一种基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置的制作方法

本发明涉及驱动轴状态监测，尤其涉及一种基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置。

背景技术：

1、驱动轴是船舶、工业传动设备的核心动力传动部件，其运行过程中的转速、扭矩、振动状态直接决定设备的运行稳定性与使用寿命。实时精准的状态监测是预防轴系断裂、磨损、故障停机的关键手段。

2、然而，现有驱动轴在线监测技术在实际工程应用中存在以下固有缺陷：

3、其一，供电方式存在短板。旋转轴系的轴载监测模块难以通过有线方式供电，易出现线路缠绕、断裂问题；而采用常规无线供电时，交变磁场会直接打在金属材质的驱动轴上，不仅会产生严重的电磁屏蔽吸收作用，导致供电失效，还会在金属轴表面激发出强烈的电涡流，引发局部高温发热，威胁轴系安全。

4、其二，扭矩监测维度单一。传统扭矩监测设备仅能采集驱动轴旋转一周的整体平均扭矩，无法将扭矩数值与轴系的绝对旋转角度相映射，不能实现360°全周向各角度的受力采集，无法精准识别驱动轴旋转过程中的局部受力异常或偏载磨损。

5、其三，振动监测极易受环境噪声污染。现有振动监测传感器多采用机架固定式安装，采集到的数据中往往混杂着大量的船体或厂房基体低频环境振动干扰，极难精准分离出纯粹属于驱动轴自身的高频振动特征数据，导致故障识别准确率偏低。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，而提供一种基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，该监测装置具有能够对轴上模组实现稳定的无线供电以及全维度驱动轴状态监测的优点。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，包括机架、无线供电模块和检测模块；

4、所述无线供电模块包括设置于所述机架上的无线供电发射线圈和环绕驱动轴设置的链式无线受电线圈；

5、所述链式无线受电线圈包括沿周向依次连接的若干弧形扣，每个所述弧形扣内侧均设有线圈凹槽，每个所述线圈凹槽内均固定安装有线圈模组；

6、所述线圈模组沿径向与驱动轴隔开形成感应间隙，所述线圈模组的盘面适于朝向所述无线供电发射线圈一侧布置，以供交变磁场沿径向跨越所述感应间隙穿透所述盘面并产生交变电流；

7、所述检测模块布设于驱动轴上，并与所述线圈模组所在的供电回路电性连接以获取工作电源。

8、为优化上述方案，还采取如下技术措施：

9、作为优选方式之一，每个所述弧形扣的周向两端分别设有连接孔，相邻的两个所述弧形扣通过链节状的连接片以及穿过所述连接孔的销轴连接。

10、作为优选方式之一，所述弧形扣由绝缘的非磁性材料制成，所述弧形扣的轴向端面设有沿周向延伸的弧形侧凹部，所述弧形侧凹部内固定安装有弧形钢片，用于增强所述弧形扣的结构强度，所述弧形钢片上设有用于供交变磁场作用于所述线圈模组侧部的镂空部。

11、作为优选方式之一，每个所述线圈模组均独立连接有滤波整流电路，若干所述线圈模组感应产生的高频交流电经各自对应的所述滤波整流电路转化为直流电后，统一并联至直流母线，由所述直流母线为所述检测模块供电。

12、作为优选方式之一，所述无线供电发射线圈的输入端电性连接有高频驱动模块，所述高频驱动模块包括高频逆变单元与谐振补偿网络，外部电源经所述高频逆变单元转换为高频交流电后，通过所述谐振补偿网络进行阻抗匹配并馈入所述无线供电发射线圈。

13、作为优选方式之一，所述检测模块包括霍尔检测模块、扭矩检测模块和三轴振动检测模块；

14、所述霍尔检测模块包括安装于驱动轴表面的霍尔探头和安装于所述机架上的感应磁铁，所述霍尔探头与所述感应磁铁感应配合，用于提供旋转角度基准；

15、所述扭矩检测模块包括贴合设置于驱动轴外周面上的应变片，所述应变片与所述霍尔探头同步配合，用于采集驱动轴全周向各角度的扭矩受力数据。

16、作为优选方式之一，还包括同轴心环绕设置于驱动轴外周并单独支撑的轴套；

17、所述三轴振动检测模块包括贴合设置于驱动轴外周面的径向电涡流探头和设置于驱动轴端面的轴向电涡流探头，所述径向电涡流探头用于检测驱动轴与所述轴套的径向间距变化以提取径向振动数据，所述轴向电涡流探头用于检测驱动轴的轴向振动数据。

18、作为优选方式之一，还包括套设抱紧于驱动轴外侧的抱箍、轴载数据采集模块和数据融合评估模块；

19、所述轴载数据采集模块固定安装于所述抱箍上，并分别与所述检测模块以及所述直流母线电性连接；

20、所述数据融合评估模块与所述轴载数据采集模块通信连接；

21、所述轴载数据采集模块的采样频率为4khz～10khz，所述数据融合评估模块用于接收所述检测模块采集的转速、扭矩及三维振动数据并进行融合评估，以输出驱动轴的实时状态监测结果。

22、作为优选方式之一，所述机架上设有与驱动轴同轴心布置的弧形曲面，所述无线供电发射线圈安装于所述弧形曲面上。

23、作为优选方式之一，所述无线供电发射线圈的覆盖面积大于单个所述线圈模组的面积，且所述无线供电发射线圈沿所述弧形曲面的周向覆盖跨度使得在驱动轴连续旋转的过程中，所述无线供电发射线圈的磁场投射范围内始终至少覆盖有一个所述线圈模组，以确保在任意旋转角度下至少有一个所述线圈模组处于受电状态。

24、由于采用了上述方案，本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

25、作为一个方面，该监测装置采用由若干弧形扣构成的环链式线圈安装结构抱紧于驱动轴外侧，而线圈模组则设置在每一节弧形扣的线圈凹槽内，并在线圈模组与驱动轴表面之间预留一定的感应间隙，线圈模组悬浮于金属驱动轴上方，装置工作时，随着驱动轴的旋转，线圈模组与无线供电发射线圈的盘面进入重叠，发射线圈激发的交变磁场沿径向发射，能够直接跨越该感应间隙并垂直穿透线圈模组的盘面。由于线圈模组悬浮于金属轴上方，磁场的主磁通被线圈模组有效截获并转化为交变电流，这样，后续就可以由轴上的线圈模组为检测模块或者其他轴上模块供电。与现有技术相比，有效规避了金属驱动轴对电磁场的屏蔽效应和涡流损耗，实现了金属轴系在连续旋转状态下的高效率、无接触、无发热的稳定无线供电，避免了传统有线供电的线路缠绕断裂风险。

26、作为另一个方面，该监测装置采用若干弧形扣和链节状连接片通过销轴连接，该分段铰接结构类似表带或者环形链条，使得装置具有良好的周向柔性，可根据实际驱动轴的周长，通过增减弧形扣的数量和调节铰接角度，实现自适应紧密环绕。赋予了装置极强的管径自适应能力，大幅提升了该监测装置的通用性与现场安装的便捷性。

1.一种基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，包括机架（1）、无线供电模块和检测模块；

2.根据权利要求1所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，每个所述弧形扣（21）的周向两端分别设有连接孔（212），相邻的两个所述弧形扣（21）通过链节状的连接片（22）以及穿过所述连接孔（212）的销轴连接。

3.根据权利要求1所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，所述弧形扣（21）由绝缘的非磁性材料制成，所述弧形扣（21）的轴向端面设有沿周向延伸的弧形侧凹部（213），所述弧形侧凹部（213）内固定安装有弧形钢片（24），用于增强所述弧形扣的结构强度，所述弧形钢片（24）上设有用于供交变磁场作用于所述线圈模组（23）侧部的镂空部（241）。

4.根据权利要求1所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，每个所述线圈模组（23）均独立连接有滤波整流电路（26），若干所述线圈模组（23）感应产生的高频交流电经各自对应的所述滤波整流电路（26）转化为直流电后，统一并联至直流母线（27），由所述直流母线（27）为所述检测模块供电。

5.根据权利要求1所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，所述无线供电发射线圈（3）的输入端电性连接有高频驱动模块（32），所述高频驱动模块（32）包括高频逆变单元与谐振补偿网络，外部电源（31）经所述高频逆变单元转换为高频交流电后，通过所述谐振补偿网络进行阻抗匹配并馈入所述无线供电发射线圈（3）。

6.根据权利要求1所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，所述检测模块包括霍尔检测模块、扭矩检测模块和三轴振动检测模块；

7.根据权利要求6所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，还包括同轴心环绕设置于驱动轴外周并单独支撑的轴套（8）；

8.根据权利要求7所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，还包括套设抱紧于驱动轴外侧的抱箍（61）、轴载数据采集模块（6）和数据融合评估模块；

9.根据权利要求1所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，所述机架（1）上设有与驱动轴同轴心布置的弧形曲面，所述无线供电发射线圈（3）安装于所述弧形曲面上。

10.根据权利要求9所述的基于悬浮链式无线供电的驱动轴全角度健康监测装置，其特征在于，所述无线供电发射线圈（3）的覆盖面积大于单个所述线圈模组（23）的面积，且所述无线供电发射线圈（3）沿所述弧形曲面的周向覆盖跨度使得在驱动轴连续旋转的过程中，所述无线供电发射线圈（3）的磁场投射范围内始终至少覆盖有一个所述线圈模组（23），以确保在任意旋转角度下至少有一个所述线圈模组（23）处于受电状态。