[发明专利]一种自供电变速箱监测装置

说明书

本发明涉及一种自供电变速箱监测装置，属新能源与监测技术域。转轴上装有壳体，壳体立壁和端盖上设有定磁铁；转轴上装有带俘能腔组和电控腔的转盘，俘能腔置于转盘两侧，俘能腔间的隔板上设有由定电极和定摩擦片构成的定复合膜，两俘能腔经通流孔连通；俘能腔内装有激励器和复合振子，激励器由隔膜与动磁铁构成，复合振子由基板与其两侧分别粘接的压电片和动摩擦片构成，动摩擦片与定摩擦片相贴合；两俘能腔中的复合振子间隔地覆盖在通流孔上，隔膜、复合振子及俘能腔构成压缩腔；转轴转动时激励器往复弯曲变形并经压缩腔中气体迫使复合振子往复弯曲变形及与定复合膜间的接触与分离，进而将机械能转换成电能，电能经处理后供给传感器和发射系统。

技术领域

本发明属于变速箱监测与新能源技术领域，具体涉及一种自供电变速箱监测装置，用于风力发电机、机床、车辆及矿山机械等领域中变速箱的在线状态监测。

背景技术

轴承、齿轮、轮轴等是机床、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。由于变速箱中的零部件大都工作在变速变载荷环境下，故易发生故障，约30％的故障因轴承失效所引起的。此外，变速箱出现故障时维修困难、且成本高，其中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变速箱状态实时监测系统与方法，以期实时获得变速箱的各相关状态参数并时发现并解决问题，从而降低设备损坏程度及维修成本。目前，风电变速箱监测的要素包括齿轮、轴承及轮轴等运动部件的载荷、振动及温度等诸多方面。最初的变速箱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

本发明提出一种自供电变速箱监测装置，主要包括转轴、壳体、端盖、定磁铁、转盘、激励器、复合振子及定复合膜，定复合膜由定电极和定摩擦片构成，激励器由隔膜与隔膜上的动磁铁构成；复合振子由基板与其两侧的压电片和摩擦片构成。

转轴法兰经螺钉安装在主轴端部，转轴上经轴承安装有壳体，壳体经弹簧与变速箱体连接，轴承盖将轴承外圈压接在壳立壁的轴承孔内；壳筒壁端部经螺钉装有端盖，壳立壁和端盖上都设有以转轴的轴心为中心的一组定磁铁，定磁铁沿圆周方向均布且到转轴的轴心的距离相等，定磁铁为圆形磁铁或弧形的片状磁铁。

转轴上安装有转盘，转盘的轴孔套在转轴上并经平键与转轴连接，挡板经螺钉安装在转轴端部，挡板经轴承的内圈和轴套将转盘压接转轴的轴肩上，转盘位于壳体内部；转轴或主轴上设有传感器，传感器为振动传感器、转速传感器、加速度传感器或温度传感器。

转盘上设有至少一个由两个俘能腔构成的俘能腔组和至少一个电控腔，电控腔内安装有电路板，电控腔端部经螺钉安装有腔盖；俘能腔组中的两个俘能腔对称配置在转盘两侧，俘能腔间的隔板上由里到外依次粘接有定电极和定摩擦片，定电极的半径大于定摩擦片的半径，定电极和定摩擦片构成定复合膜；俘能腔组中的两个俘能腔经通流孔连通，即定复合膜和隔板上设有一组连通两个俘能腔的通流孔，通流孔均布在以俘能腔的圆心为中心的圆周上，通流孔的数量为偶数。

本发明中，定复合膜可仅含有定电极，即定电极表面可不粘接定摩擦片。

俘能腔内经螺钉和压环由外至内依次压接有激励器和复合振子。