CN110637333B - 热电发电传送器 - Google Patents

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Abstract

热电发电传送器具备：外框(12)，呈端面开口的筒状；受热板(13)，覆盖外框(12)的一个端面；柱状部件(24)，从受热板(13)直立设置；热电发电模块(25)，以与柱状部件(24)易于热传导的方式配置；放热板(14)，覆盖外框(12)的另一个端面的与热电发电模块(25)的配置位置对应的端面；运算处理装置(231)，通过由热电发电模块(25)产生的电力驱动，能够将由传感器(11)检测到的检测信号向外部输出；以及端子(17)，从外部输入来自传感器(11)的检测信号，在外框(12)的内部，将热电发电模块(25)以及运算处理装置(231)的配置位置与端子(17)的配置位置隔开。

Description

热电发电传送器
技术领域
本发明涉及热电发电传送器。
背景技术
当前已知下述传感器网络系统：对于长期暴露于炼铁厂、工厂等严酷的外部环境的状况，在为了维护设备、检测异常而进行温度、变形等检测的情况下，在这些设备上设置无线传感器终端从而采集由该无线传感器终端输出的传感器输出。
例如，专利文献1中记载了一种无线传感器终端，具备：作为独立电源的太阳能电池模块；电源电路，与太阳能电池模块连接，生成电源；传感器，基于来自电源电路的电源电压，检测温度、变形等检测对象的属性；以及无线发送信号生成电路，将传感器的检测信号转换成无线发送信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-157356号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献1所记载的技术中，在无线传感器终端内设置传感器以及作为独立电源的太阳能电池模块，因此，必须同时兼顾想要感应的部分以及确保良好的发电，使得无线传感器终端的设置位置受到限制，存在若条件不完备则实际使用困难的课题。
本发明的目的在于提供设置位置的限制较少，能够通过独立电源长期进行感测的热电发电传送器。
用于解决课题的手段
本发明的热电发电传送器是利用热电发电，将由传感器检测到的检测信号向外部输出的热电发电传送器，具备：
外框，具有绝热性以及电波透过性，呈端面开口的筒状；
受热板，覆盖所述外框的一个端面，安装在发热源或者吸热源上；
放热板，覆盖所述外框的另一个端面的至少一部分；
柱状部件，直立设置在所述受热板的覆盖所述外框的面以及所述放热板的覆盖所述外框的面中的至少一个面，以与所述受热板或者所述放热板易于进行热传导的方式配置；
热电发电模块，设置在从所述受热板直立设置的所述柱状部件与所述放热板之间、从所述受热板直立设置的所述柱状部件与从所述放热板直立设置的所述柱状部件之间、以及从所述放热板直立设置的所述柱状部件与所述受热板之间的任一个中，通过所述受热板与所述放热板的温度差进行发电；
运算处理装置，配置在所述外框的内部，通过由所述热电发电模块发电的电力进行驱动，能够将由所述传感器检测到的检测信号向外部输出；以及
端子，从外部输入来自所述传感器的检测信号，
在所述外框的内部，将所述热电发电模块以及所述运算处理装置的配置位置与所述端子的配置位置隔开。
根据本发明，通过将热电发电模块以及运算处理装置的配置位置与端子的配置位置隔开，能够维持热电发电模块与受热板、柱状部件与放热板的密接性，并且，能够在端子上安装传感器。由此，不会降低热电发电传送器的发电力而能够通过独立电源长期进行感测。
另外，在最佳环境中进行传送器的独立电源的发电，在端子上可安装各种传感器，由此，能够感测远距离的检测对象。
附图说明
图1是表示应用本发明的实施方式所涉及的热电发电传送器的工作机械的构造的立体图。
图2是所述实施方式的热电发电传送器的外观立体图。
图3是所述实施方式的热电发电传送器的外观立体图。
图4是所述实施方式的热电发电传送器的截面图。
图5是表示所述实施方式的热电发电传送器的内部构造的立体图。
图6是表示构成所述实施方式的热电发电传送器的电路基板的构造的立体图。
图7是表示构成所述实施方式的热电发电传送器的热电发电模块的构造的截面图。
图8是表示构成所述实施方式的热电发电传送器的电路构造的示意图。
具体实施方式
[1]应用热电发电传送器10的门型铣床1
图1示出了应用本实施方式所涉及的热电发电传送器10的门型铣床1。
门型铣床1是对工件进行切削加工的装置，具备底座2、工作台3、柱4、横梁5、主轴头6、主轴7以及操作盘8。
底座(bed)2是通过锚定螺栓等固定于门型铣床1的设置地点的基台。
工作台3载置在底座2上，在底座2上设置作为加工对象的工件。
柱4具有门型形状，门型的两脚设置为可沿底座2的侧缘移动，进行加工工具相对工件的Y方向(底座2的长边方向)的定位。
横梁5设置为可相对于柱4沿上下方向移动，进行加工工具相对工件的Z方向(底座2的上下方向)的定位。
主轴头6设置为可沿横梁5移动，进行加工工具相对工件的X方向(底座2的宽度方向)的定位。在主轴头6的内部设置有用于使主轴7旋转的电动机。
主轴7设置在主轴头6的前端，可安装各种切削加工工具，进行工件的加工。
操作盘8作为控制装置发挥作用，进行柱4、横梁5以及主轴头6的定位，或通过安装于主轴7的切削加工工具对工件进行切削加工。操作盘8具备运算处理装置以及存储装置，对工件进行加工时，能够从存储装置中调用程序并执行，从而进行自动加工。
在这种门型铣床1的主轴头6的电动机容纳部分安装有热电发电传送器10。在热电发电传送器10中设置有多个热电偶11。各个热电偶11在精密加工中，检测影响加工精度的主轴头6的各部位的温度，测量主轴头6的温度分布。
热电发电传送器10是将各个热电偶11检测到的温度利用热电发电向外部发送输出的发送装置，将在后面进行详细说明。热电发电传送器10具备作为独立发电装置的热电发电模块25、通过热电发电模块25进行驱动的运算处理装置231(参照图4)。检测到的温度进行远距离处理，解析主轴头6的温度分布的状态。
热电发电传送器10安装在容纳有作为门型铣床1的主轴头6的发热源的电动机的部分，使用内部的电动机的旋转产生的热量进行热电发电。
[2]热电发电传送器10的构造
图2至图4示出了本实施方式所涉及的热电发电传送器10。图2是上面的立体图，图3是下面的立体图，图4是截面图。
热电发电传送器10是将由热电偶11检测到的温度检测信号通过无线电波向外部发送的发送装置，如图2以及图3所示，具备外框12、受热板13、放热板14、密封板15以及电缆接头16。
外框12由两端面开口的俯视呈矩形的筒状体构成，为了进行无线输出，由聚氯乙烯、PPS等塑料材料构成。此外，外框12的材质不限于此，如果能够确保绝热性，具有电波透过性的材料即可。
受热板13由整体覆盖外框12的一个端面的开口的铝制的矩形板状体构成。
放热板14由覆盖外框12的另一个端面的开口的大致一半的铝制的矩形板状体构成。
密封板15是覆盖外框12的另一个端面的未被放热板14覆盖的部分的部件，与放热板14同样由铝制的矩形板状体构成。
电缆接头16是插入热电偶11的线缆的部分，如图2所示，热电偶11的端子通过螺栓等固定于设置在外框12的内部的端子台17。
端子台17设置在受热板13的背面侧，形成有用于固定热电偶11的线缆的螺孔，输入热电偶11的检测信号。
在外框12的另一个开口缘上设置有作为密封部件的O形环18，通过密封板15密封开口，通过螺栓等将密封板15固定于外框12，从而形成密闭的密封构造。此外，如图4所示，在外框12的通过受热板13密封的端面以及通过放热板14密封的端面均设置有O形环18，从而形成密封构造。
在受热板13的受热面的端部，如图3所示，在外周端部设置有安装部件19。安装部件19通过螺栓以能够旋转的方式安装于受热板13。通过使安装部件19旋转90°，使形成有孔的部分向受热板13的外部突出，能够通过在该孔中使用螺栓等将热电发电传送器10固定在作为发热源的主轴头6的壁部。
另外，在受热板13的受热面的外周附近设置有磁铁20，能够将热电发电传送器10临时固定在作为发热源的主轴头6的壁部。
在受热板13的外周端部以及大致中央部插入放热板固定螺栓21。放热板固定螺栓21穿过外框12，虽然未进行图示，但与形成于放热板14的内螺纹孔螺合，将放热板14固定于外框12。
通过这样形成放热板14的固定构造，如图2所示，密封板15能够相对于外框12装卸，但无法从相同方向将放热板14从外框12上拆下。
如图4所示，在外框12的内部设置有隔壁22。隔壁22设置为分隔壁，用于将端子台17的配置位置与端子台17以外的部件的配置位置隔开。
在隔壁22的底部，如图4以及图5所示，形成有开口部22A。该开口部22A设置为用于穿引连接端子台17以及电路基板23的信号线22B。此外，虽然图4未进行图示，但在完成端子台17以及电路基板23的信号线22B的穿引后，在开口部22A中充填树脂，密封开口部22A。由此，能够进行密封，以使侵入端子台17侧的异物不进入电路基板23侧。
作为树脂密封开口部22A的填充量，可以在受热板13与放热板14之间设置空隙，确保受热板13与放热板14之间的绝热性。由此，可保证后面所述的热电发电模块25的受热板13侧与放热板14侧的温度差，从而确保热电发电的效率。
电路基板23如图4所示，将电路元件安装面朝向下侧，与放热板14的背面密接固定。电路基板23如图6所示，安装有运算处理装置231、放大电路232以及针脚插座233。
运算处理装置231处理来自热电偶11的检测信号从而转换为温度检测信号，并且，能够将处理的温度检测信号向外部无线输出。
放大电路232将来自热电偶11的检测信号放大输出给运算处理装置231。
针脚插座233上安装有LED，LED随着运算处理装置231的信号输入输出而点亮熄灭。
如图4所示，在受热板13的密封外框12的开口的面上直立设置有柱状部件24。柱状部件24是与受热板13一体形成的铝制柱状体。在柱状部件24与放热板14之间插入安装有热电发电模块25。
热电发电模块25如图7所示，具备基板251、电极252以及热电元件25P、25N。
基板251由陶瓷、聚酰亚胺制的膜构成，在高温侧以及低温侧具有一对，彼此相对配置。
电极252形成在各个基板251的相对面，由铜等金属材料构成。
热电元件25P、25N存在于相对的电极252之间，P型的热电元件25P与N型的热电元件25N交替排列。
P型的热电元件25P以及N型的热电元件25N的端面与电极252焊接，热电发电模块25形成P型的热电元件25P与N型的热电元件25N交替串联连接而成的电路。
在柱状部件24与热电发电模块25的基板251之间插入安装有热传导性高的碳板、热传导粘结剂26，在基板251与放热板14之间插入安装有碳板、热传导粘结剂26等。
碳板、热传导粘结剂26等作为辐射热量的传热层发挥作用，将从受热板13传导的柱状部件24的热量向基板251传热，并且，将上侧的基板251的热量向放热板14传热。即，柱状部件24、热电发电模块25以及放热板14以能够彼此热传导的方式连接。
这种热电发电模块25将来自柱状部件24的热量在下侧的基板251接收，从上侧的基板251向放热板14传热，由此，在一对基板251之间产生温度差。
通过该温度差产生塞贝克效应，在由P型的热电元件25P以及N型的热电元件25N形成的电路内产生电动势，进行热电发电。
图8示出了热电发电传送器10的电路构造。热电发电模块25经由电源电路27与运算处理装置231以及放大电路232电连接。
电源电路27具备电容器271、升压变压器272以及DC/DC转换器273。
由热电发电模块25发电的电力通过升压变压器272以及DC/DC转换器273升压，在电容器271中蓄电。
电源电路27监视电容器271的充电电压的阈值，当充电电压超过输出规定值时，从DC/DC转换器273的Vout2向运算处理装置231以及放大电路232输出，运算处理装置231以及放大电路232启动。放大电路232将热电偶11的检测信号放大，输出给运算处理装置231。
运算处理装置231将检测信号存储在存储器，进行转换处理为规定的形式后，通过内置的无线模块，将温度检测信号向外部发送输出。此外，向外部发送输出温度检测信号的定时以蓄电压超过3V为触发，因此，依赖于发热源的温度。由此，如果热电发电模块25的发电功率较大，则向电容器271的蓄电压超过3V的频率变高，温度检测信号在详细的定时发送输出。发送输出的温度检测信号通过外部的接收单元接收。
[3]热电发电传送器10的设置方法
下面，说明上述热电发电传送器10对门型铣床1的设置方法。
将热电发电传送器10通过磁铁20安装在门型铣床1的主轴头6的电动机的容纳部位对应的最高温的位置。
然后，确认在接收侧是否接收到从运算处理装置231无线输出的信号。
在确认接收到来自运算处理装置231的信号后，使用螺丝刀等将密封板15拆下，在端子台17上通过螺栓固定热电偶11。
将从电缆接头16引出的热电偶11的前端粘贴在主轴头6的想要测量的部位，旋转安装部件19，通过螺栓等将热电发电传送器10正式固定于门型铣床1的主轴头6。然后，开始测量。
[4]实施方式的作用以及效果
在上述的实施方式中，将热电发电模块25以及运算处理装置231的配置位置与端子台17的配置位置隔开。由此，能够维持热电发电模块25与柱状部件24以及放热板14的密接性，并且，能够将热电偶11的端子安装于端子台17。由此，不会降低热电发电传送器10的发电功率而能够通过独立电源长期进行感测。
特别是，在内部设置隔壁22，并且在开口部22A中填充有树脂，由此，能够完全阻断配置有热电发电模块25以及运算处理装置231的空间与配置有端子台17的空间之间的空气流通。由此，能够完全防止尘埃等向热电发电模块25以及电路基板23侵入，能够防止热电发电模块25以及电路基板23发生故障。
通过在受热板13设置磁铁20，能够在发热源的设置面暂时固定热电发电传送器10，确认在接收侧检测信号的接收。并且，在作为发热源的电动机的最佳位置通过安装部件19正式固定热电发电传送器10，因此，能够将热电偶11粘贴在最佳位置进行测量。
在外框12的端面设置有O形环18，通过密封外框12的端面的受热板13、放热板14以及密封板15形成密封构造。由此，在热电发电传送器10的内部，能够防止金属片等异物侵入，因此，能够长期基于独立电源，发送输出基于热电偶11的测量温度。
[5]实施方式的变形
此外，本发明不限于上述实施方式，能够实现本发明的目的的范围的变形、改良等也包含在本发明中。
例如，在上述实施方式中，作为传感器使用热电偶11，但本发明不限于此，也可以发送热敏电阻、应变仪等其他传感器的输出。
在上述实施方式中，从受热板13的密封外框12的开口的面直立设置柱状部件24，在柱状部件24与放热板14之间插入安装热电发电模块25，但本发明不限于此。
即，也可以从受热板13的密封外框12的开口的面以及放热板14的密封外框12的开口的面两面直立设置柱状部件，在各个柱状部件之间插入设置热电发电模块25。另外，也可以从放热板14的密封外框12的开口的面直立设置柱状部件，在柱状部件与受热板13之间插入安装热电发电模块25。
并且，在上述实施方式中，受热板13与柱状部件24一体形成，但是，也可以独立形成，在受热板13与柱状部件24之间插入安装热传导粘结剂，易于热传导。
在上述实施方式中，在门型铣床1中应用热电发电传送器10，但不限于此，也可以应用于其他机械，还可以在外部设备上应用热电发电传送器10。
在上述实施方式中，将主轴头6的电动机的发热作为发热源来驱动热电发电传送器10，但本发明不限于此。例如，也可以将与受热板13密接的面作为吸热源，将放热板14一侧作为高温侧。但是，在该情况下，为了使热电发电模块25的发电的电位反转，需要变更电源电路27的配线。
此外，本发明实施时的具体结构和形状在能够实现本发明目的的范围内也可以是其他结构等。
标号说明
1…门型铣床、2…底座、3…工作台、4…柱、5…横梁、6…主轴头、7…主轴、8…操作盘、10…热电发电传送器、11…热电偶、12…外框、13…受热板、14…放热板、15…密封板、16…电缆接头、17…端子台、18…O形环、19…安装部件、20…磁铁、21…放热板固定螺栓、22…隔壁、22A…开口部、22B…信号线、23…电路基板、24…柱状部件、25…热电发电模块、25N…热电元件、25P…热电元件、26…热传导粘结剂、27…电源电路、231…运算处理装置、232…放大电路、233…针脚插座、251…基板、252…电极、271…电容器、272…升压变压器、273…DC/DC转换器。

Claims (9)

1.一种热电发电传送器，利用热电发电，将由传感器检测到的检测信号向外部输出，其特征在于，具备：
外框，具有绝热性以及电波透过性，呈端面开口的筒状；
受热板，覆盖所述外框的一个端面，安装在发热源或者吸热源上；
放热板，覆盖所述外框的另一个端面的至少一部分；
柱状部件，直立设置在所述受热板的覆盖所述外框的面以及所述放热板的覆盖所述外框的面中的至少一个面，以与所述受热板或者所述放热板易于进行热传导的方式配置；
热电发电模块，设置在从所述受热板直立设置的所述柱状部件与所述放热板之间、从所述受热板直立设置的所述柱状部件与从所述放热板直立设置的所述柱状部件之间、以及从所述放热板直立设置的所述柱状部件与所述受热板之间的任一个中，通过所述受热板与所述放热板的温度差进行发电；
运算处理装置，配置在所述外框的内部，能够通过所述热电发电模块发电的电力进行驱动，将由所述传感器检测到的检测信号向外部输出；以及
端子，从外部输入来自所述传感器的检测信号，
在所述外框的内部，将所述热电发电模块以及所述运算处理装置的配置位置与所述端子的配置位置隔开。
2.根据权利要求1所述的热电发电传送器，其特征在于，
在所述热电发电模块以及所述运算处理装置、与所述端子之间设置有隔壁。
3.根据权利要求2所述的热电发电传送器，其特征在于，
通过与所述放热板不同的密封板来覆盖通过所述隔壁隔开的所述端子的配置位置所对应的端面，
所述密封板以相对于所述外框可装卸的方式安装。
4.根据权利要求1所述的热电发电传送器，其特征在于，
在所述受热板上，在安装于所述发热源或者所述吸热源的面设置有磁铁。
5.根据权利要求2所述的热电发电传送器，其特征在于，
在所述受热板上，在安装于所述发热源或者所述吸热源的面设置有磁铁。
6.根据权利要求3所述的热电发电传送器，其特征在于，
在所述受热板上，在安装于所述发热源或者所述吸热源的面设置有磁铁。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热电发电传送器，其特征在于，
在所述受热板上，在安装于所述发热源或者所述吸热源的面设置有安装部件。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的热电发电传送器，其特征在于，
所述外框与所述受热板、以及所述外框与所述放热板通过密封部件密封。
9.根据权利要求7所述的热电发电传送器，其特征在于，
所述外框与所述受热板、以及所述外框与所述放热板通过密封部件密封。
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