[发明专利]轴承嵌入式发电结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在轴承运动过程中发电的装置和方法。

背景技术

轴承可以被定义为将两个或更多个部件之间的相对运动限制成仅所需类型运动的任何各种机械元件。通常，这允许和促进绕着纵向轴线的自由转动和/或抑制部件在相对于轴承的法线方向上的任何直线运动。轴承可以广泛地根据它们允许的运动并且根据其操作原理以及其可以处理的所施加的载荷的方向进行分类。

轴承经历相当的使用，这会导致各种轴承部件的磨损。随着时间的推移，轴承的磨损会导致机械故障。机械故障可能会影响旋转运动和/或轴向线性约束。如果不控制这些运动中的任何一个都可能会给依托轴承的机械带来灾难性的故障。

轴承的可靠性和预测性维护会影响设备的操作和正常运行时间。轴承用于许多应用中，包括汽车、风力涡轮机、自动化机械等。随着时间的推移，轴承会磨损。运行过程中的轴承故障可能会给设备及可能的周边区域带来重大的损坏。如果出现巧合情况的话，轴承故障甚至可能会造成人身伤害或死亡。

轴承监测系统需要功率以进行操作。功率用于操作状态监测传感器，向任何计算设备提供功率，并且提供功率用于将任何收集的信息传送到中央系统。功率通过电线而被提供给设备。

可以通过监测轴承来改进轴承的可靠性和预测性维护。监测系统将会需要功率。所期望的是一种与轴承组件相关联的发电系统。

发明内容

本发明针对一种包括轴承的设备在操作期间产生电能的装置及相应方法。

在本发明的第一方面，提供了一种发电轴承组件，该发电轴承组件包括：

轴承，其包括：

轴承外环，其具有外表面、轴承接合内表面和外环端表面，

轴承内环，其具有轴承组件内配合表面、轴承外座圈接合表面和内环端表面，其中，所述轴承接合外表面的尺寸设置成与所述外环轴承接合内表面旋转接合，

密封系统，其包括在所述轴承的端表面的之一处装配在所述轴承外环和所述轴承内环之间的密封系统构件，密封其间的间隙，

至少一个传感器接收孔，其设置成通过密封系统构件，

磁性轮，其相应于所述轴承同心地定位并且固定至磁性轮驱动环，其中，所述磁性轮驱动环是所述轴承外环和所述轴承内环中的一个且所述剩余的环是相应的旋转环，所述磁性轮包括承载磁极化材料的磁极化材料支承凸缘，所述磁极化材料支承件设置成轴向延伸远离所述环端表面的密封系统的整体部分，其中，所述磁极化材料定位成靠近所述至少一个传感器接收孔，

其中，所述内环旋转地组装在所述外环轴承接合内表面内；以及

电力发电机，其包括发电机芯，所述发电机芯包括缠绕着磁芯以产生电力的电线圈，所述电力发电机连接至所述密封系统构件，引导所述发电机芯在径向方向上可操作地与所述磁极化材料接合；

其中，所述轴承外环和所述轴承内环之间的相对运动使所述磁极化材料通过所述发电机芯，促使所述发电机芯产生电流。

在第二方面，所述系统还包括处理装置，该装置包括一组数字指令，用于监测和分析由集成到轴承组件中的状态监测系统所提供的数字数据。

在另一方面，所述磁极化材料被设置成具有的高度大于发电机芯的预定的预期轴向运动。

在另一方面，所述磁极化材料可以设置在完整的环形圈中；在覆盖部分圆形部分的单一部分中；或者在空间上从轴承环中心相等的径向距离的一系列部分中。

本发明的一个优点是能够在轴承环之一的运动过程中产生持续的电流。该功率可以用来操作轴承状态监测设备。包括电力发电装置消除了对本地存储的功率(比如通过电池)或者来自外部电源的传送功率的任何需要。通过在这样的位置产生功率，通过向无线信号通信提供足够的功率，系统可以完全独立地且不受限于任何其他设备地操作。而另一个优点在于，监测系统的操作可以被限制在轴承正在发生旋转的时间。功率仅在发电机经历轴承外环与轴承内环之间的相对运动时被施加至系统。

轴承可以用于部署在远程位置的设备上。对于用于监测轴承状态的、从外部提供的功率来说，这样的位置可能会使任何提供变得复杂。所述轴承可以在难以接近(特别是对于接线来说)的位置被集成到设备中。此外，导线可能因设备部件的任何旋转运动或其它运动而意外地干扰或者变得磨损。

另一个优点在于将磁性操作的发电机芯定位在轴承的密封部分内，从而避免受到污染物的任何影响。磁发电设备易于吸引、收集磁性颗粒且随后由此损坏。这些颗粒会收集在磁操作发电机芯和磁极化材料之间。随着轴承旋转，污染物可能会磨损磁操作发电机芯和/或磁极化材料的表面