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軸承功率產生配置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201280077006.8

申請日:

2012.12.05

公開號:

CN104919199A

公開日:

2015.09.16

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回IPC(主分類):F16C 41/00申請公布日:20150916|||實質審查的生效IPC(主分類):F16C 41/00申請日:20121205|||公開
IPC分類號: F16C41/00; F16C33/78; G01P3/44; H02K7/18 主分類號: F16C41/00
申請人: SKF公司
發明人: F.巴特爾; J.厄斯金; A.C.范德哈姆; S.齊格勒
地址: 瑞典哥德堡
優先權:
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所11105 代理人: 葛飛
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201280077006.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.11.03|||2015.12.23|||2015.09.16

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種發電軸承組件(100),包括集成到軸承(110)中的發電子組件(200、300)。發電子組件(300)利用軸承(110)的軸承內圈(120)與軸承外圈(130)之間的相對運動來產生電功率。密封唇(140)包括密封唇內圈唇接合段(145),其與偏移軸承(120、130)的內圈密封唇表面(128)可滑動地接合。磁極化材料(324)由軸承組件密封唇(140)的磁極化材料-支撐段(148)支撐。內圈唇接合段(145)與唇表面(128)之間的接合保持磁極化材料(324)與發電機芯(312)之間的徑向配準。在操作期間,由軸承圈(120、130)的旋轉所促使的磁極化材料(324)與發電機芯(312)之間的相對運動產生電輸出。

權利要求書

權利要求書
1.  一種發電軸承組件,包括:
軸承(110),其包括:
軸承外圈(130),其具有外表面(132)、軸承外座圈接合表面(134)、以及外圈端表面(136),
軸承內圈(120),其具有軸承組件內配合表面(122)、軸承內座圈接合表面(124)、以及內圈平面端表面(126),其中,所述軸承內座圈接合表面(124)的尺寸設置成與所述外圈軸承外座圈接合表面(134)旋轉地接合,
其中,所述內圈(120)旋轉地組裝在所述外圈軸承外座圈接合表面(134)內,所述內圈平面端表面(126)從所述外圈端表面(136)伸出,暴露并限定內圈密封唇表面(128),
軸承組件密封唇(140),其包括分割成密封唇外圈連接段(144)、密封唇內圈唇接合段(145)、以及磁極化材料支撐段(148)的軸承組件密封唇主體(142),所述磁極化材料支撐段(148)從所述密封唇內圈唇接合段(145)軸向延伸超出所述內圈平面端表面(126),
磁極化材料(324),其由所述磁極化材料支撐段(148)攜帶,
其中,所述密封唇外圈連接段(144)機械地聯接到所述軸承外圈(130),所述密封唇內圈唇接合段(145)的密封唇內圈唇接合表面(146)與所述內圈密封唇表面(128)可滑動地接合;以及
電功率發電機(310),其包括發電機芯(312),以在暴露于交互配對的磁極化材料(324)時產生電功率,所述電功率發電機(310)連接到所述軸承內圈(120),將所述發電機芯(310)定向在徑向方向上,以與所述磁極化材料(324)可操作地接合;
其中,在操作期間,所述密封唇內圈唇接合段(145)的密封唇內圈唇接合表面(146)與所述內圈密封唇表面(128)之間的接合保持所述磁極化材料(324)與所述電功率發電機(310)的操作面之間一致的距離,所述軸承外圈(130)與所述軸承內圈(120)之間的相對運動使所述磁極化材料(324)穿過所述發電機芯(312),促使所述發電機芯(312)產生電流。

2.  如權利要求1所述的發電軸承組件,所述軸承組件還包括一系列滾子 或滾珠(112),其中,所述內圈(120)旋轉地組裝在所述外圈軸承外座圈接合表面(134)內,將所述一系列滾子或滾珠(112)集成在它們之間。

3.  如權利要求1或2所述的發電軸承組件,所述軸承組件密封唇(140)還包括密封唇主體柔韌形成部(143),其形成在所述密封唇外圈連接段(144)與所述密封唇內圈唇接合段(145)之間。

4.  如權利要求1至3中任一項所述的發電軸承組件,所述磁極化材料(324)具有的軸向尺寸大于所述電功率發電機(310)的所述操作面的軸向尺寸,其中,所述尺寸差容許操作期間所述軸承內圈(120)與所述軸承外圈(130)之間的相對軸向運動。

5.  如權利要求1至4中任一項所述的發電軸承組件,其中,所述磁極化材料支撐段(148)形成為同心圍繞所述軸承(110)的中心軸線的環形圈。

6.  如權利要求5所述的發電軸承組件,所述磁極化材料(324)被設置為環形圈。

7.  如權利要求5所述的發電軸承組件,所述磁極化材料(324)設置在所述環形圈的部分圓周中。

8.  如權利要求5所述的發電軸承組件,所述磁極化材料(324)設置在多個段中,所述多個段圍繞所述環形圈的圓周在空間上布置。

9.  一種發電軸承組件,所述發電軸承組件包括:
軸承,其包括:
軸承內圈,其具有內表面、軸承內座圈接合表面、以及內圈端表面,
軸承外圈,其具有軸承組件外配合表面、軸承外座圈接合表面、以及外圈平面端表面,其中,所述軸承外座圈接合表面的尺寸設置成與所述內圈軸承內座圈接合表面旋轉地接合,
一系列滾子或滾珠,
其中,所述內圈旋轉地組裝在所述外圈軸承外座圈接合表面內,將所述一系列滾子或滾珠集成在它們之間,所述外圈平面端表面從所述內圈端表面伸出,暴露并限定外圈密封唇表面,
軸承組件密封唇,其包括分割成密封唇內圈連接段、密封唇外圈唇接合段、以及磁極化材料支撐段的軸承組件密封唇主體,所述磁極化材料支撐段從所述密封唇外圈唇接合段軸向延伸超出所述外圈平面端表面,
磁極化材料,其由所述磁極化材料支撐段攜帶,
其中,所述密封唇內圈連接段機械地聯接到所述軸承內圈,所述密封唇外圈唇接合段的密封唇外圈唇接合表面與所述外圈密封唇表面滑動地接合;以及
電功率發電機,其包括發電機芯,以在暴露于交互配對的磁極化材料時產生電功率,所述電功率發電機連接到所述軸承外圈,將所述發電機芯定向在徑向方向上,以與所述磁極化材料可操作地接合;
其中,在操作期間,所述密封唇外圈唇接合段的密封唇外圈唇接合表面與所述外圈密封唇表面之間的接合保持所述磁極化材料與所述電功率發電機的操作面之間一致的距離,所述軸承內圈與所述軸承外圈之間的相對運動使所述磁極化材料穿過所述發電機芯,促使所述發電機芯產生電流。

10.  如權利要求9所述的發電軸承組件,所述軸承組件密封唇還包括密封唇主體柔韌形成部,其形成在所述密封唇內圈連接段與所述密封唇外圈唇接合段之間。

11.  如權利要求9或10所述的發電軸承組件,所述磁極化材料具有的軸向尺寸大于所述電功率發電機的所述操作面的軸向尺寸,以容許操作期間所述軸承外圈與所述軸承內圈之間的軸向相對運動。

12.  如權利要求9至11中任一項所述的發電軸承組件,其中,所述磁極化材料支撐段形成為同心圍繞所述軸承的中心軸線的環形圈。

13.  如權利要求9至11中任一項所述的發電軸承組件,所述磁極化材料被設置為環形圈。

14.  如權利要求9至11中任一項所述的發電軸承組件,所述磁極化材料設置在所述環形圈的部分圓周中。

15.  如權利要求9至11中任一項所述的發電軸承組件,所述磁極化材料設置在多個段中,所述多個段圍繞所述連續圈的圓周在空間上布置。

說明書

說明書軸承功率產生配置
技術領域
本發明涉及一種用于在軸承的運動過程中產生功率的裝置及方法。
背景技術
軸承可以被定義為將兩個或更多個部件之間的相對運動限制為僅所需類型運動的任何各種機器元件。通常,這允許并促進圍繞縱向軸線的自由旋轉和/或抑制組件在相對于軸承的法線方向上的任何線性運動。軸承可以根據它們允許的運動并且根據其操作原理以及由它們可以處理的所施加的載荷的方向而被廣泛地進行分類。
軸承經受顯著使用,這將導致各軸承組件的磨損。隨著時間的推移,對軸承的磨損會導致機械故障。機械故障可以影響旋轉運動和/或軸向線性約束。無法控制這些運動可能會對依靠軸承的機械導致災難性的故障。
軸承的可靠性和預測維護會影響設備的操作及正常運行時間。軸承用于許多應用,包括汽車、風力渦輪機、自動化機械等。隨著時間的推移,軸承磨損。操作過程中的軸承故障可能對設備及可能的周邊區域導致顯著的損壞。如果出現適當的情況,軸承故障甚至可能潛在地造成人身傷害或死亡。
軸承監測系統需要功率進行操作。功率用于操作狀態監測傳感器,為任何計算設備提供功率,以及提供功率用于將任何收集的信息傳送至集中式系統。功率通過導線被提供給各設備。
軸承的可靠性和預測維護可以通過監測軸承而加以改進。監測系統需要功率。所期望的是一種與軸承組件相關聯的功率產生系統。
發明內容
本發明針對一種在包括軸承的設備的操作期間產生電能的裝置及相關方法。
在本發明的第一方面,一種發電軸承組件,所述發電軸承組件包括:
軸承,其包括:
軸承外圈,其具有外表面、軸承外座圈接合表面、以及外圈端表面,
軸承內圈,其具有軸承組件內配合表面、軸承內座圈接合表面、以及內圈平面端表面,其中,所述軸承內座圈接合表面的尺寸設置成與所述外圈軸承外座圈接合表面旋轉地接合,在一些實施例中,所述軸承還包括一系列軸承滾子或滾珠,其中,所述內圈旋轉地組裝在所述外圈軸承外座圈接合表面內,將所述一系列滾子或滾珠集成在它們之間,
其中,所述內圈旋轉地組裝在所述外圈軸承外座圈接合表面內,所述內圈端表面從所述外圈端表面伸出(stand proud),暴露并限定內圈密封唇表面,
軸承組件密封唇,其包括分割成密封唇外圈連接段、密封唇內圈唇接合段、以及磁極化材料支撐段的軸承組件密封唇主體,所述磁極化材料支撐段從所述密封唇內圈唇接合段軸向延伸超出所述內圈平面端表面,
磁極化材料,其由所述磁極化材料支撐段攜帶,
其中,所述密封唇外圈連接段機械地聯接到所述軸承外圈,所述密封唇內圈唇接合段的密封唇內圈唇接合表面與所述內圈密封唇表面可滑動地接合;以及
電功率發電機,其包括發電機芯,以在暴露于交互配對的磁極化材料時產生電功率,所述電功率發電機連接到所述軸承內圈,將所述發電機芯定向在徑向方向上,以與所述磁極化材料可操作地接合;
其中,在操作期間,所述密封唇內圈唇接合段的密封唇內圈唇接合表面與所述內圈密封唇表面之間的接合保持所述磁極化材料與所述電功率發電機的操作面之間一致的距離,所述軸承外圈與所述軸承內圈之間的相對運動使所述磁極化材料穿過所述發電機芯,促使所述發電機芯產生電流。
在第二方面,所述系統還包括處理裝置,其包括一組數字指令,用于監測和分析由集成到軸承組件中的狀態監測系統所提供的數字數據。
在另一方面,所述密封系統提供了用于沿徑向方向的公差補償。
在另一方面,徑向方向的公差補償是由軸承組件密封唇實現的,其中所述密封唇與內圈密封唇表面接合,保持軸承組件密封唇的磁極化材料支撐段的徑向位置。
在另一方面,密封系統提供了用于沿軸向方向的公差補償。
在另一方面,所述軸向方向的公差補償是通過將磁極化材料的高度設置 成大于電功率發電機的操作交界面表面積的高度來實現的,其中,高度差大于磁極化材料相對于操作交界面表面積的預定的預期相對軸向運動。
在另一方面,所述磁極化材料可以設置在完整的環形圈中;在覆蓋局部圓形部分的單個部分中;或者在從軸承圈中心在空間上以相等徑向距離的一系列部分中。
在另一方面,所述電功率發電機還包括周向滑動材料,其設置在相對磁極化材料的表面上。
在本發明的另一實施例中,功率發電機相對于所述內圈和外圈是相反的。因此,發電機置于外圈上,密封件置于內圈上,這適于外圈轉動的軸承。在本實施例中,一種發電軸承組件,所述發電軸承組件包括:軸承,其又包括:軸承內圈,其具有內表面、軸承內座圈接合表面、以及內圈端表面,軸承外圈,其具有軸承組件外配合表面、軸承外座圈接合表面、以及外圈平面端表面,其中,所述軸承外座圈接合表面的尺寸設置成與所述內圈軸承內座圈接合表面旋轉地接合,一系列滾子或滾珠,其中,所述內圈旋轉地組裝在所述外圈軸承外座圈接合表面內,將所述一系列滾子或滾珠集成在它們之間,所述外圈平面端表面從所述內圈端表面伸出,暴露并限定外圈密封唇表面,軸承組件密封唇,其包括分割成密封唇內圈連接段、密封唇外圈唇接合段、以及磁極化材料支撐段的軸承組件密封唇主體,所述磁極化材料支撐段從所述密封唇外圈唇接合段軸向延伸超出所述外圈平面端表面,磁極化材料,其由所述磁極化材料支撐段攜帶,其中,所述密封唇內圈連接段機械地聯接到所述軸承內圈,所述密封唇外圈唇接合段的密封唇外圈唇接合表面與所述外圈密封唇表面可滑動地接合;以及電功率發電機,其包括發電機芯,以在暴露于交互配對的磁極化材料時產生電功率,所述電功率發電機連接到所述軸承外圈,將所述發電機芯定向在徑向方向上,以與所述磁極化材料可操作地接合;其中,在操作期間,所述密封唇外圈唇接合段的密封唇外圈唇接合表面與所述外圈密封唇表面之間的接合保持所述磁極化材料與所述電功率發電機的操作面之間一致的距離,所述軸承內圈與所述軸承外圈之間的相對運動使所述磁極化材料穿過所述發電機芯,促使所述發電機芯產生電流。
合適地,所述軸承組件密封唇還包括密封唇主體柔韌形成部(compliancy formation),其形成在所述密封唇內圈連接段與所述密封唇外圈唇接合段之 間。在一些版本中,所述磁極化材料具有的軸向尺寸大于所述電功率發電機的所述操作面的軸向尺寸,以容許操作期間所述軸承外圈與所述軸承內圈之間的軸向相對運動。在一些版本中,所述磁極化材料支撐段形成為同心圍繞所述軸承的中心軸線的環形圈。在一些版本中,所述磁極化材料被設置為環形圈。在一些版本中,所述磁極化材料設置在所述環形圈的部分圓周中。在一些版本中,所述磁極化材料設置在多個段中,所述多個段圍繞所述連續圈的圓周在空間上布置。
根據本發明,一種發電軸承組件包括集成到軸承中的發電子組件。發電子組件利用軸承的軸承內圈與軸承外圈之間的相對運動來產生電功率。密封唇包括密封唇內圈或外圈唇接合段,其與偏移軸承的內圈或外圈密封唇表面可滑動地接合。磁極化材料由軸承組件密封唇的磁極化材料-支撐段支撐。內圈或外圈唇接合段與唇表面之間的接合保持磁極化材料與發電機芯之間的徑向配準。在操作期間,由軸承圈的旋轉所促使的磁極化材料與發電機芯之間的相對運動產生電輸出。
本發明的一個優點是,在軸承子組件的內圈和外圈之間的相對運動過程中能夠產生持續的電流。功率可以用于操作軸承狀態監測設備。包括的電功率產生裝置消除了用于從外部電源在本地存儲功率(例如由電池)或傳送功率的任何需要。通過在該位置產生功率,所述系統可以通過向無線信號通信提供足夠的功率來完全獨立且不依附于任何其他設備地操作。而另一個優點是,監測系統的操作可以被限制在軸承正在進行旋轉的時刻。功率僅在發電機經受軸承外圈與軸承內圈之間的相對運動時被施加到該系統。
軸承可用于布置在遠程位置的設備上。所述位置可能使對于用于監測軸承狀態的從外部提供的功率的任何設置變得復雜。軸承可以在難以接近的位置集成到該設備中,特別是用于接線。此外,導線可能由該設備各部件的任何旋轉運動或其他運動而受到意外干擾或變得磨損。
另一個優點使得電功率發電機與磁極化材料之間的配準能夠適應軸承的變化和磨損。所述機械交界面包括的特征容許電功率發電機和磁極化材料之間的徑向和軸向變化。
使用磁密度運行的發電機芯消除了與運動部件相關聯的任何磨損和可靠性問題。任何接觸表面可以包括軸承、摩擦減少表面等,以盡量減少由相互接觸的兩個運動部件之間的相對運動所產生的任何影響。
在密封系統連接到軸承內圈的配置中,離心力確保磁性極化材料保持接近發電機芯。密封構件倚靠著軸承組件軸承座圈的內圈的凸緣的接合面來保持磁極化材料-支撐構件的徑向位置,從而保持磁極化材料支撐構件與電功率發電機之間的軸向關系。磁極化材料支撐構件與電功率發電機之間的軸向關系可以是摩擦交界面或氣隙。
在密封系統連接到軸承外圈的配置中,環形圈形狀保持磁極化材料接近發電機芯。
根據本發明的不同方面、版本和配置可以以任何期望的方式進行組合,前提是只要進行組合的方面、版本或配置不相互矛盾。
參照下面的書面說明書、權利要求書以及隨后的附圖,本領域技術人員將進一步理解和意識到本發明的這些及其它特征、方面及優點。
附圖說明
為了更全面地理解本發明的本質,應參照附圖,其中:
圖1示出了軸承狀態監測系統的示例性示意圖,該系統采用由集成的軸承發電機所產生的功率來監測示例性的發電軸承組件;
圖2示出了最初在圖1中介紹的發電軸承組件的等距頂視圖;
圖3示出了最初在圖1中介紹的發電軸承組件的剖視圖,截面沿由圖2的剖切線3-3所確定的軸向方向截取;以及
圖4示出了在圖3中所示的發電軸承組件的放大剖視圖,其中該圖示加強了集成的軸承發電機的細節。
在附圖的若干視圖中,相同的附圖標記指代相同的部件。
具體實施方式
下面的詳細描述本質上僅僅是示例性的,并非旨在限制所述實施例或所述實施例的應用及使用。如本文所用,詞語“示例性的”或“說明性的”意指“用作示例、實例或說明”。本文中描述為“示例性”或“說明性”的任何實施方式不一定被解釋為優于或勝過其他實施方式。以下描述的所有實施方式是用于使得本領域技術人員能夠制作或使用本公開實施例的示例性實施方式,并非旨在限制本公開的范圍(其由權利要求限定)。為了本文描述的目的,術語“上”、“下”、“左”、“后”、“右”、“前”、“垂直”、“水平”以及它們的派生詞應涉及如 在圖1中所定向的發明。此外,沒有意圖受在前面技術領域、背景技術、發明內容或下面的詳細說明書中所呈現的任何明示或暗示理論約束。還要理解的是,在附圖所示的以及在下面說明書中所述的特定裝置和過程僅僅是在所附權利要求中限定的發明概念的示例性實施例。因此,與本文所公開的實施例有關的具體尺寸和其它物理特性不被認為是限制性的,除非權利要求中明確說明。
圖1示出了總體的示例性系統示意圖。該總體系統包括發電軸承組件100,其包括集成到軸承子組件110中的發電子組件200。軸承子組件110被制成具有組裝在軸承外圈130內的軸承內圈120,其中,軸承內圈120和軸承外圈130之間的交界面將相對運動限制至圍繞中心軸線的旋轉運動。通常,軸承內圈120和軸承外圈130之間的交界面包括一組滾子或滾珠。設置在軸承內圈120和軸承外圈130之間的相對旋轉運動使磁極化材料324穿過發電機芯312,以產生電流形式的電能。除了發電元件之外,發電子組件200可以包括傳感器、數字信號處理器或任何其它裝置來將數字數據信號嵌入電流中。數字數據信號通過有線信號接口296或優選地通過無線信號接口298發送到處理單元250。無線信號接口298包括與任意選擇的無線傳輸協議相關的電路和部件。功率將由發電子組件200提供來操作無線信號接口298。
處理裝置250包括普通的數字數據處理部件,包括電路板、至少一個微處理器、存儲器、數據記錄裝置、數字指令(比如軟件、固件等)、輸入/輸出控制器、數據通信設備等。用戶輸入裝置254和用戶輸出裝置252通過輸入/輸出控制器及相應電纜以信號通信連接到處理裝置250。數字數據信號由處理單元250接收并相應地解釋。當發電軸承組件100經受運動時將會提供數字數據信號。軸承內圈120和軸承外圈130之間的相對運動促使發電子組件200產生電功率。因此,僅在軸承內圈120和軸承外圈130處于相對彼此運動時才可獲得電功率。要理解的是,電功率可以存儲在集成在發電子組件200內的電容器或電池中。這使得在軸承內圈120和軸承外圈130變得相對彼此固定之后能夠產生短周期的附加功率以便繼續運作。這對于在停止任何操作之后、涼下來期間等記錄軸承子組件110的狀態將是有益的。該系統可以記錄狀態比如溫度等。
發電子組件200的示例性實施例示出為圖2至4所示的發電子組件300。定向參考由圖2和4中所示的方向線表示。軸向方向500平行于軸承圈120、 130的軸線或旋轉。徑向方向510平行于軸承圈120、130的半徑。圖示示出了軸承子組件110的額外細節。軸承內圈120的各構件可以被稱為:限定其內周表面的軸承組件內接合表面122;限定其外周表面的軸承內座圈接合表面124;以及限定其平面端表面的內圈端表面126。軸承外圈130的各構件可以被稱為:限定其外周表面的軸承外表面132;限定其內周表面的軸承外座圈接合表面134;以及限定其端表面的平面外圈端表面136。至少一組滾子或滾珠112可以組裝在軸承內圈120和軸承外圈130之間。該組滾子或滾珠112可以選自本領域技術人員所公知的任何配置。可替代地,表面124、134可滑動地接合。軸承組件密封唇140可以連接到軸承圈120、130之一。保持軸承組件密封唇140的軸承圈可以被稱為密封連接軸承圈。剩余的圈是相應的旋轉軸承圈。該示例性實施例將軸承組件密封唇140聯接至軸承外圈130。
在示例性實施例中,軸承子組件110包括軸承組件密封唇140。軸承組件密封唇140橫跨在軸承內圈120和軸承外圈130之間延伸的間隙或開口,其中軸承組件密封唇140在其間形成密封。軸承組件密封唇140會被固定到密封連接圈,其中該密封連接圈是軸承外圈130和軸承內圈120中的一個,其中剩余的圈隨后被稱為相應的旋轉圈。軸承組件密封唇140由任何合適的密封材料(包括橡膠、尼龍等)制成。密封唇內圈唇接合段145的密封唇內圈唇接合表面146保持與內圈密封唇表面128接觸,從而在它們之間提供密封。內圈密封唇表面128被限定為軸承內圈120的一部分,其從軸承外圈130的外圈平面端表面136延伸出。
密封唇內圈唇接合段145可以成形為任何合適的幾何形狀來優化密封交界面。密封唇內圈唇接合段145還將磁極化材料支撐構件148保持在與電功率發電機310所希望的空間布置,從而保持一致的空氣間隙330。軸承組件密封唇140被提供作為環形圈(如圖2中最佳所示),其圍繞軸承內圈接合表面124和軸承外圈接合表面136之間的交界面的圓周并且同心地圍繞軸承子組件110的中心軸線是連續的。磁極化材料-支撐段148在從延伸超出圈端表面126、136的密封唇內圈唇接合段145的軸向方向上延伸。
軸承組件密封唇140提供了兩個功能。在第一功能中,軸承組件密封唇140提供的密封防止不需要的物質將它們自身藏于軸承內圈120、軸承外圈130和一系列軸承112之間的滾動交界面內。在第二功能中,軸承組件密封 唇140包括磁極化材料支撐段148,其提供支撐用于集成于此的至少一個磁極化材料324。磁極化材料324相對于發電機芯312的相對運動使磁極化材料324和發電機芯312之間的相互作用產生電功率輸出。通過使用軸承密封罩連接件152可以將軸承密封罩150組裝到軸承外圈130。軸承密封罩150將被設計成允許軸承組件密封唇140的柔韌運動,同時保護軸承組件密封唇140不受機械磨損、暴露于會惡化材料的元件等。可以理解的是,軸承密封罩連接件152可以被集成到軸承密封罩150中。
軸承組件密封唇主體142和磁極化材料支撐段148優選地被制成軸承組件密封唇140的整體部分。軸承組件密封唇140將形成為連續的環形圈形狀。軸承組件密封唇140包括密封唇外圈連接段144,其被直接或間接地固定到軸承外圈130。在示例性實施例中,密封唇外圈連接段144接合到軸承密封罩連接件152;軸承密封罩連接件152組裝到軸承外圈130。要理解的是,可以通過使用由本領域技術人員所公知的任何組件交界面,將軸承密封罩連接件152組裝到軸承外圈130。在圖4所示的示例性實施例中,軸承密封罩連接件152被插入到連接件接收凹槽154中。連接件接收凹槽154圍繞軸承外圈130的長度沿徑向形成。軸承密封罩連接件152可以壓配到連接件接收凹槽154中,通過使用粘合劑進行組裝,通過螺紋或其他機械緊固件等得以保持。軸承組件密封唇140形成為包括密封唇內圈唇接合段145,其與軸承內圈120的內圈密封唇表面128可滑動地接合。密封唇主體柔韌形成部143形成在軸承組件密封唇主體142中,在密封唇外圈連接段144和密封唇內圈唇接合段145之間提供柔韌。
磁極化材料324以與電功率發電機310的發電機芯312磁性相互作用的方式被集成到磁極化材料-支撐段148中。磁極化材料324可以是提供可變磁阻的任何材料或材料配置。磁極化材料324可以設置在完整的環形圈、圍繞環形圈在空間上布置的一系列段、或沿著環形圈的單個獨立部分中。可選的磁極化材料涂層327(由任何合適的減少摩擦的材料(在下文中將進行詳細描述)制成)可被施加到磁極化材料324的暴露的表面。
電功率發電機310被包括作為發電子組件300的部件,其中電功率發電機310包括發電機芯312。發電機芯312包括纏繞磁芯314的電線圈316。電功率發電機310被組裝到相應的旋轉環,其將發電機芯312定向在徑向方向上,以與磁極化材料324可操作地相互作用。
可選的周向滑動材料326可以連接到電功率發電機310,該周向滑動材料326連接在平行且靠近磁極化材料324的表面上。
在操作中,隨著軸承內圈120和軸承外圈130相對彼此旋轉,發電機芯312穿過整個磁極化材料324。磁極化材料324包括磁特性的變化,其中隨著磁極化材料324相對于發電機芯312移動,磁特性的變化改變集成到發電機芯312中的磁芯314的磁通量。磁通量的變化在纏繞磁芯314的電線圈316中產生電流。電流通過電線或其它電導管被傳送到其它設備。
周向滑動材料326可以是任何減小摩擦的材料,包括聚四氟乙烯(PTFE)等。PTFE是具有許多應用的四氟乙烯的合成含氟聚合物。PTFE的最知名的品牌名稱是由杜邦公司(TM)制造的Teflon(TM)。其它材料(包括聚氧甲烯(POM)(其也被稱為縮醛)、聚縮醛、以及聚甲醛)是在要求高剛性、低摩擦和極好尺寸穩定性的精密部件中所使用的工程熱塑性塑料。POM的最知名的示例性品牌名稱是Delrin(TM),其同樣由杜邦公司(TM)制造。
示出的示例性配置將電功率發電機310組裝到軸承內圈120,軸承組件密封唇140被固定到軸承外圈130。在該配置中,磁極化材料-支撐段148受到離心力,并且由環形圈狀保持在適當位置。磁極化材料支撐段148可以通過摩擦而被保持抵靠著周向滑動材料326或磁極化材料324與電功率發電機310的相對表面之間的氣隙330。另外,磁極化材料支撐段148由密封唇內圈唇接合表面146接合靠著內圈密封唇表面128而保持在距電功率發電機310的相對表面一定的距離,從而保持形成氣隙330的一致跨度。軸承組件密封唇140的磁極化材料-支撐段148部分將至少部分地摻入相對剛性的材料,在軸承組件110的操作和旋轉的過程中受到應力時保持其形狀。
由發電機芯312產生的電功率將通過一個或多個電導管318被傳輸到電子子組件210。電子子組件210將包括期望用于實現預定的集成功能的任何電子元件。示例性實施例包括組裝在電子部件外殼220內的印刷電路組件230。電子部件外殼220保護印刷電路組件230不受損壞、暴露于元件、污染、振動、噪聲、靜電荷、不希望的無線電頻率、與人或其他活的動物接觸等。電子部件將組裝在由電子部件外殼220的壁所限定的內部中。電子部件可以包括印刷電路組件230(如圖所示)、便攜式電力存儲裝置、無線發送電路298、微處理器、存儲器或其它數字記錄裝置、電源管理電路、一個或多個傳感器等。示例性印刷電路組件230包括組裝到印刷電路板232的多個電 子元件234。功率將會通過至少一個電導管318從發電機芯312被提供給印刷電路組件230。
應當理解的是,一個電導體可以利用電功率發電機310、電子部件外殼220、以及印刷電路板232與電子部件外殼220之間的電連接的導電性。
還應當理解的是,電功率發電機310可被組裝到軸承外圈130,密封系統320可被固定到軸承內圈120。在此替代配置中,磁極化材料支撐件322受到離心力,并且由摩擦抵靠著周向滑動材料326或磁極化材料324與電功率發電機310的相對表面之間的氣隙330而保持在適當位置。這種配置將需要軸承內圈120與軸承外圈130之間的偏移來將唇限定在軸承外圈130上。
相比于目前已知的軸承組件,發電軸承組件100提供了若干優點。發電機的集成使得能夠利用電操作設備,而不需要外部電源。該配置減少了電導體比如電線等的數量和長度,從而增加了整個裝置的可靠性。發電機的集成支持在機器的整個壽命期間采用傳感器和其它監測設備來監測、分析并報告軸承組件110的狀態。將發電系統集成到軸承組件密封唇140減輕了重量,且因此降低了對軸承子組件110的慣性沖擊。集成的解決方案還降低了發電軸承組件100的各部件以及組件的成本。
將磁極化材料324集成到軸承組件密封唇140中為發電軸承組件100的操作期間的偏移運動提供補償。磁極化材料324與發電機芯312之間的距離在利用磁性交界面用于產生電功率時是至關重要的。在磁極化材料324太接近發電機芯312的情況下,磁吸引力將影響軸承外圈130相對于軸承內圈120的旋轉運動,從而降低效率。這也將提高輸出電壓,這可能是一個問題,特別是因為其隨著速度增大。在磁極化材料324離發電機芯312太遠的情況下,磁吸引力會減少,因此降低了產生電功率的效率。輸出電壓也會減小,這可能會對任何有聯系的消費者產生問題。因此,重要的是將氣隙330的距離保持為所設計的那樣。密封唇內圈唇接合段145由密封唇內圈唇部接合表面146與內圈密封唇表面128之間的滑動接合支撐。這種接合將磁極化材料-支撐段148保持在距發電機芯312的交界表面的設計距離。密封唇主體柔韌形成部143補償軸承內圈120和軸承外圈130之間的徑向運動510。此外,密封唇內圈唇接合表面146與內圈密封唇表面128之間的接合使得軸承組件密封唇140能夠吸收振動,而不會影響氣隙330。
磁極化材料324與發電機芯312的操作表面之間的軸向偏差由設計補 償。磁極化材料324具有的軸向尺寸使得能夠在發電機芯312的整個操作面上進行全方位的運動,以在發電軸承組件100的操作期間補償軸向運動500。磁極化材料324的暴露面的軸向尺寸會比發電機芯312的操作面的軸向尺寸足夠大,以在軸承內圈120和軸承外圈130之間的軸向運動拐彎的任何時間,確保磁極化材料324與發電機芯312之間的適當配準和接合。要理解的是,對于被設計成具有對稱的軸向運動500的軸承組件110來說,所期望的組件會將磁極化材料324的中心與發電機芯312的中心對準。如果軸承子組件110被設計或集成到會預測非對稱軸向運動500的系統中,則初始配準將會相應地偏移。
通過保持磁極化材料324的相對表面與電功率發電機310之間的恒定距離,系統優化了能量產生,同時盡可能減小任何摩擦或機械、旋轉效率的其他減少。
由于可對本發明的所述優選實施例在細節上進行許多修改、變型和變化,意圖在于前面描述中的以及在附圖中示出的所有事項應被解釋為說明性的,而不是具有限制性的意義。因此,本發明的范圍應當由所附權利要求及其合法等同物來確定。
附圖標記列表
100    發電軸承組件
110    軸承子組件
112    軸承
120    軸承內圈
122    軸承組件內接合表面
124    軸承內座圈接合表面
126    內圈平面端表面
128    內圈密封唇表面
130    軸承外圈
132    軸承外表面
134    軸承外座圈接合表面
136    外圈平面端表面
140    軸承組件密封唇
142    軸承組件密封唇主體
143    密封唇主體柔韌形成部
144    密封唇外圈連接段
145    密封唇內圈唇接合段
146    密封唇內圈唇接合表面
148    磁極化材料支撐段
150    軸承密封罩
152    軸承密封罩連接件
154    連接件接收凹槽
200    發電子組件
210    電子子組件
220    電子部件外殼
230    印刷電路組件
232    印刷電路板
234    電子元件
250    處理單元
252    輸出裝置
254    用戶輸入裝置
296    有線信號接口
298    無線信號接口
300    發電子組件
310    電功率發電機
312    發電機芯
314    磁芯
316    電線圈
318    電導管
324    磁極化材料
326    周向滑動材料
327    磁極化材料涂層
330    氣隙
500    軸向方向
510    徑向方向

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