[发明专利]一种适用于滚动轴承测试系统的自发电组件

说明书

一种适用于滚动轴承测试系统的自发电组件，安装在轴承的工作空间中，同心轴向布置的动环和静环。静环安装轴承的外圈，动环安装在轴承内圈，在静环的内外环上分别布置有导条和磁栅，在动环的内外环上相对于静环导条和磁栅的位置处也布置有磁珊和导条，在需要更大的电能或者更高的磁场强度的情况下，所述的静环和静环采用至少两套相互交错设置，在需要交流供电情况下，磁栅两极间隔分布；本发明在静环和动环上布置磁栅和导条，通过静环和动环的相对运动产生电能，配合集成的电能调理系统，轴承狭小的服役空间中同时实现静止部件测试系统以及旋转部件测试系统的能量的自供给。

技术领域

本发明涉及机械装备关键零部件健康状态动态监测领域，特别涉及一种适用于滚动轴承测试系统的自发电组件。

背景技术

滚动轴承广泛应用于航空航天、铁路、轮船、大型机床等重要领域，它作为旋转机械的关键零部件，起着支撑轴系和传递动力的重要作用。同时，滚动轴承也是旋转机械最薄弱的一环，据统计，旋转机械的故障30％是由轴承损坏引起的，所以滚动轴承的运行状态正常与否往往直接影响着整台设备的性能。为此对轴承实现长期状态监测极其重要。轴承智能化，也就是在轴承中集成数据采集与状态监测系统成为轴承发展的一个主要方向。然而随着轴系的复杂化和高度集成化，往往需要多个轴承进行装配，如需对诸多轴承进行状态监测，往往导致测试系统供电及信号线布线复杂，可靠性低，具有较大的安全隐患。同时，现有的研究表明，轴承旋转组件对工况改变更为敏感，因此在传统的针对静止部件监测的基础上，对轴承旋转部件的监测以及对轴承全组件状态的监测变得越来越重要。

旋转部件测试系统的能量供给一直以来是一个技术难点，尤其是在轴承正常工作的环境中实现能量的供给。主要在于轴承安装在轴承座中，其空间狭小而且环境复杂。较为成熟的发电机结构可以实现能量的自供给,但发电机结构复杂，体积较大，难以集成到轴承装配的轴系中去。装甲兵工程学院机械工程系丁闯、赵永东等利用电磁耦合无线供电技术，通过非接触感应供电技术实现扭矩测量，但通用的电磁耦合供电方案由于涡流效应，很难满足狭小的铁磁空间中的能量供给，而且其供电过程中所使用的初级线圈必须采用外接电源，进而才能实现无线供电，而且对于静止的测试系统还需要添加单独的电能供给单元。大连理工大学的任宗金、张军等人《一种分别实现发电装置内外圈转动的实验》专利中所提方案可以实现了内外圈分别转动的两种运动形式，达到了对发电装置进行原理测试与工程模拟测试的目的，该结构简单，通过单向轴承实现内外圈分别转动，但滚动轴承安装空间极其有限，该方案难以集成至轴承的内外圈测试系统中。北京理工大学的石庚辰、隋丽等人的轴向磁场磁电式微发电机专利利用风能实现发电机中定子和转子的相对运动进而产生电能，然而该结构仅实现旋转线圈发电，通过连接轴与滚珠将电能引出，由于滚珠等机械部件存在，使得该结构尺寸较大，难以集成至轴承狭小的安装空间中，并且没有实现对轴承静止部件测试系统以及旋转部件测试系统能量同步供给。光电转换能量供给可以实现对旋转部件测试系统的能量供给，它通过强光照射来驱动能量接收端，进而使光能转换成为电能来满足系统能量需求，但对于轴承的工作环境，这种能量供给方案就难以应付，带有油污和油雾的环境很容易阻塞光线的传播，油污在能量接收端的沉积也是在所难免，而且结构复杂，难以应用于滚动轴承的实际工况中去。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于滚动轴承测试系统的轴向自发电组件，利用旋转轴系的动力以及电磁感应原理，通过静环与动环之间的相对运动，可同时实现静止部件测试系统和转动部件的测试系统供电。为轴承状态监测系统提供可靠的能量供给。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于滚动轴承测试系统的自发电组件，安装在轴承5的工作空间中，包括同心轴向布置的动环4和静环3，静环3安装轴承5的外圈，动环4安装在轴承5内圈，在静环3的内外环上分别布置有导条9和磁栅10，在动环4的内外环上相对于静环3导条9和磁栅10的位置处也布置有磁珊10和导条9。