專利名稱：具有能量轉(zhuǎn)換器的軸承電流傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于安裝在電機(jī)(Electrischen Maschine)的軸旁(an)或者軸上(auf)的、具有用于檢測(cè)該電機(jī)的軸承電流的檢測(cè)裝置的傳感器裝置。
背景技術(shù)：
軸承電流通常出現(xiàn)在由變流器饋電的電機(jī)中。它們?cè)跇O短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致球軸承或者滾動(dòng)軸承的損傷并且由此導(dǎo)致傳動(dòng)裝置出現(xiàn)故障。因此，為了檢測(cè)軸承電流應(yīng)用牢固安裝的傳感器系統(tǒng)。該傳感器系統(tǒng)應(yīng)連續(xù)地監(jiān)控傳動(dòng)裝置。由于在設(shè)備真正運(yùn)行時(shí)無法直接測(cè)量軸承電流，所提出的軸承電流傳感器通過檢測(cè)機(jī)器的軸的電勢(shì)監(jiān)測(cè)軸承電流的出現(xiàn)。為此使用滑動(dòng)接觸(電刷)或者無接觸的耦合裝置(例如借助于電容耦合)。無接觸的耦合裝置具有不產(chǎn)生磨損和不需要維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。 此類傳感器系統(tǒng)為了運(yùn)行需要能量供給裝置。因此，在將軸承電流傳感器安裝在電動(dòng)機(jī)軸上或者軸承上時(shí)產(chǎn)生了這一問題，即如何能夠?yàn)閭鞲衅魈峁┠芰俊碜载?fù)載回路的能量供給(電動(dòng)機(jī)的電流供給)由于通常存在的高電壓和高功率只有以高昂的費(fèi)用才可能實(shí)現(xiàn)。通過在緊鄰電機(jī)的附近范圍內(nèi)使用電磁場(chǎng)提供了產(chǎn)生能量的一個(gè)其它的可能性。后者在優(yōu)化散射損失的過程中使用得越來越少并且因此更加難以使用。為了給電動(dòng)機(jī)附近的傳感器裝置提供能量，如今通常使用電池組或者安裝好的供電單元。通過這些解決方案產(chǎn)生了更高的維護(hù)費(fèi)用或者額外的安裝費(fèi)用?？偟膩碚f，用于檢測(cè)軸承電流的傳感器系統(tǒng)典型地分為以下組件耦合裝置(Ankopplung)、傳感器、評(píng)估單元、供電裝置以及電池組。這些組件通常通過多個(gè)分離的單元以及設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，降低用于檢測(cè)電機(jī)的軸承電流的費(fèi)用。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過用于安裝在電機(jī)的軸旁或者軸上的傳感器裝置實(shí)現(xiàn)，該傳感器裝置具有用于檢測(cè)該電機(jī)的軸承電流的檢測(cè)裝置和與該檢測(cè)裝置裝配成為一個(gè)可更換(austauschbaren)的模塊的能量轉(zhuǎn)換裝置，以將軸的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為用于檢測(cè)裝置的電倉泛。因此，在有利的方式中，有可能在電機(jī)運(yùn)行期間自給自足地獲得用于檢測(cè)裝置的電能。此外還存在不依賴于外部的能量供應(yīng)、作為模塊的傳感器裝置，即作為唯一的緊湊的組件而容易更換以及改裝或者說更新。檢測(cè)裝置和能量轉(zhuǎn)換裝置優(yōu)選地布置在共同的外殼中。通過共同的外殼進(jìn)一步強(qiáng) 化了傳感器裝置的模塊性，并且此外外殼為檢測(cè)裝置和能量轉(zhuǎn)換裝置提供保護(hù)。傳感器裝置具有基本為圓盤形的結(jié)構(gòu)并且能夠與電機(jī)的軸同心地安裝在該軸旁或者軸上。通過該圓盤形的結(jié)構(gòu)，它(傳感器裝置)在軸向上僅需要極小的結(jié)構(gòu)空間。
此外，傳感器裝置能夠被設(shè)計(jì)用于電容地檢測(cè)軸承電流。從而使對(duì)軸承電流以及表征軸承電流的電壓進(jìn)行無磨損的檢測(cè)成為可能。可替換地，所述檢測(cè)裝置具有用于檢測(cè)軸承電流的電刷，以與所述軸上的滑環(huán)或者所述軸本身產(chǎn)生電接觸(galvantischen Kontakt),從而能夠直接測(cè)量充電電流(Ladestrom)0在其它的實(shí)施形式中，傳感器裝置能夠具有用于對(duì)檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸?shù)慕涌谘b置。由于無須敷設(shè)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娎|，由此也降低了傳感器裝置的安裝費(fèi)用。另外，能量裝換裝置能夠具有感應(yīng)接收器(induktiven Aufnehmer)和磁的、或者可磁化的元件，這些元件能夠機(jī)械地與軸耦合或者是軸的組成部分。這樣，普遍的發(fā)電機(jī)原理也被用于產(chǎn)生電能。
此外，傳感器裝置能夠具有作為檢測(cè)裝置和能量轉(zhuǎn)換裝置的至少分別一個(gè)組件的支架的印制電路板。由此，支架附加地獲得了作為、或者能夠作為信號(hào)處理組件的支架的功能。因?yàn)楫?dāng)傳感器裝置在它的外殼中也具有用于處理檢測(cè)裝置的信號(hào)的信號(hào)處理裝置時(shí)，則尤其有利。這樣便能夠以預(yù)定的格式發(fā)出軸承電流的信號(hào)。正如上文中已說明的，傳感器裝置的特別優(yōu)選的應(yīng)用在于，為了電機(jī)或者連接在電機(jī)上的、具有可旋轉(zhuǎn)的軸的負(fù)載機(jī)(Lastmachine)而使用該傳感器裝置。


現(xiàn)在通過附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明，圖中示出圖I是具有連接其上的負(fù)載機(jī)的電動(dòng)機(jī)的原理簡圖；圖2示出了盤式發(fā)電機(jī)；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明集成在盤式發(fā)電機(jī)中的軸承電流-探測(cè)器和圖4示出了具有感應(yīng)發(fā)生器(Induktivgeber)和齒盤的能量轉(zhuǎn)換器。
具體實(shí)施例方式隨后詳細(xì)說明的實(shí)施例是本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式。本發(fā)明的基本構(gòu)思是，電機(jī)I或者連接在其上的負(fù)載機(jī)2的軸上的機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)能在運(yùn)行狀態(tài)下始終存在足夠的量。因此，該能量來源應(yīng)與對(duì)于用于檢測(cè)軸承電流的傳感器裝置而言所必需的元件一起使用。圖I示出了由電動(dòng)機(jī)I、負(fù)載機(jī)2、電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸3以及聯(lián)軸器4和負(fù)載機(jī)2的軸5組成的典型的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。在圖I中用箭頭標(biāo)出了對(duì)于軸承電流傳感器在傳動(dòng)軸2和軸5上的可能的安裝位置。根據(jù)實(shí)施形式，軸承電流傳感器的能量供給問題以及將不同的、必要的設(shè)備功能集成在一個(gè)結(jié)構(gòu)中的問題既可以通過使用感應(yīng)發(fā)電的原理、也可以通過使用取決于結(jié)構(gòu)的、在旋轉(zhuǎn)的軸和傳感器-電子裝置之間的電容耦合裝置實(shí)現(xiàn)。由于傳感電子裝置只具有相對(duì)較小的功率消耗，因此用于將機(jī)械的旋轉(zhuǎn)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置可以這樣構(gòu)造和設(shè)計(jì)，即重要的不是實(shí)現(xiàn)高的、能量的效率等級(jí)，而是特別充分地利用耦合至電動(dòng)機(jī)軸的電勢(shì)的電容耦合的影響。如果在電機(jī)的軸上布置一個(gè)結(jié)構(gòu)(圓環(huán)、圓盤，壓入軸材料中的沖壓部分)，并且該結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)在它的附近產(chǎn)生可變磁通量(齒結(jié)構(gòu)、軸結(jié)構(gòu)、沖壓的磁化部分)，并且在外部周圍布置環(huán)形結(jié)構(gòu)或者具有集成線圈的、獨(dú)立的(塑料-)外殼，那么這些線圈能夠通過軸上的磁結(jié)構(gòu)被激發(fā)并且由此在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)承擔(dān)起發(fā)電機(jī)的功能。對(duì)此已公開的例子是感應(yīng)發(fā)電機(jī)或者圓盤發(fā)電機(jī)。為了電容地采集軸承電流-信號(hào)，布置在外殼上的有傳導(dǎo)能力的條狀裝置也可以用作電容器結(jié)構(gòu)。該解決方案提供了一種檢測(cè)軸的電勢(shì)的、不產(chǎn)生損耗的可能性。通過所提出的解決方案能夠由此構(gòu)成緊湊的、用于檢測(cè)軸承電流的、能量自給的設(shè)備，該設(shè)備通過圓盤形的外部輪廓也能夠安裝在難以到達(dá)的軸或者短的軸末端上，并且能夠在高的防護(hù)級(jí)中實(shí)施。圖2中描述了適合用于為軸承電流傳感器產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)。這里的發(fā)電機(jī)指的是八極的盤式發(fā)電機(jī)，正如例如為小型的風(fēng)力設(shè)備所使用的發(fā)電機(jī)一樣。該盤式發(fā)電機(jī)具有可安裝在各自的軸上的圓盤，并且在圓盤的圓周上分布磁極6。在本例子中，八個(gè)線圈3以與圓盤的軸向的距離分布在整個(gè)圓盤上。出于示意圖的原因，圖2中，在盤式發(fā)電機(jī)的軸 面的左半部分中示出了發(fā)電機(jī)圓盤7上的總共八個(gè)極6中的四個(gè)極。圖2的示意圖的右半部分上示出了八個(gè)線圈8中的四個(gè)線圈。圖3此時(shí)示出圖2中的、集成在用于檢測(cè)軸承電流的傳感器裝置中的盤式發(fā)電機(jī)。圖3的示意圖是沿軸3的軸線的截面示意圖。隨軸一起旋轉(zhuǎn)的金屬或者金屬化的圓盤7位于軸3上，該圓盤7配備有磁區(qū)或者集成的磁體(極6)。盤式發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)的圓盤7被固定的外殼9環(huán)繞。在該外殼9中，線圈支架10也軸向地布置在旋轉(zhuǎn)的圓盤7之前或者之后。這些線圈支架10例如由印制電路板的材料構(gòu)成并且支撐空心線圈8。也就是說，正如在圖2的右半部分中所示出的一半線圈一樣，空心線圈的布置位于旋轉(zhuǎn)的圓盤7兩側(cè)?？招木€圈能夠常規(guī)地或者以印制導(dǎo)線的形式實(shí)現(xiàn)。每個(gè)線圈支架10的朝向旋轉(zhuǎn)的圓盤7，即磁極轉(zhuǎn)子的一面應(yīng)該用作電容的軸承電流傳感器的電容器平面(旋轉(zhuǎn)的圓盤用作其它的電容器板)。因此，在線圈支架10的這一面上涂導(dǎo)電材料11。這一涂層可以例如是在各個(gè)印制電路板以及各個(gè)線圈支架10上的連續(xù)的銅面。由旋轉(zhuǎn)的圓盤7和金屬的支架涂層11構(gòu)成的電容器用作檢測(cè)軸承電流的檢測(cè)裝置。也可以取代電容耦合建立與旋轉(zhuǎn)圓盤的電接觸。電接觸例如能夠借助于滑動(dòng)接觸(Schleikontakten)或者碳纖維刷實(shí)現(xiàn)?？梢砸猿Ｒ?guī)的方式給用作支架10的固定的印制電路板附加地配備電氣的和電子的元件。通過這些電路部分能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于電流供給而言所必需的整流和電壓調(diào)節(jié)、模擬和數(shù)字的信號(hào)處理以及與上級(jí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。通過該集成布置，在一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中實(shí)現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換器的功能、信號(hào)-耦合裝置用于檢測(cè)軸的電勢(shì)的功能以及模擬的、或者數(shù)字的信號(hào)處理功能。獲取能量的其它的實(shí)施形式也可以以感應(yīng)發(fā)生器的原理為基礎(chǔ)。圖4示出了具有齒盤12和與之徑向地布置的感應(yīng)發(fā)生器13的實(shí)施形式。該感應(yīng)發(fā)生器13固定在例如電動(dòng)機(jī)外殼14以及電機(jī)的外殼上。它自身具有外殼15,該外殼在此處被旋緊在電動(dòng)機(jī)外殼14上并且從該外殼中導(dǎo)出電氣連接裝置16。真正的發(fā)生器的部段徑向地向齒盤12突起并且具有線圈17和磁的鐵心。后者這樣實(shí)現(xiàn)，即軟鐵心18位于線圈17中，該軟鐵心通過軸向地位于線圈之外的永久磁鐵19被磁化。當(dāng)感應(yīng)發(fā)生器13的正面上的磁場(chǎng)變化時(shí)，在線圈17中通過感應(yīng)引起電壓。這即是此種情況，即當(dāng)磁阻抗在齒盤12的齒輪經(jīng)過發(fā)電機(jī)的正面的時(shí)候發(fā)生變化時(shí)。為了產(chǎn)生脈動(dòng)電壓，可以使用齒輪或者多孔盤。在使用齒輪時(shí)，發(fā)生器既可以徑向地、也可以軸向地布置。也可以使用具有磁性導(dǎo)件的圓盤代替多孔盤。此類感應(yīng)發(fā)生器如今經(jīng)常作為增量的位移傳感器、即作為傳感器使用。由于效率等級(jí)較差，將其作為發(fā)電機(jī)來使用則是不常見的，但是在某些情況下對(duì)于極低的能量消耗而言卻是非常實(shí)用的。感應(yīng)發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)在于其高的堅(jiān)固性(Robustheit)。在根據(jù)本發(fā)明的將傳感器的功能和能量供給的功能進(jìn)行關(guān)聯(lián)和組合時(shí)，實(shí)現(xiàn)了一種能量自給的傳感器系統(tǒng)。由此特別地產(chǎn)生了如下優(yōu)點(diǎn)-由于僅在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)需要進(jìn)行軸承電流監(jiān)控，因此能量產(chǎn)生的狀態(tài)恰好與傳感器 系統(tǒng)的必要的運(yùn)行準(zhǔn)備狀態(tài)相符合。因此不需要、或者僅在很小的程度上需要用于渡過(Ueberbrueckung)停機(jī)時(shí)間(Stillstandszeiten)的能量存儲(chǔ)。-此外，這些傳感器系統(tǒng)配備了與上級(jí)系統(tǒng)的有線的、或者無線的(功能)通信裝置，這樣，在機(jī)器的較長時(shí)間段的停機(jī)時(shí)間期間，通常沒有測(cè)量值或者其它的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行非易失性存儲(chǔ)。-由于不需要將外部的供電裝置布置在傳感器系統(tǒng)附近，減少了安裝費(fèi)用。-當(dāng)通過無線接口輸出測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，完全不需要布線費(fèi)用。-設(shè)備外部的電纜連接的取消使在高的防護(hù)級(jí)(例如防塵、防噴霧)中的實(shí)施更加容易。-在系統(tǒng)的合適的結(jié)構(gòu)中，可以進(jìn)行改裝或者更新，而無須對(duì)現(xiàn)有的安裝設(shè)備進(jìn)行改變。這包括設(shè)備的可分性(Teilbarkeit)，以能夠在不拆卸傳動(dòng)裝置或者聯(lián)軸器的情況下進(jìn)行改裝或者更新。-以能量自給地運(yùn)行為基礎(chǔ)，由于傳感器系統(tǒng)能夠具有較小的構(gòu)造形式并且無需維護(hù)，因此可以集成在相應(yīng)地準(zhǔn)備好的機(jī)器中。由于在軸承蓋附近的空間十分有限，因此此處使用盤形輪廓也是有利的。參考標(biāo)號(hào)表I電動(dòng)機(jī)2負(fù)載機(jī)3傳動(dòng)軸4聯(lián)軸器5 軸6 極7發(fā)電機(jī)圓盤8，17 線圈9，15 外殼10線圈支架11導(dǎo)電材料12 齒盤13感應(yīng)發(fā)生器
14電動(dòng)機(jī)外殼16電氣連接裝置 17軟鐵心18永久磁鐵
權(quán)利要求
1.一種用于安裝在電機(jī)的軸(3)旁或者軸(3)上的傳感器裝置，所述傳感器裝置具有 -用于檢測(cè)所述電機(jī)的軸承電流的檢測(cè)裝置(7，11)， 其特征在于 -能量轉(zhuǎn)換裝置(7，8)，所述能量轉(zhuǎn)換裝置與所述檢測(cè)裝置(7，11)被裝配成為一個(gè)可更換的模塊，以將所述軸(3)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為用于所述檢測(cè)裝置(7，11)的電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的傳感器裝置，其中，所述檢測(cè)裝置(7，11)和所述能量轉(zhuǎn)換裝置(7，8)布置在共同的外殼(9)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的傳感器裝置，所述傳感器裝置具有基本為圓盤形的結(jié)構(gòu)并且能夠與所述軸(3)同心地安裝在所述軸旁或者軸上。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其中，所述檢測(cè)裝置(7，11)被設(shè)計(jì)用于電容地檢測(cè)軸承電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其中，所述檢測(cè)裝置(7，11)具有用于檢測(cè)軸承電流的電刷，以與所述軸(3)上的滑環(huán)或者所述軸本身產(chǎn)生電接觸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置，所述傳感器裝置具有用于對(duì)所述檢測(cè)裝置(7，11)的數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸?shù)慕涌谘b置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置，其中，所述能量轉(zhuǎn)換裝置(7，8)具有感應(yīng)接收器(17，18，19)和磁的、或者可磁化的元件(12)，這些元件能夠機(jī)械地與所述軸(3)耦合或者是所述軸的組成部分。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置，所述傳感器裝置具有作為所述檢測(cè)裝置(7，11)和所述能量轉(zhuǎn)換裝置(7，8)的至少分別一個(gè)組件的支架的印制電路板(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器裝置，所述傳感器裝置在外殼(9)中具有用于處理所述檢測(cè)裝置(7，11)的信號(hào)的信號(hào)處理裝置。
10.電機(jī)，具有可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸(3)，在所述可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上或者軸旁安裝有根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器裝置。
全文摘要
應(yīng)當(dāng)能夠以盡可能少的安裝費(fèi)用來測(cè)量特別是在電機(jī)以及負(fù)載機(jī)中的軸承電流。因此本發(fā)明提出了一種用于安裝在電機(jī)的軸(3)旁或者軸上的、具有用于檢測(cè)該電機(jī)的軸承電流的檢測(cè)裝置(7,11)的傳感器裝置。此外，該傳感器裝置具有能量裝換裝置(7,8)，該能量轉(zhuǎn)換裝置與檢測(cè)裝置被裝配成為一個(gè)可更換的模塊，以將軸(3)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為用于檢測(cè)裝置(7,11)的電能。
文檔編號(hào)F16C32/04GK102782458SQ201080065139
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者奧利弗·泰勒, 理查德·施密特, 約爾格·哈塞爾, 阿爾諾·斯特肯博恩 申請(qǐng)人:西門子公司