[發(fā)明專利]一種自供電變速箱監(jiān)測裝置

有效

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• 申請日: 2021-07-05
• 公開（公告）號: CN113364350B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 闞君武;夏倩雯;翟仕杰;張李;曹紅兵;程光明;曾平;吳鳴
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02N1/04
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本發(fā)明涉及一種自供電變速箱監(jiān)測裝置，屬新能源與監(jiān)測技術(shù)域。轉(zhuǎn)軸上裝有殼體，殼體立壁和端蓋上設(shè)有定磁鐵；轉(zhuǎn)軸上裝有帶俘能腔組和電控腔的轉(zhuǎn)盤，俘能腔置于轉(zhuǎn)盤兩側(cè)，俘能腔間的隔板上設(shè)有由定電極和定摩擦片構(gòu)成的定復(fù)合膜，兩俘能腔經(jīng)通流孔連通；俘能腔內(nèi)裝有激勵器和復(fù)合振子，激勵器由隔膜與動磁鐵構(gòu)成，復(fù)合振子由基板與其兩側(cè)分別粘接的壓電片和動摩擦片構(gòu)成，動摩擦片與定摩擦片相貼合；兩俘能腔中的復(fù)合振子間隔地覆蓋在通流孔上，隔膜、復(fù)合振子及俘能腔構(gòu)成壓縮腔；轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時激勵器往復(fù)彎曲變形并經(jīng)壓縮腔中氣體迫使復(fù)合振子往復(fù)彎曲變形及與定復(fù)合膜間的接觸與分離，進而將機械能轉(zhuǎn)換成電能，電能經(jīng)處理后供給傳感器和發(fā)射系統(tǒng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于變速箱監(jiān)測與新能源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自供電變速箱監(jiān)測裝置，用于風力發(fā)電機、機床、車輛及礦山機械等領(lǐng)域中變速箱的在線狀態(tài)監(jiān)測。

背景技術(shù)

軸承、齒輪、輪軸等是機床、載運工具、礦山機械、輕工機械及發(fā)電機等領(lǐng)域中不可或缺的常規(guī)件，也是變速系統(tǒng)中最易損的零件。由于變速箱中的零部件大都工作在變速變載荷環(huán)境下，故易發(fā)生故障，約30％的故障因軸承失效所引起的。此外，變速箱出現(xiàn)故障時維修困難、且成本高，其中風電變速箱運行及維護成本高達總運行成本的30％。因此，人們提出了多種形式的變速箱狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)與方法，以期實時獲得變速箱的各相關(guān)狀態(tài)參數(shù)并時發(fā)現(xiàn)并解決問題，從而降低設(shè)備損壞程度及維修成本。目前，風電變速箱監(jiān)測的要素包括齒輪、軸承及輪軸等運動部件的載荷、振動及溫度等諸多方面。最初的變速箱監(jiān)測系統(tǒng)主要為分體的外掛式結(jié)構(gòu)，屬于非接觸的遠距離間接測量，傳感器與信號源間距離較遠、誤差較大。

近年來，人們相繼提出了不同形式的嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)以及基于軸系轉(zhuǎn)動的微型發(fā)電裝置，較好地解決了系統(tǒng)集成化、測量精度及自主供電等問題。目前所提出的自供電監(jiān)測系統(tǒng)大都是利用電磁原理和壓電原理發(fā)電的，電磁發(fā)電的弊端是存在磁干擾、低速時發(fā)電能力弱；壓電發(fā)電的弊端是利用壓電振子端部附加磁鐵實現(xiàn)非接觸激勵，壓電振子受激勵過程中存在扭轉(zhuǎn)變形，可靠性及發(fā)電量低；此外，現(xiàn)有壓電發(fā)電機中壓電振子厚度可調(diào)節(jié)范圍小甚至不可調(diào)節(jié)，厚度較大時輸出高電壓低電流、適用性差，且許用彎曲變形量較小、易破損。顯然，現(xiàn)有技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在較大的局限性，體積小、集成度高、尤其是適于高溫環(huán)境的具有自供電監(jiān)測功能的各類變速箱監(jiān)測系統(tǒng)依然是各行業(yè)所急需的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種自供電變速箱監(jiān)測裝置，主要包括轉(zhuǎn)軸、殼體、端蓋、定磁鐵、轉(zhuǎn)盤、激勵器、復(fù)合振子及定復(fù)合膜，定復(fù)合膜由定電極和定摩擦片構(gòu)成，激勵器由隔膜與隔膜上的動磁鐵構(gòu)成；復(fù)合振子由基板與其兩側(cè)的壓電片和摩擦片構(gòu)成。

轉(zhuǎn)軸法蘭經(jīng)螺釘安裝在主軸端部，轉(zhuǎn)軸上經(jīng)軸承安裝有殼體，殼體經(jīng)彈簧與變速箱體連接，軸承蓋將軸承外圈壓接在殼立壁的軸承孔內(nèi)；殼筒壁端部經(jīng)螺釘裝有端蓋，殼立壁和端蓋上都設(shè)有以轉(zhuǎn)軸的軸心為中心的一組定磁鐵，定磁鐵沿圓周方向均布且到轉(zhuǎn)軸的軸心的距離相等，定磁鐵為圓形磁鐵或弧形的片狀磁鐵。

轉(zhuǎn)軸上安裝有轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的軸孔套在轉(zhuǎn)軸上并經(jīng)平鍵與轉(zhuǎn)軸連接，擋板經(jīng)螺釘安裝在轉(zhuǎn)軸端部，擋板經(jīng)軸承的內(nèi)圈和軸套將轉(zhuǎn)盤壓接轉(zhuǎn)軸的軸肩上，轉(zhuǎn)盤位于殼體內(nèi)部；轉(zhuǎn)軸或主軸上設(shè)有傳感器，傳感器為振動傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、加速度傳感器或溫度傳感器。

轉(zhuǎn)盤上設(shè)有至少一個由兩個俘能腔構(gòu)成的俘能腔組和至少一個電控腔，電控腔內(nèi)安裝有電路板，電控腔端部經(jīng)螺釘安裝有腔蓋；俘能腔組中的兩個俘能腔對稱配置在轉(zhuǎn)盤兩側(cè)，俘能腔間的隔板上由里到外依次粘接有定電極和定摩擦片，定電極的半徑大于定摩擦片的半徑，定電極和定摩擦片構(gòu)成定復(fù)合膜；俘能腔組中的兩個俘能腔經(jīng)通流孔連通，即定復(fù)合膜和隔板上設(shè)有一組連通兩個俘能腔的通流孔，通流孔均布在以俘能腔的圓心為中心的圓周上，通流孔的數(shù)量為偶數(shù)。

本發(fā)明中，定復(fù)合膜可僅含有定電極，即定電極表面可不粘接定摩擦片。

俘能腔內(nèi)經(jīng)螺釘和壓環(huán)由外至內(nèi)依次壓接有激勵器和復(fù)合振子。