具有集成的爪极发电机的滚动轴承和爪极发电机的制作方法

本发明涉及一种具有集成的爪极发电机的滚动轴承。本发明也涉及一种用于安装到滚动轴承中的爪极发电机。

背景技术：

滚动轴承包括内环和外环，作为可相对彼此旋转的轴承环。在不同的轴承应用中，例如需要测定旋转的轴承部分的转速和转动方向或其他监控任务。对于这些任务和其他任务，需要电子部件，例如传感器、执行器、控制器和数据存储器。

从现有技术中已知的是，将发电机安装到滚动轴承中，所述发电机低耗费地为那里存在的电子部件提供需要的能量。存在使用所谓的爪极发电机的解决方案。已知的爪极发电机包括：第一爪环，所述第一爪环具有沿滚动轴承的环周方向伸展的一列第一爪；第二爪环，所述第二爪环具有沿滚动轴承的环周方向伸展的一列第二爪；以及由两个爪环包围的感生线圈，所述感生线圈环绕滚动轴承的转动轴线。爪形电极环沿环周方向彼此偏移地设置。爪极发电机此外包括沿环周方向伸展的一列磁极。如果第一爪环的第一爪与第一极、例如北极相对置，那么经由第二爪环的沿环周方向相邻的第二爪与沿环周方向相邻的互补的第二磁极构成磁回路，在该情况下所述第二磁极是南极，所述磁回路包围感生线圈。如果轴承环随两个爪环继续转动，那么第二爪与北极相对置，并且第一爪与南极相对置，使得包围感生线圈的磁回路的方向反转，并且在感生线圈中感生电压。

DE 10 2011 075 548A1描述一种轴承，所述轴承具有第一和第二轴承环、以及构成为爪极发电机的能量生成单元。爪极发电机包括：第一爪环，所述第一爪环具有一列第一爪；和沿转动轴线的环周方向偏移的第二爪环，所述第二爪环具有一列第二爪。两个爪环包围环绕转动轴线的感生线圈。爪环和感生线圈借助第一承载环固定在第一轴承环的端面上。环绕转动轴线的一列磁极借助于第二承载环固定在第二轴承环的端面上。磁极经由导磁材料构成的磁轭环(Rückschlussring)彼此导磁地连接。两个爪环借助于导流环导磁地连接。

在DE 10 2009 031 609A1中描述一种滚动轴承，所述滚动轴承具有设置在第一和第二轴承环之间的爪极发电机。爪极发电机包括：沿着第二轴承环的环周环绕的一列磁极对；固定在第一轴承环上的爪环，所述爪环具有沿着第一轴承环的环周环绕的一列爪；以及磁感生线圈。爪环的第一爪设置成与第一轴承环体的导磁部段导磁地连接。极对的磁极设置成与第二轴承环体的导磁部段导磁地连接。磁回路经由两个磁部段和滚动体闭合。

DE 10 2010 022 369A1示出一种滚动轴承，所述滚动轴承具有在第一和第二轴承环之间设置的爪极发电机。爪极发电机包括：沿着第一轴承环环绕的一列磁极；沿着第二轴承环环绕的一列导磁爪；和感生线圈，所述感生线圈设置在用于容纳滚动体的保持架上。

DE 10 2011 075 547A1包含一种滚动轴承，所述滚动轴承具有在第一和第二轴承环之间环绕地设置的爪极发电机，所述爪极发电机的磁极设置在用于容纳滚动体的保持架上。

DE 10 2011 082 804A1涉及一种滚动轴承，所述滚动轴承具有集成的爪极发电机，所述爪极发电机包括：第一爪环，所述第一爪环具有一列第一爪；和沿轴承的转动轴线的环绕方向偏移的第二爪环，所述第二爪环具有一列第二爪。爪环包围环绕转动轴线的感生线圈。爪环和感生线圈固定在第一轴承环的端面上。一列磁极固定在第二轴承环上，并且借助于由导磁材料构成的磁轭环彼此导磁地连接。两个爪环通过轴向的固定元件的导磁的部段、尤其通过轴螺母或通过带槽螺母导磁地连接。

已知的解决方案使用爪极发电机，所述爪极发电机在滚动轴承的整个环周上设置。由此，其与滚动轴承的直径相关，并且不可通用地使用。

DE 10 2010 021 159A1示出一种滚动轴承，所述滚动轴承具有凸极发电机(Schenkelpolgenerator)，所述凸极发电机具有初级部分和次级部分，所述初级部分和次级部分分别与轴承环中的一个抗扭地连接。次级部分通过永磁体形成，所述永磁体以交替的极性沿轴承环的环周方向设置。发电机模块化地构造，使得所述发电机能够集成到不同的轴承类型中。对此，永磁体嵌入次级承载件中。初级部分包括凸极，所述凸极分别具有单独励磁线圈，所述单独励磁线圈嵌入初级承载件中。初级和次级承载件构成为，使得所述初级和次级承载件能够与随后的安装直径无关地补全发电机。初级和次级部分不必在滚动轴承的整个环周上延伸，而是也能够部段地在轴承环之间延伸。在该情况下，在发电机的在直径两端相对置的部段上设有平衡重。作为替选方案，也能够相对置地设有第二发电机。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种具有集成的爪极发电机的滚动轴承，其中爪极发电机应可用于不同的轴承直径并且可低成本地制造。

为了实现根据本发明的目的，使用根据所附权利要求1所述的滚动轴承以及根据权利要求10所述的爪极发电机。根据本发明的滚动轴承包括第一和第二轴承环、以及设置在两个轴承环之间的爪极发电机。爪极发电机由沿着第一轴承环的环周环绕的一列磁极、沿着第二轴承环的环周设置的一列导磁爪以及线圈构成。爪连同极构成包围线圈的磁回路。对本发明重要的是，导磁爪仅部段地沿着第二轴承环的环周设置。线圈设置在导磁爪的区域中。

根据本发明的解决方案的重要优点在于，爪极发电机由于其构造可用于不同的滚动轴承尺寸和构型。在轴承直径不同的情况下能够简单地进行爪极发电机的功率大小设计。这尤其通过磁性爪的部段式设置实现。此外，磁极能够提供不同的几何形状。爪极发电机由于其简单的构造而适合于批量生产，进而可物美价廉地生产。爪极发电机随后能够安装到滚动轴承中，以便对标准轴承装置配设供能装置。

根据一个优选的实施方式，爪极发电机具有两个轴向相对置的导磁爪板，所述爪板具有径向延伸的侧面和沿轴向弯折的爪。爪板的爪在此交替地彼此啮合地设置。线圈由爪板包围。爪板的长度确定极对的数量，进而确定电功率等级。通过两个爪板沿环周方向相互间的几何偏移(造成电相移)，能够提供适合于将由线圈感生的交流电压转换成直流电压的电压形状。由此得到2相系统。几何错位能够通过磁极(两个独立的磁回路)或通过以极距因数偏移的爪板引起。

在一个有利的实施方式中，爪板的侧面具有径向的狭口。由于狭口，爪板能够低耗费地通过弯曲过程匹配于相应的轴承环周。

两个爪板和线圈能够组成共同的结构单元，所述结构单元固定在第二轴承环上。为了提高对整个结构单元的机械保护和化学保护，能够浇注所述结构单元，其中能够一同浇注用于固定结构单元的固定元件，例如作为螺丝穿引开口的套筒。通过爪板和线圈组成紧凑的结构单元，尤其也降低安装耗费。

一个有利的实施方式使用第一承载环和/或第二承载环，所述第一承载环用于承载磁极，所述第二承载环用于固定爪板和线圈。线圈能够构成为单独的永磁体，所述永磁体嵌入第一承载环的环周面。作为替选方案，第一承载环能够在其环周面上沿环周方向交替地具有磁化部段。第一承载环优选借助于导磁的粘接剂固定在第一轴承环上。第二承载环例如能够通过过盈配合固定在第二轴承环上。使用承载环能够实现爪极发电机的低耗费的安装及拆卸。

磁轭优选经由滚动轴承部件、例如经由两个轴承环中的一个进行。

线圈优选构成为环形线圈。此外，根据一个优选的实施方式，线圈是完成弯折的，并且各个绕组是彼此粘接的，由此得到无支撑的线圈，即所谓的背漆线圈(Backlackspule)。将线圈在爪形电极板的弯曲过程之前置入，并且通过随后的弯曲过程匹配于相应需要的直径。

在两个爪板之间适当地存在柔性的承载件，所述承载件用于容纳功率电子器件，例如整流器。以所述方式，功率电子器件能够无需过多结构空间地集成到用于容纳线圈的结构空间中。

为了实现变压的能量传递，滚动轴承能够具有相同的第二爪极发电机。两个爪极发电机在此轴向相对置地设置在滚动轴承中。在初级和次级爪极发电机重叠时、也在部分重叠时，触发电磁能量传递的启动，然而所述部分重叠必须有至少一对极对。初级和次级爪极发电机的重叠能够经由初级回路中的感生电压通过第一次级极对元件标识(次级爪极发电机借助剩磁或磁性地预载(vorgespannt))。

磁回路能够作为有源靶用于转速和转动方向测定以及用于角位置确定。例如霍尔传感器、磁阻传感器(XMR)或差动变压器能够用作为传感器元件。爪极发电机的温度能够经由线圈的线圈电阻来测定。从爪极发电机的温度能够推断出滚动轴承温度。

根据本发明的爪极发电机包括：一列磁极，所述磁极环绕地设置在第一承载环上；两个轴向相对置的爪板，所述爪板具有径向延伸的侧面和沿轴向方向弯折的爪；以及由爪板包围的线圈。爪板根据本发明构成为圆弧。

本发明的其他有利的实施方式在从属权利要求中得到。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的优选实施方式。附图示出：

图1示出根据本发明的滚动轴承的立体图；

图2示出根据本发明的爪极发电机的立体图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的滚动轴承01的立体图。滚动轴承01由内环02、外环03以及设置在内环和外环之间的滚动体(没有示出)构成。在内环02和外环03之间，在滚动体的一侧上设置有爪极发电机04，所述爪极发电机单独在图2中示出。爪极发电机04包括一列磁极05，该一列磁极环绕内环02。磁极05设置在第一承载环07上。所述磁极例如能够实现为嵌入第一承载环07的表面中的永磁体。在替选的实施方案中，第一承载环07能够在其环周面上沿环周方向具有交替磁化的部段。第一承载环07优选经由粘接连接固定在内环02上。

爪极发电机04还包括弧形的导磁的第一和第二爪板08、09(参见图2)，所述第一和第二爪板轴向相对置地设置。爪板08、09具有径向延伸的侧面10和沿轴向方向弯折的爪12、13。第一爪板08的爪12和第二爪板09的爪13交替地彼此啮合地设置。轴向的狭口14被引入到爪板08、09的侧面10中。由于轴向的狭口14，爪板08、09能够低耗费地弯曲，由此所述爪板能够匹配于不同的直径。

在爪板08、09之间存在线圈15，所述线圈优选构成为无支撑的线圈。将线圈15在爪板08、09的弯曲过程之前置入，并且通过随后的弯曲过程匹配于需要的直径。在爪板08、09的结构空间之内，此外存在柔性的承载件17，所述承载件用于容纳电子器件(未示出)。

爪板08、09和线圈15优选组成结构单元。所述结构单元能够被浇注，并且固定在滚动轴承01的外环03上。在图1中示出的实施方式中，爪板08、09和线圈15固定在第二承载环18上，所述第二承载环又固定在外环03上。作为替选方案，爪板08、09和线圈15也能够直接固定在外环03上。然而，使用单独的承载环18简化了爪板08、09和线圈15的安装及拆卸。

磁通量从第一极进入到两个爪板08、09之一的与该极相对置的爪12、13中，所述第一极例如是北极，所述磁通量从那里开始环绕线圈15并且在两个爪板08、09中另一个的相邻的爪12、13上再次朝向相邻的南极离开。当承载两个爪板12、13的外环03继续转动时，包围线圈15的磁通量的方向反转，使得在线圈15中感生电压。

爪极发电机当然也能够以相反的设置方式集成到滚动轴承01中。在该情况下，磁极05设置在外环03上，并且爪板08、09设置在内环02上。

磁轭能够通过两个轴承环02、03中的一个进行。

附图标记列表：

01 滚动轴承

02 内环

03 外环

04 爪极发电机

05 磁极

06 -

07 第一承载环

08 第一爪板

09 第二爪板

10 爪板的侧面

11 -

12 第一爪

13 第二爪

14 狭口

15 线圈

16 -

17 柔性的承载件

18 第二承载环