CN109256930B - 一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，所述自发电装置包括环形体和发电组件，所述环形体固定套装在所述智能刀具的刀柄上，该环形体内具有中空的环形内腔；所述发电组件固定安装在所述环形体的环形内腔内，该发电组件主要由磁棒固定支架、磁棒和发电线圈组成，所述磁棒固定支架一端与所述环形内腔的内壁固定连接，另一端与所述磁棒的一端端部活动连接；所述发电线圈为一对，固定安装在所述环形内腔内，并且这对发电线圈位于所述磁棒的两侧；所述发电线圈切割磁棒的磁力线，使所述发电线圈的两端产生电流。本发明解决了将测量仪器预先安装在智能刀具上，再在智能刀具工作状态下，为测量智能刀具参数的测量仪器供电的问题。

Description

一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置

技术领域

本发明涉及一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置。

背景技术

测量刀具在旋转过程中（工作过程中）的温度、切削力、振动等的参数性能，直接决定着刀具在工作状态下是否处于稳定状态或故障状态的主要指标。而在工作状态下对刀具进行测量，存在下面几个方面的问题：

其一，在工作状态下进行测量时，测量人员无法在高速旋转的刀具外部进行参数测量，测量人员也不能将测量仪器等伸入处于高速旋转的刀具内进行参数测量，显然，这种方式不可行；

其二，在使用前将测量仪器安装在刀具上，刀具处于工作状态下再进行参数测量，现有的这些测量装置无法给测量仪器本身供电，并且在刀具持续的旋转下，会因为测量装置无法得到电源供电而无法完成参数的测量。传统的供电方式是给测量装置上安装蓄电池供电，但是受电池使用寿命、更换不变、破坏刀具旋转动平衡的影响等因素制约，无法得到很好地应用。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种将测量仪器预先安装在智能刀具上，再在智能刀具工作状态下，为测量智能刀具参数的测量仪器提供供电电源的一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置。

本发明采用的技术方案是，一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，所述自发电装置包括环形体和发电组件，所述环形体固定套装在所述智能刀具的刀柄上，该环形体内具有中空的环形内腔；所述发电组件固定安装在所述环形体的环形内腔内，该发电组件主要由磁棒固定支架、磁棒和发电线圈组成，所述磁棒固定支架一端与所述环形内腔的内壁固定连接，另一端与所述磁棒的一端端部活动连接；所述发电线圈为一对，固定安装在所述环形内腔内，并且这对发电线圈位于所述磁棒的两侧；当所述智能刀具旋转时，所述智能刀具的刀柄带动所述环形体以及其内的所述磁棒固定支架和所述发电线圈一起同步旋转，所述磁棒受重力的作用下，该磁棒相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处始终处于竖直向下的状态，而所述磁棒固定支架相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处转动，并且所述发电线圈相对于所述磁棒做圆周运动，使所述发电线圈切割磁棒的磁力线，使所述发电线圈的两端产生电流。

所述发电组件的发电线圈两端产生的电流通过整流电路、滤波电路以及稳压电路后转换为直流电源。

所述发电组件的磁棒固定支架固定安装在所述环形体环形内腔内的内侧内壁面或外侧内壁面上。

所述发电组件的发电线圈通过线圈安装架固定安装在所述环形体环形内腔内的内侧内壁面或外侧内壁面上。

所述发电组件为多个，周向均布在所述环形体内，每个所述自发电装置的发电组件对应着一个所述自发电装置的控制电路，并且所述自发电装置的发电组件与所述自发电装置的控制电路周向交替均布在所述环形体内。

进一步，所述自发电装置的发电组件为三个，所述自发电装置的控制电路为三个。

进一步，所述自发电装置还包括控制电路和超级电容电路，所述控制电路和超级电容电路均固定安装在自发电装置内，所述控制电路通过控制充放电管理电路的接通或断开，以实现超级电容电路的充电或放电，当智能刀具转速较低或停止旋转时，所述控制电路控制充放电管理电路接通，使所述超级电容电路放电以作为智能刀具停转后的直流电源，以实现电路的短时不间断供电。

进一步，所述环形体环形内腔内还安装有至少两对阻尼线圈，每对阻尼线圈均布置在所述磁棒的两侧；当所述自发电装置控制电路通过电容电压检测电路检测到超级电容电路充电完毕，且通过电压检测电路检测经过整流电路整流后的电流两端的电压处于过压状态时，所述自发电装置控制电路控制阻尼线圈接入所述自发电装置，以消耗该自发电装置发电组件产生的电能。

进一步，所述环形体由磁屏蔽材料制成。

一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，所述自发电装置包括环形体和发电组件，所述环形体固定套装在所述智能刀具的刀柄上，该环形体内具有中空的环形内腔；所述发电组件固定安装在所述环形体的环形内腔内，该发电组件主要由磁棒和发电线圈组成，所述磁棒与铰轴活动连接，该铰轴轴向布置在所述环形体的环形内腔内，并且该铰轴的两端端部反向延长，分别对应与所述环形体环形内腔的内壁固定连接；所述发电线圈为一对，固定安装在所述环形内腔内，并且这对发电线圈位于所述磁棒的两侧；当所述智能刀具旋转时，所述智能刀具的刀柄带动所述环形体以及其内的所述磁棒固定支架和所述发电线圈一起同步旋转，所述磁棒受重力的作用下，该磁棒相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处始终处于竖直向下的状态，而所述磁棒固定支架相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处转动，并且所述发电线圈相对于所述磁棒做圆周运动，使所述发电线圈切割磁棒的磁力线，使所述发电线圈的两端产生电流。

本发明的有益效果是：本发明解决了将测量仪器预先安装在智能刀具上，再在智能刀具工作状态下，为测量智能刀具参数的测量仪器供电的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的安装示意图。

图3是本发明的电路原理框图。

图中代号含义：1—自发电装置；2—磁棒固定支架；3—磁棒；4—发电线圈；5、20—线圈安装架；6—铰轴；7—阻尼线圈；8—超级电容电路；9—发电组件；10—控制电路；11—电压检测电路；12—电容电压检测电路；13—整流电路；14—滤波电路；15—稳压电路；16—充放电管理电路；17—电路板；18—电路板固定支架；19—螺栓。

具体实施方式

实施例1

参见图1至图3所示：本发明是一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置1。

上述自发电装置1包括环形体和发电组件9，所述环形体固定套装在所述智能刀具的刀柄上，该环形体内具有中空的环形内腔。本实施方式中，所述环形体通过螺栓19固定套装所述智能刀具的刀柄上。这里也可以选择螺钉或者过盈配合等方式固定套装所述智能刀具的刀柄上。所述自发电装置1的环形体由磁屏蔽材料制成，本实施方中，采用铝质材料制造而成，以保证上述自发电装置1的环形体具有良好的磁屏蔽效果。所述发电组件9固定安装在所述环形体的环形内腔内，该发电组件9主要由磁棒固定支架2、磁棒3和发电线圈4组成，所述磁棒固定支架2一端与所述环形内腔的内壁固定连接，另一端与所述磁棒3的一端端部活动连接（例如，通过铰轴6实现活动连接），以保证所述磁棒3相对于所述磁棒3与磁棒固定支架2之间的活动连接位置能够自由转动；所述发电线圈4为一对，固定安装在所述环形内腔内，并且这对发电线圈4位于所述磁棒3的两侧。其中，本实施方式中，所述发电组件9的磁棒固定支架2固定安装在所述环形体环形内腔内的外侧内壁面上；所述发电组件9的发电线圈4通过线圈安装架5固定安装在所述环形体环形内腔内的外侧内壁面上。在智能刀具在高速转动中，所述磁棒固定支架2和线圈安装架5安装在环形内腔内的外侧内壁面上的这种安装方式，有利于所述磁棒固定支架2的根部（磁棒固定支架2的根部指磁棒固定支架2与所述环形体环形内腔内的外侧内壁面连接处）和线圈安装架5的根部（线圈安装架5的根部指线圈安装架5与所述环形体环形内腔内的外侧内壁面连接处）的安装更加稳固，延长自发电装置1的使用寿命。

当所述智能刀具旋转时，所述智能刀具的刀柄带动所述环形体以及其内的所述磁棒固定支架2和所述发电线圈4一起同步旋转，所述磁棒3受重力的作用下，该磁棒3相对于所述磁棒3与所述磁棒固定支架2的活动连接处始终处于竖直向下的状态（所述磁棒3始终处于竖直向下的状态的原因在于所述磁棒3与所述磁棒固定支架2的活动连接位置位于磁棒3的一端端部上），而所述磁棒固定支架2相对于所述磁棒3与所述磁棒固定支架2的活动连接处转动，并且所述发电线圈4相对于所述磁棒3做圆周运动，使所述发电线圈4切割磁棒3的磁力线，使所述发电线圈4的两端产生电流。所述发电组件9的发电线圈4两端产生的电流通过整流电路13、滤波电路14以及稳压电路15后转换为直流电源，为预先安装在智能刀具上的测量仪器以及自发电装置1本身供电。

所述发电组件9为多个，周向均布在所述环形体内，每个所述自发电装置1的发电组件9对应着一个所述自发电装置1的控制电路10，并且所述自发电装置1的发电组件9与所述自发电装置1的控制电路10周向交替均布在所述环形体内。避免测量装置安装在智能刀具上影响智能刀具转动过程中的动平衡。本实施方式中，所述自发电装置1的发电组件9为三个，相互之间呈120°夹角布置，所述自发电装置1的控制电路10为三个。

所述自发电装置1还包括控制电路10（例如，PLC可编程逻辑控制器、嵌入式微处理器、PC机等）和超级电容电路8（该超级电容电路8可以选取型号为CHP-5R5L256R-PC的超级电容），所述控制电路10和超级电容电路8均固定安装在自发电装置1内，所述控制电路10通过控制充放电管理电路16（所述充放电管理电路16主要是起接通或断开作用）接通或断开，以通过所述直流电源（通过发电线圈4切割磁棒3磁力线产生电流后，通过整流电路13、滤波电路14以及稳压电路15后转换为的直流电源）为超级电容电路8的充电或放电，当智能刀具转速较低或停止旋转时，所述控制电路10控制充放电管理电路16接通，使所述超级电容电路8放电以作为智能刀具停转后的直流电源（为预先安装在智能刀具上的测量仪器以及自发电装置1本身供电），以实现电路的短时不间断供电。在智能刀具工作状态下和智能刀具转速较低或停止旋转状态下，分别采用的两种供电方式，一方面，提高了自发电装置1的稳定性；另一方面保证了测量仪器测量数据的连续性，方便后续数据的进一步处理、分析，同时测量仪器测量出的数据更真实、客观还原被测量对象的参数性能。

所述环形体环形内腔内还安装有至少两对阻尼线圈7（至少包括一对用于智能智能刀具正转时使用，一对用于智能智能刀具反转时使用），通过线圈安装架20安装在所述环形体环形内腔内，具体安装位置根据实际需要确定，每对阻尼线圈7均布置在所述磁棒3的两侧；当所述自发电装置1控制电路10通过电容电压检测电路12检测到超级电容电路8充电完毕，且通过电压检测电路11检测经过整流电路13整流后的电流两端的电压处于过压状态时，所述自发电装置1控制电路10连入自发电装置1（根据实际智能刀具正、反转选择对应的一对或多对备用的阻尼线圈7连入自发电装置1），以消耗该自发电装置1发电组件9中发电线圈4切割磁棒3磁力线产生的电能（所述阻尼线圈7与自发电装置1中，用于消耗发电线圈4切割磁棒3磁力线产生的电能的连接方式为现有成熟的技术手段，下同）。具体的，发电线圈4切割磁棒3磁力线产生电流，通过整流电路13、滤波电路14、稳压电路15得到直流电源，一方面为控制电路10和测量仪器提供工作电源，另一方面控制电路10接通充放电管理电路16（充放电管理电路16是起接通或断开的作用）为超级电容电路8充电。通过电压检测电路11检测经过整流电路13后的发电线圈4两端的电压是否超过了控制电路10中的提前预设的电压预设值，超过该预设值，出现过压，同时，通过电容电压检测电路12检测超级电容电路8的电能是否超过了控制电路10中提前预设的电能预设值，超过该电能预设值，表示充电电路电能充满，控制电路10控制充放电管理电路16断开，当同时满足上述两个条件（出现过压、充电电路电能充满）后，控制电路10控制阻尼线圈7连入自发电装置1中，消耗所述发电组件9发电线圈4产生的多余电能。其中，控制电路10做出这种简单的控制、判断是现有成熟的技术。

另外，上述的控制电路10、超级电容电路8、电压检测电路11、电容电压检测电路12、整流电路13、滤波电路14、稳压电路15、充放电管理电路16均集成在电路板17上，电路板17通过电路板固定支架18固定到所述环形体环形内腔内的外侧内壁面上。

实施例2

本发明是一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，所述自发电装置包括环形体和发电组件，所述环形体固定套装在所述智能刀具的刀柄上，该环形体内具有中空的环形内腔，该环形体由磁屏蔽材料制成；所述发电组件固定安装在所述环形体的环形内腔内，该发电组件主要由磁棒和发电线圈组成，所述磁棒与铰轴活动连接，该铰轴轴向布置在所述环形体的环形内腔内，并且该铰轴的两端端部反向延长，分别对应与所述环形体环形内腔的内壁固定连接；所述发电线圈为一对，固定安装在所述环形内腔内，并且这对发电线圈位于所述磁棒的两侧。

当所述智能刀具旋转时，所述智能刀具的刀柄带动所述环形体以及其内的所述磁棒固定支架和所述发电线圈一起同步旋转，所述磁棒受重力的作用下，该磁棒相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处始终处于竖直向下的状态，而所述磁棒固定支架相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处转动，并且所述发电线圈相对于所述磁棒做圆周运动，使所述发电线圈切割磁棒的磁力线，使所述发电线圈的两端产生电流，所述发电组件的发电线圈两端产生的电流通过整流电路、滤波电路以及稳压电路后转换为直流电源。其中，所述发电组件的磁棒固定支架固定安装在所述环形体环形内腔内的外侧内壁面上；所述发电组件的发电线圈通过线圈安装架固定安装在所述环形体环形内腔内的外侧内壁面上。

所述发电组件为多个，周向均布在所述环形体内，每个所述自发电装置的发电组件对应着一个所述自发电装置的控制电路，并且所述自发电装置的发电组件与所述自发电装置的控制电路周向交替均布在所述环形体内。本实施方式中，所述自发电装置的发电组件为三个，所述自发电装置的控制电路为三个。

上述自发电装置还包括控制电路和超级电容电路，所述控制电路和超级电容电路均固定安装在自发电装置内，所述控制电路通过控制充放电管理电路的接通或断开，以实现超级电容电路的充电或放电，当智能刀具转速较低或停止旋转时，所述控制电路控制充放电管理电路接通，使所述超级电容电路放电以作为智能刀具停转后的直流电源，以实现电路的短时不间断供电。

上述环形体环形内腔内还安装有至少两对阻尼线圈，每对阻尼线圈均布置在所述磁棒的两侧；当所述自发电装置控制电路通过电容电压检测电路检测到超级电容电路充电完毕，且通过电压检测电路检测经过整流电路整流后的电流两端的电压处于过压状态时，所述自发电装置控制电路控制阻尼线圈接入所述自发电装置，以消耗该自发电装置发电组件产生的电能。

实施例3

本实施例3的其它结构与实施例1或2相同，不同之处在于：所述发电组件的磁棒固定支架固定安装在所述环形体环形内腔内的内侧内壁面。

实施例4

本实施例4的其它结构与实施例1或2相同，不同之处在于：所述发电组件的发电线圈通过线圈安装架固定安装在所述环形体环形内腔内的内侧内壁面。

实施例5

本实施例5的其它结构与实施例1或2相同，不同之处在于：所述自发电装置的环形体为组合结构，该组合结构为多个组合单元，这些组合单元通过卡接的形式组合成一个圆环结构，每个组合单元包括一个发电组件和一个控制电路。这种组合结构的自发电装置能够更方便维修和更换。优选的，为了保证磁屏蔽效果，安装时，该组合结构的自发电装置套装在一个匹配的环形盒体内，然后该环形盒体再固定套装在智能刀具的刀柄上。

以上各实施例的技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照前述各实施例的技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述自发电装置包括环形体和发电组件，

所述环形体固定套装在所述智能刀具的刀柄上，该环形体内具有中空的环形内腔；

所述发电组件固定安装在所述环形体的环形内腔内，该发电组件主要由磁棒固定支架、磁棒和发电线圈组成，所述磁棒固定支架一端与所述环形内腔的内壁固定连接，另一端与所述磁棒的一端端部活动连接；所述发电线圈为一对，固定安装在所述环形内腔内，并且这对发电线圈位于所述磁棒的两侧；

当所述智能刀具旋转时，所述智能刀具的刀柄带动所述环形体以及其内的所述磁棒固定支架和所述发电线圈一起同步旋转，所述磁棒受重力的作用下，该磁棒相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处始终处于竖直向下的状态，而所述磁棒固定支架相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处转动，并且所述发电线圈相对于所述磁棒做圆周运动，使所述发电线圈切割磁棒的磁力线，使所述发电线圈的两端产生电流。

2.根据权利要求1所述基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述发电组件的发电线圈两端产生的电流通过整流电路、滤波电路以及稳压电路后转换为直流电源。

3.根据权利要求1所述基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述发电组件的磁棒固定支架固定安装在所述环形体环形内腔内的内侧内壁面或外侧内壁面上。

4.根据权利要求1所述基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述发电组件的发电线圈通过线圈安装架固定安装在所述环形体环形内腔内的内侧内壁面或外侧内壁面上。

5.根据权利要求1所述基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述发电组件为多个，周向均布在所述环形体内，每个所述自发电装置的发电组件对应着一个所述自发电装置的控制电路，并且所述自发电装置的发电组件与所述自发电装置的控制电路周向交替均布在所述环形体内。

6.根据权利要求5所述基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述自发电装置的发电组件为三个，所述自发电装置的控制电路为三个。

7.根据权利要求2所述基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述自发电装置还包括控制电路和超级电容电路，所述控制电路和超级电容电路均固定安装在自发电装置内，所述控制电路通过控制充放电管理电路的接通或断开，以实现超级电容电路的充电或放电，当智能刀具转速较低或停止旋转时，所述控制电路控制充放电管理电路接通，使所述超级电容电路放电以作为智能刀具停转后的直流电源，以实现电路的短时不间断供电。

8.根据权利要求7所述基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述环形体环形内腔内还安装有至少两对阻尼线圈，每对阻尼线圈均布置在所述磁棒的两侧；当所述自发电装置控制电路通过电容电压检测电路检测到超级电容电路充电完毕，且通过电压检测电路检测经过整流电路整流后的电流两端的电压处于过压状态时，所述自发电装置控制电路控制阻尼线圈接入所述自发电装置，以消耗该自发电装置发电组件产生的电能。

9.根据权利要求1至8中任一项所述基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述环形体由磁屏蔽材料制成。

10.一种基于工作状态下的智能刀具的自发电装置，其特征在于：所述自发电装置包括环形体和发电组件，

所述环形体固定套装在所述智能刀具的刀柄上，该环形体内具有中空的环形内腔；

所述发电组件固定安装在所述环形体的环形内腔内，该发电组件主要由磁棒和发电线圈组成，所述磁棒与铰轴活动连接，该铰轴轴向布置在所述环形体的环形内腔内，并且该铰轴的两端端部反向延长，分别对应与所述环形体环形内腔的内壁固定连接；所述发电线圈为一对，固定安装在所述环形内腔内，并且这对发电线圈位于所述磁棒的两侧；

当所述智能刀具旋转时，所述智能刀具的刀柄带动所述环形体以及其内的所述磁棒固定支架和所述发电线圈一起同步旋转，所述磁棒受重力的作用下，该磁棒相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处始终处于竖直向下的状态，而所述磁棒固定支架相对于所述磁棒与所述磁棒固定支架的活动连接处转动，并且所述发电线圈相对于所述磁棒做圆周运动，使所述发电线圈切割磁棒的磁力线，使所述发电线圈的两端产生电流。