一种发电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种发电装置，属于新能源和发电【技术领域】。外圈和内圈的左右两端分别设有内环槽和外环槽，所述两内圈外环槽处分别通过过盈配合安装有设有辐板的骨架；各骨架两侧均分别安装有电路板和金属片并构成辐腔，对应辐腔处的金属片上粘接有压电片，受激磁铁通过螺钉与压电片及金属片相连；骨架上对应辐腔处安装有传感器；压电片、金属片及传感器通过不同的导线组与电路板连接；两激励磁铁分别镶嵌在两保持架上并与两个受激磁铁正对，所述各轴向相邻两磁铁的异性磁极靠近安装。特色与优势：具有自供能传感监测功能，作为独立的标准部件使用，无需改变其安装设备的结构，可实现真正意义上的实时在线监测。
【专利说明】
一种发电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于新能源和发电【技术领域】，具体涉及一种发电装置。
【背景技术】
[0002]轴承是一种典型的机械基础件，在机械、车辆、航空航天、轮船及能源等领域都有着极其广泛的应用；然而，轴承也是转动机器中最易损坏的零件之一，旋转机械故障的30%是由轴承失效所引发的。因此，轴承的状态监测与早期故障诊断已引起人们的高度重视。轴承状态的在线监测已经逐步成为大型风力发电机、轮船、高铁以及航空器等领域不可或缺的技术，所需监测的指标包括诸如温度、振动、转速及噪音等。早期的轴承监测系统主要是外挂式的，其弊端之一是传感器与信号源间的距离较远，属于非接触的间接测量，故误差较大。近年来，人们又相继提出了不同形式的嵌入式监测系统，这种方法可解决测量精度及准确性问题，但需要改变相关设备的结构或其完整性，以便安装传感监测系统，这不但容易引起设备零部件的应力集中等问题，在一些结构复杂或空间有限的设备上也是无法实现的；最为关键的是，当监测系统需要随轴承内圈或外圈一起转动时，不便通过电线供电，而采用电池供电使用时间很短。因此，目前的轴承监测系统基本上还都是非实时的、间接的非接触测量，难以及时准确地获得轴承的运行状态。
【发明内容】
[0003]针对现有轴承监测系统在实际应用中所存在的各类问题，本实用新型提供一种发电装置。本实用新型采用的实施方案是:一种发电装置，主要由外圈、圆柱滚子、珠架一和珠架二、内圈、环形骨架一和骨架二、环形电路板一和电路板二、金属片一和金属片二、压电片一和压电片二、受激磁铁一和受激磁铁二、激励磁铁一和激励磁铁二等构成。所述外圈两端设有内环槽、内圈两端设有外环槽，所述两内圈外环槽处分别通过过盈配合安装有设有辐板的骨架一和骨架二 ；电路板一和金属片一通过螺钉固定在骨架一左右两侧，并与骨架一构成密闭辐腔一；压电片一粘接在金属片一上、且置于辐腔一内；受激磁铁一通过螺钉与压电片一及金属片一相连；压电片一及金属片一通过导线组一与电路板一相连；传感器一固定在环形骨架一上、且置于辐腔一内；所述传感器一通过导线组二与电路板一相连；金属片二和电路板二通过螺钉固定在骨架二的左右两侧，并与环形骨架二构成密闭辐腔二 ；压电片二粘接在金属片二上、且置于密闭辐腔二内；受激磁铁二通过螺钉与压电片二及金属片二相连接；压电片二及金属片二通过导线组三与电路板二相连接；传感器二固定在环形骨架二上、且置于密闭辐腔二内；所述传感器二经导线组四与电路板二相连；激励磁铁一及激励磁铁二分别在镶嵌保持架一和保持架二上，并分别与受激磁铁一及受激磁铁二正对，所述各轴向相邻两磁铁的异性磁极靠近安装。
[0004]为提高发电量，所述各磁铁的半径相等且由式rfCR + dsin —计算得到，
?0(1 +免)
其中:R为圆柱滚子轴承内圈滚道的半径，r为圆柱滚子半径，Iitl为圆柱滚子的数量，亦即激励磁铁一及激励磁铁二的数量称为定角比，Q2 = 360/?为两相邻激励磁铁一
0
或两相邻激励磁铁二的中心与其回转中心O的连线间的夹角，Ql为通过回转中心O且与所述激励磁铁一或二相切的直线间的夹角；较佳的定角比为k = 1.5?3.5。
[0005]工作过程中，圆柱滚子随着外圈或内圈转动而滚动，同时还带动圆柱滚子及与镶嵌在所述圆柱滚子上的激励磁铁一和激励磁铁二一起转动，从而使激励磁铁一和受激磁铁一及激励磁铁二和受激磁铁二之间产生相对运动，并使激励磁铁一与受激磁铁一之间的作用力、以及激励磁铁二与受激磁铁二之间作用力发生变化，迫使压电片一和压电片二交替的弯曲变形，将机械能转换成电能；压电片一所生成的电能经导线组一输出给电路板一上的能量转换处理电路，再经导线组二输出给传感器一；压电片一所生成的电能经导线组三输出给电路板二上的能量转换处理电路，再经导线组四输出给传感器二 ；从而实现轴承运动状态的自供电实时监测。
[0006]为确保俘能器产生的电能可满足传感器的自供电需求，应尽可能提高俘能器产生的电能。激励磁铁与受激磁铁相对转动一周时，单个俘能器产生的电能为
==其中4为俘能器的自由电容，Vg= nF为俘能器生成的开路电压，Π为与俘能器尺度及材料有关的系数，F为俘能器所受的外部作用力，h = nF2称为能量系数。显然，在其它条件不变时，可通过提高俘能器所受外部作用力F提高电压，通过提高能量系数h提高电能。根据本实用新型圆柱滚子轴承的工作原理以及磁场为空间分布的实际情况，任一受激磁铁一都同时受多个激励磁铁一作用、任一受激磁铁二都同时受多个激励磁铁二作用。故在其它条件确定的情况下，所述某个受激磁铁一及受激磁铁二所受作用力分别与其所对应的定角比k有关，且存在较佳的定角比k使得作用力F、电压Vg、及电能Eg较大；当取k= 1.5?3.5时，所获得的电压和电能都较大，可确保能量系数不低于其最大值的1/2。
[0007]图6给出了不同定角比时受激磁铁所受作用力F与转角比j =Q3/Q1的试验曲线，其中Q3为受激磁铁及激励磁铁中心与其回转中心O的连线间的夹角，故转角比j表征的是受激磁铁与激励磁铁间的距离。图6说明，定角比不同时，受激磁铁所受激励磁铁作用力的大小及激励的次数不同。作用力最大值、激励次数以及能量系数与定角比k的关系曲线如图7所示。显然，当取k = 1.5?3.5时，所得电压和电能都较大，能量系数大于其最大值的 1/2。
[0008]俘能器产生的电压和电能除了与作用力F，定角比k有关外，跟作用力F的作用时间也有很大的关系。当作用力F，定角比k确定时，根据I = Ft，若激励磁铁一或二作用时间t过小，俘能器几乎不产生电压和电能，可通过提高作用时间t来提高对俘能器的冲量。根据计算，圆柱滚子(激励磁铁一或二)公转一周时间为T = 120(R+r)/nR，其中R为内圈滚道半径，r为圆柱滚子半径，n(r/min)为内圈转速(假设外圈转速为O)。作用时间t =240 (R+r) arctan (r0/ (R+r)) /n π R，其中;Ttl为激励磁铁半径。与本实用新型激励磁铁一或二(圆柱滚子)相同旋转半径并直接相对转动的激励磁铁公转一周的时间为Ttl = 60/n，作用时间为 t0 = 120arctan (r0/ (R+r)) / πη，则时间比 y = t/t0 = 2 (R+r) /R0 所以本实用新型可延长激励磁铁一或二的作用时间，即可提高俘能器产生电压和电能。
[0009]优势与特色:轴承自身具有自供能传感监测功能，作为独立的标准部件使用，无需改变其安装设备的结构，可实现真正意义上的实时在线监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型一个较佳实施例中圆柱滚子轴承的结构剖面图；
[0011]图2是轴承内圈及外圈上未安装环形骨架时的结构示意图；
[0012]图3是图1的A-A视图；
[0013]图4是图1的B-B视图；
[0014]图5是本实用新型中激励磁铁与受激磁铁相对转动后的结构示意图；
[0015]图6是不同定角比时受激磁铁所受作用力与转角比的关系曲线；
[0016]图7是能量系数、最大作用力及激励次数与定角比的关系曲线；
【具体实施方式】
[0017]针对现有轴承监测系统在实际应用中所存在的各类问题，本实用新型提供一种发电装置。本实用新型采用的实施方案是:一种发电装置，主要由外圈1、圆柱滚子2、珠架一3和珠架二 3’、内圈4、环形骨架一 5和骨架二 5’、环形电路板一 6和电路板二 6’、金属片一7和金属片二 7’、压电片一 10和压电片二 10’、受激磁铁一 11和受激磁铁二 11’、激励磁铁一8和激励磁铁二 8，等构成。
[0018]本实用新型中，所述外圈I左右两端分别设有内环槽101和101’，所述内圈4左右两端分别设有外环槽401和401’ ；所述内圈的左外环槽401通过过盈配合安装有设有辐板501的环形骨架二 5，所述环形骨架二 5的外孔与外圈I的右内环槽101为间隙配合；所述内圈的右外环槽401’通过过盈配合安装有设有辐板501’的环形骨架二 5’，所述环形骨架二5’的外孔与外圈I的右内环槽101’为间隙配合；所述电路板一 6和金属片一 7分别通过螺钉固定在环形骨架一 5的左侧和右侧，并与环形骨架一 5及辐板501共同构成密闭辐腔一 502 ;所述压电片一 10粘接在金属片一 7上、且置于辐腔一 502内；受激磁铁一 11通过螺钉与压电片一 10及金属片一 7相连；所述压电片一 10及金属片一 7通过导线组一 9与电路板一 6相连接；传感器一 13固定在环形骨架一 5上、且置于福腔一 502内；所述传感器一 13通过导线组二 12与电路板一 6相连接；所述金属片二 V和电路板二 6’分别通过螺钉固定在环形骨架二 5’的左右两侧，并与环形骨架二 5’及所述环形骨架二 5’上的辐板501’共同构成密闭辐腔二 502’;所述压电片二 10’粘接在金属片二 V上、且置于密闭辐腔二 502’内；受激磁铁二 11’通过螺钉与压电片二 10’及金属片二 V相连接；所述压电片二10’及金属片二 V通过导线组三9’与电路板二 6’相连接；传感器二 13’固定在环形骨架二 5’上、且置于密闭辐腔二 502’内；所述传感器二 13’通过导线组四12’与电路板二 6’相连接；激励磁铁一 8及激励磁铁二 8’分别在镶嵌保持架一 3和保持架二 3’上，并分别与受激磁铁一 11及受激磁铁二 11’正对；受激磁铁一 11与激励磁铁一 8之间、激励磁铁一 8与激励磁铁二 8’之间、以及激励磁铁二 8’与受激磁铁11’之间的异性磁极靠近安装。.180
[0019]为提高发电量，所述各磁铁的半径相等且由式算得到，其
?0(1 +是)
中:R为圆柱滚子轴承内圈滚道的半径，r为圆柱滚子2半径，Iitl为圆柱滚子2的数量，亦即激励磁铁一 8及激励磁铁二 8，的数量；k=称为定角比，Q2 = 360/n0为两相邻激励磁铁一 8或两相邻激励磁铁二 8，的中心与其回转中心O的连线间的夹角，Ql为通过回转中心O且与所述激励磁铁一 8或二 8’相切的直线间的夹角；较佳的定角比为k= 1.5?
3.5o
[0020]工作过程中，圆柱滚子2随着外圈I或内圈4转动而滚动，同时还带动圆柱滚子2及与镶嵌在所述圆柱滚子上的激励磁铁一 8和激励磁铁二 8’一起转动，从而使激励磁铁一8和受激磁铁一 11及激励磁铁二 8，和受激磁铁二 11’之间产生相对运动，并使激励磁铁一8与受激磁铁一 11之间的作用力、以及激励磁铁二 8，与受激磁铁二 11’之间作用力发生变化，迫使压电片一 10和压电片二 10’交替的弯曲变形，将机械能转换成电能；压电片一10所生成的电能经导线组一 9输出给电路板一 6上的能量转换处理电路，再经导线组二 12输出给传感器一 13 ;压电片一 10’所生成的电能经导线组三9’输出给电路板二 6’上的能量转换处理电路，再经导线组四12’输出给传感器二 13’ ；从而实现轴承运动状态的自供电实时监测。
[0021]为确保俘能器产生的电能可满足传感器的自供电需求，应尽可能提高俘能器产生的电能。激励磁铁与受激磁铁相对转动一周时，单个俘能器产生的电能为Eg=nCfKl2 = nCfhFf l2=zhcf〒!2，实中=Cf为俘能器的自由电容，Vg= nF为俘能器生成的开路电压，Π为与俘能器尺度及材料有关的系数，F为俘能器所受的外部作用力，h = nF2称为能量系数。显然，在其它条件不变时，可通过提高俘能器所受外部作用力F提高电压，通过提高能量系数h提高电能。根据本实用新型圆柱滚子轴承的工作原理以及磁场为空间分布的实际情况，任一受激磁铁一 11都同时受多个激励磁铁一 8作用、任一受激磁铁二 11’都同时受多个激励磁铁二 8，作用。故在其它条件确定的情况下，所述某个受激磁铁一 11及受激磁铁二 11’所受作用力分别与其所对应的定角比k有关，且存在较佳的定角比k使得作用力F、电压Vg、及电能Eg较大。本实用新型中，较佳的定角比为k = 1.5?
3.5时，所获得的电压和电能都较大。
[0022]图6给出了不同定角比时受激磁铁所受作用力F与转角比j =Q3/Q1的试验曲线，其中Q3为受激磁铁及激励磁铁中心与其回转中心O的连线间的夹角，故转角比j表征的是受激磁铁与激励磁铁间的距离。图6说明，定角比不同时，受激磁铁所受激励磁铁作用力的大小及激励的次数不同。作用力最大值、激励次数以及能量系数与定角比k的关系曲线如图7所示。显然，当取k = 1.5?3.5时，所得电压和电能都较大，能量系数大于其最大值的 1/2。
[0023]俘能器产生的电压和电能除了与作用力F，定角比k有关外，跟作用力F的作用时间也有很大的关系。当作用力F，定角比k确定时，根据I = Ft，若激励磁铁一 8或二 8’作用时间t过小，俘能器几乎不产生电压和电能，可通过提高作用时间t来提高对压电片的冲量。根据计算，圆柱滚子2 (激励磁铁一 8或二 8’ )公转一周时间为T= 120(R+r)/nR，其中R为内圈4滚道半径，r为圆柱滚子2半径，n(r/min)为内圈4转速(假设外圈I转速为O)。作用时间t = 240 (R+r) arctan (r0/ (R+r))/n π R，其中!Tci为激励磁铁半径。与本实用新型激励磁铁一 8或二 8’(圆柱滚子2)相同旋转半径并直接相对转动的激励磁铁公转一周的时间为T0 = 60/n,作用时间为t0 = 120arctan (r0/ (R+r)) / πη，则时间比y = t/t。=2 (R+r)/R0所以本实用新型可延长激励磁铁一 8或二 8’的作用时间，即可提高俘能器产生电压和电能。
【权利要求】
1.一种发电装置，主要由外圈、圆柱滚子、珠架一和珠架二、内圈、环形骨架一和骨架二、环形电路板一和电路板二、金属片一和金属片二、压电片一和压电片二、受激磁铁一和受激磁铁二、激励磁铁一和激励磁铁二等构成，其特征在于:所述外圈两端设有内环槽、内圈两端设有外环槽，两内圈外环槽处分别通过过盈配合安装有设有辐板的骨架一和骨架二；电路板一和金属片一通过螺钉固定在骨架一左右两侧，并与骨架一构成密闭辐腔一；压电片一粘接在金属片一上、且置于辐腔一内；受激磁铁一通过螺钉与压电片一及金属片一相连；压电片一及金属片一通过导线组一与电路板一相连；传感器一固定在环形骨架一上、且置于辐腔一内；所述传感器一通过导线组二与电路板一相连；金属片二和电路板二通过螺钉固定在骨架二的左右两侧，并与环形骨架二构成密闭辐腔二 ；压电片二粘接在金属片二上、且置于密闭辐腔二内；受激磁铁二通过螺钉与压电片二及金属片二相连接；压电片二及金属片二通过导线组三与电路板二相连接；传感器二固定在环形骨架二上、且置于密闭辐腔二内；所述传感器二经导线组四与电路板二相连；激励磁铁一及激励磁铁二镶嵌在圆柱滚子两侧，并分别与受激磁铁一及受激磁铁二正对，所述各轴向相邻两磁铁的异性磁极靠近安装。
2.根据权利要求1所述的一种发电装置，其特征在于:所述各磁铁的半径相等且由式 /n 、.180r0=(R+r)sm一计算得到，其中:R为圆柱滚子轴承内圈滚道的半径，r为圆柱滚子半
?0(1 +是)径，Iitl为圆柱滚子的数量4二^^称为定角比，Q2 = 360/?为两相邻激励磁铁一或两相邻激励磁铁二的中心与其回转中心O的连线间的夹角，Ql为通过回转中心O且与所述激励磁铁一或二相切的直线间的夹角；较佳的定角比为k = 1.5?3.5。
3.根据权利要求1所述的一种发电装置，其特征在于:激励磁铁一/ 二公转一周时间为T= 120(R+r)/nR,其中R为内圈滚道半径，r为圆柱滚子半径，n(r/min)为内圈转速，作用时间t = 240 (R+r) arctan (r0/ (R+r)) /η π R，其中为激励磁铁半径；与激励磁铁一 / 二相同旋转半径并直接相对转动的激励磁铁公转一周的时间为Ttl = 60/n，作用时间为h =120arctan (r0/ (R+r)) / π η,则时间比 y = t/t0 = 2 (R+r) /R0
【文档编号】H02K11/00GK203968009SQ201420319526
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】张忠华, 刘殿龙, 王淑云, 程光明 申请人:浙江师范大学