CN110455535A - 滚动轴承内部状态自供电监测装置 - Google Patents

Abstract

一种滚动轴承内部状态自供电监测装置，所述的轴承包括轴承外圈、轴承滚动体、滚动体的保持架、轴承内圈、其特点在于还包括采集带、电能发生器和信号查询器。本发明所述的采集带同时采集轴承内部状态信息和轴承转动能量。本发明所述的转动能量采集器采集的电量通过所述的电源管理电路为所述的传感电路和信号发射器提供电源，在不需要外电源供电和无物理连线的条件下，可以采集轴承内圈的温度、载荷、转速、应力/应变、振动等参数并通过所述的信号发射器传递至安装在轴承外圈的信号查询器。

Description

滚动轴承内部状态自供电监测装置

技术领域

本发明涉及滚动轴承，特别是一种滚动轴承内部状态自供电监测装置。

背景技术

轴承是机械系统的核心运动部件，实现轴承的状态监测对于机械制造系统的产品质量、机械运动系统的运行安全具有重要的应用价值。由于轴承是运动部件，对其进行状态监测的技术难点在于直接获取运动体的状态信息。由于轴承结构的限制，一般不能采用非接触方式监测轴承内部的状态，只能在轴承中安装传感器以获得状态信息，传感信号的传出和对传感器的电源供给是亟待解决的技术关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚动轴承内部状态自供电监测装置。该技术思路是在轴承的内圈安装传感器，直接传感运动状态；在内圈同时安装有能量采集器，采集轴承运动能量，实现传感器和信号输出的自供电；内圈的传感信号通过无线方式，传递至轴承外圈，这样就可以容易实现轴承运动状态监测信息采集；从轴承内圈至轴承外圈的信号传递方式有电磁波和超声波两种，采用超声波方式有益于解决小尺寸轴承内部狭窄空间对电磁波信号产生的复杂路径干扰问题。该装置的转动能量采集器采集的电量通过所述的电源管理电路为所述的传感电路和信号发射器提供电源，在不需要外电源供电和无物理连线的条件下，可以采集轴承内圈的温度、载荷、转速、应力/应变、振动等参数传递至所述的轴承外圈的信号查询器。

本发明的技术解决方案如下：

一种滚动轴承内部状态自供电监测装置，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、其特点在于还包括采集带、电能发生器和信号查询器，所述的采集带固定在轴承内圈不接触轴承滚动体的位置，所述的采集带是在一个柔性基底上集成多个传感器、传感电路、转动能量采集器、电源管理电路和信号发射器而构成的信息及能量采集带，所述的转动能量采集器，采集的电量通过所述的电源管理电路为所述的传感电路和信号发射器提供电源，所述的传感电路包括和每个传感器对应的传感信号调理电路、传感信号数据采集电路和微处理器；

在所述的滚动体的保持架上两个相邻的滚动体之间布置有一个永磁体，相邻的永磁体相互不接触，所有的永磁体同性磁极对着所述的轴承内圈的外侧，这些永磁体构成电能发生器；

所述的信号查询器包含信号接收器、信号解调电路和微处理器，所述的信号接收器安装在轴承外圈，所述的信号解调电路的输入端和信号接收器的输出端相连。

所述的信号接收器是由天线和射频收发电路构成的无线信号收发器，或是由超声换能器构成的超声信号接收器。

所述的转动能量采集器是采集带上布置有线圈或磁电换能器构成的。

所述的多个传感器包括温度传感器、载荷传感器、转速传感器、应力/应变传感器、振动传感器。

所述的传感电路输出的传感信号是采集带上所有传感器输出信号的编码信号，该编码信号由带上微处理器根据传感信号数据采集电路(A/D转换器)的输出和相应传感器的标识形成的。

本发明的技术效果如下：

1、本发明监测装置同时实现信息采集和能量采集，所述的转动能量采集器，采集的电量通过所述的电源管理电路为所述的传感电路和信号发射器提供电源，在不需要外电源供电和无物理连线的条件下，采集轴承内圈的运动状态信息并传递至轴承外圈的信号查询器。

2、本发明可以采集轴承内圈温度、载荷、转速、应力/应变、振动等参数并通过其上的信号发射器传递至轴承外圈。

附图说明

图1是本发明滚动轴承内部状态自供电监测装置简图；

图2(a)是单列滚动体轴承应用示意图；

图2(b)是双列滚动体轴承应用示意图；

图3是采集带的构成框图；

图4是电源管理电路示意图；

图5是电能发生器的构成示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的变化范围。

先请参阅图2(a)，图2(b)，图2(a)是单列滚动体轴承应用示意图，图2(b)是双列滚动体轴承应用示意图。由图可见，本发明滚动轴承内部状态自供电监测装置，所述的轴承包括轴承内圈7、轴承滚动体3、滚动体的保持架4、轴承外圈2、其特点在于还包括采集带5、电能发生器6和信号查询器1，

所述的采集带5固定在轴承内圈7不接触轴承滚动体3的位置，所述的采集带5是在一个柔性基底上集成多个传感器、传感电路、转动能量采集器、电源管理电路和信号发射器而构成的信息及能量采集带，所述的转动能量采集器，采集的电量通过所述的电源管理电路为所述的传感电路和信号发射器提供电源，所述的传感电路包括和每个传感器对应的传感信号调理电路、多路模/数转换电路和微处理器；所述的信号发射器包含调制电路、发射换能器。

在所述的滚动体保持架4上两个相邻的滚动体3之间布置有一个永磁体，相邻的永磁体相互不接触，所有的永磁体的磁极对着所述的轴承内圈7的外侧，这些永磁体构成电能发生器6，永磁体产生随空间位置变化的磁场；

所述的信号查询器包含信号接收器、信号解调电路和微处理器，所述的信号接收器安装在轴承外圈2的内侧，所述的信号解调电路的输入端和信号接收器的输出端相连，所述的信号查询器安装在所述的轴承外圈2上。

实施例1

采集带5构成环，固定在轴承内圈7的外侧不接触滚动体3部位，如图2示。采集带5上集成有温度、载荷、转速、应力/应变传感器以及传感电路；参见图3，传感电路包括和每个传感器对应的传感信号调理电路，多路模/数转换电路构成的传感信号数据采集电路和微处理器，传感电路输出的传感信号是采集带上所有传感器输出的编码信号。该编码信号由带上微处理器根据传感信号数据采集电路的输出以及传感器的标识产生。并且采集带上还集成有转动能量采集器和电源管理电路，电源管理电路的输出端接传感电路和信号发射器的电源端。转动能量采集器由集成在采集带上均匀分布的2个以上线圈构成，所有的线圈串联，串联线圈的两端接在如图4的电源管理电路的输入端。采集带5上还集成有射频调制电路、射频放大电路和天线构成的信号发射器。在滚动体的保持架4上，相邻的两个滚动体之间布置有一个永磁体，相邻的永磁体相互不接触，间隙不小于永磁体在间隙方向的尺寸，所有永磁体同性磁极对着轴承内圈外侧，如图5示。这些永磁体构成电能发生器。在轴承外圈2安装有由无线信号接收器、解调电路和微处理器构成的信号查询器，所述的信号查询器1的天线是柔性天线，安装在轴承外圈2的内侧。

实施例2

本实施例与实施例1的不同在于，所述的电能发生器6的相邻永磁体对着轴承内圈7外侧的磁极性相反。

实施例3

本实施例与实施例1的不同在于，所述的电能发生器6由海尔贝克永磁体阵列构成。

实施例4

本实施例与实施例1的不同在于，所述的能量采集器由一个或一个以上磁电换能器构成，多个磁电换能器的输出端串联。

实施例5

本实施例与实施例1的不同在于，采集带上集成的信号发射器由超声频率调制电路，超声信号功率放大电路、超声波换能器构成，超声频率调制电路的输入端接传感电路的输出端，输出端接功率放大电路的输入端，功率放大电路的输出驱动超声换能器。在轴承外圈2安装有包含超声换能器的信号查询器，超声换能器固定在轴承外圈2的外侧。

实施例6

本实施例与实施例1的不同在于，采集带5上的信号发射器的发射电路是采用无源电路设计的后向散射电路，天线为宽带天线，后向散射电路中的阻抗调制开关的控制端和传感电路的输出端相连，后向散射电路的输入端和天线相连。信号查询器包含由射频收发电路和宽带天线构成的无线收发器，无线收发器发射射频信号，同时接收信号发射器反射回来的后向散射信号，通过解调电路进行解调，提取传感信号。

本发明装置的转动能量采集器采集的电量通过所述的电源管理电路为所述的传感电路和信号发射器提供电源，在不需要外电源供电和无物理连线的条件下，可以采集轴承内圈7的温度、载荷、转速、应力/应变、振动等参数并通过所述的信号发射器传递至轴承外圈2。

Claims (5)

1.一种滚动轴承内部状态自供电监测装置，所述的轴承包括轴承内圈(7)、轴承滚动体(3)、滚动体(3)的保持架(4)和轴承外圈(2)，其特征在于，还包括采集带(5)、电能发生器(6)和信号查询器(1)；

所述的采集带(5)固定在轴承内圈(7)外侧不接触轴承滚动体(3)的位置，所述的采集带(5)是在一个柔性基底上集成多个传感器、传感电路、转动能量采集器、电源管理电路和信号发射器而构成的信息及能量采集带，所述的转动能量采集器，采集的电量通过所述的电源管理电路为所述的传感电路和信号发射器提供电源，所述的传感电路包括和每个传感器对应的调理电路、多路模/数转换电路构成的传感信号数据采集电路和微处理器；

在所述的滚动体(3)的保持架(4)上两个相邻的滚动体(3)之间布置有一个永磁体(6-1)，相邻的永磁体相互不接触，所有的永磁体的磁极对着所述的轴承内圈(7)的外侧，这些永磁体构成电能发生器(6)，永磁体产生随空间位置变化的磁场；

所述的信号查询器(1)包含信号接收器、解调电路和微处理器，所述的解调电路的输入端和信号接收器的输出端相连，所述的信号查询器(1)安装在所述的轴承外圈(2)上。

2.根据权利要求1所述的滚动轴承内部状态自供电监测装置，其特征在于所述信号查询器(1)中的信号接收器是由天线和射频收发电路构成的无线信号收发器，或是由超声换能器构成的超声信号接收器。

3.根据权利要求1所述的滚动轴承内部状态自供电监测装置，其特征在于所述的转动能量采集器是由采集带上布置有线圈或磁电换能器构成的。

4.根据权利要求1所述的滚动轴承内部状态自供电监测装置，其特征在于所述的传感器包括温度传感器、载荷传感器、转速传感器、应力/应变传感器和相应的信号调理电路。

5.根据权利要求1至4任一项所述的滚动轴承内部状态自供电监测装置，其特征在于所述的传感电路输出的传感信号是采集带上所有传感器输出信号的编码信号，该编码信号由带上微处理器根据传感信号数据采集电路的输出和相应传感器的标识形成的，并通过信号发射器以电磁波或者超声波发射。