发电单元和配备该发电单元的轴承制造技术

本发明专利技术涉及一种发电单元，用于在具有第一轴承圈(12)和第二轴承圈(14)的轴承单元中采集电能，所述发电单元包括多个附着在所述第一轴承圈(12)的线圈(18)，所述线圈(18)被配置成与具有交变磁化方向的附着在第二轴承圈(14)的磁性圈(20)相互作用。为了提供一种用于机械应用的电气和电子外部设备的多功能电源，本发明专利技术提出一种具有用于将所述发电单元所产生的电能提供给外部设备的插头连接器(34)的发电单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于轴承单元的发电单元和安装有所述发电单元的轴承。
技术介绍
安装有传感器和各种不同类型的电子装置的轴承是已知的，这些装置需要被提供电能，同时保持所述轴承的ISO尺寸。进一步的，所述电能的解决方案应该是可扩展的和节省成本的。内部电源可以由电池来提供，但是由于电池的寿命是有限的，这限制了“任务时间(missiontime，即持续运行时间)”。此外，环境条件(如高温)非常苛刻。内部供电的一种更好的方式是轴承内部产生所需的电能。后一种方法也被称为能量采集(energyharvesting)。文献US5440184A中公开一种双列圆锥滚子轴承，具有产生电能的发电机。所述发电机包括转子和设置在两列或滚子之间的定子。所述转子承载多个具有交变极性的永磁体，所述定子圈设置多个分离绕组槽的齿，且分别承载线圈。所述齿和线圈的中心轴为径向向内朝向所述永磁体。US5440184A中公开的设计不是很灵活并且具有受限的功能范围。文献WO2013/160035中公开一种电能产生单元，构造为被集成在一个轴承单元中，其中所述电能产生单元与具有交替的方向的磁性极化材料的磁性轮相互作用。上述发电单元设计和构造成将电力提供给电气和电子设备，诸如用于监测所述轴承状态的各种温度或震动传感器中的微处理器或无线发射器。在大多数工业应用中，在需要供电的内部监测系统中(如，用于机器部件状态监测)采集电能并不是平常的。为了给电气或电子装置(如在应用中用于读取或处理数据的装置)供电，还需要通过有线连接从外部供电。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于机械应用的电气和电子外部设备的多功能电源。本专利技术涉及一种发电单元，用于在具有第一轴承圈和第二轴承圈的轴承单元中采集电能，所述发电单元包括多个附着在所述第一轴承圈的线圈，所述线圈被配置成与具有交变磁化方向的附着在第二轴承圈的磁性圈相互作用。为了提供一种用于机械应用的电气和电子外部设备的多功能电源，本专利技术提出一种具有用于将所述发电单元所产生的电能提供给外部设备的插头连接器的发电单元。不同种类的轴承存在于非常广泛的机械应用中，甚至深入至其机械的核心。通过设置具有发电功能和插头连接器的轴承，能够通过简单的手段，在很多可能的地方提供多功能电源，从而给机械应用装备电子设备，如，用于状态监控或者其他目的。可避免电池方案或与电网连接实现时的限制。所述插头连接器可以是任意种类的，公插头连接器或母插头连接器，或本专利技术优选的实施例中适于所述轴承的ISO尺寸。所述发电单元可集成在轴承内，或作为适于标准轴承的ISO尺寸的改进的设备单独设置。本专利技术适用于各种类型的轴承包括滚子轴承、球轴承或滚针轴承，具有或不具有润滑孔/槽的轴承和带有或不带有密封圈/盖的轴承。尤其是，本专利技术适用于球面滚子轴承，例如ISO型22220W20或22220W33。优选地，一组滚动体布置在第一轴承圈和第二轴承圈之间，并由保持架引导。可以将线圈和/或磁性圈连接到所述保持架上。进一步地，所述发电单元可以是具有设置在共轭线圈中的永磁体的可变磁阻发电单元或具有交变磁化方向的磁性圈的发电单元。在本专利技术的一个优选实施例中，所述轴承的第一轴向侧设置所述发电单元的第一部分，所述轴承的与所述第一轴向侧相应的第二轴向侧设置所述发电单元的第二部分，所述发电单元还包括用于连接所述发电单元的第一部分和所述发电单元的第二部分的导体。通过使用在轴承的两侧的可用空间，可得到用于传感器，致动器和附加电子装置的可用空间，和/或相比于其它仅在一面设置线圈和磁性圈的相同的解决方案，发电单元的额定功率可加倍。进一步提出，所述轴承圈中的一个轴承圈设置有槽，所述槽容纳所述导体。所述导体可以被保护，同时维持轴承的ISO尺寸。在本专利技术的一个实施例中，所述第一轴承圈为所述轴承的外圈，所述槽形成于所述第一轴承圈的外圆周，且具有螺旋形状。在本专利技术的另一个实施例中，所述第一轴承圈为所述轴承的内圈，所述槽形成于所述第一轴承圈的内圆周，且具有螺旋形状。所述第一轴承圈可以为旋转圈或者非旋转圈，取决于所要供电的所述外部设备是安装在机械应用的旋转部或者非旋转部。所述螺旋角优选设置成在机加工成本(增加所述槽的长度)和增加应力方面的稳定性(有利于较浅螺旋角)之间找到平衡，本专利技术人已经发现，一个良好的平衡为螺旋角在有30°和60°之间，优选约45°。45°以下时应力的影响强烈降低。在本专利技术的一个优选的实施例中，所述导体由导电的柔性印刷板形成，通过印刷、蚀刻技术或通过铜沉积形成。进一步提出，所述导体被封装在所述槽内。所述封装材料可以用于所述轴承的防蠕动旋转装置或防旋转锁。通过本专利技术的进一步的实施例，提出一种发电单元包括具有插头连接器的连接部、具有所述线圈的线圈部和用于从所述连接部向所述线圈部传递电能的装置，其中所述连接部被配置成可相对于所述线圈部旋转，以容许第一轴承圈蠕动旋转。这增加了装置的通用性，由于固定圈的蠕动旋转在很多应用中是很难避免的事情。在本专利技术优选的实施例中，所述用于从所述连接部向所述线圈部传递电能的装置包括一对相互感应的线圈。优选的，所述线圈相互之间强烈作用且同轴布置，平行且彼此靠近以便最大限度的抵抗诱导性。在所述轴承包括用于避免轴承在轴承壳体或轴承座的蠕动旋转的防旋转装置或防旋转锁的情况下，两个旋转部件之间传递电能的装置在最终的应用中可以不用。根据本专利技术进一步的实施例，进一步提出所述发电单元还包括至少一个用于将所述线圈中产生的电能调制成所需要的交流或直流电压形式的逆变电路。至少所述逆变电路的一部分容纳在所述插头连接器的壳体中，其可以通过导线连接到所述电能发电单元的其余部分。本专利技术的进一步的实施例涉及一种轴承单元，包括安装有如上所述的发电单元轴承。本专利技术的上述实施例以及所附的权利要求书和附图示出了本专利技术中具体组合的多个特征部分。本领域技术人员将很容易能够考虑进一步的组合或这些特征的子组合，以适应本专利技术如权利要求按照具体需要的定义。附图说明图1是本专利技术实施例一中安装到轴承上的发电机的立体图；图2是本专利技术实施例二中与发电单元的部件配合的轴承的立体槽；及图3是本专利技术实施例三中安装到轴承上的发电机的立体图。具体实施方式图1是根据本专利技术装配有发电单元的球面滚子轴承10的立体图。为了采集电能，在轴承单元中设置所述发动机单元，所述轴承单元中具有作为第一轴承圈的外圈12和作为第二轴承圈的内圈14和容纳在第一轴承圈12和第二轴承圈14之间旋转腔室的球面滚子列16。所述发电机组件包括多个附着在所述外圈12的线圈18，所述线圈18被配置成与具有交变磁化方向的附着在内圈14的磁性圈20相互作用。所述线圈18为被封装的且安装在外承载圈22上，以使得所述卷绕轴线(windingaxis)在所述轴承10的径向方向，且所述磁性圈20由多个安装在内承载圈26上的永磁体24组成，所述内承载圈26附着到所述轴承10的内圈14。为了给机械应用中的电气和电子外部设备提供多功能电能供应，所述发电单元包括用于将所述发电单元所产生的电能提供给外部设备的插头连接器34。所述插头连接器34通过导线36连接到轴承10的主体，且所述插头连接器34包括被配置为接收电力电子设备的塑料外壳38。为了简单起见，接下来本专利技术的实施例二和实施例三的描述仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
发电单元，用于在具有第一轴承圈(12)和第二轴承圈(14)的轴承单元中采集电能，所述发电单元包括多个附着在所述第一轴承圈(12)的线圈(18)，所述线圈(18)被配置成与具有交变磁化方向的附着在第二轴承圈(14)上的磁性圈(20)相互作用，其特征在于，所述发电单元还包括用于将所述发电单元所产生的电能提供给外部设备的插头连接器(34)。

【技术特征摘要】
2015.09.21 GB 1516659.81.发电单元，用于在具有第一轴承圈(12)和第二轴承圈(14)的轴承单元中采集电能，所述发电单元包括多个附着在所述第一轴承圈(12)的线圈(18)，所述线圈(18)被配置成与具有交变磁化方向的附着在第二轴承圈(14)上的磁性圈(20)相互作用，其特征在于，所述发电单元还包括用于将所述发电单元所产生的电能提供给外部设备的插头连接器(34)。2.根据权利要求1所述的发电单元，其特征在于，所述轴承(10)的第一轴向侧设置所述发电单元的第一部分(28)，所述轴承(10)的与所述第一轴向侧相对应的第二轴向侧设置所述发电单元的第二部分，所述发电单元还包括用于连接所述发电单元的第一部分(28)和所述发电单元的第二部分的导体(30)。3.根据权利要求2所述的发电单元，其特征在于，所述轴承圈中的一个轴承圈(12)设置有槽(32)，所述槽(32)容纳所述导体(30)。4.根据权利要求3所述的发电单元，其特征在于，所述第一轴承圈(12)为所述轴承的外圈，所述槽(32)形成于所述第一轴承圈(12)的外圆周，且具有螺旋形状。5.根据权利要求4所述的发电单元，其特征在于，所述槽(32)的螺旋角为45°或45...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔格·安格里斯，尼古拉斯·西蒙·威廉·登哈克，库斯·威灵，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE