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。
技术实现要素：
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。
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3和静环4采用至少两套相互交错设置，具体为：通过增加静环3，增强导条空间中的磁场强度，左侧的静环3上的磁栅配置为n极，右侧的静环3上的磁栅配置为s极，静环3和静止部件测试系统8集成安装至基座11上，并将a基座11安装至轴承5的静止套圈上；右侧动环4上的磁栅配置成n极，左侧动环4上的磁栅配置成s极，动环4和旋转部件测试系统7集成安装至b基座12上，并将b基座12安装至轴承5的旋转套圈上。
在需要交流供电情况下，所述的磁栅10的n极13以及磁栅10的s极14的间隔分布。
本发明的优点：
该装置结构小巧轻薄，供电性能可靠，在不影响轴系各组件基本功能的前提下，可以实现测试系统的能量自供给，同时满足旋转部件测试系统以及静止部件测试系统的能量需求，而无需外界电源的介入，减少了现场线缆的布置，精简了测试系统的硬件要求。可以在复杂环境中，如油雾环境下，实现对旋转部件测试系统以及静止部件测试系统的无线能量供给。该组件布置灵活，通过增加动环以及静环的数量、增加磁栅-导条的组数，进一步增强发电的功率，以满足一些测试系统较大功率的需求。
另外，该自发电装置可以单独与轴承安装在一起使用，也可以直接集成在轴承的相对旋转的组件上，与轴承成为一体进行使用。
本发明在轴承狭小的服役空间中实现自发电和测试系统(包括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，合理地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，实现对滚动轴承旋转部件测试系统以及静止部件测试系统可靠的能量自供给。
附图说明
图1是本发明实际工况下各组件位置示意图。
图2是本发明的静环与动环端面图。
图3是多个动静环时的分布方式。
图4是交流供电磁栅分布。
图5是本发明的侧视图。
图6为单独安装至轴系的分离安装的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施过程进一步解释说明。
一种适用于滚动轴承测试系统的自发电组件，主要通过旋转轴系的动力带动动环旋转，实现动环与静环的相对运动，进而利用电磁感应原理产生一定的电能，供给测试系统使用。
参照图1，图1中，1为轴承端盖，2为轴承座，3为安装至轴承外圈的静环，4为安装至轴承内圈的动环，5为轴承，6为轴。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，参照图2，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；当轴系旋转时，通过动环上的导条切割静环上的磁栅引发的磁感线，同时静环上的导条切割动环磁栅引发的磁感线，此时可以同时在动环和静环上产生可靠的直流电能，通过电能调理后再将电能传输至旋转部件测试系统7上，进而实现对轴承5的长期状态监测。同时在静环3上也有相应的电能产生，以便供给至静止部件测试系统8。
如图2所示，为单一极性的动静环设计方案，但不仅限于此结构，通过动环和静环的相对运动，引起导条9相对于磁栅10的相对运动，实现导条9对磁栅10所产生的磁感线进行切割，进而在动环和静环上均产生相应的电能以供给给静止部件测试系统以及旋转部件测试系统。
图3为多个动环和静环分布的结构示意图，在需要更大的电能或者更高的磁场强度的情况下，可以采用多套静环与多套动环相互交错，以提高发电的功率。在径向位置允许的情况下，可以在动环或静环上沿径向方向布置多圈磁栅或导条。通过增加静环3，可以增强导条空间中的磁场强度。8为静止部件测试系统，3为静环，左侧静环3上的磁栅配置为n极，右侧静环3上的磁栅配置为s极，静环3和静止部件测试系统8集成安装至基座11上，并将a基座11安装至轴承5的静止套圈上；7为旋转部件测试系统，4为动环，右侧动环4上的磁栅配置成n极，左侧动环4上的磁栅配置成s极，动环4、旋转部件测试系统7集成安装至b基座12上，并将b基座12安装至轴承5的旋转套圈上。该结构下动环4导条(夹在两静环之间)以及静环3(夹在两动环之间)的导条所在空间的磁场强度将进一步加强，进而提升了供电功率。
图4为交流供电情况下磁栅设计方案，通过对磁栅n极13以及磁栅s极14的间隔分布，即所述的磁栅10的n极13以及磁栅10的s极14的间隔分布，在转轴速度一定的条件下可以产生相应的交流电能，以满足测试系统在交流供电的需求。
图5为组件的侧面结构示意(动环或静环)，以外环为磁栅内部为导条的静环为例，如图所示，左部为静环右部为动环，其中16为动环或静环的基板，在基板16上印制的导条9，在基板16上印制的磁栅10，在基板16上集成有电能调理单元15。电能在导条9上产生后传输至电能调理单元15，然后供给旋转部件测试系统7和静止部件测试系统8使用。
本发明的工作原理：通过对动静磁环合理的布置，来实现对轴承旋转部件测试系统以及静止部件测试系统提供充足的电能，以满足监测系统的长期可靠工作。
图6为单独安装至轴系的分离安装的结构示意图，17为供电导线，静环3安装至轴系静止部件上保持静止，动环4随轴系旋转部件上进行转动，通过轴的转动进而产生相应的电能，通过电能调理后再将电能传输至旋转部件测试系统7上，进而实现对轴承5的长期状态监测。同时在静环3上也有相应的电能产生，以便供给至静止部件测试系统8。