CN110067846A - 行星齿轮装置 - Google Patents

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K·斯莫德斯
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Abstract

公开了一种行星齿轮装置(100)，其具有行星齿轮，该行星齿轮包括旋转部件(12、14)和非旋转部件(11、13)，并且具有用于感测行星齿轮的特性的传感器模块(20)，其中传感器模块(20)包括传感器以及第一发送/接收单元(21)和第二发送/接收单元(22)，其中传感器和第一发送/接收单元(21)耦合并且布置在旋转部件(12、14)，并且其中第二发送/接收单元(22)布置在非旋转部件(11、13)，其中第一发送/接收单元(21)和第二发送/接收单元(22)配置为电感耦合，其中第一发送/接收单元(21)包括能量存储器(23)，其中能量存储器配置为在旋转部件的每次转动期间充电，以经由第一发送/接收单元为其供电，以进行测量。

Description

行星齿轮装置
本发明涉及一种具有根据权利要求1的前序部分的带有行星齿轮和传感器模块的行星齿轮装置。
在诸如行星齿轮的齿轮中，可能需要在操作期间监视齿轮的不同工况。为此目的，可以在齿轮中设置传感器。因为该传感器必须供电，因此该传感器通常布置在齿轮的非旋转部件中，因为在此位置处容易地实现经由线缆的能量供应。但是，如果传感器布置在齿轮的旋转部件，为此目的，经由电池的能量供应是必需的，其中电池将布置在旋转部件中，以便能够连接到传感器。在这种电池的情况下，只能在有限的时间内提供能量，即直到电池放电。
例如，从DE 20 2016 106 888 U1中已知一种用于对齿轮元件，特别是风力机的齿轮进行工况监测的装置。因此，除了传感器元件之外，该装置还包括能量供应单元，该能量供应单元向传感器元件供应电能。能量供应单元可以是例如用于产生电能的纳米发电机、能量存储器或无线能量传输器。可以无线地执行所感测的工况值的传输。传感器元件可以直接集成在工况值的源上，或经由耦合介质至少间接地连接到工况值的源。这导致要感测的工况值的信号质量的改善。
因此，本发明的目的是提供一种改进的行星齿轮装置，其中传感器可以布置在行星齿轮的旋转部件中并且可以容易地供电。
该目的通过根据权利要求1所述的行星齿轮装置解决，其中行星齿轮装置包括具有旋转部件和非旋转部件的行星齿轮以及用于感测行星齿轮的特性的传感器模块。为此目的，传感器模块包括传感器以及第一发送/接收单元和第二发送/接收单元。传感器和第一发送/接收单元布置在旋转部件中。由此，可以在旋转部件处直接感测行星齿轮的特性。为了给传感器供电以及从传感器检索所感测的特性，传感器耦合到第一发送/接收单元。这种连接可以借助于有线耦合进行。
第二发送/接收单元布置在非旋转部件。为了能够为传感器供电，第一发送/接收单元和第二发送/接收单元配置为在旋转部件的旋转期间感应耦合。在旋转部件的旋转期间，第一发送/接收单元以规则的间隔由第二发送/接收单元传递，其中当两个发送/接收单元彼此面对时发生感应耦合。由此，从第二发送/接收单元到第一发送/接收单元进行能量传输。每当两个发送/接收单元感应耦合时，即当它们彼此经过时，就发生这种传输。这每旋转一圈发生一次。
此外，第一发送/接收单元可包括能量存储器。能量存储器可以是例如电容器。能量存储器可以在旋转部件的每次转动期间充电，即每次在两个发送/接收单元之间存在电感耦合时充电。因此，可以经由第一发送/接收单元实现传感器具有足够的能量支配以进行测量。但是，能量存储只需要足够大，以便能够存储足够的能量来确保传感器的能量供应，直到进行能量存储器的再充电为止。例如，如果没有发生旋转部件的转动或者在转动期间没有感应耦合，则也可以借助于能量存储器存储足够的能量，以向传感器供应能量。因此，能量存储器可以用作能量缓冲器。
能量存储器也可能首先需要充电，直到其具有足够的容量以便能够为传感器供电。
与应当向传感器供应能量的电池相比，如迄今为止已知的系统中的情况一样，本文提供的能量存储器可以配置得非常小，因为它不必确保完整的能量供应。相反，借助于感应耦合提供能量，其中能量存储器仅用作缓冲器。
行星齿轮装置可包括多个传感器模块。特别地，包括多个行星的行星齿轮装置可以每个行星包括一个传感器模块。每个传感器模块可包括多个传感器。例如，一个传感器模块可包括振动传感器、温度传感器和/或加速度计。传感器和第一发送/接收单元可以配置为一个整体单元。
传感器模块可包括布置在旋转部件中的计算单元。计算单元可以用于执行所感测的特性的预处理。由此，可以将已经预处理的数据传输到第二发送/接收单元，从而减少需要传输的数据量。
根据一个实施例，传感器配置成经由第一发送/接收单元将行星齿轮的所感测的特性传输到第二发送/接收单元。可以使用发送/接收单元之间的感应耦合来执行该传输。同时，两个发送/接收单元之间的感应耦合用于向第一发送/接收单元供应能量。
可替代地，可以经由无线电通信来执行所感测的特性的传输。在这种情况下，第一和第二发送/接收单元还包括无线电发射元件，例如RFID元件。可以双向地配置传输，使得来自第二发送/接收单元的信息，例如来自外部控制单元的信息可以传输到传感器。该信息可用于启动传感器对特性的感测。
根据一个实施例，第二发送/接收单元包括发射线圈，并且第一发送/接收单元包括接收线圈。能量可以借助于发射线圈经由感应耦合(即没有直接连接)容易地传输到接收线圈。
根据一个实施例，能量可以经由第二发送/接收单元从连接到第二发送/接收单元的外部能量供应源提供。该连接可以例如经由电缆形成，借助于该电缆，第二发送/接收单元可以连接到电流/电压源。通过发射和接收线圈之间的感应耦合，能量从外部能量供应源经由发射线圈传输到接收线圈。
因此，两个发送/接收单元之间的感应耦合用于传输能量以及用于传输数据。因此，第一发送/接收单元和传感器，其设置用于感测行星齿轮的特性，可以容易地布置在行星齿轮的旋转部件中，而由第二发送/接收单元执行的能量供应源，可以布置在非旋转部件中。
通过这种布置，不需要在行星齿轮的旋转部件中提供电池，可以节省齿轮内的空间。然而，借助于感应耦合，传感器可以容易地供电。此外，通过省略电池，行星齿轮装置将更加稳健，因为行星齿轮装置不易由于电池而发生故障。因此，整个装置的寿命将增加。
第二发送/接收单元可以连接到处理单元。在一个实施例中，该连接可以经由与外部能量供应源的连接相同的电缆来进行。处理单元可以配置为接收和处理由传感器感测的行星齿轮的特性或者将特性传输到其他单元。处理单元可以配置为网关，其提供传感器模块和外部系统(作为硬件和/或软件组件)之间的连接。该网关可以执行不同的功能，例如向/从传感器接收和发射数据(经由第一和第二发送/接收单元)以及为第二发送/接收单元供电。由于网关可以布置在齿轮外部，因此有足够的空间以经由标准能量供应源来为网关供电。
根据一个实施例，能量存储器可以布置在行星齿轮的旋转部件中，例如行星齿轮的轴、轴线或行星销。因此，能量存储器可以与第一发送/接收单元一起旋转。
在说明书、附图和权利要求中公开了其他优点和优选实施例。特别地，在说明书和附图中公开的特征的组合仅是示例性的，使得特征也可以单独存在或以其他方式组合。
在下文中，将借助于附图中所示的实施例更详细地描述本发明。
实施例中示出的实施例和组合仅是示例性的，并不旨在限制保护范围。保护范围仅由待决权利要求限定。
其示出了：
图1：具有传感器模块的行星齿轮装置的横截面图；
图2：图1的行星齿轮装置的盖板的立体图，其具有能量供应源；以及
图3：图1的行星齿轮装置的壳体的立体图，其具有处理单元。
在下文中，相同或相似的功能元件用相同的附图标记表示。
在图1中，示出了行星齿轮装置100。行星齿轮装置包括旋转部件12，例如轴、轴线或行星销，其支撑在行星架14中。旋转部件12，如图1中的行星销所示，由盖板13覆盖。旋转部件12、盖板13和行星架14由壳体11包围。
设置传感器模块20以感测行星齿轮的特性。这里，第一发送/接收单元21设置在行星齿轮的旋转部件中，即在这种情况下，设置在盖板13中。第二发送/接收单元22布置在行星齿轮的非旋转部件处，这种情况下，布置在壳体11中。
第一发送/接收单元21经由与第二发送/接收单元22的感应耦合而供电。可选地，可以分别提供能量存储器或电池23，其耦合到第一发送/接收单元21。如果提供能量存储器23，则能量存储器23可以在第二发送/接收单元22和第一发送/接收单元21之间的感应耦合期间供电和充电。从而，如果第二发送/接收单元22与第一发送/接收单元21之间不存在感应耦合，第一发送/接收单元21，以及因此的传感器也可以供电，其中传感器也可以是第一发送/接收单元21的一部分。
能量存储器23可以是例如在每次转动期间充电的电容器，即每次在两个发送/接收单元21、22之间发生感应耦合时充电。例如，能量存储器23可以在每次转动期间存储能量，直到能量足以在没有发生转动的情况下，或者如果转动期间没有感应耦合的情况下为传感器供电。
(可选的)能量存储器23可以配置得非常小，因为它不需要确保完整的能量供应。相反，能量经由感应耦合提供，能量存储器23仅用作缓冲器。
传感器模块20可以另外包括外部传感器24，其例如设置在行星架14中。这种外部传感器24可以用于例如感测振动或温度。
如图2所示，能量供应源31可以设置在行星齿轮的壳体13上。能量供应源31可以经由线缆32与传感器模块20的第二发送/接收单元22连接。线缆32可以穿过设置在壳体13中的通孔33。
由传感器模块20感测的数据可以经由第二发送/接收单元22传输到外部处理单元34，如图3所示。外部处理单元可以布置在行星壳体11处。外部处理单元34(也可以称为网关)耦合到第二发送/接收单元22，用于从第二发送/接收单元22接收数据，该数据已经从第一发送/接收单元21传输。外部处理单元34可以经由线缆35耦合到其他单元(未示出)。
利用所提出的行星齿轮装置，因此可以在行星齿轮的旋转部件处布置传感器，该传感器仅经由感应耦合供电，并且因此没有与行星齿轮装置的非旋转部件的有线连接。与能量供应源和外部处理单元的连接仅经由发送/接收单元之间的感应耦合来进行。
附图标记列表
11 行星齿轮壳体
12 旋转部件
13 盖板
14 行星架
20 传感器模块
21 第一发送/接收单元
22 第二发送/接收单元
23 能量存储器
24 外部传感器
31 能量供应源
32 线缆
33 通孔
34 处理单元
35 线缆
100 行星齿轮装置

Claims (9)

1.行星齿轮装置(100)，具有行星齿轮和用于感测所述行星齿轮的特性的传感器模块(20)，所述行星齿轮包括旋转部件(12、14)和非旋转部件(11、13)，其中所述传感器模块(20)包括传感器以及第一发送/接收单元(21)和第二发送/接收单元(22)，其中所述传感器和所述第一发送/接收单元(21)耦合并布置在旋转部件中(12、14)，其中所述第二发送/接收单元(22)布置在所述非旋转部件(11、13)，其中所述第一发送/接收单元(21)和所述第二发送/接收单元(22)配置为感应耦合，
其特征在于，所述第一发送/接收单元(21)包括能量存储器(23)，其中所述能量存储器配置为在所述旋转部件的每次转动期间充电，用于经由所述第一发送/接收单元为所述传感器供电，以进行测量。
2.根据权利要求1所述的行星齿轮装置，其中所述第一发送/接收单元(21)可经由与所述第二发送/接收单元(22)的所述感应耦合供电。
3.根据权利要求1或2所述的行星齿轮装置，其中所述传感器配置为经由所述第一发送/接收单元(21)将所述行星齿轮的所感测的特性传输到所述第二发送/接收单元(22)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮装置，其中所述第一发送/接收单元(21)包括接收线圈，并且所述第二发送/接收单元(22)包括发射线圈。
5.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮装置，其中所述第二发送/接收单元(22)连接到外部能量供应源(31)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮装置，其中所述第二发送/接收单元(22)连接到处理单元(34)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮装置，其中所述能量存储器(23)是电容器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的行星齿轮装置，其中所述能量存储器(23)布置在所述行星齿轮的旋转部件(12)中。
9.根据权利要求8所述的行星齿轮装置，其中所述旋转部件(12)是轴或轴线。
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