智能軸承自供電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真分析

崔寶珍，王浩楠，彭智慧，高樂(lè)樂(lè)

(中北大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，太原 030051)

滾動(dòng)軸承作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心零部件，被譽(yù)為回轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)的“心臟”，其發(fā)展水平的高低往往代表或制約著一個(gè)國(guó)家機(jī)械工業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平[1]。事實(shí)上，超過(guò)40%的機(jī)械缺陷與軸承故障相關(guān)[2]，滾動(dòng)軸承一旦發(fā)生故障，將會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械設(shè)備的可靠運(yùn)行，而大量事實(shí)證明，軸承損壞引起的機(jī)器故障出現(xiàn)在軸承預(yù)期壽命之前，因此對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

一般情況下，對(duì)軸承的監(jiān)測(cè)是通過(guò)在軸承座或箱體上安裝振動(dòng)傳感器獲取軸承的工作狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)這種方法采集到的信號(hào)除去軸承本身的工作信息外，還包含設(shè)備中其他運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的噪聲信號(hào)，對(duì)軸承故障的監(jiān)測(cè)非常不利[3]。為解決上述問(wèn)題，從信號(hào)采集的源頭著手，引入了智能軸承。智能軸承是一種在傳統(tǒng)軸承上集轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)等傳感器及信號(hào)發(fā)射裝置為一體的獨(dú)特結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)外部信號(hào)接收裝置和計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理，最終達(dá)到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的目的。故障信號(hào)的傳遞會(huì)隨著傳遞路徑衰減，而智能軸承本身集成的傳感器更加靠近軸承故障發(fā)生源，故障信號(hào)的傳遞路徑大大縮短，減少了其他運(yùn)動(dòng)部件的噪聲引入，能夠有效提高所測(cè)信號(hào)的信噪比，對(duì)軸承的故障監(jiān)測(cè)十分有利。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)智能軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了大量研究：SKF 公司生產(chǎn)了一種外掛式智能軸承[4]，主要用于內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)外圈固定的場(chǎng)合，可以測(cè)量軸承的旋轉(zhuǎn)次數(shù)、速度、方向、加速度等；文獻(xiàn)[5]在軸承外圈上設(shè)計(jì)槽式結(jié)構(gòu)，將復(fù)合傳感器與軸承端面進(jìn)行嵌入式結(jié)合，能夠?qū)S承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)、轉(zhuǎn)速和溫度信號(hào)進(jìn)行采集；文獻(xiàn)[6]研究了嵌入式結(jié)構(gòu)的智能軸承，通過(guò)在軸承外圈開槽并嵌入振動(dòng)加速度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)軸承的運(yùn)行狀態(tài)；文獻(xiàn)[7]研究了滾動(dòng)軸承內(nèi)圈溫度的無(wú)線監(jiān)測(cè)，將測(cè)試系統(tǒng)嵌入軸承的鎖緊螺母中，通過(guò)熱電偶接觸測(cè)量實(shí)現(xiàn)軸承內(nèi)圈的溫度監(jiān)測(cè)。

目前大多數(shù)智能軸承采用有線、電池或無(wú)線充電等方法為軸承的智能組件提供電能：有線供電需要拖動(dòng)電纜，無(wú)法滿足軸承高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的需求，并且大部分機(jī)械設(shè)備是完全封閉的，使得利用導(dǎo)線供電變得不切實(shí)際；電池供電不可避免存在停機(jī)更換，充電不方便，化學(xué)材料污染環(huán)境等缺點(diǎn)；無(wú)線供電則需要外置供電線圈，體積大安裝不便，傳輸距離受限且效率低，無(wú)法滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際使用要求。以上供電方式大大限制了智能軸承在設(shè)備內(nèi)部、無(wú)外接電源等條件下的使用，因此自供電技術(shù)對(duì)智能軸承的應(yīng)用起決定性作用。

自供電技術(shù)是智能軸承實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)： 文獻(xiàn)[8]利用摩擦納米發(fā)電技術(shù)設(shè)計(jì)了一種由滾子和電極組成的能量采集器，通過(guò)軸承滾子和電極之間的周期性摩擦接觸產(chǎn)生電能，但該結(jié)構(gòu)安裝不便，使用壽命可能較短；文獻(xiàn)[9]提出了一種適用于外圈旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈固定場(chǎng)合的能量采集結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，當(dāng)分布在旋轉(zhuǎn)環(huán)上的磁鐵與固定環(huán)壓電結(jié)構(gòu)上的磁鐵相遇時(shí)，兩者相互排斥，壓電結(jié)構(gòu)受到壓力從而產(chǎn)生電壓，但該結(jié)構(gòu)尺寸較大，只適用于大型軸承；文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了一種電磁能量采集器，將永磁體固定在軸承端蓋上，線圈固定在保持架上，通過(guò)電磁感應(yīng)產(chǎn)生電壓，但該結(jié)構(gòu)只適用于具有端蓋的軸承結(jié)構(gòu)；文獻(xiàn)[11]針對(duì)高速列車軸箱內(nèi)的智能軸承供電問(wèn)題提出了一種變磁阻能量采集器，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)計(jì)的齒形墊片與e形電工鋼之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使線圈的磁通量隨時(shí)間變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，但該結(jié)構(gòu)的線圈裝配困難；文獻(xiàn)[12]為監(jiān)測(cè)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件的運(yùn)行設(shè)計(jì)了一種內(nèi)置油冷室的熱電能量采集器，該裝置用于高溫(125 ℃以上)環(huán)境，利用2種不同材料連接的溫差產(chǎn)生電流，為傳感器供電，并將剩余的電能使用超級(jí)電容存儲(chǔ)，但該結(jié)構(gòu)只適用于大溫差環(huán)境。

綜上所述，大多數(shù)智能軸承的自供電結(jié)構(gòu)與軸承本身沒(méi)有結(jié)合成為一個(gè)整體，并且只能在特定的場(chǎng)合和條件下使用，很大程度上限制了智能軸承的推廣使用[13]。因此，本文通過(guò)模擬仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證的方式設(shè)計(jì)了一種外拓式智能軸承結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)上嵌入自供電裝置，研究其不同參數(shù)對(duì)電壓值的影響，以實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的一體化智能軸承自供電結(jié)構(gòu)能夠持續(xù)為軸承智能組件提供穩(wěn)定電能。

1 智能軸承自供電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，在不影響其原有結(jié)構(gòu)、功能的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)拓展優(yōu)化智能組件使之與原軸承結(jié)構(gòu)集成一體，形成獨(dú)特的智能軸承結(jié)構(gòu)。智能軸承可以通過(guò)收集周圍環(huán)境的能量為其智能組件供能，這也奠定了軸承實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)[14]。

1.1 智能軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軸承及其供電裝置與傳感器的集成通常可分為嵌入式和外拓式?？紤]到目前微型加速度傳感器和供電系統(tǒng)的實(shí)際尺寸，嵌入式必然會(huì)破壞軸承的結(jié)構(gòu)，影響其力學(xué)性能；而外拓式結(jié)構(gòu)不會(huì)破壞軸承的完整性，并且可以有更大的空間安裝傳感器和其他智能組件：因此選用外拓式結(jié)構(gòu)將軸承與供電結(jié)構(gòu)進(jìn)行集成。

目前最常用的自供電方法包括靜電法、壓電法和電磁法，其中電磁法與其他類型的能量采集技術(shù)相比，發(fā)電功率密度和能量轉(zhuǎn)換效率高，易于與軸承集成，因此本文選用的自供電方式為電磁法。

綜合考慮智能軸承結(jié)構(gòu)與自供電方式，本文設(shè)計(jì)外拓式的供電結(jié)構(gòu)采用電磁法從軸承的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中采集能量來(lái)為智能組件提供電壓。軸承工作時(shí)外圈與內(nèi)圈會(huì)產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，考慮到線圈和傳感器的安裝位置受限，設(shè)計(jì)了一種軸承內(nèi)、外圈拓展的智能軸承結(jié)構(gòu)。軸承外圈套環(huán)結(jié)構(gòu)半剖圖如圖1所示，在軸承外圈外側(cè)添加一軸承套環(huán)結(jié)構(gòu)并向兩邊延伸，在超出外圈部分的套環(huán)內(nèi)表面兩側(cè)分別對(duì)稱開設(shè)6個(gè)T形槽用以安裝線圈和鐵芯，在超出外圈部分的套環(huán)外表面開槽安裝傳感器、無(wú)線傳輸組件及電壓轉(zhuǎn)換組件。軸承內(nèi)圈拓展環(huán)結(jié)構(gòu)半剖圖如圖2所示，將軸承內(nèi)圈分別向兩側(cè)拓展，在內(nèi)圈拓展環(huán)的外表面開槽，用來(lái)安裝磁鐵。其中拓展環(huán)的厚度由磁鐵和鐵芯的軸向長(zhǎng)度決定，拓展環(huán)的外徑由傳感器等組件尺寸決定。

圖1 軸承外圈套環(huán)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of bearing outer ring thimble

圖2 軸承內(nèi)圈拓展環(huán)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of bearing inner ring expansion ring

智能軸承的整體自供電結(jié)構(gòu)如圖3所示，軸承外圈套環(huán)與軸承外圈采用過(guò)盈配合，使軸承與供電結(jié)構(gòu)成為一個(gè)整體。當(dāng)軸承工作時(shí)，軸承內(nèi)圈拓展環(huán)隨著軸承內(nèi)圈同步旋轉(zhuǎn)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，外圈套環(huán)內(nèi)表面上安裝的線圈內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換裝置，實(shí)現(xiàn)軸承的自供電，為傳感器持續(xù)提供能量。

圖3 智能軸承自供電結(jié)構(gòu)Fig.3 Self-power supply structure of intelligent bearing

1.2 電能的轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存

本文設(shè)計(jì)的智能軸承自供電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電壓為交流電，而傳感器和無(wú)線傳輸?shù)冉M件需要直流供電。為了從該自供電機(jī)構(gòu)得到穩(wěn)定的直流電，可通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的濾波、整流和穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。

另一方面，由于軸承在低轉(zhuǎn)速情況下供電結(jié)構(gòu)無(wú)法為其智能組件提供充足的電壓，所以需要額外的供電組件為智能軸承供電。傳統(tǒng)的蓄電池充電速度慢且軸承高速運(yùn)行時(shí)供電結(jié)構(gòu)會(huì)為電池持續(xù)充電導(dǎo)致過(guò)充從而影響電池的壽命；而超級(jí)電容有著體積小，充電速度快，循環(huán)充放電壽命長(zhǎng)，充放電電路簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好以及過(guò)充過(guò)放都不對(duì)其壽命產(chǎn)生負(fù)面影響等優(yōu)勢(shì)。因此，超級(jí)電容在智能軸承中充當(dāng)儲(chǔ)電組件十分適用：軸承高速工作時(shí)，產(chǎn)生的電能一部分提供給軸承的智能組件，另一部分儲(chǔ)存在超級(jí)電容中；軸承低速工作時(shí)，超級(jí)電容又可以為軸承的智能組件供電，充分利用所采集的電能。

2 模型驗(yàn)證

使用SolidWorks建立與供電結(jié)構(gòu)實(shí)體1∶1的三維模型，并在麥克斯韋軟件中進(jìn)行三維有限元電磁分析。為了減少有限元分析的計(jì)算量，將6207軸承中的保持架、球等對(duì)結(jié)果影響較小的結(jié)構(gòu)去除或簡(jiǎn)化，并將其保存為X_T格式文件導(dǎo)入麥克斯韋軟件中。供電結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)和材料見(jiàn)表1。

表1 供電結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和材料Tab.1 Geometric parameters and material of power supply structure

仿真中，磁鐵的充磁方向?yàn)閺较虺浯?，相鄰磁鐵的充磁方向相反；六組線圈以串聯(lián)的方式相連，相鄰線圈繞線方向相反；設(shè)置運(yùn)動(dòng)域，將磁鐵和軸承內(nèi)圈拓展環(huán)等運(yùn)動(dòng)部件包含在其中，使其能夠以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；最終設(shè)置求解域、劃分網(wǎng)格，進(jìn)行三維瞬態(tài)磁場(chǎng)的求解。自供電結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布云圖如圖4所示。由于45#鋼等鐵磁性材料擁有良好的導(dǎo)磁性，所以最大磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)位于磁鐵表面、鐵芯以及軸承內(nèi)圈拓展環(huán)附近，并且各個(gè)位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小隨著與磁鐵距離的增加而減小，通過(guò)圖4可以看出仿真結(jié)果與實(shí)際情況相同。當(dāng)軸承內(nèi)圈快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鐵芯中的磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生較大變化，線圈中的磁通量變化率越大，產(chǎn)生的有效電壓越大。

圖4 自供電結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)磁場(chǎng)分布云圖Fig.4 Nephogram of transient magnetic field distribution of self-power supply structure

為了確保上述自供電結(jié)構(gòu)能夠?yàn)檩S承的智能組件提供充足的電壓，并且方便后續(xù)對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，必須通過(guò)試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證有限元模型的準(zhǔn)確性。本文通過(guò)比較相同轉(zhuǎn)速下6207軸承在仿真和試驗(yàn)中產(chǎn)生的有效電壓值是否一致來(lái)判斷仿真模型的準(zhǔn)確性。智能軸承自供電試驗(yàn)平臺(tái)及其自供電結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示，線圈串聯(lián)纏繞在鐵芯上，并將鐵芯嵌入到軸承套環(huán)中。利用變頻器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，在0～30 Hz的頻率范圍內(nèi)以步長(zhǎng)5 Hz均勻加速，記錄對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和有效電壓值，研究供電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。

圖5 智能軸承試驗(yàn)平臺(tái)Fig.5 Intelligent bearing experimental platform

圖6 智能軸承及自供電結(jié)構(gòu)Fig.6 Intelligent bearing and self-power supply structure

仿真與試驗(yàn)產(chǎn)生的有效電壓隨時(shí)間的變化如圖7所示，可以看出仿真和試驗(yàn)產(chǎn)生的有效電壓與轉(zhuǎn)速均呈線性關(guān)系，有效電壓值的絕對(duì)誤差在0.4 V以內(nèi)，這表明所建立有限元模型能夠有效預(yù)測(cè)供電結(jié)構(gòu)的有效電壓值。

圖7 仿真與試驗(yàn)產(chǎn)生的有效電壓隨時(shí)間的變化Fig.7 Change of effective voltages generated by simulation and test with time

3 自供電結(jié)構(gòu)仿真分析

為了進(jìn)一步減小智能軸承的體積，使用麥克斯韋軟件對(duì)供電結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。在保證該供電結(jié)構(gòu)能為智能組件提供足夠電壓的前提下，對(duì)拓展環(huán)材料、鐵芯與磁鐵間的氣隙以及軸線方向的磁鐵長(zhǎng)度進(jìn)行分析，為優(yōu)化智能軸承結(jié)構(gòu)做準(zhǔn)備。

3.1 拓展環(huán)材料對(duì)電壓的影響

在電動(dòng)機(jī)頻率30 Hz，軸承轉(zhuǎn)速為1 758 r/min(電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)速)條件下，分別改變軸承外圈套環(huán)和內(nèi)圈拓展環(huán)的材料，分析使用45#鋼和非鐵磁性材料(鋁合金6061、PLA、樹脂材料)對(duì)電壓的影響。

軸承外圈套環(huán)使用非鐵磁性材料、內(nèi)圈拓展環(huán)使用45#鋼時(shí)磁場(chǎng)分布云圖如圖8所示，與圖4相比鐵芯上的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅減小，不利于電壓的產(chǎn)生。軸承外圈套環(huán)使用45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)使用非鐵磁性材料時(shí)磁場(chǎng)分布云圖如圖9所示，與圖4和圖8相比鐵芯上的磁感應(yīng)強(qiáng)度大幅增加，有利于產(chǎn)生更高的電壓。拓展環(huán)使用不同材料對(duì)電壓的仿真結(jié)果如圖10所示，進(jìn)一步證明當(dāng)軸承外圈套環(huán)采用45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)采用非鐵磁性材料時(shí)能夠產(chǎn)生更高的電壓，并且電壓曲線有更好的正弦特性。

圖8 軸承外圈套環(huán)為非鐵磁性材料、內(nèi)圈拓展環(huán)為45#鋼時(shí)磁場(chǎng)分布云圖Fig.8 Nephogram of magnetic field distribution when bearing outer ring thimble is made of non-ferromagnetic materials and inner ring expansion ring is made of 45# steel

圖9 軸承外圈套環(huán)為45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)為非鐵磁性材料時(shí)磁場(chǎng)分布云圖Fig.9 Nephogram of magnetic field distribution when bearing outer ring thimble is made of 45# steel and inner ring expansion ring is made of non-ferromagnetic materials

圖10 拓展環(huán)材料對(duì)電壓的影響Fig.10 Influence of expansion ring materials on voltages

3.2 氣隙對(duì)電壓的影響

在軸承外圈套環(huán)采用45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)采用非鐵磁性材料的前提下，分析磁鐵與鐵芯在不同氣隙下的電壓。由于軸承本身結(jié)構(gòu)緊湊，故氣隙分別取0.5，1.0，1.5和2.0 mm，通過(guò)仿真觀察不同氣隙下的電壓，結(jié)果如圖11所示，不同氣隙下的有效電壓值見(jiàn)表2。由圖11可知：隨著氣隙的增大，電壓值隨之減小。在實(shí)際設(shè)計(jì)中考慮到加工精度等影響，選取1.0 mm的氣隙。

圖11 軸承外圈套環(huán)為45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)為非鐵磁性材料時(shí)氣隙對(duì)電壓的影響Fig.11 Influence of air gaps on voltages when bearing outer ring thimble is made of 45# steel and inner ring expansion ring is made of non-ferromagnetic materials

表2 軸承外圈套環(huán)為45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)為非鐵磁性材料時(shí)不同氣隙下的有效電壓值Tab.2 Effective voltage values under different air gaps when bearing outer ring thimble is made of 45# steel and inner ring expansion ring is made of non-ferromagnetic materials

3.3 磁鐵長(zhǎng)度對(duì)電壓的影響

由于試驗(yàn)中使用了長(zhǎng)度為20 mm的磁鐵，所以外圈套環(huán)和內(nèi)圈拓展環(huán)的厚度也相應(yīng)增加，導(dǎo)致目前設(shè)計(jì)的智能軸承體積較大，因此必須對(duì)磁鐵的長(zhǎng)度優(yōu)化，在滿足傳感器及無(wú)線傳輸組件電壓的前提下，合理減小磁鐵的體積十分關(guān)鍵。在軸承外圈套環(huán)采用45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)采用非鐵磁性材料并且氣隙為1.0 mm的前提下，分析磁鐵長(zhǎng)度對(duì)電壓的影響。磁鐵長(zhǎng)度取5，10，15和20 mm，不同磁鐵長(zhǎng)度下的電壓如圖12所示，不同長(zhǎng)度的磁鐵產(chǎn)生的有效電壓值見(jiàn)表3。由圖12可知：隨著磁鐵長(zhǎng)度減小，電壓值隨之減小。由表3可知，磁鐵長(zhǎng)度為5 mm時(shí)產(chǎn)生的有效電壓為10.65 V，仍能滿足傳感器和無(wú)線傳輸?shù)墓╇娨螅蚀盆F長(zhǎng)度取5 mm。

圖12 軸承外圈套環(huán)為45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)為非鐵磁性材料時(shí)磁鐵長(zhǎng)度對(duì)電壓的影響Fig.12 Influence of magnet lengths on voltages when bearing outer ring thimble is made of 45# steel and inner ring expansion ring is made of non-ferromagnetic materials

表3 軸承外圈套環(huán)為45#鋼、內(nèi)圈拓展環(huán)為非鐵磁性材料時(shí)不同磁鐵長(zhǎng)度下的有效電壓值Tab.3 Effective voltage values under different magnet lengths when bearing outer ring thimble is made of 45# steel and inner ring expansion ring is made of non-ferromagnetic materials

該供電結(jié)構(gòu)的電源內(nèi)阻為6組線圈的總電阻，通過(guò)測(cè)量其內(nèi)阻為27.2 Ω。當(dāng)外接電阻與供電結(jié)構(gòu)內(nèi)阻相等時(shí)，該供電結(jié)構(gòu)的輸出功率最大，為1.04 W。

3.4 小結(jié)

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的智能軸承自供電結(jié)構(gòu)在1.0 mm氣隙、5 mm長(zhǎng)度磁鐵以及外接電阻為27.2 Ω的條件下，可以產(chǎn)生10.65 V有效電壓且最大輸出功率為1.04 W。目前常用傳感器及無(wú)線傳輸組件的供電電壓范圍一般在3.0～5.5 V左右，所以該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電壓能夠滿足其正常工作的供電要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了外拓式內(nèi)嵌微傳感器智能滾動(dòng)軸承的自供電結(jié)構(gòu)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性，使用麥克斯韋有限元電磁仿真軟件分析不同拓展環(huán)材料、氣隙以及磁鐵長(zhǎng)度對(duì)該自供電結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的智能滾動(dòng)軸承自供電結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)速1 758 r/min、氣隙1.0 mm以及磁鐵長(zhǎng)度為5 mm的工作條件下，可以得到10.65 V的有效電壓以及1.04 W的最大輸出功率，能夠滿足傳感器和無(wú)線傳輸組件的正常工作要求，在智能軸承工作過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)化，并將剩余的電能儲(chǔ)存在超級(jí)電容中。