一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件技术方案

一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件，包括同轴布置的定圈和动圈，定圈安装于静止部件，动圈安装于旋转部件，在定圈上分段布置有磁栅和导条，在动圈上相对于定圈磁栅和导条d的位置处分段布置有导条和磁栅；在需要更大的电能或者更高的磁场强度的情况下，采用多套定圈和动圈径向交替布置；对于需要交流供电的场合，磁栅的两极间隔分布。本发明专利技术的通过对动、定圈结构、数量、安装方式的合理布置，利用电磁感应工作原理，将机械能转化为电能，来实现对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，以满足同轴相对旋转部件长期连续监测的需求。

A self generating component for coaxial relative rotating parts testing system

A self-generating assembly suitable for a test system for coaxial relative rotating parts includes a fixed coil and a movable coil arranged in a coaxial direction, a fixed coil installed in a stationary part, a movable coil installed in a rotating part, a magnetic grid and a guide bar arranged in sections on the fixed coil, and a guide bar and a magnetic field arranged in sections on the movable coil relative to the position of the fixed coil magnetic grid and the guide bar D. Gate; in the case of greater electric energy or higher magnetic field intensity, the use of multiple sets of fixed coil and moving coil radial alternate arrangement; for the occasion of alternating current power supply, the gap between the two poles of the magnetic grid distribution. By reasonably arranging the structure, quantity and installation mode of the moving and fixing coils, and utilizing the electromagnetic induction principle, the mechanical energy is converted into electric energy, so as to provide sufficient electric energy for the testing system of the rotating parts and the testing system of the stationary parts, so as to meet the needs of the long-term continuous monitoring of the coaxial relative rotating parts.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件
本专利技术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同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件。
技术介绍
旋转机械在工业产品中占有相当大的比重，保证这类设备的正常运转对生产质量以及生产安全有重大意义，因此需对其运行状态进行监测。随着设备的复杂化和高度集成化的发展，传统的旋转部件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。旋转部件测试系统的能量供给一直以来是一个技术难点,早期的方法有电池供电和滑环供电等方式，电池供电工作原理简单，但电池容量有限，无法满足长期连续在线监测的供电需要。滑环供电无法适用于高速旋转部件测试系统的能量供给。在现有的方法中，以旋转机械中最常见的部件滚动轴承为例，其测试系统主要安装在轴承工作空间，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。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件，利用旋转轴系的动力以及电磁感应原理，通过定圈与动圈相对运动，将机械能转化为电能，可同时实现同轴相对旋转部件测试系统中的静止部件和旋转部件测试的能量供给，以滚动轴承为例，可以同时实现轴承内圈和外圈测试的能量供给，但不限于此，还可以适用于发动机转子、汽车转轴、汽轮机转子等部件的测试系统。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件，包括同轴布置的定圈3和动圈4，定圈3安装于静止部件，动圈4安装于旋转部件，在定圈3上分段布置有磁栅c和导条d，在动圈4上相对于定圈3磁栅c和导条d的位置处分段布置有导条d和磁栅c。在需要更大的电能或者更高的磁场强度的情况下，采用多套定圈3与多套动圈4径向交替布置，相邻定圈3上均分段布置有相反极性的磁栅c和导条d，相邻动圈4均布置有导条d和相反极性的磁栅c,定圈3上的磁栅和导条分别与动圈4上的导条和磁栅相互对应，多个定圈3通过外基座9安装于静止部件上，多个动圈4通过内基座10安装于旋转部件上。对于需要交流供电的场合，所述的磁栅c的N极以及磁栅c的S极的间隔分布。本专利技术的优点：本专利技术装置结构简单新颖，布置灵活，可以直接与待测试部件安装在一起使用，如滚动轴承，使轴承自身具有自发电的功能，同时实现轴承内圈测试系统供电和外圈测试系统供电，克服了现有的电线供电和电池供电的局限性，实现真正意义上的轴承实时在线监测；自发电组件也可以安装在轴系静止和旋转部件上，在不影响轴系各组件基本功能的前提下，可以实现同轴相对旋转部件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，减少了线缆的布置，简化了测试系统硬件搭建，提高了测试系统的可靠性；本专利技术装置组件布置灵活，可根据应用场合，改变动定圈结构、数量、安装方式的合理布置，以满足大功率供电和交流供电的需求；本专利技术装置可以在复杂环境下工作，如油雾环境下，供电可靠，可用于高转速场合。附图说明图1是本专利技术实际工况下各组件位置示意图。图2是本专利技术的定圈与动圈剖视图。图3是本专利技术多个动定圈时的分布方式。图4是本专利技术交流供电磁栅分布方式。图5是本专利技术单独安装于轴系的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施过程进一步解释说明。图1-5中，包括：1-轴承端盖，2-轴承座，3-定圈，4-动圈，5-滚动轴承，6-轴，7-旋转部件测试系统，8-静止部件测试系统，9-外基座和10-内基座；如图1所示，一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件，包括同轴布置的定圈3和动圈4，以及电流调理装置等。定圈3安装于静止部件，如滚动轴承外圈上，动圈4安装于旋转部件，如滚动轴承内圈上，在定圈3上分段布置有磁栅c和导条d，在动圈4上相对于定圈3磁栅c和导条d的位置处印制有导条d和磁栅c。当轴系旋转时，通过动圈上的导条或磁栅切割定圈上的磁栅或导条引发的磁感线，此时可以在动圈上产生可靠的直流电能，以实现旋转部件测试系统7的电能供给；同时，动圈4上的磁栅相对于定圈3上的导条在高速旋转，相当于定圈导条切割由动圈上磁栅引发的磁感线，利用电磁感应原理，将机械能转化为动能，进而在定圈上产生可靠的直流电能，以实现静止部件测试系统8的能量供给；最后实现对静止部件和旋转部件测试系统供电。如图2，为单一极性自发电动定圈设计方案，动圈4和定圈3为两个同轴的套筒，外圈为定圈3，内圈为动圈4，参照图2(b)，定圈3沿轴向一段布置为导条d，另一段布置为磁栅c，动圈4在定圈3的对应位置处布置有磁栅c和导条d，对应关系如图2(a)和图2(b)所示。在工作时，通过轴的旋转带动动圈4和定圈3相对旋转，动圈和定圈上的导条均做切割磁感线运动而产生感应电动势，经过电流调理，供电给静止部件测试系统8以及旋转部件测试系统7。在需要更大的电能或者更高的磁场强度的情况下，可以采用多套定圈3与多套动圈4径向交替布置，以提高发电的功率。图3为两套动圈4和定圈3的自发电组件结构示意图，两个定圈3上均分段布置有相反极性的磁栅c和导条d，两个动圈4均分段布置有导条d和相反极性的磁栅c。定圈3上的磁栅和导条分别与动圈4上的导条和磁栅相互对应，对应关系如图所示。两个定圈通过外基座9安装于静止部件上，两个动圈通过通过内基座10安装于旋转部件上。这种结构增大了磁感应强度，进而提升了供电的功率，满足了大功率供电的需要。图4为交流供电情况下的自发电组件设计方案，通过对磁栅N极和磁栅S极的合理分布，分布情况如图所示。所述的磁栅c的N极以及磁栅c的S极的间隔分布,通过改变磁栅的排布，印制双极性的磁极交替排布来产生一定频率的交流电能,在转轴速度一定的条件下可以产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件，其特征在于，包括同轴布置的定圈(3)和动圈(4)，定圈(3)安装于静止部件，动圈(4)安装于旋转部件，在定圈(3)上分段布置有磁栅(c)和导条(d)，在动圈(4)上相对于定圈(3)磁栅(c)和导条(d)的位置处分段布置有导条(d)和磁栅(c)。

【技术特征摘要】
1.一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件，其特征在于，包括同轴布置的定圈(3)和动圈(4)，定圈(3)安装于静止部件，动圈(4)安装于旋转部件，在定圈(3)上分段布置有磁栅(c)和导条(d)，在动圈(4)上相对于定圈(3)磁栅(c)和导条(d)的位置处分段布置有导条(d)和磁栅(c)。2.根据权利1所述的一种适用于同轴相对旋转部件测试系统的自发电组件，其特征在于，在需要更大的电能或者更高的磁场强度的情况下，采用多套定圈(3)与多套动圈(4)径...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永生，闫柯，陈东，王宪，王方哲，张进华，洪军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61