CN111641248B - 齿轮箱远程状态监测系统自充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，包括发电装置、整流电路和充电电路模块，发电装置与整流电路连接，整流电路与充电电路模块连接，充电电路模块与监测系统连接，发电装置包括永磁体环、外端盖、轴承端盖、定子线圈、定子铁芯、外端盖轴承、非导磁外套、定位轴承、防尘密封圈、电路板封装模块和连接螺母，永磁体环与齿轮箱旋转主轴配合，通过磁场耦合作用进行旋转从而切割磁感线产生交变电流，外端盖通过外端盖轴承安装在永磁体环的一侧。本发明基于磁涡流原理，利用齿轮箱主轴旋转运动，带动永磁体环进行旋转运动，利用永磁体环内部磁场，将永磁体环的旋转运动转换成电能，给监测系统供电，节约能源，使用寿命更高，成本低。

Description

齿轮箱远程状态监测系统自充电装置

技术领域

本发明涉及监测系统供电领域，尤其涉及齿轮箱远程状态监测系统自充电装置。

背景技术

齿轮箱作为动力传输设备，在安装时一般不会考虑电源配置问题，但是由于齿轮箱远程状态监测的需要，需要为状态监测系统提供稳定电源。齿轮箱的使用环境中往往出现无法提供稳定电源的情况，现有的电池供电方式和有线供电方式存在可靠性低和布线成本高的问题。

齿轮箱在工业系统中属于关键基础部件，齿轮箱的安全可靠运行关系到整个工业系统的功能是否实现，如果齿轮箱发生故障往往引发计划外停机，对生产安全造成影响，在物联网、大数据、人工智能、云计算等技术发展的大背景下，工业产品的万物互联成为必然趋势。齿轮箱的远程监测与故障诊断系统的大批量部署势在必行，齿轮箱往往应用在户外，齿轮箱的远程监测系统供电方式常用的电池供电和有线供电，均不适合户外长期使用。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种用于风电齿轮箱监测系统供电的圆形压电振子发电机”，其公告号：CN106452175B，其申请日：2016年06月15日，包括齿轮的悬臂轴置于盘体中心孔内，盘体一侧设有盘体沉腔及盘体导孔、另一侧设有滑道；滑道端部经螺钉安装有侧板，侧板经螺钉与齿轮的悬臂轴相连；侧板的右侧设有侧板沉腔和侧板导孔；盘体导孔和侧板导孔均为盲孔；盘体沉腔和侧板沉腔内都通过螺钉和端盖安装有压电振子，压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成，压电晶片靠近滑道安装；压电振子的中心处安装有受激磁铁，受激磁铁置于盘体导孔内或侧板导孔内；激励器置于填充有润滑油的滑道内，激励器内外缘上均镶嵌有滚珠，激励器通过滚珠与滑道内外缘滚动接触；激励器两侧均镶嵌有激励磁铁，使激励磁铁的中心与受激磁铁的中心在压电发电过程中可以重叠，当激励器一侧压电振子数量和激励磁铁数量都大于1时，两相邻激励磁铁圆心与激励器回转中心连线间夹角和两相邻压电振子中心与盘体中心连线间的夹角之间不能互为整数倍。通过风力和压电振子进行发电，发电过程局限性大，在风力过小时监测系统，存在监测系统无法供电的问题。

发明内容

本发明主要解决现有的技术中齿轮箱状态监测系统供电稳定性差以及成本高的问题；提供一种齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，通过齿轮箱自动发电，供电装置的使用寿命高、稳定性强，同时降低电池布线成本。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，包括发电装置、整流电路和充电电路模块，所述发电装置与整流电路连接，所述整流电路与充电电路模块连接，所述充电电路模块与监测系统连接，所述发电装置包括永磁体环、外端盖、轴承端盖、定子线圈、定子铁芯、外端盖轴承、非导磁外套、定位轴承、防尘密封圈、电路板封装模块和连接螺母，所述永磁体环与齿轮箱旋转主轴配合，通过磁场耦合作用进行旋转从而切割磁感线产生交变电流，所述外端盖通过外端盖轴承安装在永磁体环的一侧，所述轴承端盖安装在永磁体环与外端盖相对应的另一侧，所述非导磁外套覆盖安装在永磁体环表面，所述定子线圈安装在永磁体环内，所述定子铁芯与安装在定子线圈与永磁体环之间，所述定位轴承与定子铁芯连接，所述定位轴承通过连接螺母与电路板封装模块连接，所述电路板封装模块经防尘密封圈与轴承端盖连接。通过齿轮箱主轴转动，产生磁场，配合永磁体环，将齿轮箱运动的动能转换成电能，通过整流电路进行电能存储，为齿轮箱的监测系统供电，实现齿轮箱监测系统的供电自给自足，基于磁涡流原理，将动能转换成电能，有效节约能源，相比于监测系统的电池供电，本发明的自充电装置使用寿命更高，而相比于有线供电的复杂布线方式，本发明有效节约布线和电源架设成本。

作为优选，所述的发电装置安装在齿轮箱旋转主轴的外侧。当永磁体环与旋转主轴靠近时，永磁体环产生的磁感线与主轴表面进行相对运动，从而由交变磁场在主轴金属表面产生电涡流，主轴表面电涡流与磁场耦合作用，使永磁体环做相对旋转运动，永磁体环在旋转时其内部磁场磁感线切割定子线圈，产生交变电流。

作为优选，所述的齿轮箱旋转主轴内开有槽孔，所述发电装置安装在齿轮箱旋转主轴槽孔内。当永磁体环与旋转主轴靠近时，永磁体环产生的磁感线与主轴表面进行相对运动，从而由交变磁场在主轴金属表面产生电涡流，主轴表面电涡流与磁场耦合作用，使永磁体环做同步旋转运动，永磁体环在旋转时其内部磁场磁感线切割定子线圈，产生交变电流。

作为优选，所述的永磁体环包括若干块永磁体，若干块永磁体的数量为偶数块，相邻2块永磁体之间的磁极相反。相邻2块永磁体之间的磁极相反，使得永磁体环在旋转时其内部磁场磁感线能切割定子线圈，产生交变电流。

作为优选，所述的充电电路模块包括稳压电路和储能装置。通过稳压电路将直流电进行稳压。

作为优选，所述的整流电路包括桥式整流电路和滤波电容。通过桥式整流电路将交变电流转换成直流电，通过滤波电容对转换后的直流电进行滤波处理，滤除转换不完全的交流电。

作为优选，所述的储能装置包括储能电容、蓄电池或锂电池。多种储能装置可选，节约成本。

作为优选，还包括控制模块和电子开关，所述电子开关安装在充电电路模块与监测系统之间，所述电子开关的控制端与控制模块连接。电子开关为三极管，正常状态下为导通状态，在齿轮箱工作时，自充电装置持续为监测系统供电，若供电期间监测系统出现故障，需对监测系统进行断电，而齿轮箱需继续工作，此时，可通过控制模块控制电子开关截止，对监测系统断电进行故障排查，而齿轮箱还可以继续工作。

本发明的有益效果是：（1）基于磁涡流原理，利用齿轮箱主轴旋转运动，带动永磁体环进行旋转运动，利用永磁体环内部磁场，将永磁体环的旋转运动转换成电能，给监测系统供电，节约能源；（2）相比电池供电，使用寿命更高；（3）有效节约布线成本和电源架设成本。

附图说明

图1是实施例一的自充电装置的电路原理图。

图2是实施例一的发电装置的结构爆炸图。

图3是实施例一的发电装置的结构剖视图。

图4是实施例一的发电装置的安装位置示意图。

图5是实施例二的发电装置的安装位置示意图。

图中1.定子线圈，2.定位轴承，3.轴承端盖，4.防尘密封圈，5.电路板封装模块，6.连接螺母，7.定子铁芯，8.外端盖轴承，9.非导磁外套，10.永磁体环，11.外端盖，12.发电装置，13.整流电路，14.充电电路模块，15.监测系统。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例一：一种齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，如图1所示，包括发电装置12、整流电路13和充电电路模块14，发电装置12与整流电路13连接，如图4所示，发电装置12安装在齿轮箱旋转主轴的外侧，整流电路13与充电电路模块14连接，充电电路模块14与监测系统15连接，如图2和图3所示，发电装置12包括永磁体环10、外端盖11、轴承端盖3、定子线圈1、定子铁芯7、外端盖轴承8、非导磁外套9、定位轴承2、防尘密封圈4、电路板封装模块5和连接螺母6，永磁体环10与齿轮箱旋转主轴配合，通过磁场耦合作用进行旋转从而切割磁感线产生交变电流，外端盖11通过外端盖轴承8安装在永磁体环10的一侧，轴承端盖3安装在永磁体环10与外端盖11相对应的另一侧，非导磁外套9覆盖安装在永磁体环10表面，定子线圈1安装在永磁体环10内，定子铁芯7与安装在定子线圈1与永磁体环10之间，定位轴承2与定子铁芯7连接，定位轴承2通过连接螺母6与电路板封装模块5连接，电路板封装模块5经防尘密封圈4与轴承端盖3连接，永磁体环10包括若干块永磁体，若干块永磁体的数量为偶数块，相邻2块永磁体之间的磁极相反，充电电路模块14包括稳压电路和储能装置，整流电路13包括桥式整流电路和滤波电容，储能装置包括储能电容、蓄电池或锂电池。

当齿轮箱开始工作时，齿轮箱的主轴开始旋转，永磁体环10位于齿轮箱主轴相近的位置，永磁体环10产生的磁感线与主轴表面进行相对运动，从而由交变磁场在主轴金属表面产生电涡流，主轴表面的电涡流与磁场耦合作用，带动永磁体环10进行旋转，永磁体环10内部安装有定子线圈1，永磁体环10旋转时磁感线切割定子线圈1，使定子线圈1产生交变电流，交变电流传递到电路板封装模块5，电路板封装模块5内设有桥式整流电路、滤波电容和稳压电路，交变电流经整流、滤波和稳压后通过蓄电池进行电能存储，用于给监测系统15供电。

实施例二，一种齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，如图5所示，发电装置12、整流电路13和充电电路模块14，发电装置12与整流电路13连接，齿轮箱旋转主轴内开有槽孔，发电装置12安装在齿轮箱旋转主轴槽孔内，整流电路13与充电电路模块14连接，充电电路模块14与监测系统15连接，如图2和图3所示，发电装置12包括永磁体环10、外端盖11、轴承端盖3、定子线圈1、定子铁芯7、外端盖轴承8、非导磁外套9、定位轴承2、防尘密封圈4、电路板封装模块5和连接螺母6，永磁体环10与齿轮箱旋转主轴配合，通过磁场耦合作用进行旋转从而切割磁感线产生交变电流，外端盖11通过外端盖轴承8安装在永磁体环10的一侧，轴承端盖3安装在永磁体环10与外端盖11相对应的另一侧，非导磁外套9覆盖安装在永磁体环10表面，定子线圈1安装在永磁体环10内，定子铁芯7与安装在定子线圈1与永磁体环10之间，定位轴承2与定子铁芯7连接，定位轴承2通过连接螺母6与电路板封装模块5连接，电路板封装模块5经防尘密封圈4与轴承端盖3连接，永磁体环10包括若干块永磁体，若干块永磁体的数量为偶数块，相邻2块永磁体之间的磁极相反，充电电路模块14包括稳压电路和储能装置，整流电路13包括桥式整流电路和滤波电容，储能装置包括储能电容、蓄电池或锂电池。

实施例三，一种齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，本实施例相比于实施例一增加了控制模块和电子开关，电子开关安装在充电电路模块14与监测系统15之间，电子开关的控制端与控制模块连接，控制模块由自充电装置供电，其余结构同实施例一，电子开关为三极管，正常状态下为导通状态，在齿轮箱工作时，自充电装置持续为监测系统15供电，若供电期间监测系统15出现故障，需对监测系统15进行断电，而齿轮箱需继续工作，此时，可通过控制模块控制电子开关截止，对监测系统15断电进行故障排查，而齿轮箱还可以继续工作。

实施例四，一种齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，本实施例相比于实施例一增加了转速传感器，转速传感器安装在发电装置12上，转速传感器包括定值电阻R1、定值电阻R2、定值电阻R3、定值电阻R4、定值电阻R5、定值电阻R6、三极管K1、三极管K2、三极管K3、欧姆表、第一线圈、第二线圈和第三线圈，将永磁体环10的圆周分为等长的三个圆弧，在圆弧的交点分别安装定值电阻R1、定值电阻R2和定值电阻R3，定值电阻R1、定值电阻R2和定值电阻R3串联后与欧姆表连接，三极管K1的集电极与定值电阻R1的一端连接，三极管K1的发射极经定值电阻R4与定值电阻R1的另一端连接，三极管K1的基极与第一线圈连接，三极管K2的集电极与定值电阻R2的一端连接，三极管K2的发射极经定值电阻R5与定值电阻R2的另一端连接，三极管K2的基极与第二线圈连接，三极管K3的集电极与定值电阻R3的一端连接，三极管K3的发射极经定值电阻R6与定值电阻R3的另一端连接，三极管K3的基极与第三线圈连接，其余结构同实施例一。当永磁体环10被齿轮箱旋转主轴带动旋转时，磁感线切割第一线圈、第二线圈和第三线圈，使线圈产生电动势，使三极管开关导通，导致欧姆表显示不同示数，根据定值电阻已知的阻值和欧姆表的读数显示时间，可测得永磁体环10的转速。

实施例五，一种齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，本实施例相比于实施例四，转速传感器安装在齿轮箱旋转主轴上，转速传感器包括定值电阻R1、定值电阻R2、定值电阻R3、定值电阻R4、定值电阻R5、定值电阻R6、三极管K1、三极管K2、三极管K3、欧姆表、第一线圈、第二线圈和第三线圈，将齿轮箱旋转主轴的圆周分为等长的三个圆弧，在圆弧的交点分别安装定值电阻R1、定值电阻R2和定值电阻R3，定值电阻R1、定值电阻R2和定值电阻R3串联后与欧姆表连接，三极管K1的集电极与定值电阻R1的一端连接，三极管K1的发射极经定值电阻R4与定值电阻R1的另一端连接，三极管K1的基极与第一线圈连接，三极管K2的集电极与定值电阻R2的一端连接，三极管K2的发射极经定值电阻R5与定值电阻R2的另一端连接，三极管K2的基极与第二线圈连接，三极管K3的集电极与定值电阻R3的一端连接，三极管K3的发射极经定值电阻R6与定值电阻R3的另一端连接，三极管K3的基极与第三线圈连接，其余结构同实施例一。根据定值电阻已知的阻值和欧姆表的读数显示时间，可测得齿轮箱旋转主轴的转速。

实施例六，一种齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，本实施例相比于实施例五，转速传感器安装在齿轮箱旋转主轴上，转速传感器包括热敏电阻R1、热敏电阻R2、热敏电阻R3、定值电阻R4、定值电阻R5、定值电阻R6、三极管K1、三极管K2、三极管K3、欧姆表、第一线圈、第二线圈和第三线圈，将齿轮箱旋转主轴的圆周分为等长的三个圆弧，在圆弧的交点分别安装热敏电阻R1、热敏电阻R2和热敏电阻R3，热敏电阻R1、热敏电阻R2和热敏电阻R3串联后与欧姆表连接，三极管K1的集电极与热敏电阻R1的一端连接，三极管K1的发射极经定值电阻R4与热敏电阻R1的另一端连接，三极管K1的基极与第一线圈连接，三极管K2的集电极与热敏电阻R2的一端连接，三极管K2的发射极经定值电阻R5与热敏电阻R2的另一端连接，三极管K2的基极与第二线圈连接，三极管K3的集电极与热敏电阻R3的一端连接，三极管K3的发射极经定值电阻R6与热敏电阻R3的另一端连接，三极管K3的基极与第三线圈连接，其余结构同实施例一。根据定值电阻的阻值已知和热敏电阻与温度的变化曲线，结合欧姆表的示数显示，可同时测得齿轮箱旋转主轴的转速和温度。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，其特征在于，包括

发电装置、整流电路和充电电路模块，所述发电装置与整流电路连接，所述整流电路与充电电路模块连接，所述充电电路模块与监测系统连接，所述发电装置包括永磁体环、外端盖、轴承端盖、定子线圈、定子铁芯、外端盖轴承、非导磁外套、定位轴承、防尘密封圈、电路板封装模块和连接螺母，所述永磁体环与齿轮箱旋转主轴配合，通过磁场耦合作用切割磁感线产生交变电流，所述外端盖通过外端盖轴承安装在永磁体环的一侧，所述轴承端盖安装在永磁体环与外端盖相对应的另一侧，所述非导磁外套覆盖安装在永磁体环表面，所述定子线圈安装在永磁体环内，所述定子铁芯与安装在定子线圈与永磁体环之间，所述定位轴承与定子铁芯连接，所述定位轴承通过连接螺母与电路板封装模块连接，所述电路板封装模块经防尘密封圈与轴承端盖连接；

还包括转速传感器，转速传感器安装在齿轮箱旋转主轴上，转速传感器包括热敏电阻R1、热敏电阻R2、热敏电阻R3、定值电阻R4、定值电阻R5、定值电阻R6、三极管K1、三极管K2、三极管K3、欧姆表、第一线圈、第二线圈和第三线圈，将齿轮箱旋转主轴的圆周分为等长的三个圆弧，在圆弧的交点分别安装热敏电阻R1、热敏电阻R2和热敏电阻R3，热敏电阻R1、热敏电阻R2和热敏电阻R3串联后与欧姆表连接，三极管K1的集电极与热敏电阻R1的一端连接，三极管K1的发射极经定值电阻R4与热敏电阻R1的另一端连接，三极管K1的基极与第一线圈连接，三极管K2的集电极与热敏电阻R2的一端连接，三极管K2的发射极经定值电阻R5与热敏电阻R2的另一端连接，三极管K2的基极与第二线圈连接，三极管K3的集电极与热敏电阻R3的一端连接，三极管K3的发射极经定值电阻R6与热敏电阻R3的另一端连接，三极管K3的基极与第三线圈连接，根据定值电阻的阻值已知和热敏电阻与温度的变化曲线，结合欧姆表的示数显示，可同时测得齿轮箱旋转主轴的转速和温度。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，其特征在于，所述发电装置安装在齿轮箱旋转主轴的外侧。

3.根据权利要求1所述的齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，其特征在于，所述齿轮箱旋转主轴内开有槽孔，所述发电装置安装在齿轮箱旋转主轴槽孔内。

4.根据权利要求1或2或3所述的齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，其特征在于，所述永磁体环包括若干块永磁体，若干块永磁体的数量为偶数块，相邻2块永磁体之间的磁极相反。

5.根据权利要求1或2或3所述的齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，其特征在于，所述充电电路模块包括稳压电路和储能装置。

6.根据权利要求1所述的齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，其特征在于，所述整流电路包括桥式整流电路和滤波电容。

7.根据权利要求5所述的齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，其特征在于，所述储能装置包括储能电容、蓄电池或锂电池。

8.根据权利要求1所述的齿轮箱远程状态监测系统自充电装置，其特征在于，还包括控制模块和电子开关，所述电子开关安装在充电电路模块与监测系统之间，所述电子开关的控制端与控制模块连接。