CN113565867B - 重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置 - Google Patents

重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，包括外圈、内圈、滚子及保持架，还包括采能线圈、磁体、重块、电源管理模块、蓄能电池组、状态监测电路及环形发射天线；滚子的表面均匀设有环形内槽，采能线圈、磁体及重块均设置于环形内槽中；重块设置在磁体上，磁***于采能线圈内；滚子的两端面分别设有阶梯槽，电源管理模块和蓄能电池组固定于阶梯槽中；电源管理模块与蓄能电池组相连接；环形发射天线固定于滚子的端面，滚子内设有通腔，状态监测电路安装于通腔的内壁上；环形发射天线与状态监测电路相连接。本发明充分利用大型轴承的体积优势解决大型轴承故障信息难以捕捉的问题。

Description

重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置
技术领域
本发明涉及轴承技术领域，具体地，涉及一种重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置。
背景技术
随着制造业智能化、产业化的不断发展，滚动轴承作为重工业领域的核心零部件之一，其损伤程度与高端大型机械装备的运行安全密切相关，因此，建立可靠的轴承状态监测***至关重要。目前，传统的轴承监测装置仍然采用将传感器安置于靠近轴承的零部件壳体上，所获取的故障信号涵盖在各零部件和外界噪声经复杂传递路径形成的振动信号中，对于大型轴承而言，其转速低、负载大的特性使得故障信息更难捕捉，现有的技术中提出轴承内置传感器的监测方案，降低了复杂传递路径对轴承故障信号的干扰，提高了大型轴承状态监测的准确度，但是，传感器和监测电路的布置将直接影响轴承的空间结构和运行效率，同时，数据的传输和电路的供电受到限制，外部电源或电池供电等方式难以满足长周期实时监测需求。
公开号为CN110552956B的专利文献公开了一种全自供电滚动轴承内部传感数据采集及无线传输装置，所述的轴承包括轴承内圈、轴承滚动体、滚动体的保持架、轴承外圈，其特点在于还包括传感器及其调理电路、传感数据采集电路和传感数据无线输出电路构成的传感数据采集/输出器，由采能线圈、电能发生器和电源管理电路构成的自供电电源和无线信号中继器。公开号为CN103982541B的专利文献公开了一种用于电力设施的带自供电监测的大尺度高速圆锥滚子轴承，属轴承及其监测技术领域。圆锥体两端镶有激励磁铁，内圈两端设有阶梯轴，外圈左端设有阶梯孔；内圈右端阶梯轴上和外圈左端阶梯孔内安装有盘体，盘体上设扇形沉腔，沉腔底部设有导向孔；盘体上依次固定有金属膜、压板和电路板，压板上设有通腔，通腔侧壁上安有传感器；金属膜与其表面粘接的压电膜构成俘能器，俘能器中心铆有受激磁铁，受激磁铁套在导向孔内。公开号为CN112747032A的专利文献公开了一种自发电监测的滚子轴承，外圈装在内圈上，壳底装在外圈端部，壳底上安装有电路板、传感器和接线柱，壳底或外圈上设有辅助电极，传感器、接线柱及辅助电极经不同的导线组与电路板相连；外圈内设有电极，外圈为分体结构或整体结构，电极由电极环、电极指和引线端子构成，电极环和电极指均镶嵌在外圈的内部，滚子长度方向上与电极环不重叠、与电极指完全重叠。
但是上述专利文献存在有较大程度的改变了轴承空间结构，无法直接对滚子内的监测***进行供电的缺陷。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置。
根据本发明提供的一种重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，包括外圈、内圈、滚子及保持架，还包括采能线圈、磁体、重块、电源管理模块、蓄能电池组、状态监测电路及环形发射天线；
所述滚子的表面均匀设有环形内槽，所述采能线圈、所述磁体及所述重块均设置于所述环形内槽中；所述重块设置在所述磁体上，所述磁***于所述采能线圈内；
所述滚子的两端面分别设有阶梯槽，所述电源管理模块和所述蓄能电池组固定于所述阶梯槽中；所述电源管理模块与所述蓄能电池组相连接；
所述环形发射天线固定于所述滚子的端面，所述滚子内设有通腔，所述状态监测电路安装于所述通腔的内壁上；所述环形发射天线与所述状态监测电路相连接。
优选的，所述滚子的表面设置多个所述环形内槽。
优选的，多个所述环形内槽均匀间隔设置在所述滚子的表面。
优选的，相邻所述环形内槽间隔90°。
优选的，所述磁体靠近所述环形内槽的底部侧壁的一端连接设置有减震弹簧，所述减震弹簧远离所述磁体的一端连接设置在所述环形内槽的底部侧壁上。
优选的，所述重块上设置有通孔。
优选的，所述重块采用非导磁材料。
优选的，所述环形内槽的槽口处设置有螺纹封盖。
优选的，所述阶梯槽的槽口处设置有端面螺纹封盖。
优选的，所述通腔的开口处设置有通腔螺纹封盖。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明充分利用大型轴承的体积优势解决大型轴承故障信息难以捕捉的问题；
2、本发明在轴承滚子内布置监测装置，减少附加传感器和电路对轴承空间结构和运行效率的影响；
3、本发明在无需外接电源或电池供电的情况下，依靠滚子运动时磁体的重力势能产生监测装置所需电能，实现大型轴承的自供电实时监测功能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的轴承结构剖面图；
图2为一实施例的轴承滚子结构主视图；
图3为一实施例的轴承滚子结构侧视图；
图4为一实施例的轴承示意图。
图中示出：
外圈1 电源管理模块10
内圈2 蓄能电池组11
滚子3 状态监测电路12
保持架4 端面螺纹封盖13
采能线圈5 环形发射天线14
磁体6 通腔螺纹封盖15
重块7 环形内槽16
减震弹簧8 阶梯槽17
螺纹封盖9
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1～3所示，本发明提供的一种重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，包括外圈1、内圈2、滚子3及保持架4，还包括采能线圈5、磁体6、重块7、电源管理模块10、蓄能电池组11、状态监测电路12及环形发射天线14，滚子3的表面均匀设有环形内槽16，采能线圈5、磁体6及重块7均设置于环形内槽16中；重块7设置在磁体6上，磁体6位于采能线圈5内，滚子3的两端面分别设有阶梯槽17，电源管理模块10和蓄能电池组11固定于阶梯槽17中；电源管理模块10与蓄能电池组11相连接，环形发射天线14固定于滚子3的端面，滚子3内设有通腔，状态监测电路12安装于通腔的内壁上；环形发射天线14与状态监测电路12相连接。环形内槽16的槽口处设置有螺纹封盖9。阶梯槽17的槽口处设置有端面螺纹封盖13。通腔的开口处设置有通腔螺纹封盖15。
滚子3的表面设置多个环形内槽16，多个环形内槽16均匀间隔设置在滚子3的表面，相邻环形内槽16间隔90°。磁体6靠近环形内槽16的底部侧壁的一端连接设置有减震弹簧8，减震弹簧8远离磁体6的一端连接设置在环形内槽16的底部侧壁上。重块7上设置有通孔，重块7采用非导磁材料。
本发明主要应用于大型机械的主轴承：包括大型轴承--公称外径尺寸范围为200-430mm的轴承，特大型轴承--公称外径尺寸范围为440mm以上的轴承。自供电装置也在滚子中主要是因为监测装置在滚子里，两者处于同一运动体内便于直接供电，如果处于不同运动体无法处理导线布置问题，大型轴承和特大型轴承便于两者的安装。
实施例1：
一种重力势能发电的大型轴承滚子自供电监测装置，轴承包括外圈、内圈、滚子和保持架，其特征在于：轴承还包括了采能线圈、磁体、重块、减震弹簧、螺纹封盖、电源管理模块、蓄能电池组、状态监测电路、环形发射天线、端面螺纹封盖、通腔螺纹封盖。
滚子的表面均匀设有环形内槽，采能线圈、磁体、重块和减震弹簧设置于环形内槽中，滚子的两端面设有阶梯槽，电源管理模块和蓄能电池组固定于阶梯槽中，环形发射线圈固定于滚子端面，滚子内设有一通腔，状态监测电路安装于通腔内壁，此外，螺纹封盖设置于各槽口处。
滚子的表面均匀设置多个内槽，相邻内槽间隔90°且不局限于同一平面内，采能线圈安装于内槽中，磁体两端固定重块且放置于采能线圈中，内圈旋转带动滚子运动，磁体随重块在重力作用下作往复运动，使采能线圈磁通量不断变化产生电能。重块为高密度非导磁材料用于增加磁体重力势能，其上设有通孔防止密封气体阻碍磁体运动，减震弹簧设置于内槽中减缓重块对滚子的冲击，螺纹封盖设置于内槽端口处防止油液渗入。
滚子两端面设置阶梯槽，依次布置有电源管理模块和蓄能电池组，采能线圈通过导线接入电源管理模块供电，电源管理模块对电流进行处理并存储于蓄能电池组内，为状态监测电路供电，端面螺纹封盖设置于阶梯槽端口处防止油液渗入，环形发射天线安装于滚子端面，用于传输滚子状态数据。
滚子设有一通腔，状态监测电路安装于通腔内壁，状态监测电路上的传感器用于采集滚子状态数据，通过环形发射天线实时传输至上位机进行故障诊断，通腔螺纹封盖设置于通腔两端防止油液渗入滚子内部，对电路板起保护作用。
实施例2：
如图1～4所示，本发明提供的一种重力势能发电的大型轴承滚子自供电监测装置的优选实施例的结构示意图，图中包括：外圈、内圈、滚子、保持架，采能线圈、磁体、重块、减震弹簧、螺纹封盖、电源管理模块、蓄能电池组、状态监测电路、端面螺纹封盖、环形发射天线、通腔螺纹封盖，其中：
如图1所述，滚子的表面均匀设有八个环形内槽，用于安装采能线圈、磁体、重块、减震弹簧和螺纹封盖，滚子两端面设有阶梯槽，电源管理模块、蓄能电池组和端面螺纹封盖依次固定于阶梯槽中，环形发射天线固定于滚子端面上，滚子设有一通腔，通腔内壁安装有状态监测电路，通腔螺纹封盖设置于通腔两端。
如图2和图3所示，滚子的表面均匀设置八个内槽，相邻内槽间隔90°且分别布置于两个平面内，采能线圈安装于内槽中，磁体两端固定重块且放置于采能线圈中，内圈旋转带动滚子运动，磁体随重块在重力作用下作往复运动，使采能线圈磁通量不断变化产生电能.
如图1所示，重块为高密度非导磁材料，用于增加磁体重力势能，其上设有通孔防止密封气体阻碍磁体运动，减震弹簧设置于内槽中减缓重块对滚子的冲击，螺纹封盖设置于内槽端口处防止油液渗入。
如图1所示，滚子两端面设置阶梯槽，依次布置有电源管理模块和蓄能电池组，采能线圈通过导线接入电源管理模块供电，电源管理模块对电流进行处理并存储于蓄能电池组内，为状态监测电路供电，端面螺纹封盖设置于阶梯槽端口处防止油液渗入，环形发射天线安装于滚子端面，用于传输滚子状态数据。
如图2所示，滚子设有一通腔，状态监测电路安装于通腔内壁，状态监测电路上的传感器用于采集滚子状态数据，通过环形发射天线实时传输至上位机进行故障诊断，通腔螺纹封盖设置于通腔两端防止油液渗入滚子内部，对电路板起保护作用。
工作原理：
轴承运行时滚子旋转，内槽中的磁体随重块在重力作用下往复运动，使采能线圈磁通量变化产生电能，电源管理模块处理电能并收集于蓄能电池组中，状态监测电路上的传感器采集滚子状态数据通过环形发射天线传输至上位机进行处理，从而实现大型轴承的自供电实时监测功能。
本发明的提供一种重力势能发电的大型轴承滚子自供电监测装置，以解决现有轴承监测***难以满足大型轴承实时监测需求的问题，监测装置设置于对轴承空间影响较小的滚子内，将轴承自身转动时滚子内部磁体的重力势能转换为电能，为滚子监测装置供电，使传感器采集滚子状态数据并通过环形发射天线实时传输至上位机，实现大型轴承的自供电实时监测功能。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的***及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，包括外圈(1)、内圈(2)、滚子(3)及保持架(4)，其特征在于，还包括采能线圈(5)、磁体(6)、重块(7)、电源管理模块(10)、蓄能电池组(11)、状态监测电路(12)及环形发射天线(14)；
所述滚子(3)的表面均匀设有环形内槽(16)，所述采能线圈(5)、所述磁体(6)及所述重块(7)均设置于所述环形内槽(16)中；所述重块(7)设置在所述磁体(6)上，所述磁体(6)位于所述采能线圈(5)内；
所述滚子(3)的两端面分别设有阶梯槽(17)，所述电源管理模块(10)和所述蓄能电池组(11)固定于所述阶梯槽(17)中；所述电源管理模块(10)与所述蓄能电池组(11)相连接；
所述环形发射天线(14)固定于所述滚子(3)的端面，所述滚子(3)内设有通腔，所述状态监测电路(12)安装于所述通腔的内壁上；所述环形发射天线(14)与所述状态监测电路(12)相连接。
2.根据权利要求1所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，所述滚子(3)的表面设置多个所述环形内槽(16)。
3.根据权利要求2所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，多个所述环形内槽(16)均匀间隔设置在所述滚子(3)的表面。
4.根据权利要求3所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，相邻所述环形内槽(16)间隔90°。
5.根据权利要求1所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，所述磁体(6)靠近所述环形内槽(16)的底部侧壁的一端连接设置有减震弹簧(8)，所述减震弹簧(8)远离所述磁体(6)的一端连接设置在所述环形内槽(16)的底部侧壁上。
6.根据权利要求1所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，所述重块(7)上设置有通孔。
7.根据权利要求1所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，所述重块(7)采用非导磁材料。
8.根据权利要求1所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，所述环形内槽(16)的槽口处设置有螺纹封盖(9)。
9.根据权利要求1所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，所述阶梯槽(17)的槽口处设置有端面螺纹封盖(13)。
10.根据权利要求1所述的重力势能发电的轴承滚子自供电监测装置，其特征在于，所述通腔的开口处设置有通腔螺纹封盖(15)。
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