一种具有自动供电能力的智能滚动轴承制造技术

本发明专利技术提供一种具有自动供电能力的智能滚动轴承，涉及轴承设计技术领域，包括轴承本体、传感器及电路模块，所述轴承本体上设置有让位槽，所述传感器及所述电路模块位于所述让位槽内，其特征在于：还包括位于所述让位槽内的发电机，所述发电机为压电

【技术实现步骤摘要】
一种具有自动供电能力的智能滚动轴承


[0001]本专利技术涉及轴承设计
，尤其涉及一种具有自动供电能力的智能滚动轴承。

技术介绍

[0002]轴承作为机械设备中的重要零部件，承担着支撑机械转动、降低摩擦损耗等作用，被称为机械的“关节”。因此轴承也在航空航天、高铁与汽车轮毂、大型转子及精密机床等各个领域得到了非常广泛的应用，同时这也对轴承的质量提出了极高的要求。因此对轴承状态信息的精准提取就显得尤为重要。
[0003]智能轴承作为一种集自感知、自决策、自调控于轴承本体结构于一体的新型关键部件，其结构一体化设计、信息感知原理以及智能诊断方法受到广泛关注。将传感器直接集成于轴承本体是实现智能轴承自感知功能的主要途径。但是在传感器技术应用中，其供电技术并未取得显著发展，成为制约其推广使用的一大瓶颈。传统的传感网络中大都使用化学电池供电，而在使用化学电池有着电池体积大、寿命短、污染环境且需要频繁更换等诸多的限制性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中智能轴承中的传感器供电技术并未得到显著发展的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种具有自动供电能力的智能滚动轴承，包括轴承本体、传感器及电路模块，所述轴承本体上设置有让位槽，所述传感器及所述电路模块位于所述让位槽内，还包括位于所述让位槽内的发电机，所述发电机为压电
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摩擦复合纳米发电机，所述电路模块用于连接所述发电机及所述传感器。
[0006]优选的，所述发电机包括两个相互平行的支撑板，上层所述支撑板指向向下一侧设置有固定层；下层所述支撑板上由下向上依次贴附有呈拱形结构设置的压电层、PVDF层、摩擦层及PDMS层，所述压电层、所述PVDF层、所述摩擦层及所述PDMS层拱形开口向下；两个所述支撑板之间设有若干支撑弹簧，所述固定层、所述压电层及所述摩擦层均为AL层。
[0007]优选的，两个所述支撑板为亚克力板材，并且所述支撑板外侧有防水材料封装，所述支撑弹簧设置有四个，四个所述支撑弹簧分别位于所述支撑板的四周边角处。
[0008]优选的，所述电路模块包括电源管理电路、电能存储电路及稳压电路，其中，所述电源管理电路用于对所述发电机提供的电能进行整流与升降
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降压处理，所述电能存储电路用于存储整流后的电能；所述稳压电路用于向所述传感器提供稳定且小于等于2.5V的输出电压。
[0009]优选的，所述轴承本体包括外圈、内圈、滚动体及保持架，所述让位槽设置在所述外圈上，并且所述让位槽贯穿所述外圈侧面的径向方向。
附图说明
[0010]图1为本专利技术具有自供电能力的智能滚动轴承的结构示意图图2为本专利技术具有自供电能力的智能滚动轴承的主视图图3为图2沿A
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A方向的剖面图图4为本专利技术实例中的让位槽内部结构示意图图5为本专利技术实例中的压电
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摩擦复合纳米发电机本体结构示意图图6为本专利技术实例中的压电
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摩擦复合纳米发电机工作原理图图7为本专利技术实例中的电路模块工作示意图图8为本专利技术实例中的整流电路示意图图9为本专利技术实例中的压电
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摩擦复合纳米发电机整流混合输出电压曲线实测图。
[0011]图例说明：1、外圈；2、让位槽；3、滚动体；4、保持架；5、内圈；6、发电机；61、支撑板；62、AL层；621、固定层；622、摩擦层；623、压电层；63、PDMS层；64、PVDF层；65、支撑弹簧；7、传感器；8、电路模块。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本专利技术作进一步地详细说明。
[0013]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
[0014]请参阅图1、图2、图3和图4，一种具有自供电能力的智能滚动轴承，包括轴承本体、发电机6、传感器7及电路模块8，所述发电机6及所述传感器7固定设置在所述轴承本体上，所述传感器7用于所述轴承本体的转动状态进行监测，所述发电机6用于对所述传感器7进行供电，所述电路模块8用于连接所述传感器7及所述发电机6。
[0015]请参阅图1和图2，所述轴承本体包括外圈1、内圈5、滚动体3及保持架4，其中所述外圈1及所述内圈5分别位于所述滚动体3的外周及内周，所述保持架4固定在所述滚动体3上，在一实施方式中，所述外圈1其中一侧面设置有让位槽2，所述让位槽2贯穿所述外圈1侧面的径向方向，并且所述让位槽2的深度不超过外滚道。
[0016]请参阅图3、图4和图5，所述发电机6为压电
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摩擦复合纳米发电机6，所述发电机6包括支撑板61、支撑弹簧65、压电单元及摩擦单元，其中，所述支撑板61设置有两个，两个所述支撑板61相互平行设置，且其中一所述支撑板61固定在电路模块8上，所述支撑板61为亚克力板，并且所述支撑板61的外侧由防水材料封装。
[0017]所述支撑弹簧65设置有四个，四个所述支撑弹簧65位于两个所述支撑板61之间，并且四个所述支撑弹簧65位于所述支撑板61四个边角处。
[0018]在一实施方式中，两个所述支撑板61之间设置有PVDF层64（聚偏氟乙烯薄膜层）、PDMS层63（聚二甲基硅氧烷薄膜层）及若干AL层62，其中，所述AL层62分为三层，三层所述AL层62分别为压电层623、摩擦层622及固定层621，所述压电层623、PVDF层64、摩擦层622及PDMS层63从下向上依次设置，并且所述压电层623、PVDF层64、摩擦层622及PDMS层63均呈拱
形设置，拱形开口指向向下，并且所述压电层623、PVDF层64、摩擦层622及PDMS层63四层的两端固定在下方所述支撑板61上，所述固定层621位于另一所述支撑板61指向该侧所述支撑板61一侧。所述压电层623及所述PVDF层64组成压电单元，所述摩擦层622、所述PDMS层63及所述固定层621组成摩擦单元。
[0019]请参阅图6，轴承本体振动时，发电层与轴承本体一起振动，上下所述支撑板61发生相互运动，固定层与PDMS层63相互接触，产生电荷转移，同时PVDF层64与压电层发生形变，由于压电效应在压电层上分布计划电荷；然后由于四个支撑弹簧65的弹性势能释放，迫使两个支撑板61相互分离，这样就形成了一个工作周期，在外电路检测到周期性的电压输出，为所述传感器7提供电能。
[0020]所述传感器7嵌设在所述让位槽2内，并且，所述传感器7通过绝缘粘合剂粘贴固定在让位槽2内，在一实施方式中，所述传感器7采用无线加速度传感器7。
[0021]请参阅图7，所述电路模块8包括电源管理电路、电能存储电路及稳压电路；其中所述电源管理电路用于对所述发电机6提供的电能进行整流与升降
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降压处理，所述电能存储电路用于存储整流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有自动供电能力的智能滚动轴承，包括轴承本体、传感器及电路模块，所述轴承本体上设置有让位槽，所述传感器及所述电路模块位于所述让位槽内，其特征在于：还包括位于所述让位槽内的发电机，所述发电机为压电
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摩擦复合纳米发电机，所述电路模块用于连接所述发电机及所述传感器。2.根据权利要求1所述的具有自动供电能力的智能滚动轴承，其特征在于：所述发电机包括两个相互平行的支撑板，上层所述支撑板指向向下一侧设置有固定层；下层所述支撑板上由下向上依次贴附有呈拱形结构设置的压电层、PVDF层、摩擦层及PDMS层，所述压电层、所述PVDF层、所述摩擦层及所述PDMS层拱形开口向下；两个所述支撑板之间设有若干支撑弹簧，所述固定层、所述压电层及所述摩擦层均为AL层。3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王恒，罗梦婷，郑薛亮，姚兆琦，史亚文，顾潇逸，周文兵，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：