CN105570321B - 具有能量收集装置的轴承设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承装置，其包括旋转部分和非旋转部分，其中旋转部分配置成相对于非旋转部分关于基本水平的旋转轴线旋转。该装置设置有能量产生系统，其包括至少一个微型发生器模块(24)，其中，该微型发生器模块(24)包括壳体、在壳体(32)中安装成可围绕偏心轴(28)旋转的偏心块(26)以及配置成使用偏心轴(28)的旋转产生电能的发生器单元(30)。能量产生系统安装至装置的旋转部分。

Description

具有能量收集装置的轴承设备
技术领域
本发明涉及一种设置有能量收集装置的轴承设备。
背景技术
专利文献WO 2014/108169 A1涉及一种用于配置成附接至轴承的可旋转部分的轴承组件的端盖。摆锤单元附接至端盖的中心轴线，并且适于在重力的影响下在两位置之间振荡，使得可以通过摆锤单元的振荡产生能量。
此外，已知在轴承的不同部分设置能量收集设备，其中，发生器配置成与旋转目标圈、编码器轮，或者音轮相互作用，使得轴承的不同部分的相对旋转在线圈中产生振荡电流，其可以校正以进一步使用。
此外，在例如手表的其它技术领域，已知使用将人体运动转化为电能的微型发电系统。该微型发电系统包含至少一个偏心块、小型化爪极发生器，以及能量存储器，其中，齿轮箱可选择地设置在偏心块与发生器之间。
专利文献DE 10 2006 044 562 A1公开了一种其他的发生器单元，其使用振荡引力，用于驱动摆锤产生能量以测量车辆的轮胎压力。
已知在轴承中基于重力的能量收集具有有限的适用性范围，这是因为摆锤的振荡幅度被止动件限制。此外，摆锤的动态过分地取决于离心力，从而取决于轴承的旋转速度，使得难以将摆锤的设计适应于应用的计划场合。
另一方面，基于磁相互作用的能量收集设备对外部磁场敏感，并且效率过分地取决于旋转目标圈与发生器的磁轭之间的间隙精度，其在许多应用领域难以保持。
发明内容
本发明旨在通过提供一种包括节约成本、耐用并且可升级的能量产生系统的轴承装置来克服现有技术的缺陷。
本发明涉及一种轴承装置，其包括旋转部分和非旋转部分，其中，旋转部分配置成相对于非旋转部分关于基本水平的旋转轴线旋转。
所提出的能量产生系统包括至少一个微型发生器模块，其包括壳体、在壳体中安装成可围绕偏心轴旋转的偏心块，以及配置成从偏心轴的旋转产生电能的发生器单元。
具有独立发生器壳体的微型发生器模块在合适的位置易于安装在轴承组件的旋转部分上，该模块是耐用和通用的。具体地，能量产生系统是模块化的，在某种意义上来说，如果需要，多个微型发电模块可以在系统中使用，并且附接至轴承的旋转部分。
在本发明的一优选实施例中，微型发生器模块的偏心轴相对于作为整体的轴承组件的旋转轴线在径向方向上布置。换言之，偏心轴的旋转轴线基本上垂直于轴承的旋转轴线。因此，轴承的旋转产生的离心力不影响偏心块的动态特性，其仅取决于重力。当考虑轴承组件的旋转部分的局部坐标系时，由于旋转部分的旋转，重力发生振荡。如果旋转轴线是水平的，作用在偏心块上的重力分力的振幅是最大的。然而，本发明不限于水平的旋转轴线并且可应用于从水平方向偏离的轴线，只要重力的振荡分力的振幅足够大。
此外，提出使用基本上圆柱形的微型发电系统的壳体，其中，圆柱形壳体的径向外表面可选地设置有防止微型发电模块在其容纳物中滑动的O形圈。
此外，提出发生器系统包括多个微型发生器单元，如上所述，该微型发生器单元布置在配置成附接至轴承组件的旋转部分的弧形外壳中。弧形塑料壳体的曲率适合于轴承，系统将应用在该轴承上。能量产生系统的模块化性质便于适应不同类型的轴承，其中，仅外壳必须适合于安装环境和要容纳的微型发电系统的数量。
此外，提出能量产生系统的外壳包括电路板，其具有由微型发电系统产生的能量来驱动的电子设备，并且可选地具有能量储存装置，诸如电容器等。安装在印刷电路板上的设备可包括微处理器、温度传感器、压力传感器、加速度传感器、振动传感器、声发射传感器和/或无线发送器，以将由微控制器计算出的数据发送至外部。
可替代地，能量产生系统可另外提供，并且独立于用于将信号发送至外部的单元。
在本发明的一优选实施例中，轴承组件配置成铁路车轴轴承，并且能量发生器组件安装在车轴轴承的端盖中。传感器系统的其它细节在例如专利文献WO 2014/154259中公开，该专利文献通过引用并入本文中。
本发明的上述实施例以及所附的权利要求和附图示出了以特定组合的本发明的多个特征。本领域技术人员将能够容易地想到这些特征的其它组合或子组合，以便将发明限定在其特定要求的权利要求中。
附图说明
图1是设置有端盖的铁路车轴轴承单元，配备有根据本发明的能量产生系统。
图2是根据图1的轴承单元的剖面图。
图3是图2中的端盖的本体的剖面图。
图4是具有根据本发明的能量产生系统的端盖的视图，该能量产生系统具有移除的或示为透明的若干个覆盖元件。
图5是根据本发明的能量产生系统的微型发生器模块的一示例的剖视图。
图6是根据图5的微型发生器模块的立体图。
图7是包括图5和图6所示的微型发生器的根据本发明的能量产生系统的分解图。
图8示出根据图7的能量产生系统的组件以及到轴承单元的盖板的其附件。
图9是示出根据本发明的在端盖中的能量产生系统的最终组件的分解图。
图10是在其最终配置中的图9中的端盖的立体图。
具体实施方式
图1和图2示出一种铁路车轴轴承单元，其包括在车轴13的轴向端面上用三个螺栓12固定的端盖10，以便预加载和保持轴承5。在所示的示例中，该轴承是双排圆锥滚子轴承，其包括安装在被称为轴鞍适配器的壳体20中的非旋转外圈7。该轴承还具有安装至旋转车轴13的第一和第二内圈8a、8b。第一和第二排9a、9b圆锥滚子容纳在外圈7与第一和第二内圈8a、8b之间。
端盖10包括实心金属基体部分以及通过螺钉17固定至金属基体部分的弧形盖板16a、16b。
金属基体部件14在图3的剖面图中示出。在组装配置中，面向远离轴承单元5的金属基体部分14的外侧设置有带角的槽状凹部18，其相对于端帽10的旋转中心是对称的。凹部18由径向外侧上的基本上恒定厚度的金属壁19限定并且由径向内侧上的基体部分14的实心块本体限定。
盖板16a、16b覆盖槽状凹部18，所述槽状凹部18围绕基体部分14的整个圆周被机加工在基体部分14中，并且用于螺栓12和用于固定盖板16a、16b的螺钉的孔12a被提供用于组装和安装端盖10。
如图2所示，在盖板16a的下面，凹部容纳传感器单元22。该传感器单元22包括微处理器、具有突出穿过盖板16a上的窗口的天线部分的发送器、用于存储识别信息和关于轴承操作的其它信息的装置和传感器。
盖板16b覆盖根据本发明的能量产生系统，该能量产生系统提供传感器单元22所需的能量。
图4示出移除盖板16b的端盖10。能量产生系统包括多个微型发生器或者微型发生器模块24，在承载偏心块26的偏心轴28处每个微型发生器具有偏心块26。在端盖10的安装配置中，偏心轴28关于轴承的旋转轴线径向对齐。
根据本发明的微发生器模块的另一示例在图5中更加详细地说明。偏心轴28经由形成传动装置的齿轮连接至发生器30。发生器可以执行为包括磁性转子和多个爪极的爪极发生器。磁性转子通过传动装置联接至偏心轴28，并且以已知的方式通过电磁感应产生电流。发生器30和偏心轴28容纳在基本上圆柱形的微型发生器壳体32中，使得机械部件免受灰尘和污垢的影响。
当端盖10(关于水平轴线)旋转时，两个力作用在偏心块26上：离心力和重力。在偏心块上，恒定旋转在恒定的方向(局部坐标系)上产生恒定的离心力。该力不会使偏心块26和轴28旋转并产生能量，从而应当从系统中分离。所实现的在于，偏心块26和轴28具有的旋转轴线垂直于轴承的旋转轴线。重力大小恒定，但改变方向(局部坐标系)。这种在方向上的变化激发偏心块，使偏心轴28旋转并产生能量。因此，通过使用垂直于向心力的重力分力，微型发生器被配置成主要敏感于重力。
微型发生器壳体32在图6的立体图中示出。两个O形圈34a、34b布置在微型发生器壳体32的周向外表面上，以避免在微型发生器单元的容纳壳体36(图7)中的滑动和间隙。
根据本发明的能量产生系统的容纳壳体36在图7中进一步详细地说明。壳体36具有上部部分和下部部分，并且具有遵循凹槽18的曲率的基本上弧形的形状。壳体36的两个部分的成型，使得微型发生器模块24和承载超级电容器40的印刷电路板38被稳定地固定。印刷电路板38还可以设置有合适的整流器和控制电路，用于控制超级电容器40或者其它能量存储装置的充电。
如图8所示，容纳壳体36通过螺钉42固定至盖板16b，螺钉42还将壳体36的两个部分保持在一起。在连接壳体的两个部分处的壳体36的连接部分46和壳体36中的螺钉孔44以及具有连接器48的电缆所穿过的孔均由包覆模制或安装的橡胶元件、O形圈等可靠地密封。
在将发生器系统固定至盖板16b，以及将传感器单元22固定至盖板16a，并且将电缆的连接器48连接至传感器单元的相应连接器之后，盖板16a、16b通过螺钉50安装在端盖10的基体部分14上，如图9所示。
图10示出了包括由盖板16b所覆盖的能量产生系统和传感器单元22的端盖10的最终配置。

Claims (13)

1.一种轴承装置，包括旋转部分(8a，8b，13)和非旋转部分(7，20)，其中所述旋转部分配置成相对于所述非旋转部分关于基本水平的旋转轴线旋转，所述轴承装置设置有安装成与所述旋转部分连接的能量产生系统，
其特征在于，所述能量产生系统包括至少一个微型发生器模块(24)，其中，所述微型发生器模块(24)包括壳体(32)、在所述壳体(32)中安装成围绕偏心轴(28)旋转的偏心块(26)，以及配置成使用所述偏心轴(28)的旋转来产生电能的发生器单元(30)。
2.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述能量产生系统包括多个微型发生器模块(24)。
3.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，所述微型发生器模块(24)的偏心轴(28)具有旋转轴线，其相对于作为整体的所述轴承装置的旋转轴线在径向方向上布置。
4.根据权利要求1或2所述的轴承装置，其特征在于，所述微型发生器模块(24)共同地布置在外壳(36)中。
5.根据权利要求4所述的轴承装置，其特征在于，所述外壳(36)还容纳至少一个能量存储装置(40)，其用于存储由所述微型发生器模块(24)产生的能量。
6.根据权利要求5所述的轴承装置，其特征在于，所述能量存储装置(40)是电容器。
7.根据权利要求5至6中的一项所述的轴承装置，其特征在于，所述外壳(36)还容纳至少一个电子设备，其用于管理由所述微型发生器模块(24)所产生能量的存储。
8.根据权利要求5至6中的一项所述的轴承装置，其特征在于，所述能量产生系统包括连接器(48)，其用于使所述微型发生器模块(24)产生的能量能用在所述外壳(36)的外侧。
9.根据权利要求5至6中的一项所述的轴承装置，其特征在于，所述外壳(36)包括用于密封所述能量产生系统的密封装置。
10.根据权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述微型发生器模块(24)的壳体(32)是基本上圆柱形的。
11.根据权利要求1所述的轴承装置，还包括用于将预载荷施加在所述轴承装置上的端盖(10)，其特征在于，所述能量产生系统布置在所述端盖中。
12.一种铁路车轴轴承单元，其包括根据权利要求11所述的轴承装置。
13.一种用于根据权利要求12所述的铁路车轴轴承单元中的端盖(10)，其中，所述能量产生系统集成在所述端盖(10)中。
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