CN113586602A - 轴承滚子自供电及滚子状态监测装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轴承滚子自供电及滚子状态监测装置及工作方法，包括：外圈、内圈、滚子、磁体阵列、采能线圈、电源管理模块以及监测电路模块；所述外圈内侧安装所述内圈，所述外圈和所述内圈之间安装所述滚子；所述外圈内表面安装所述磁体阵列，所述滚子安装所述采能线圈、所述电源管理模块以及所述监测电路模块。本装置能够实时将滚子的监测信号无线传输至上位机进行故障诊断，提高了低速重载大型轴承故障诊断的精确性。

Description

轴承滚子自供电及滚子状态监测装置及工作方法

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体地，涉及轴承滚子自供电及滚子状态监测装置及工作方法。

背景技术

滚动轴承是一种广泛应用于重工业领域的关键基础零部件之一，轴承状态的在线式监测技术越来越多的应用在大型起重机、盾构机、挖掘机、堆垛机等大型工业设备中。大型轴承具有转速低、承受载荷大、不易更换等特点。目前，针对轴承的状态监测和故障诊断技术通常将信号监测传感器安置于轴承座、端盖等部件上，但是，大型轴承转速低、振动信号弱，故障识别误差较大，早期的外挂式轴承监测装置不能满足低速重载轴承的状态监测，现有的技术中提出了嵌入式的监测系统，将传感器安置于轴承滚子内，避免其他零部件的振动特性影响并减少了故障信息在传递中的衰减，更能捕捉到滚道、滚子的故障类型。但是需要考虑轴承结构空间改变和应力集中问题对轴承运行效率的影响。同时，嵌入式轴承监测系统不便采用外部电源，且电池供电的方式无法维持长周期监测，因此，目前的嵌入式轴承监测系统难以完成实时监测。

具体到本专利中的难点，即需要解决长期供电及实时监测的问题。

专利文献CN112437846A涉及一种轴承监测系统，优选地用于具有第一轴承圈和第二轴承圈的滚子轴承，第一轴承圈和第二轴承圈相对于彼此可旋转地布置，轴承监测系统具有：至少一个传感器元件，传感器元件具有用于非接触检测轴承状态的一个或者多个传感器；具有用于传输信号的至少一个传输器；以及用于向传感器元件和传输器供给电能的供电单元，所述至少一个传感器元件连接到所述传输器并且布置在载体元件上，所述载体元件通过适配器固定在所述轴承上。

专利文献CN111693286A公开了一种轴承振动监测系统，包括轴承、支撑套、振动传感器、电子诊断模块、工控机、PLC控制器、显示终端、报警装置和存储装置，所述轴承安装在齿轮轴上，齿轮轴安装在支撑套内孔中，振动传感器连接在支撑套的水平和竖直方向各安装一处，实现对轴承的振动数据采集；振动传感器将信号传输给电子诊断模块，电子诊断模块通过处理信号输出实时的振动频谱图，或通过信号处理，输出信号给PLC控制器；所述PLC控制器经信号处理可在显示终端显示轴承振动的实时数据，并在监测值超过设定值时触发报警装置响应；存储装置可调取运行数据进行比对分析。

上述现有专利未能解决长期供电问题，且在监测过程中误差较大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种轴承滚子自供电及滚子状态监测装置及工作方法。

根据本发明提供的一种轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，包括：外圈、内圈、滚子、磁体阵列、采能线圈、电源管理模块以及监测电路模块；

所述外圈内侧安装所述内圈，所述外圈和所述内圈之间安装所述滚子；

所述外圈内表面安装所述磁体阵列，所述滚子安装所述采能线圈、所述电源管理模块以及所述监测电路模块。

优选地，所述外圈截面设置为U型，所述U型通过端面板两端垂直向一侧延伸出侧面板形成；

一侧所述侧面板内表面设置环形凹槽，所述环形凹槽内安装所述磁体阵列；

所述滚子安装在保持架中并通过所述保持架沿所述内圈轴向限位安装在所述外圈和所述内圈之间；

所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置用于大型轴承，所述大型轴承外径为200mm至400mm。

优选地，所述滚子朝向所述磁体阵列一侧设置内槽；

所述内槽内安装所述采能线圈和线圈支架，所述线圈支架通过螺栓固定安装在所述内槽内，所述采能线圈安装在所述线圈支架上。

优选地，所述滚子背向所述磁体阵列一侧设置阶梯槽，所述阶梯槽内安装所述电源管理模块和所述监测电路模块；

所述阶梯槽靠近所述滚子端面处安装封盖并通过所述封盖密封。

优选地，所述采能线圈电连接所述电源管理模块；

所述电源管理模块电连接所述监测电路模块。

优选地，所述磁体阵列安装有多个磁体，多个所述磁体均匀排列在所述环形凹槽中。

优选地，相邻所述磁体极性相反且互不接触。

优选地，所述磁体阵列和所述采能线圈安置在同一水平线上，所述水平线平行于所述外圈中心轴；

所述外圈和所述内圈同轴放置。

优选地，所述监测电路模块包括：传感器采集模块和无线传输模块；

所述传感器采集模块和所述无线传输模块电连接所述电源管理模块。

优选地，一种所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤S1，所述内圈带动所述滚子相对所述外圈转动，所述采能线圈相对所述磁体阵列做切割磁感线运动，所述采能线圈产生电动势；

步骤S2，所述采能线圈为所述电源管理模块和所述监测电路模块提供电能；

步骤S3，所述传感器采集模块获得电能后获取所述滚子状态数据，所述无线传输模块将数据实时发送出去。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本装置减少了监测装置对轴承有限空间的占用，不影响轴承运行效率；

2、本装置能够实时将滚子的监测信号无线传输至上位机进行故障诊断，提高了低速重载大型轴承故障诊断的精确性；

3、本装置依靠外圈上磁体与滚子上采能线圈的相对运动能够实现对滚子监测电路的直接供电，真正意义上实现轴承的实时状态监测和自供电功能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为轴承滚子自供电及滚子状态监测装置立体结构示意图；

图2为轴承滚子自供电及滚子状态监测装置截面示意图；

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1和图2所示，一种轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，该装置用于大型轴承，大型轴承外径为200mm-400mm。包括：外圈1、内圈2、滚子3、磁体阵列5、采能线圈6、电源管理模块8以及监测电路模块9；外圈1内侧安装内圈2，外圈1和内圈2之间安装滚子3，外圈1内表面安装磁体阵列5，滚子3安装采能线圈6、电源管理模块8以及监测电路模块9。滚子3安装在保持架4中并通过保持架4沿内圈2轴向限位安装在外圈1和内圈2之间。采能线圈6电连接电源管理模块8，电源管理模块8电连接监测电路模块9。磁体阵列5和采能线圈6安置在同一水平线上，水平线平行于外圈1中心轴，外圈1和内圈2同轴放置。监测电路模块9包括：传感器采集模块和无线传输模块，传感器采集模块和无线传输模块电连接电源管理模块8。

外圈1截面设置为U型，U型通过端面板两端垂直向一侧延伸出侧面板形成，一侧侧面板内表面设置环形凹槽，环形凹槽内安装磁体阵列5，磁体阵列5安装有多个磁体，多个磁体均匀排列在环形凹槽中，相邻磁体极性相反且互不接触。滚子3朝向磁体阵列5一侧设置内槽，内槽内安装采能线圈6和线圈支架7，线圈支架7通过螺栓固定安装在内槽内，采能线圈6安装在线圈支架7上。滚子3背向磁体阵列5一侧设置阶梯槽，阶梯槽内安装电源管理模块8和监测电路模块9，阶梯槽靠近滚子3端面处安装封盖10并通过封盖10密封。

本实施例中轴承滚子自供电及滚子状态监测装置的工作方法，包括以下步骤：步骤S1，内圈2带动滚子3相对外圈1转动，采能线圈6相对磁体阵列5做切割磁感线运动，采能线圈6产生电动势；步骤S2，采能线圈6为电源管理模块8和监测电路模块9提供电能；步骤S3，传感器采集模块获得电能后获取滚子3状态数据，无线传输模块将数据实时发送出去。

实施例2

实施例2作为实施例1的优选例。

如图1和图2所示，本装置包括：外圈1、内圈2、滚子3、保持架4，磁体阵列5、采能线圈6、线圈支架7、电源管理模块8、监测电路模块9以及封盖10，其中：外圈1内表面设有环形内槽，用于安装和固定磁体阵列5，相邻磁体极性相反互不接触，滚子3两端面分别设有内槽和阶梯槽，采能线圈6固定于内槽中，电源管理模块8、监测电路模块9和封盖10依次设置于阶梯槽中。在内槽中，通过螺栓固定线圈支架7，采能线圈6安装在线圈支架7上，外圈1表面均匀布置磁体阵列5，磁体阵列5固定位置与采能线圈6高度一致，电源管理模块8输入端通过导线连接采能线圈6输出端，当轴承运行时，内圈2旋转带动滚子3运动，采能线圈6相对于外圈磁体阵列5产生切割磁感线运动，在采能线圈6中产生感应电流，为电源管理模块8提供电能。

在滚子3另一端面设置的阶梯槽中，依次布置有电源管理模块8、监测电路模块9和封盖10，电源管理模块8为监测电路模块9提供电源，监测电路模块9包含传感器采集模块和无线传输模块，传感器采集模块采集滚子3的状态数据，无线传输模块将滚子3状态数据发射至上位机进行状态监测和故障诊断，封盖10有效防止轴承内油液进入滚子内部，对电路板起保护作用。

本发明的工作原理如下：当机械设备进入工作状态，轴承内圈2随着轴旋转，带动滚子3转动，滚子3端面的采能线圈6相对于外圈1的磁体阵列5产生切割磁感线运动，在采能线圈6中产生感应电动势，并为电源管理模块8提供电能，传感器采集模块获得电能后，获取滚子状态数据，通过无线传输模块将数据实时发送至上位机进行处理，从而实现低速重载大型轴承的实时监测。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于，包括：外圈(1)、内圈(2)、滚子(3)、磁体阵列(5)、采能线圈(6)、电源管理模块(8)以及监测电路模块(9)；

所述外圈(1)内侧安装所述内圈(2)，所述外圈(1)和所述内圈(2)之间安装所述滚子(3)；

所述外圈(1)内表面安装所述磁体阵列(5)，所述滚子(3)安装所述采能线圈(6)、所述电源管理模块(8)以及所述监测电路模块(9)。

2.根据权利要求1所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于：所述外圈(1)截面设置为U型，所述U型通过端面板两端垂直向一侧延伸出侧面板形成；

一侧所述侧面板内表面设置环形凹槽，所述环形凹槽内安装所述磁体阵列(5)；

所述滚子(3)安装在保持架(4)中并通过所述保持架(4)沿所述内圈(2)轴向限位安装在所述外圈(1)和所述内圈(2)之间；

所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置用于大型轴承。

3.根据权利要求2所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于：所述滚子(3)朝向所述磁体阵列(5)一侧设置内槽；

所述内槽内安装所述采能线圈(6)和线圈支架(7)，所述线圈支架(7)通过螺栓固定安装在所述内槽内，所述采能线圈(6)安装在所述线圈支架(7)上。

4.根据权利要求3所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于：所述滚子(3)背向所述磁体阵列(5)一侧设置阶梯槽，所述阶梯槽内安装所述电源管理模块(8)和所述监测电路模块(9)；

所述阶梯槽靠近所述滚子(3)端面处安装封盖(10)并通过所述封盖(10)密封。

5.根据权利要求4所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于：所述采能线圈(6)电连接所述电源管理模块(8)；

所述电源管理模块(8)电连接所述监测电路模块(9)。

6.根据权利要求5所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于：所述磁体阵列(5)安装有多个磁体，多个所述磁体均匀排列在所述环形凹槽中。

7.根据权利要求6所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于：相邻所述磁体极性相反且互不接触。

8.根据权利要求7所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于：所述磁体阵列(5)和所述采能线圈(6)安置在同一水平线上，所述水平线平行于所述外圈(1)中心轴；

所述外圈(1)和所述内圈(2)同轴放置。

9.根据权利要求8所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置，其特征在于，所述监测电路模块(9)包括：传感器采集模块和无线传输模块；

所述传感器采集模块和所述无线传输模块电连接所述电源管理模块(8)。

10.一种权利要求9所述轴承滚子自供电及滚子状态监测装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，所述内圈(2)带动所述滚子(3)相对所述外圈(1)转动，所述采能线圈(6)相对所述磁体阵列(5)做切割磁感线运动，所述采能线圈(6)产生电动势；

步骤S2，所述采能线圈(6)为所述电源管理模块(8)和所述监测电路模块(9)提供电能；

步骤S3，所述传感器采集模块获得电能后获取所述滚子(3)状态数据，所述无线传输模块将数据实时发送出去。

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