CN102741575B - 具有能量发生单元的轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承，其具有第一轴承环(2)、第二轴承环(3)和设置在两个轴承环(2、3)之间的滚动体(4)以及具有爪极发电机型式的能量发生单元(6)。本发明的目的是提供一种轴承，其具有基本上对结构空间无影响的能量发生单元，该能量发生单元具有用于感应线圈的较高的填充系数，根据本发明如此实现该目的：将爪齿环(14)的第一爪齿(10)设置为与第一轴承环(2)的主体的一导磁部段(27)导磁连接，极对(7、8)的磁极设置为与第二轴承环(3)的主体的一导磁部段(24)导磁连接，并且，磁回路基本上经两个所述导磁部段(24、27)以及滚动体(4)而闭合。

Description

具有能量发生单元的轴承
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的轴承。
背景技术
根据现有技术已知包括能量发生单元的轴承，该能量发生单元被设计成爪极发电机。爪极发电机包括感应线圈，该感应线圈具有以多个绕组缠绕的电导体。对于在转速较低情况下也能提供足够电压的情况，感应线圈应具有较高的填充系数，也就是说电导体应尽可能具有高数目的绕组(圈数)。
US 6,838,794 B2描述了一种滚动轴承，其具有第一轴承环、第二轴承环、设置在两个轴承环之间的多个滚动体以及被设计成爪极发电机的能量发生单元。为此，滚动轴承还包括紧固在第一轴承环上的第一爪齿环，该第一爪齿环具有沿着第一轴承环的圆周环绕的第一爪齿序列；还包括紧固在第一轴承环上的第二爪齿环，该第二爪齿环具有沿着第一轴承环的圆周环绕的第二爪齿序列；以及设置在两个爪齿环之间的磁感应线圈。该轴承此外还包括沿着第二轴承环的圆周环绕的、被设计成磁环的磁极序列以及设置在两个爪齿环之间的磁感应线圈，其中，从磁环的第一磁极经由第一爪齿环的第一爪齿、且经由第二爪齿环的第二爪齿至磁环的关于第一磁极异名的第二磁极闭合形成了一个环绕感应线圈的闭合的磁回路。如果两个轴承环彼此相对转动，那么磁回路中的磁通量就发生变化，这是因为每个爪齿都会在另一磁极旁边经过。磁通量关于时间的变化在感应线圈中感生交流电压，该交流电压的值与感应线圈的绕组数量相关。为了获得尽可能高的感应电压，特别是为感应线圈设置大量的绕组。所述感应线圈设置在横截面呈U形的支承座中，其中，该U形件的侧边由两个爪齿环构成，并且其中，两个爪齿环通过U形件的底部彼此建立导磁连接，从而使磁通量通过第一爪齿进入U形件的第一侧边，之后通过U形件的底部，并且然后通过第二爪齿进入U形件的第二侧边。U形件的底部紧贴第一轴承环，并且减小了两个轴承环之间的结构空间，而该结构空间用于容纳感应线圈的数量尽可能多的绕组。作为提高感应线圈的绕组数量的措施而建议：在两个对置的轴承环上分别设置凹部，并且将感应线圈以及磁极序列设置在相应的凹部中，从而可以为感应线圈提供加大的空间位置。为此需要改变两个轴承环的两个侧周面的结构。
US 2005/0174011 A1描述了一种具有爪极发电机的滚动轴承，其中，设计成环绕的磁环的磁极序列设置在第二轴承环的凹部中，并且在横截面中被两个爪齿环的板坯全方位地环绕的感应线圈部分地安放在第一轴承环的端面上，或者部分地设置在凹部中，该凹部是设置在第一轴承环的侧周面中。
JP 2006090501 AA(摘要)描述了一种被设计成滚动轴承的轴承，其具有第一轴承环、第二轴承环、设置在两个轴承环之间的多个滚动体以及设计成爪极发电机的能量发生单元，该能量发生单元具有由变化的磁通量环绕的感应线圈。沿着周向且与第一轴承环保持间隔地设置有爪齿环的导磁爪齿。在第一轴承环上设置有磁环的沿着周向环绕的磁化的及未磁化的部段序列。感应线圈以第一部段设置在第二轴承环的端面上，并且以第二部段设置在第二轴承环的侧周面的凹部处。视磁化部段与爪齿对置还是非磁化部段与爪齿对置而定，在感应线圈中生成电压信号。具有磁极的磁环是设置在轴承之外。感应线圈突出于两个轴承环的端面，因而要求有很大的空间位置。
发明内容
发明目的：
本发明的目的在于提供一种轴承，其具有基本上对结构空间无影响的(bauraumneutral)能量发生单元，该能量发生单元具有用于感应线圈的较高的填充系数。
发明概述：
针对开头所述的轴承，这个目的根据本发明如此解决，即，将爪齿环的第一爪齿设置为与第一轴承环的主体的导磁部段导磁连接，将磁极设置为与第二轴承环的主体的导磁部段导磁连接，并且，磁回路基本上经两个导磁部段以及滚动体而闭合。
磁回路经由两个轴承环的导磁部段、以及经由滚动轴承的至少一个滚动体的闭合使得仅设置一个爪齿环成为可能，通过该爪齿环在第一轴承环中导入磁场。因而第二爪齿环是多余的，从而沿轴向，也就是沿着滚动轴承的转动轴线，或者沿径向，也就是垂直于滚动轴承的转动轴线，具有附加的结构空间，感应线圈可以充分利用该结构空间，从而使感应线圈的缠绕的电导体具有高数目的绕组。为感应线圈提供了沿轴向在滚动体和两个轴承环的端面之间以及沿径向在两个轴承环之间的大致整个结构空间。
假如两个轴承环的其中一个轴承环的基体由不导磁或者导磁不良的材料例如塑料或者陶瓷制成，那么相应的导磁的部段例如通过涂覆到基体上的涂层或者通过由导磁材料制成的、安装在基体上的套筒构成，其中，爪齿环或者磁极与涂层或者套筒建立导磁连接。
优选规定，所述感应线圈和所述磁极组合成一共同的结构单元，该结构单元紧固在所述第二轴承环上。在此，所述感应线圈是容纳在由例如塑料制成的电绝缘的支承座中。磁极同样可以容纳于塑料中，并且为了构成与第二轴承环的导磁连接而设置在塑料的边缘上，从而在安装结构单元时，便实现磁体直接与第二轴承环的侧周面的导磁接触。在此，塑料将磁极彼此在空间上隔开并且使其磁绝缘。
优选规定，所述爪齿环具有包括径向缝隙的圆环形的主体。爪齿环的径向缝隙抑制了在爪齿环的周向上相邻的爪齿之间的涡流，并且提高了通过与缝隙相邻的爪齿的磁通导流的有效性。另外，缝隙使得爪齿环例如可以压紧或者扩展，并且插在两个轴承环之间，从而使爪齿环在机械预张紧的情况下紧贴轴承环，特别是构成与轴承环接界的较大的临界面，该临界面简化了磁通量从第一轴承环的主体的闭合磁回路的部段导出，或者简化了磁通量导入所述部段。
优选规定，设有导磁的接触元件。所述导磁的接触元件改善了磁通量在临界面上的引导，所述临界面在磁极和第二轴承环的主体之间，或者在第一爪齿和第一轴承环的主体之间构成。关于导磁的接触元件的构造，特别优选地规定：所述导磁的接触元件包括液态的或者膏状的粘合剂，尤其是包含铁颗粒或铁氧体颗粒的粘合剂。
由从属权利要求以及对本发明优选实施例的描述中可得出本发明的其它优点和特征。
以下根据一个优选实施例结合附图来进一步说明和阐述本发明。
附图说明
图1示出根据本发明的轴承的一个实施例的分解图；以及
图2示出根据图1的轴承的横剖视图。
具体实施方式
图1示出设计成滚动轴承的轴承1，该轴承1包括被设计成轴承1的内环的第一轴承环2以及被设计成轴承1的外环的第二轴承环3。第一轴承环2容纳图中未示出的轴，并且相对于图中未示出的轴承座可旋转地支承该轴，第二轴承环3固定地设置在该轴承座上。轴承1还包括滚动体4，这些滚动体4设置在两个轴承环2、3之间的保持架5中，并使得第一轴承环2能够相对于第二轴承环3转动。
轴承1还包括能量发生单元6，该能量发生单元6被设计成爪极发电机。
能量发生单元6包括沿着第二轴承环3的圆周环绕的磁极序列，其中，第一极对7和第二极对8的周向相邻的两个异名极是可见的。所述极是单个磁体的尤其是沿径向取向的棒形磁体的磁极，这些单个磁体共同组成磁环9，该磁环紧固在第二轴承环3上，其中，在各单个磁体的周向相邻的两个极对7、8之间构造有不导磁的部段16。
能量发生单元6还包括紧固在第一轴承环2上的爪齿环，该爪齿环具有沿着第一轴承环2的圆周环绕的爪齿序列，其中，以附图标记10、11标识周向相邻的两个爪齿。爪齿环的爪齿10、11包括沿径向取向的导磁的部段12、13。爪齿环的所有爪齿都构造在爪齿环的圆环形主体14上，从而使各相邻的爪齿10、11借助于中间部段15相连。在此，爪齿环的整个主体14由导磁材料制成，爪齿10、11从该材料作为径向的部段12、13开设出来，例如铣出、切割或者冲压。
能量发生单元6还包括感应线圈17，该感应线圈包括图中未示出的电导体，该电导体沿着轴承环2、3的圆周设置有多个绕组。电导体容纳在由电绝缘材料、特别是漆制成的母体中，从而形成环形盘状的主体，该主体在圆周面上具有线圈槽18。
感应线圈17容纳在由电绝缘材料例如塑料制成的圆环形的支承座19中。为此，支承座19具有U形横截面，从而使感应线圈17插入U形的开口中。
磁环9以端面20紧固在靠近支承座19的内边界的侧边面21上；特别是，磁环9与支承座19材料接合地连接，从而产生一结构单元，极对7、8以及感应线圈17一起整合于该结构单元中。
如此选择磁极对7、8关于爪齿环的爪齿10、11在磁环9上的设置结构，即，第一极对7的第一磁极，例如北极，与第一爪齿10的径向的部段12对置，并且周向相邻的第二极对8的第二磁极，在本情况下是南极，设置在第一爪齿10和周向相邻的第二爪齿11之间。第二爪齿11与相对第一爪齿10而言在周向上位于再下一个的、图中未示出的爪齿的相对第一极对7的北极而言同名的极，也就是同样是北极，对置布置。
图2示出处于安装位置的轴承1的横剖视图，其中，如下设置横剖面：第一爪齿10和第一极对7的两个磁极在该截面图中是可见的。在此，第一极对7的北极在保持气隙的情况下指向第一爪齿10的径向的部段12，与此同时，第一极对7的南极紧贴第二轴承环3。第二爪齿11以及第二极对8位于图2的图面下方。
爪齿环的爪齿10、11及爪齿环的整个主体14以爪齿环的边缘22借助于压配合紧固在第一轴承环2的外部侧周面23上。
带有感应线圈17的支承座19以及第一极对7同样借助于压配合固定在第二轴承环3上。在此，第一极对7的南极直接紧贴第二轴承环3的导磁主体，从而在第一极对7与第二轴承环3的导磁部段24之间形成导磁连接。该导磁部段24从第一极对7的南极延伸至第一滚道25，在该第一滚道上，滚动体4与第二轴承环3的主体构成接触椭圆，在该接触椭圆的区域中形成第二轴承环3与滚动体4的主体的另一导磁连接。
滚动体4沿着第二滚道26在第一轴承环2上运行，从而在第二滚道26的区域中，在滚动体4的主体和第一轴承环的主体之间构成另一接触椭圆，并且产生另一导磁连接。在第二滚道26和所述部段－在该部段上，爪齿10的边缘22紧贴第一轴承环2的主体－之间构成第一轴承环2的导磁部段27。
环绕感应线圈17的磁回路从第一极对7的南极朝向相同的第一极对7的异名的第二极，即北极，经由第二轴承环的主体处的导磁部段26、滚动体4的主体、第一轴承环2的主体的导磁部段27，经由爪齿10的径向部段12至第一极对7的北极而闭合。相应地，在图中未示出的相对第一极对7而言的再下一个极对中构成同向地环绕感应线圈17的磁回路。在两个轴承环2、3相对转动时，感应线圈17由变化的磁通量包围，该磁通量在感应线圈17中生成交流电压。该交流电压可以用于检测相对转动，尤其是转速，也可以用于发电(生成能量)。
线圈槽18可以实现在导磁部段24的区域中构成朝着第二轴承环3的侧周面的空腔28。在径向上为感应线圈17提供两个轴承环2、3之间的大致整个中间室。在轴向上，感应线圈17可以在充分利用该室的情况下设置在爪齿10的径向部段12和滚动体4之间。空腔28可以被支承座19的塑料材料填充，从而将感应线圈17设置为被支承座19的塑料材料全方位地包围。当然，构成第一极对7的棒形磁体同样可以伸入空腔28。
用于感应线圈17的支承座19与爪齿的径向部段12构成微小的间隙，该间隙可以设置为密封间隙。该间隙过渡到由支承座与第一轴承环2的侧周面构成的另一间隙。在此，当然在支承座19处还可以设置密封部的密封唇。
爪齿10、11以及爪齿环的圆环形主体14大致与第一轴承环2的端面齐平地端接。爪齿环紧固在第一轴承环2的圆柱形的侧周面上，而无需为了容纳爪齿环而改变侧周面的结构。包括磁环9和支承座19中的感应线圈17的结构单元同样与第二轴承环3的端面齐平地端接，并且固定在第二轴承环3的圆柱形的侧周面上。总体上得到了基本上对结构空间无影响的供能单元6，该供能单元可以实现在感应线圈17中设置高数目的绕组。
在前述实施例中，磁环9的第一极对7的磁南极直接紧贴第二轴承环3的侧周面的部段。同样，爪齿10以边缘22直接紧贴第一轴承环2的侧周面的部段。在这两种情况下，在相应侧周面和极对7、8的磁极或者爪齿10之间构成了临界面。当然，也可以设置导磁的接触元件，该接触元件在临界面的区域中可改进导磁性。
在前述实施方式中，爪齿10以边缘22紧贴第一轴承环2的侧周面，从而与第一轴承环2的主体形成大致线状的连接。当然，也可以与第一轴承环2形成大致面状的连接，例如通过将爪齿10部分地放置在第一轴承环2的端面上，或者通过使爪齿具有轴向布置的部段，该部段面状贴靠第一轴承环2的侧周面。
还可以理解的是，爪齿10可以在指向第一极对7的磁极的末端部上具有轴向布置的引导部段，以便改进磁回路的到磁极的闭合。
在前述实施例中，在相邻爪齿10、11之间设置了中间部分15。在该中间部分15中可以设置径向缝隙，该径向缝隙中断了爪齿环的圆环形的主体。可选或者对此补充的是，可以在中间部分15中设置打通部，特别是通孔，其抑制了在相邻爪齿10、11之间涡流的出现。
在前述实施例中，爪齿环的第一爪齿10、11借助于中间区域15连成第一爪齿环的大致圆环形的主体14。当然，也可以省略中间区域15，从而使第一爪齿环由彼此不再相连的一些单独爪齿的环绕的序列构成。爪齿环的各单独的爪齿同样可以通过一个中间区域15连成唯一的爪齿环，其中，该中间区域15由不导磁材料例如塑料制成。特别是，爪齿10、11的扁平构造的径向部段12、13可以在引导槽的侧边缘处插于塑料之中，并且以可径向移动的方式容纳在该引导槽中，以便能够形成与第一轴承环2主体的导磁部段27的固定紧贴。
附图标记列表
1  轴承
2  第一轴承环
3  第二轴承环
4  滚动体
5  保持架
6  能量发生单元
7  第一极对
8  第二极对
9  磁环
10 第一爪齿
11 第二爪齿
12 第一爪齿10的径向部段
13 第二爪齿11的径向部段
14 爪齿环的圆环形主体
15 中间部段
16 磁环的部段
17 感应线圈
18 线圈槽
19 支承座
20 磁环9的端面
21 支承座19的侧边面
22 爪齿环的主体14的边缘
23 第一轴承环的侧周面
24 第二轴承环3的导磁部段
25 第一滚道
26 第二滚道
27 第一轴承环2的导磁部段
28 空腔

Claims (5)

1.一种轴承，其具有第一轴承环(2)、第二轴承环(3)和设置在两轴承环(2、3)之间的滚动体(4)以及具有能量发生单元(6)，其中，所述能量发生单元(6)包括：
沿着所述第二轴承环(3)的圆周环绕的极对(7、8)序列，
紧固在所述第一轴承环(2)上的爪齿环，该爪齿环具有沿着所述第一轴承环(2)的圆周环绕的爪齿(10、11)序列，
感应线圈(17)，
其中，环绕感应线圈(17)的闭合的磁回路从第一极对(7)的第一磁极经由所述爪齿环的第一爪齿(10)闭合，
其特征在于，
所述爪齿环的所述第一爪齿(10)设置为与所述第一轴承环(2)的主体的一导磁部段(27)导磁连接，
所述极对(7、8)的磁极设置为与所述第二轴承环(3)的主体的一导磁部段(24)导磁连接，并且，
所述磁回路经两个所述导磁部段(24、27)以及所述滚动体(4)而闭合，所述爪齿环具有包括径向缝隙的圆环形的主体(14)。
2.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述感应线圈(17)和极对(7、8)组合成一共同的结构单元，该结构单元紧固在所述第二轴承环(3)上。
3.根据权利要求1或2所述的轴承，其特征在于，设有导磁的接触元件。
4.根据权利要求3所述的轴承，其特征在于，所述导磁的接触元件包括液态的或者膏状的粘合剂。
5.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，所述粘合剂包含铁颗粒或铁氧体颗粒。
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