轴承功率产生构造的制作方法
【专利摘要】功率产生轴承组件(100)包括功率产生部件(200、300)，集成在轴承(110)中。功率产生部件(300)利用轴承(110)的轴承内环(112)和轴承外环(116)之间的相对运动发电。密封系统(320)连接到轴承(112、116)之一。功率产生部件(300)包括发电机(310)，与磁极化材料(324)可操作接合。发电机(310)连接到非密封携载轴承(112、116)。磁极化材料(324)集成在支撑构件中，是密封从轴承环的端表面轴向延伸的整体部分。环(112、116)之间的相对运动使发电机(310)和磁极化材料(324)接合，使发电机(310)的发电机机芯(312)产生电流。
【专利说明】轴承功率产生构造
【技术领域】
[0001]本发明涉及在轴承的运动期间用于产生电能的设备和方法。
【背景技术】
[0002]轴承可限定为任何不同的机械元件，其限制两个或多个部件之间的相对运动仅为所希望类型的运动。这典型地允许且促进关于纵轴的自由旋转，和/或抑制部件在相对于轴承的法线方向上的线性运动。轴承可根据它们允许的运动和根据它们的运行原理以及它们可承受的施加负荷的方向而广泛分类。
[0003]轴承经受大量使用，导致对不同轴承部件的磨损。随着时间，轴承上的磨损可导致机械失败。机械失败可能影响旋转运动和/或轴向线性限制。控制这些运动的失败可能导致机械依赖于轴承的悲惨失败。
[0004]轴承的可靠性和预报维护可能影响设备的运转和正常运行时间。轴承用于很多应用中，包括汽车、风轮机和自动化机械等中。随着时间的推移，轴承磨损。轴承运行期间的失败可能导致对设备的重大损害且可能危及周围区域。如果发生某种情形，轴承失败甚至可能潜在地导致人受伤或死亡。
[0005]轴承监测系统需要用于运行的电源。电源用于操作条件监测传感器，为任何的计算装置提供电源，并且为传输任何收集的信息到中央系统提供电源。该电源通过电线提供到装置。
[0006]轴承的可靠性和预报维护可通过监测轴承而得到改善。监测系统会需要电源。所希望的是与轴承组件相关的电源产生系统。
【发明内容】
[0007]本发明针对于在包括轴承的设备运行期间产生电能的设备和相应方法。
[0008]在本发明的第一方面中，提供功率产生轴承组件，该功率产生轴承组件包括:
[0009]轴承，其包括:
[0010]轴承外环，其具有外表面、轴承接合内表面和外环端表面，
[0011]轴承内环，其具有轴承组件内配合表面、轴承外滚道接合表面和内环端表面，其中轴承接合外表面的尺寸形成为与所述外环轴承接合内表面可旋转地配合，
[0012]密封系统，其设置在轴承外环和轴承内环之间，其中密封系统固定到密封连接环，其中密封连接环是轴承外环和轴承内环之一，并且另一个环是相应的旋转环，密封系统包括携载磁极化材料的磁极化材料支撑构件，磁极化材料支撑构件设置成轴向延伸超过环端表面的密封系统的整体部分，
[0013]其中所述内环可旋转地装配在所述外环轴承接合内表面中；并且
[0014]发电机,其包括发电机机芯，发电机机芯包括关于磁芯缠绕的电线圈以用于产生电能，发电机连接到各自旋转环，在径向方向上定向发电机机芯以与磁极化材料可操作地配合；
[0015]其中轴承外环和轴承内环之间的相对运动使磁极化材料通过发电机机芯，这使发电机机芯产生电流。
[0016]在第二方面中，系统还包括处理装置，包括一组数字指示，用于监测和分析由集成在轴承组件中的条件监测系统所提供的数字数据。
[0017]在另一个方面中，发电机还包括圆周滑动材料，其设置在相对于磁极化材料的表面上。
[0018]在另一个方面中，密封系统沿着径向方向提供公差补偿。
[0019]在另一个方面中，磁极化材料设置成使其所具有的高度大于发电机机芯的预定期望的轴向运动。
[0020]在另一个方面中，磁极化材料可提供在全部的环孔中；在覆盖部分圆形部分的单一部分中；或者在距轴承环中心相同径向距离得的一系列部分中。
[0021]本发明的一个优点是在轴承环之一运动期间产生连续电流的能力。电能可用于操作轴承条件监测设备。包括电能产生装置消除了对本地存储电源(例如由电池)或从外部电源转换的电源的任何需求。通过在该位置上产生电能，通过为无线信号通讯提供足够的电能，系统可完全独立操作，而不受任何其它设备束缚。另一个优点是监测系统的运行可限制到轴承正经受旋转的时间。电能仅在发电机经受轴承外环和轴承内环之间相对运动时被施加到系统。
[0022]轴承可用于在远距离位置处所配备的设备上。该位置可能复杂化用于监测轴承条件的外部提供电能的任何供应。轴承(一个或多个)可集成在处于难以接近位置处的设备中，特别是难以配线的位置处。此外，电线可能意外受到干扰或者被设备部件的任何旋转运动或其它运动所磨损。
[0023]另一个优点是能使发电机和磁极化材料之间的对准适合于轴承的改变和磨损。机械接口包括容纳发电机和磁极化材料之间径向和轴向改变的特征。
[0024]操作发电机机芯的磁密度的使用消除了任何磨损以及与运动部件相关的可靠性问题。任何的接触表面可包括轴承，摩擦减少表面以及类似物，从而最小化由彼此接触的两个运动部件之间的相对运动所导致的任何冲击。
[0025]在密封系统连接到轴承内环的构造中，离心力保证了磁极化材料保持靠近发电机机芯。密封特征抵靠轴承滚道接合表面以适合磁极化材料支撑构件的径向位置，因此保持磁极化材料支撑构件和发电机之间的轴向关系。磁极化材料支撑构件和发电机之间的轴向关系可为摩擦接合或空气间隙。
[0026]在密封系统连接到轴承外环的构造中，圆环形状保持磁极化材料靠近发电机机
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[0027]本发明的这些和其它特征、方面和优点领域的技术人员通过参考下面描述的说明书、权利要求和附图本将进一步了解和理解。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]为了全面理解本发明的性质，应参考附图，其中:
[0029]图1示出了轴承发电机和轴承条件监测系统的示范性示意图；
[0030]图2示出了示范性功率产生轴承组件的立体俯视图；以及
[0031]图3示出了援引自图2的示范性功率产生轴承组件的截面图，该截面沿着图2的线3-3剖取。
[0032]相同的附图标记在全部几个附图中表示相同的部分。
【具体实施方式】
[0033]下面的详细描述自然仅为示范性的，而不意味着限制所描述的实施例或所描述实施例的应用与使用。如这里所用，词语“示范性”或“示例性”是指“用作示例、举例或例子”。这里描述的作为“示范性”或“示例性”的实施不必解释为在其它实施上的优选的或有利的。下面描述的所有的实施方案都是示范性的实施方案，提供为能使本领域的技术人员制造或使用本公开的实施例，并且不意味着限制所附权利要求限定的本公开的范围。为了这里描述的目的，词语“上”、“下”、“左”、“后”、“右”、“前”、“垂直”、“水平”及其派生词涉及如图1定向的本发明。此外，不意味着被前述【技术领域】、【背景技术】、
【发明内容】
或下面的【具体实施方式】中存在的任何表示或暗示理论所限制。还应理解，附图中示出的以及下面的说明中描述具体装置和方法仅为所附权利要求中限定的本发明构思的示范性实施例。因此，这里公开的有关实施例的具体尺寸和其它物理特性不应看作限制，除非权利要求另有特别表述。
[0034]图1示出了通用示范性系统的示意图。该通用系统包括功率产生轴承组件100,其包括集成在轴承110中的功率产生部件200。轴承110制作为使轴承内环112装配在轴承外环116内，其中轴承内环112和轴承外环116之间的接合将相对运动限制为关于中心轴线的旋转运动。轴承内环112和轴承外环116之间提供的相对旋转运动导致功率产生部件200以电流的方式产生电能。功率产生部件200可包括传感器、数字信号处理器或者任何其它装置从而将数字数据信号嵌入在电流内。数字数据信号通过有线信号接口 296或优选通过无线信号接口 298传输到处理单元150。无线信号接口 298包括分别对应于任何所选择的无线传输协议的电路和部件。功率将由功率产生部件200提供以操作无线信号接口298。
[0035]处理装置150包括普通的数字数据处理部件，包括母板、至少一个微型处理器、存储器、数据记录装置、数字指令(例如，软件和固件等)、输入/输出控制器和数据通讯装置等。使用者输入装置154和使用者输出装置152在信号通讯中通过输入/输出控制器连接到处理装置150。数字数据信号由处理单元150接收且得到相应的分析处理。数字数据信号可在功率产生轴承组件100经历运动时提供。轴承内环112和轴承外环116之间的相对运动导致功率产生部件200产生电能。因此，该电能仅可在轴承内环112和轴承外环116彼此相对运动时是可用的。应理解，该电能可存储在功率产生部件200内所集成的电容或电池中。这能够实现在轴承内环112和轴承外环116变为彼此相对静止后用于连续运行的额外功率的短周期。在停止任何操作后，在冷却期间等，这可有利于记录轴承110的条件。该系统可记录诸如温度等的条件。
[0036]功率产生部件200的示范性实施例表示为图2和3所示的功率产生部件300。方位指示由图2所示的方向线表示。轴向方向500平行于轴承环112、116的旋转轴线。径向方向510平行于轴承环112、116的半径。该例子示出了轴承110的其它细节。轴承内环112的特征是指:轴承组件部件配合表面114，限定其内周围表面；轴承外滚道接合表面115，限定其外周围表面；以及内环端表面113，限定其端表面。轴承外环116的特征是指:轴承外表面118，限定其外周围表面；轴承外滚道接合表面119，限定其内周围表面；以及外环端表面117，限定其端表面。至少一个轴承滚道套件(未示出)可装配在轴承内环112和轴承外环116之间。轴承滚道套件可选自本领域技术人员已知的任何构造。密封系统130可连接到轴承环112、116之一。保持密封系统130的轴承可称为密封连接轴承环。保持环是各自的旋转轴承环。
[0037]在示范性实施例中，轴承110包括密封系统320。密封系统320位于轴承内环112和轴承外环116之间以在其间形成密封。密封系统320可固定到密封连接环，其中密封连接环是轴承外环116和轴承内环112之一，其中另一个环相应的被称为相应的旋转环。密封系统320由任何适当的密封材料制造，包括橡胶和尼龙等。密封特征328保持与轴承外滚道接合表面115接触，以在其间提供密封。密封特征328可成型成任何适当的几何形状以优化密封接口。密封特征328另外与发电机310以所希望的空间设置方案保持磁极化材料支撑构件322，因此保持空气间隙330。密封系统320设置成圆形形状(如图2的最佳所示)，相对于在轴承外滚道接合表面115和轴承外滚道接合表面119之间的接口的圆周是连续的。磁极化材料支撑构件322延伸在轴向方向上，从密封部分321延伸超过环端表面113、117。密封部分321和磁极化材料支撑构件322优选制作为密封系统320的整体部分。磁极化材料支撑构件322也可形成连续的环形环形状。磁极化材料324以与发电机310的发电机机芯312配合的方式集成在磁极化材料支撑构件322中。磁极化材料324可以是任何提供可变磁阻的材料或者材料构造。磁极化材料324可设置成完整的环环环、关于该环环环空间设置的一系列段或沿着环形环的单一独立部分。任何适当的摩擦减小材料(下面详细描述)制作的磁极化材料涂层327可施加到磁极化材料324的暴露表面。
[0038]发电机310作为功率产生部件300的部件，其中发电机310包括发电机机芯312。发电机机芯312包括关于磁芯318缠绕的电线圈316。发电机310装配到各自旋转环，其定向发电机机芯312在径向方向上，从而可操作地与磁极化材料接合。
[0039]选择性的圆周滑动材料326可连接到发电机310，圆周滑动材料326连接在平行且接近磁极化材料324的表面上。
[0040]在操作中，随着轴承内环112和轴承外环116彼此相对旋转，发电机机芯312通过磁极化材料324。磁极化材料324包括磁性上的变化，其中随着磁极化材料324相对于发电机机芯312运动，磁性上的变化改变了集成在发电机机芯312中的磁芯318的磁通量。磁通量上的改变在关于磁芯318缠绕的电线圈316中产生电流。该电流通过电线或其它电导体被传送到其它设备。
[0041]圆周滑动材料326可为任何的摩擦减小材料，包括聚四氟乙烯(PTFE)等。PTFE是发现大量应用的四氟乙烯的合成含氟聚合物。PTFE的最有名的品牌是特氟龙(TM)，其由杜邦公司(TM)制造。其它的材料，包括聚甲醛(Ρ0Μ)，也称为乙缩醛、聚乙缩醛和聚甲醒，其是要求高硬度、低摩擦和良好尺寸稳定性的精密部件中所用的工程热塑性塑料。POM的最有名的示范性品牌是Delrin (TM)，也由杜邦公司(TM)制造。
[0042]所示的示范性构造将发电机310装配到轴承内环112，并且密封系统320固定到轴承外环116。在该构造中，磁极化材料支撑构件322经受离心力，并且由圆环形状保持在其位置上。磁极化材料支撑构件322可以通过摩擦抵靠圆周滑动材料326而被保持着，或者被保持在磁极化材料324和发电机310的相对表面之间的空气间隙330中。
[0043]还应理解，发电机310可装配到轴承外环116，并且密封系统320可固定到轴承内环112。在该选择性构造中，磁极化材料支撑构件322经受离心力，并且通过摩擦抵靠着圆周滑动材料326被保持在其位置上，或者被保持在磁极化材料324和发电机310的相对表面之间的空气间隙330中。
[0044]因为本发明的所描述的优选实施例可进行很多修改、变化和细节改变，所以旨在前面描述中以及附图中示出的所有事项解释为示例性的而不是限制的意思。因此，本发明的范围应有所附权利要求及其法律等同物决定。
[0045]附图标记描述
[0046]110 轴承
[0047]112轴承内环
[0048]113内环平面端表面
[0049]114轴承组件部件配合表面
[0050]115轴承外滚道接合表面
[0051]116轴承外环
[0052]117外环平面端表面
[0053]118轴承外表面
[0054]119轴承外滚道接合表面
[0055]120轴承滚道套件
[0056]150 处理单元
[0057]152输出装置
[0058]154使用者输入装置
[0059]200功率产生部件
[0060]296有线信号接口
[0061]298无线信号接口
[0062]300功率产生部件
[0063]310发电机
[0064]312发电机机芯
[0065]316 电线圈
[0066]318 磁芯
[0067]320密封系统
[0068]321密封部分
[0069]322磁极化材料支撑构件
[0070]324磁极化材料
[0071]326圆周滑动材料
[0072]327摩擦减小材料
[0073]328密封特征
[0074]330空气间隙
[0075]500轴向方向
[0076]510径向方向
【权利要求】
1.一种功率产生轴承组件，该功率产生轴承组件包括: 轴承(110)，包括: 轴承外环(116)，其具有外表面(118)、轴承接合内表面(119)和外环端表面(117)， 轴承内环(112)，其具有轴承组件内配合表面(114)、轴承外滚道接合表面(115)和内环端表面(113)，其中所述轴承接合外表面(114)的尺寸形成为与所述外环轴承接合内表面(119)可旋转地接合， 密封系统(320)，其设置在所述轴承外环(116)和所述轴承内环(112)之间，其中所述密封系统(320)固定到密封连接环，其中所述密封连接环是所述轴承外环(116)和所述轴承内环(112)之一且所述另一个环是相应的旋转环，所述密封系统(320)包括携载磁极化材料(324)的磁极化材料支撑构件(322)，所述磁极化材料支撑构件(322)设置成所述密封系统(320)轴向延伸超过所述环端表面(113、119)的整体部分， 其中所述内环(112)可旋转地装配在所述外环轴承接合内表面(119)内；以及发电机(310)，其包括发电机机芯(312)，该发电机机芯(312)包括缠绕在磁芯(318)上的电线圈(316)以产生电力，所述发电机(310)连接到所述相应的旋转环，在径向方向上定向所述发电机机芯(310)从而可操作地与所述磁极化材料(324)接合； 其中所述轴承外环(116)和所述轴承内环(112)之间的相对运动使所述磁极化材料(324)通过所述发电机机芯(312)，导致所述发电机机芯(312)产生电流。
2.如权利要求1所述的功率产生轴承组件，所述密封系统(320)还包括密封部分(321)，插设在所述轴承外环(116)和所述轴承内环(112)之间。
3.如权利要求2所述的功率产生轴承组件，所述密封部分(321)还包括密封特征(328)，所述密封特征(328)抵靠所述相应的旋转环的所述轴承外滚道接合表面(119、115)。
4.如权利要求3所述的功率产生轴承组件，所述密封特征(328)以与所述发电机(310)的空间关系保持所述磁极化材料(324)，在其间保持空气间隙。
5.如权利要求1所述的功率产生轴承组件，还包括圆周滑动材料(326)，其设置在所述发电机(310)和所述磁极化材料(324)之间。
6.如权利要求1所述的功率产生轴承组件，所述磁极化材料(324)设置在全部圆周上。
7.如权利要求1所述的功率产生轴承组件，所述磁极化材料(324)设置在部分圆周上。
8.如权利要求1所述的功率产生轴承组件，所述磁极化材料(324)设置成多个段，所述多个段在空间上围绕圆周设置。
9.一种功率产生轴承组件，该功率产生轴承组件包括: 轴承(110)，包括: 轴承外环(116)，其具有外表面(118)、轴承接合内表面(119)和外环端表面(117)， 轴承内环(112)，其具有轴承组件内配合表面(114)、轴承外滚道接合表面(115)和内环端表面(113)，其中所述轴承接合外表面(114)的尺寸形成为与所述外环轴承接合内表面(119)可旋转接合， 密封系统(320)，其设置在所述轴承外环(116)和所述轴承内环(112)之间，其中所述密封系统(320)固定到所述轴承外环(116)，所述密封系统(320)包括形成环形环的磁极化材料支撑构件(322)，所述磁极化材料支撑构件(322)携载磁极化材料(324)，所述磁极化材料支撑构件(322)设置成所述密封系统(320)轴向延伸超过所述环端表面(113、119)的整体部分， 其中所述内环(112)可旋转地装配在所述外环轴承接合内表面(119)内；以及发电机(310)，其包括发电机机芯(312)，该发电机机芯(312)包括缠绕在磁芯(318)上的电线圈(316)以产生电力，所述发电机(310)连接到所述轴承内环(112)，在径向方向上定向所述发电机机芯(310)从而可操作地与所述磁极化材料(324)接合； 其中所述轴承外环(116)和所述轴承内环(112)之间的相对运动使所述磁极化材料(324)通过所述发电机机芯(312)，导致所述发电机机芯(312)产生电流。
10.如权利要求9所述的功率产生轴承组件，所述密封系统(320)还包括密封部分(321)，其插设在所述轴承外环(116)和所述轴承内环(112)之间。
11.如权利要求10所述的功率产生轴承组件，所述密封部分(321)还包括密封特征(328)，所述密封特征(328)抵靠所述相应的旋转环的所述轴承外滚道接合表面(119、115)。
12.如权利要求11所述的功率产生轴承组件，所述密封特征(328)以与所述发电机(310)的空间关系保持所述磁极化材料(324)，在其间保持空气间隙。
13.如权利要求9所述的功率产生轴承组件，还包括圆周滑动材料(326)，其设置在所述发电机(310)和所述磁极化材料(324)之间。
14.如权利要求9所述的功率产生轴承组件，所述磁极化材料(324)设置在全部圆周上。
15.如权利要求9所述的功率产生轴承组件，所述磁极化材料(324)设置在部分圆周上。
16.如权利要求9所述的功率产生轴承组件，所述磁极化材料(324)设置成多个段，所述多个段在空间上围绕圆周设置。
17.如权利要求9所述的功率产生轴承组件，所述密封系统(320)设计为在所述轴承外环(116)的旋转期间采用惯性能量以与所述发电机(310)的空间关系保持所述磁极化材料(324)，因此在所述磁极化材料(324)和所述发电机(310)之间保持空气间隙。
【文档编号】F16C41/00GK104350298SQ201380025416
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2012年4月24日
【发明者】A.C.范德哈姆, F.巴特尔, J.厄斯金, S.齐格勒 申请人:Skf公司