CN118032142A - 一种轴承温度监测装置及温度监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承温度监测装置及温度监测系统，该监测系统基于居里温度的设计，用于轴承温度达到或者超过预警温度的监测与警报。该装置包括软磁铁、永久磁铁、基体和开关组件，其特征在于，所述软磁铁固定在基体上，所述永久磁铁滑动的安装在基体内腔中，该永久磁铁为动部，在软磁铁和永久磁铁之间设置开关组件，开关组件的两个电极端子连接到警报电路。本装置直接的被嵌入到轴承的安装孔内，与轴承之间具有更好的接触面积，降低了冷热桥带来的不利影响。且直接接触使得测量点更接近信号源，大大提高了测量精度，有很高的实际应用价值。

Description

一种轴承温度监测装置及温度监测系统

技术领域

该发明涉及轴承温度监测技术领域。

背景技术

轴承温度是控制、优化和监控是保证机械设备正常运行的重要参数。

专利文献US20240027285A1中公开了一种轴承温度监测系统。该温度监测系统是一种基于测量曲轴或其它活塞驱动系统中连杆处轴承温度的系统。该系统具有安装在连杆轴承端盖中的至少一个温度感测模块。温度感测模块经由无线电或RFID将温度数据发送到安装在曲轴箱或其他壳体外部的数据管理模块。该技术中的温度传感元件可以为热电偶、电阻温度检测器(RTD)或热敏电阻，可以测量从0°F(华氏温标)到300°F的温度。温度传感元件能够检测该连杆的杆轴承的温度。

专利文献CN220322710U中公开了一种轴承体健康状态自动监测装置，轴承健康状态监测仪固定设置在轴承体的上侧平面上，轴承体上还固定设置有轴承体供电器，轴承体供电器的输出端与轴承健康状态监测仪电性连接，温度监测机构包括第一温度监测组件和第二温度监测组件，第一温度监测组件、第二温度监测组件和震动监测机构均设置在轴承体上。本发明便于对轴承体内部的轴向以及径向的振动加速度进行监测，且便于对轴承体内部的单个轴承温度提升状况进行监测，从而便于对轴承体的运转状态进行分析，避免轴承体突然损坏而影响装置运行。

专利文献CN114981551B中公开了一种传感装置和轴承组件，包括用于通过压配合安装到轴承中的传感主体，传感主体配置有：传感测量模块，其包括用于测量轴承载荷的压力传感器和用于测量传感装置的温度的温度传感器，其中，借助所测量的温度校正所测量的载荷；无线通信模块，其用于无线传输来自传感测量模块的轴承信息；无线供电模块，其用于为传感测量模块和无线通信模块供电。

根据监测的原理不同，温度传感元件(温度传感器)可以分为：热电阻、热电偶、热敏三大类，且安装位置一般是在轴承座上或靠近轴承座的结构上，并通过信号线接入监测电路中，是温度采集端。

由此可见，针对滚动轴承的温度监测系统一般是将温度传感器安装在轴承座上或靠近轴承座的结构上，轴承产生故障的位置距离传感器安装位置较远，信号在传输过程中容易存在温度指标的能量损耗。同时，将温度传感器安装在轴承座上，尤其在采集轴承振动信号时，信号需要通过轴承座或其它零部件传递到传感器，信号在传输过程会产生衰减，导致传感器不易检测到早期故障信号。利用振动信号对运行中的机械设备进行状态监测与故障诊断时，存在振动信号采集困难，信号波动较大，分析效果不理想。这种方法采集到的信号除去轴承本身的工作信息外，还包含设备中其他运动部件产生的噪声信号，对轴承故障的监测非常不利。

事实上，当轴承工作时，轴承温度上升，轴承温度超过预警温度后才会出现风险，例如，一种预警温度的最低阈值为150摄氏度，因此，在针对轴承的监测系统设计中，仅需要对高于预警温度进行判断即可。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种轴承温度监测装置及温度监测系统，该监测系统基于居里温度的设计，用于轴承温度达到或者超过预警温度的监测与警报。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种轴承温度监测装置，括软磁铁、永久磁铁、基体和开关组件，其特征在于，所述软磁铁固定在基体上，所述永久磁铁滑动的安装在基体内腔中，该永久磁铁为动部，在软磁铁和永久磁铁之间设置开关组件，开关组件的两个电极端子连接到警报电路。

进一步地，所述开关组件包括动环、静环和复位弹簧，其中，动环固定在永久磁铁上，静环镶嵌在基体内腔中，并在动环和静环之间设置复位弹簧，软磁铁在铁磁性状态下，软磁铁与永久磁铁吸合，开关组件断开；软磁体顺磁性状态下，永久磁铁与软磁铁释放，开关组件闭合。

进一步地，所述动环和静环上分别设置有金属导电滑环，两个滑环彼此接触时形成电路通路，两个滑环彼此分离时形成断路。

进一步地，两个电极端子分别通过金属引线或者金属连接线、金属片连接到动环和静环。

进一步地，所述开关组件包括动板、静板和复位弹簧，所述动板固定在永久磁铁上，静板固定在端盖上，且与动板配对设置，复位弹簧安装永久磁铁的中心腔内，且复位弹簧上端抵接在软磁铁上，下端抵接在动板上软磁铁在铁磁性状态下，软磁铁与永久磁铁吸合，开关组件断开；软磁体顺磁性状态下，永久磁铁与软磁铁释放，开关组件闭合。

进一步地，所述基体为圆桶状或者圆筒状的结构，以粘结连接、焊接连接或者胀紧连接的方式被安装在轴承的安装孔内。

进一步地，所述基体为铝合金、铜合金、工程塑料中的一种。

进一步地，所述基体对软磁铁具有局部或者全包覆结构。

进一步地，所述警报电路为有线电路或无线电路中的一种。

一种轴承温度监测系统，其特征在于，在轴承组件的内圈或者外圈具有安装孔，该轴承温度监测装置被配置于安装孔内。

本发明的有益效果是：

本装置直接的被嵌入到轴承的安装孔内，与轴承之间具有更好的接触面积，降低了冷热桥带来的不利影响。且直接接触使得测量点更接近信号源，大大提高了测量精度，有很高的实际应用价值。

本装置使用软磁铁作为感应体，无需依靠外界电源供电，即使在潮湿有害气体等的气氛中可长期稳定地工作。

本装置通过软磁铁自身的居里温度(物理特性)作为阈值设置，简化了传统传感器信号处理的步骤。

通过在轴承上开小孔，不改变改变轴承的总体尺寸，传感器接近信号源，所测得的信号接近真实值，测量精度高，因此属于一种嵌入式的安装方式。

附图说明

图1为本装置在轴承中的安装示意图。

图2为本装置在轴承中的安装剖视图。

图3为轴承温度监测系统的原理图。

图4为实施例一的剖视图(吸合状态)。

图5为实施例一的剖视图(释放状态)。

图6为实施例二的剖视图(吸合状态)。

图7为实施例二的剖视图(释放状态)。

图8为实施例一中开关组件的结构图。

图9为实施例一的整体视图。

图10为实施例二的整体视图。

图11为实施例三的剖视图(吸合状态)。

图12为实施例三的剖视图(释放状态)。

图13为本装置的安装方式一。

图14为本装置的安装方式二。

图15为本装置的安装方式三。

图16为本装置的安装方式四。

图中：

00轴承，01安装孔，02轴承温度监测装置，

10软磁铁，

20永久磁铁，

30基体，

40开关组件，41动环，42静环，43复位弹簧，44导电滑环，41’动板，42’静板，45V字形金属片，

50端盖，51电极端子。

具体实施方式

居里温度又作居里点或磁性转变点。是指磁性材料中自发磁化强度降到零时的温度，是铁磁性或亚铁磁性物质转变成顺磁性物质的临界点。低于居里点温度时该物质成为铁磁体，此时和材料有关的磁场很难改变。当温度高于居里点时，该物质成为顺磁体，磁体的磁场很容易随周围磁场的改变而改变。

更通俗讲，铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降，达到某一温度时，自发磁化消失，转变为顺磁性，该临界温度为居里温度。它确定了磁性器件工作的上限温度。

参考图1至图3，轴承温度监测装置02，该装置可以为圆柱状、圆销状整体结构，直接安装在轴承上。在安装时，通过在轴承00的内圈或者外圈上钻孔形成安装孔01，可以快速的通过嵌入、压入或者螺纹旋入的方式将该装置固定在轴承的内圈或者外圈上。上述外圈或者内圈上钻孔位置可以根据该轴承的实际工作状态和安装需要进行确定。一般来说，轴承的外圈为静止件，用来安装本装置。在特殊的结构中，有时轴承内圈为静止件，例如回转窑轴承中，此时，该装置被固定在内圈中。因此，本装置被优先的安装轴承组件的静止圈中，这种结构有利于信号线的引出并连接到警报电路(有线电路)。当然的，如果在该装置内集成有无线发射模块，则不需要考虑信号线的引出问题，则本装置可以任意的被安装在内圈或者外圈上，这是可以的。

以图示为例，本装置优选圆柱状结构，包括软磁铁10、永久磁铁20、基体30和开关组件40，其中，基体30为圆桶状或者圆筒状的结构，这种结构可以便于安装的实施，具体来说，通过在轴承内圈或者外圈上进行钻孔即可实现快速安装。软磁铁10固定在基体30上，即两者之间为固定安装，固定的方式可以为粘结连接、焊接连接或者胀紧连接。进一步地，本软磁铁优选圆柱状结构，与上述的基体等直径或者略小，整体上构成一个圆柱体。

本实施例中的基体30可以为铝合金、铜合金、工程塑料等非铁磁性物，这种非铁磁性物的物理特性为，在磁场中也不会出现铁磁性。并可以快速的安装在轴承的安装孔内。

实施例一

参考图4和图5，该方案中，基体30为圆桶状结构，该结构中的基体优选铝合金、铜合金，具有较好的导热性能，以便于与内部的软磁铁进行导热。在本方案中，软磁铁10安装在基体内部。与软磁铁对应的永久磁铁也是圆柱状，且该永久磁铁也安装在基体内腔中，该永久磁铁为活动部件，软磁铁为静置部件，这是相对于基体而言。在软磁铁和永久磁铁之间设置的为开关组件40，本实施例所谓的开关组件包括动环41、静环42和复位弹簧43，其中，动环固定在永久磁铁上并形成一体结构。静环镶嵌在基体内腔中并固定形成一体，该结构中，动环相对于静环具有沿着轴向滑动的空间，并在动环和静环之间设置复位弹簧43。该复位弹簧的作用是，软磁铁在铁磁性状态下，软磁铁与永久磁铁发生吸合现象，此状态下，复位弹簧处于被压缩状态。当软磁体的温度超过居里温度后，软磁体为顺磁性状态，永久磁铁与软磁铁不在吸合，在复位弹簧的作用下，永久磁铁和动环发生轴向上的滑移。在动环41和静环42上分别设置有金属导电滑环44，两个滑环彼此接触时形成电路通路，对应的该状态下，永久磁铁与软磁铁分离状态。两个滑环彼此分离时形成断路，对应的该状态下，永久磁铁与软磁铁为吸合状态。在永久磁铁的外侧基体上固定一个端盖进行封装，该端盖采用非金属体，例如工程塑料，并在该端盖50上设置有两个电极端子51，两个电极端子分别通过金属引线或者金属连接线连接到动环和静环，两个电极端子向外接入到警报电路，当开关组件闭合时向警报电路提供信号。

本装置被封装后可以形成一个传感器。

进一步地，在传感器中增加一个无线发射模块，通过无线发射模块的加入，可以实现无线传输，这种传输技术属于成熟的技术，不在赘述。

实施例二

参考图6和图7，本实施例中，与上述实施例的区别是，基体30为圆筒状结构，并将软磁铁固定在基体的一端，也就是说，该基体对软磁铁10没有包覆作用，这种结构使得软磁铁与轴承组件中的安装孔之间直接贴合，并在导热硅油的辅助下，实现软磁铁与轴承之间的直接导热。这种结构下，可以避免热量在传递过程中的损失，并进一步的提高软磁铁对轴承温度的感知，并提高灵敏度。

图9和图10分别对应实施例一和实施例二中轴承温度监测装置的立体图。

图8为动环、静环和复位弹簧的组合状态。

实施例三

参考图11和图12，本实施例与实施例二的区别是开关组件的不同，具体来说，该开关组件40包括动板41’、静板42’和复位弹簧43，其中，动板41’固定在永久磁铁上并形成一体结构，对应的永久磁铁为一个圆环状的，具有复位弹簧安装腔。静板42’固定在端盖50上，且与动板配对设置。该结构中，动板相对于静板具有分离和贴合动作。复位弹簧安装在上述的安装腔内，且复位弹簧上端抵接在软磁铁上，下端抵接在动板上。该复位弹簧的作用是，软磁铁在铁磁性状态下，软磁铁与永久磁铁发生吸合现象，此状态下，复位弹簧处于被压缩状态。当软磁体的温度超过居里温度后，软磁体为顺磁性状态，永久磁铁与软磁铁不在吸合，在复位弹簧的作用下，永久磁铁和动环发生轴向上移动。上述的动板和静板分别通过金属导线连接到端盖上的两个电极端子，两个电极端子向外接入到警报电路，当开关组件闭合时向警报电路提供信号。更进一步地，将动板的引出线使用V字形金属片45，满足弹性形变的要求。

为进一步地增加导电性能，将动板和静板之间的触点设计为凸起状态。

图13至图16，分别示意性的给出了四种具体的安装状态。

一种轴承温度无线监测系统，该系统采用无线通信技术进行信号的输出，具体来说，在上述的装置中增加一个无线传输模块、电源模块，其中电源模块为供电单元，无线传输模块进行信号的输出。对应的，一个外置单元，该外置单元包括警报电路、无线接收模块和电源模块，该无线接收模块接收来自无线传输模块的信号，并启动警报电路发生报警信号，该信号可以为声光电信号。

一种轴承温度在线监测系统，该在线监测系统中的轴承温度监测装置直接接入警报电路，向警报电路提供报警信号。

本技术实施后，可以及时发现早期故障，避免因为轴承损伤带来的设备大故障、安全事故。

进一步地，在上述的安装孔内预填充导热硅油、导热石墨粉等填充材料，减少安装孔内空隙带来的冷热桥损失。

本技术的警报原理为：当轴承组件工作时，轴承温度上升，轴承本身的温度会通过导热硅油或者导热石墨传递给软磁铁，例如，轴承组件温度大约80℃到150℃之间容易出现故障，所以选择合适居里温度材质的软磁铁。当软磁铁达到居里温度时，软磁铁就会失去磁性，开关组件使警报电路闭合，触发声光电警报，此时也代表轴承温度达到了出现故障的危险温度，需要及时停止工作，防止轴承出现进一步磨损加剧。

本实施例中，仅仅是实例性的给出了圆柱状结构，事实上，在可以预知的范围内，本装置可做成任意形状。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轴承温度监测装置，括软磁铁、永久磁铁、基体和开关组件，其特征在于，所述软磁铁固定在基体上，所述永久磁铁滑动的安装在基体内腔中，该永久磁铁为动部，在软磁铁和永久磁铁之间设置开关组件，开关组件的两个电极端子连接到警报电路。

2.根据权利要求1所述的一种轴承温度监测装置，其特征在于，所述开关组件包括动环、静环和复位弹簧，其中，动环固定在永久磁铁上，静环镶嵌在基体内腔中，并在动环和静环之间设置复位弹簧，软磁铁在铁磁性状态下，软磁铁与永久磁铁吸合，开关组件断开；软磁体顺磁性状态下，永久磁铁与软磁铁释放，开关组件闭合。

3.根据权利要求2所述的一种轴承温度监测装置，其特征在于，所述动环和静环上分别设置有金属导电滑环，两个滑环彼此接触时形成电路通路，两个滑环彼此分离时形成断路。

4.根据权利要求3所述的一种轴承温度监测装置，其特征在于，两个电极端子分别通过金属引线或者金属连接线、金属片连接到动环和静环。

5.根据权利要求1所述的一种轴承温度监测装置，其特征在于，所述开关组件包括动板、静板和复位弹簧，所述动板固定在永久磁铁上，静板固定在端盖上，且与动板配对设置，复位弹簧安装永久磁铁的中心腔内，且复位弹簧上端抵接在软磁铁上，下端抵接在动板上软磁铁在铁磁性状态下，软磁铁与永久磁铁吸合，开关组件断开；软磁体顺磁性状态下，永久磁铁与软磁铁释放，开关组件闭合。

6.根据权利要求1所述的一种轴承温度监测装置，其特征在于，所述基体为圆桶状或者圆筒状的结构，以粘结连接、焊接连接或者胀紧连接的方式被安装在轴承的安装孔内。

7.根据权利要求1所述的一种轴承温度监测装置，其特征在于，所述基体为铝合金、铜合金、工程塑料中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种轴承温度监测装置，其特征在于，所述基体对软磁铁具有局部或者全包覆结构。

9.根据权利要求1所述的一种轴承温度监测装置，其特征在于，所述警报电路为有线电路或无线电路中的一种。

10.一种轴承温度监测系统，其特征在于，在轴承组件的内圈或者外圈具有安装孔，且权利要求1至权利要求9中任一项的一种轴承温度监测装置被配置于安装孔内。