逆变器，发电机300的导线与储能装置电连接，逆变器用于将储能装置的直流电转换为交流电供给用电设备。发电机300发出的电源还由另一路导线分支传输到岸上的储能装置，并经与储能装置电连接的逆变器转换为交流电后供岸上的照明、冰箱、电饭锅、充电装置、电视、音响等用电设备用电。
47.本实施方式中，由于发电机300置于水中，极其方便电机、电器的散热，使整个系统可以做的小巧、低价。水力发电装置放入河流后，可由一条加固防水电缆将其固定于岸边，浮台400使景观灯具500浮于水上，而动力机构100 和发电机300则沉于水下，只要河水有一定流速(0.5～10m/s),系统便可发电，除了点亮景观灯具500外，加固防水电缆还可将多发的电力输送到岸边，经整流、稳压、逆变电路，供岸边电器用电，例如为电动车、手机充电，为电饭锅、电磁灶、电视机、计算机、音响系统供电，增加郊游的方便性和乐趣。其中，发电机300可以为多极永磁发电机300，高效的动力机构100配以多极永磁发电机300，以及稳压控制单元，可以提供极高的稳压效果和电能转换效率，为用户提供了极大的用电方便性和可行性。
48.作为本技术的一种可能实施方式，浮台400包括浮板410和连接于浮板410 端部的浮子420，偏心盘200连接于浮板410上并位于浮板410和发电机300 之间。在附图所示实施例中，浮台400包括两条浮板410和设置于两条浮板410 相对两端的一对浮子420，浮子420
可为中空结构或由密度小于水密度且结实的材料制做以提供主要的浮力。偏心盘200固定连接于浮板410上，电机轴320 与偏心盘200固定连接。
49.优选地，为适应水下工作，机壳310包括防水外壳311和盖合于防水外壳311上的防水端盖312，防水外壳311与防水端盖312之间可设置密封圈。电机轴320与防水端盖312轴孔配合，转子340固定于防水外壳311的内壁面上。此外，发电机300还包括上轴承351和下轴承352，电机轴320通过上轴承351 与防水端盖312转动配合，电机轴320还通过下轴承352与防水外壳311转动配合，防水外壳311连同防水端盖312相对于电机轴320转动，使转子340相对于固定电枢330转动，固定电枢330切割旋转的转子340的磁力线产生感应电，进行发电。进一步地，旋转支架110包括与机壳310固定连接的上支板111 和下支板112，上支板111和下支板112彼此平行且间隔设置，上支板111和下支板112上相对应的位置环形均布有轴孔，轴孔内安装无油轴承套；叶轮120 包括转轴121和叶片122，转轴121的轴向平行于电机轴320的轴向，转轴121 的相对两端分别转动连接上支板111和下支板112的轴孔。本装置方便旅行携带，便于安装维护，可以利用河流流水发电，为锂电、家电等负载充电，充分利用了自然清洁能源，实现了节能环保，解决了偏远地区用电难的问题。
50.请参照附图10至附图12，在本技术另一实施例中，水力发电装置同样包括动力机构100、偏心盘200、发电机300和浮台400。动力机构100包括旋转支架110和可转动地设置于旋转支架110上的多个叶轮120，旋转支架110与发电机300传动连接，旋转支架110转动时可驱动发电机300发电。同样地，多个叶轮120围绕旋转支架110的周侧间隔布置，在外界水压的作用下，推动旋转支架110转动；偏心盘200相对于旋转支架110偏心设置，叶轮120轴向上靠近偏心盘200的一端设置有滑块123，多个滑块123环绕偏心盘200布置，滑块123用于与偏心盘200进行配合，使动力机构100的不同侧的叶轮120呈现出不同的转动状态。至少其中一叶轮120上的滑块123与偏心盘200的外边缘相接触而限制该叶轮120的转动，其余叶轮120上的滑块与偏心盘200的外边缘相间隔而使得其余叶轮120可以转动。不同的是，发电机300设置于浮台 400的上侧，另包括一固定轴套600设置于浮台400的下侧并与发电机300同轴布置，旋转支架110与固定轴套600旋转配合并绕固定轴套600转动。旋转支架110在阻力差下进行转动带动发电机300发电(原理相同，不再阐述)，提升动力的转化效率。本实施方式适用于发电机300防水性能一般的水力发电装置，为防止发电机300故障，可不将发电机300放于水中。
51.进一步地，该实施例中，发电机300中的转子为内转子，发电机300的电机轴320竖直向下穿过浮台400、偏心盘200和固定轴套600，旋转支架110 与电机轴320的端部固定连接。旋转支架110在转动过程中带动电机轴320一起旋转切割磁感线发电。
52.进一步地，旋转支架可以包括旋转轴套113、上支板111和下支板112，上支板111和下支板112彼此平行且间隔设置，上支板111和下支板112上相对应的位置环形均布有轴孔，轴孔内安装无油轴承套。旋转轴套113的相对两端分别连接上支板111和下支板112，旋转轴套113套设于固定轴套600的外侧并与固定轴套600转动配合。旋转轴套113与固定轴套600之间可以设置轴承来减少摩擦力。
53.以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以所述权利要求的
保护范围以准。