[发明专利]一种自发电的轴承监测装置

说明书

本发明涉及一种自供电的轴系监测装置，属新能源与监测技术域。带内传感器和内电路板的内盘和带外传感器和外电路板的外盘分别与轴承的内圈和外圈连接，外盘上设有大、小腔，小腔底壁上设有带轴孔的轴套和换能腔；内盘上设有内腔，内腔底壁上设有由细轴和粗轴构成的阶梯轴和换能腔，换能腔底壁上设有限位孔；换能腔装有换能器，换能器，换能器、腔环及换能器底壁围成缓冲腔；限位器和磁铁装在耦合片上；外盘的轴孔套在内盘的细轴上，外盘与内盘相对转动使内外盘上的磁铁交替地靠近与分离，进而迫使换能器产生往复轴向弯曲变形并将机械能转换成电能，电能经转换处理后供给传感器，传感器实时地获得相关系统参数并经发射系统发射出去。

技术领域

本发明属于轴承监测与新能源技术领域，具体涉及一种自发电的轴承监测装置，用于风力发电机、机床、车辆及矿山机械等领域中轴承的在线状态监测。

背景技术

轴承是机床、载运工具、矿山机械、轻工机械及发电机等领域中不可或缺的常规件，也是变速系统中最易损的零件。由于轴承工作在变速变载荷环境下，故易发生故障，约30％的变速箱故障是因轴承失效所引起的。此外，轴承出现故障时维修困难且成本高，致使风电变速箱运行及维护成本高达总运行成本的30％。因此，人们提出了多种形式的轴承状态实时监测系统与方法，以期实时获得相关状态参数、及时发现并解决问题，从而降低设备损坏程度及维修成本。目前，轴承监测涉及载荷、振动、温度及噪音等诸多方面。最初的变速箱中轴承监测系统主要为分体的外挂式结构，属于非接触的远距离间接测量，传感器与信号源间距离较远、误差较大。

近年来，人们相继提出了不同形式的嵌入式监测系统以及基于轴系转动的微型发电装置，较好地解决了系统集成化、测量精度及自主供电等方面的问题。目前所提出的自供电监测系统大都是利用电磁原理和压电原理发电的，电磁发电的弊端是存在磁干扰、低速时发电能力弱；压电发电的弊端是利用压电振子端部附加磁铁实现非接触激励，压电振子受激励过程中存在扭转变形，可靠性及发电量低；此外，现有压电发电机中压电振子厚度可调节范围小甚至不可调节，厚度较大时输出高电压低电流、适用性差，且许用弯曲变形量较小、易破损。显然，现有技术在实际应用中还存在较大的局限性，体积小、集成度高、尤其是适于高温环境的具有自供电监测功能的各类变速箱监测系统依然是各行业所急需的。

发明内容

本发明提出一种自发电的轴承监测装置，主要由内盘、外盘、激励器、挡片、压环、腔环、换能器、内电路板、外电路板、内传感器、外传感器等构成。激励器由限位器和磁铁构成，换能器由耦合片和换能片构成；外盘和轴承外圈安装在轴承座上，内盘和轴承内圈安装在转轴上；外盘套在内盘上且可相对转动，内盘和外盘上都装有换能器，激励器安装在换能器上，外传感器安装在外盘或轴承座上，内传感器安装内盘或转轴上，内电路板安装在内盘上，外电路板安装在外盘上，内电路板和外电路板上都设有能量转换与控制电路及信号发射系统，内传感器和内盘上的换能器经不同的导线组与内电路板相连，外传感器和外盘上的换能器经不同的导线组与外电路板相连。

外盘的一侧设有法兰盘及由大腔和小腔构成的阶梯腔，小腔底壁上设有带轴孔的轴套和一组换能腔，换能腔底壁上设有与换能腔同轴的限位孔，换能腔和限位孔以轴套的轴线为对称中心均布，轴孔、轴套的外圆及大腔三者同轴，轴套端面和大腔底壁位于同一平面上。

内盘的一侧设有内腔，内腔底壁上设有由细轴和粗轴构成的阶梯轴和一组换能腔，换能腔的底壁上设有与换能腔同轴的限位孔，换能腔以阶梯轴的中心为对称中心均布；阶梯轴的轴向上设有沉孔，粗轴与内盘连接，细轴、粗轴及内盘的外圆同轴，粗轴端面和内腔端面位于同一平面上。

限位器由法兰和销轴构成，法兰与销轴垂直。

内盘和外盘上的换能腔内均经螺钉、压环及腔环安装有换能器，腔环位于换能腔底壁与换能器之间，换能腔底壁上设有限位垫；换能器由耦合片与其一侧或两侧所设置的换能片构成，耦合片为单个圆形片，换能片为单个环片或一组悬臂梁片，悬臂梁片为矩形或扇形结构，换能器、腔环及换能腔底壁构成缓冲腔；限位器和磁铁经螺钉安装在耦合片上，限位器的销轴置于限位孔内，限位器和磁铁构成激励器，换能器与激励器构成振动系统。