CN112412969B - 推力轴承、轴承组件和旋转机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种推力轴承，包括第一支撑件、第二支撑件、第一导电件、第二导电件和多个滚动体，第一支撑件由非金属材料制成，第二支撑件由非金属材料制成，第一导电件包括第一电极，第二导电件包括第二电极，第一导电件设在第一支撑件和第二支撑件的至少一者上，第二导电件设在第一支撑件和第二支撑件的至少一者上，第一电极和第二电极沿第一支撑件的周向间隔分布，滚动体设在第一支撑件和第二支撑件之间，多个滚动体沿第一支撑件的周向分布，其中滚动体的材质不同于第一导电件的材质和第二导电件的材质，滚动体能够止抵在第一电极和第二电极上。本发明提供的推力轴承具有能够摩擦发电以驱动外部负载工作、可靠性高、使用寿命长的优点。

Description

推力轴承、轴承组件和旋转机械
技术领域
本发明涉及轴承设计技术领域，具体包括一种推力轴承、轴承组件和旋转机械。
背景技术
滚动轴承是机械设备中一种非常重要的基础零部件，是旋转机械的核心支承部件，其运行状态的好坏，将直接影响设备的运行状态和使用性能。滚动轴承运行状态的监测与早期故障预警已经成为一个研究热点。目前，基于电磁式的自供能轴承对轴承结构改动较大，影响轴承使用寿命。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种推力轴承，该推力轴承具有能够摩擦发电以驱动外部负载工作、可靠性高、使用寿命长的优点。
根据本发明实施例的推力轴承包括第一支撑件、第二支撑件、第一导电件、第二导电件和多个滚动体，所述第一支撑件由非金属材料制成；所述第二支撑件由非金属材料制成；所述第一导电件包括第一电极，所述第二导电件包括第二电极，所述第一导电件设在所述第一支撑件和所述第二支撑件的至少一者上，所述第二导电件设在所述第一支撑件和所述第二支撑件的至少一者上，所述第一电极和所述第二电极沿所述第一支撑件的周向间隔分布；所述滚动体设在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间，多个所述滚动体沿所述第一支撑件的周向分布，其中所述滚动体的材质不同于所述第一导电件的材质和所述第二导电件的材质，所述滚动体能够止抵在所述第一电极和所述第二电极上。
在一些实施例中，所述第一支撑件与所述第二支撑件之间限定出容置腔，所述容置腔的轴向与所述第一支撑件的轴向一致，所述容置腔具有周壁面、第一端壁面和第二端壁面，所述第一端壁面和所述第二端壁面在所述第一支撑件的轴向上相对，每个所述滚动体设在所述容置腔内，所述第一导电件设在所述周壁面、所述第一端壁面和所述第二端壁面中的至少一者上，所述第二导电件设在所述周壁面、所述第一端壁面和所述第二端壁面中的至少一者上。
在一些实施例中，所述容置腔为环形腔，所述周壁面包括内周壁面和外周壁面，所述第一导电件设在所述外周壁面和所述内周壁面中的至少一者上，所述第二导电件设在所述外周壁面和所述内周壁面中的至少一者上。可选地，所述推力轴承进一步包括薄膜，所述第一导电件和所述第二导电件均铺设在所述薄膜的第一表面，所述薄膜的第二表面粘接在所述内周壁面或所述外周壁面上，可选地，所述第一电极的至少一部分与所述第二电极的至少一部分在所述第一支撑件的轴向相对设置。
在一些实施例中，所述第一电极和所述第二电极均有多个，多个所述第一电极和多个所述第二电极沿所述第一支撑件的周向交替设置，多个所述第一电极沿所述第一支撑件的周向等间隔分布，多个所述第二电极沿所述第一支撑件的周向等间隔分布，可选地，任意相邻的所述第一电极和所述第二电极在所述第一支撑件的周向上的距离均相等，可选地，任意相邻两个所述滚动体彼此相互抵接。
在一些实施例中，所述第一导电件还包括第一汇流部，所述第一汇流部的周向与所述第一支撑件的周向一致，所述第一汇流部与每个所述第一电极均相连，所述第二导电件还包括第二汇流部，所述第二汇流部的周向与所述第一支撑件的周向一致，所述第二汇流部与每个所述第二电极均相连。
在一些实施例中，所述第一电极的数量等于所述滚动体的数量，所述第二电极的数量等于所述滚动体的数量；或者，所述第一电极的数量为所述滚动体的数量的整数倍，所述第二电极的数量为所述滚动体的数量的整数倍；可选地，所述滚动体为球形。
在一些实施例中，所述推力轴承进一步包括永磁铁和线圈，所述永磁铁设在所述第一支撑件和所述第二支撑件中的一者上，所述永磁铁的极化方向与所述第一支撑件的轴向一致；所述线圈设在所述第一支撑件和所述第二支撑件中的另一者上，所述线圈与所述永磁铁配合。
在一些实施例中，所述永磁铁和所述线圈均有多个，所述永磁铁的数量等于所述线圈的数量，所述永磁铁沿所述容置腔的周向等间隔分布，所述线圈沿所述容置腔的周向等间隔分布，可选地，所述永磁铁为柱状，所述永磁铁的轴向、所述线圈的轴向和所述容置腔的轴向彼此一致，所述永磁铁的轴线与所述容置腔的轴线之间的距离等于所述线圈的轴线与所述容置腔的轴线之间的距离。
根据本发明实施例的轴承组件包括监测装置和上述的推力轴承，所述推力轴承的第一导电件通过第一导线与所述监测装置相连，所述推力轴承的第二导电件通过第二导线与所述监测装置相连。
根据本发明实施例的旋转机械包括监测装置、推力轴承和轴，所述推力轴承为上述的推力轴承，所述推力轴承的第一导电件通过第一导线与所述监测装置相连，所述推力轴承的第二导电件通过第二导线与所述监测装置相连；所述轴与所述推力轴承的第一支撑件或第二支撑件配合。
附图说明
图1是根据本发明实施例的推力轴承的示意图。
图2是根据本发明实施例的推力轴承的爆炸示意图。
图3是根据本发明实施例的推力轴承的另一爆炸示意图。
图4是根据本发明实施例的推力轴承的第一导电件和第二导电件的示意图。
图5是根据本发明实施例的推力轴承在不同转速下的输出电流变化图。
图6是根据本发明实施例的推力轴承进行摩擦发电时在不同负载电阻下的输出功率变化图。
图7是根据本发明实施例的推力轴承进行摩擦发电时在不同转速下的输出电流变化图。
图8是根据本发明实施例的推力轴承进行磁感应发电时在不同负载电阻下的输出功率变化图。
图9是根据本发明实施例的推力轴承进行磁感应发电时在不同负载电阻下的输出功率变化图。
附图标记：
推力轴承100，第一支撑件1，卡槽101，第二支撑件2，容置腔201，通孔202，滚动体3，永磁铁4，线圈5，第一导电件6，第一电极601，第一汇流部602，第二导电件7，第二电极701，第二汇流部702，挡圈8，外部负载 9。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-图4所示，根据本发明实施例的推力轴承100包括第一支撑件1、第二支撑件2、第一导电件6、第二导电件7和多个滚动体3。第一支撑件1 由非金属材料制成，第二支撑件2由非金属材料制成。第一导电件6包括第一电极601，第二导电件7包括第二电极701。第一导电件6设在第一支撑件1 和第二支撑件2的至少一者上，第二导电件7设在第一支撑件1和第二支撑件 2的至少一者上，第一电极601和第二电极701沿第一支撑件1的周向间隔分布。滚动体3设在第一支撑件1和第二支撑件2之间，多个滚动体3沿第一支撑件1的周向分布，其中滚动体3的材质不同于第一导电件6的材质和第二导电件7的材质，滚动体3能够止抵在第一电极601和第二电极701上。
根据本发明实施例的推力轴承100，在第一支撑件1和第二支撑件2发生相对转动时，配合在第一支撑件1和第二支撑件2之间的滚动体3相对第一支撑件1和第二支撑件2转动。进而，滚动体3相对第一支撑件1和第二支撑件 2滚动的过程中与第一电极601和第二电极701抵接并发生滚动摩擦。此时，由于第一导电件6的材质和第二导电件7的材质均不同于滚动体3的材质，因此滚动体3基于摩擦电效应与第一电极601和第二电极701摩擦发电，以使滚动体3和与之接触的第一导电件6/第二导电件7带有等量的异种电荷。也就是说，当滚动体3和第一电极601接触时，滚动体3和第一电极601带有等量的异种电荷，当滚动体3和第二电极701接触时，滚动体3和第二电极701 带有等量的异种电荷。
此时，将第一导电件6和第二导电件7通过导线与外部负载9连接以形成闭合电路后，以每个滚动体3与第一导电件6/第二导电件7发生滚动摩擦时每个滚动体3呈负电性(带负电荷)为例，滚动体3由第一电极601滚动到第二电极701时，静电感应效应将驱动负电荷通过外部负载9从第二电极701 流动到第一电极601。其中，在滚动体3与第二电极701接触且与第一电极601 不接触时，第一电极601达到电荷平衡，第二电极701呈正电性(第二电极701带有与滚动体3所带有的负电荷等量的正电荷)。其中，在滚动体3随后由第二电极701滚动到第一电极601时，静电感应效应将驱动负电荷通过外部负载9从第一电极601流动到第二电极701。
由此，随着每个滚动体3相对第一导电件6和第二导电件7持续滚动以交替地与第一电极601和第二电极701发生滚动摩擦，就会在闭合电路中交替产生第一方向的电流和第二方向的电流，进而在闭合电路中形成交流电，实现推力轴承100向外部负载9供电以驱动外部负载9工作的功能。其中，负电荷由第一导电件6向第二导电件7流动会在闭合电路形成第一方向的电流，负电荷由第二导电件7向第一导电件6流动会在闭合电路形成与第一方向相反的第二方向电流。
此外，在保证第一电极601和第二电极701沿第一支撑件1的周向间隔开地设置且能够与滚动体3抵接的情况下，第一导电件6和第二导电件7在推力轴承100上的安装方便灵活，推力轴承100的结构基本不需要改变，进而使得推力轴承100的可靠性高、使用寿命长。
因此，根据本发明实施例的推力轴承100具有能够摩擦发电以驱动外部负载9工作、可靠性高、使用寿命长等优点。
可选地，第一支撑件1由不导电的塑料加工而成，通常选用透明亚克力材料制作。第二支撑件2由不导电的塑料加工而成，通常选用透明亚克力材料制作。第二支撑件2整体形状为柱状，中间挖有凹槽，起到支撑整个装置的作用，承受推力作用。
为了便于理解，图1中的箭头A所示为推力轴承100的左右方向，图1 中的箭头B所示为推力轴承100的上下方向。
如图1-图3所示，推力轴承100可以包括第一支撑件1、第二支撑件2、第一导电件6、第二导电件7、挡圈8和多个滚动体3。
其中，第一支撑件1与第二支撑件2之间限定出容置腔201，容置腔201 的轴向、第一支撑件1的轴向和第二支撑件2的轴向彼此一致。容置腔201 具有周壁面、第一端壁面和第二端壁面。第一端壁面和第二端壁面在第一支撑件1的轴向上相对，每个滚动体3设在容置腔201内。第一导电件6设在周壁面、第一端壁面和第二端壁面中的至少一者上，第二导电件7设在周壁面、第一端壁面和第二端壁面中的至少一者上。
由此，周壁面完成对滚动体3在容置腔201的径向的限位，第一端壁面和第二端壁面完成对滚动体3在容置腔201的轴向的限位。第一导电件6和第二导电件7的设置也便于滚动体3在容置腔201内滚动时能够稳定地完成与第一电极601和第二电极701的抵接，进而保证推力轴承100的摩擦发电的稳定。
具体地，如图1所示，第一支撑件1可转动地插设在第二支撑件2内，第一端壁面位于第二端壁面的上方且两者相互平行，周壁面的形状为圆柱面。第一端壁面形成于第一支撑件1，第二端壁面形成于第二支撑件2。其中，作为主要承受轴向载荷的推力轴承100，第一端壁面和第二端壁面受到的滚动体3 的作用力相较于周壁面受到的滚动体3的作用力更大。
在一些实施例中，容置腔201为环形腔，周壁面包括内周壁面和外周壁面，第一导电件6设在外周壁面和内周壁面中的至少一者上，第二导电件7设在外周壁面和内周壁面中的至少一者上。由此，滚动体3与第一电极601/第二电极701抵接时，第一电极601/第二电极701受到滚动体3的作用力更小，以使得第一电极601和第二电极701所受的磨损更小，提高了第一导电件6和第二导电件7的使用寿命。
具体地，外周壁面形成于第二支撑件2，内周壁面形成于第一支撑件1。外周壁面的形状和内周壁面的形状均为圆柱面。在第一支撑件1不动，第二支撑件2相对第一支撑件1转动时，设置第一导电件6和第二导电件7均设在内周壁面上。在第二支撑件2不动，第一支撑件1相对第二支撑件2转动时，设置第一导电件6和第二导电件7均设在外周壁面上。由此避免第一导电件6 和第二导电件7转动，第一导电件6和第二导电件7与外部负载9的连接更简单方便。
在一些实施例中，推力轴承100进一步包括薄膜，第一导电件6和第二导电件7均铺设在薄膜的第一表面，薄膜的第二表面粘接在内周壁面或外周壁面上。第一电极601的至少一部分与第二电极701的至少一部分在第一支撑件1 的轴向相对设置。由此不仅保证第一导电件6和第二导电件7的相对固定，而且保证滚动体3能够更加可靠地与第一导电件6和第二导电件7接触，以进一步保证推力轴承100的摩擦发电的稳定，保证了推力轴承100向闭合电路输出的功率的稳定。
具体地，薄膜为柔性聚酯(PET)薄膜，第一导电件6和第二导电件7均为印刷在薄膜的第一表面的纯铜导电片。薄膜的长度等于第一导电件6和第二导电件7的长度，薄膜的第二表面粘接在外周壁面上，第一导电件6沿容置腔 201的周向延伸，第二导电件7沿容置腔201的周向延伸。
在一些实施例中，第一电极601和第二电极701均有多个，多个第一电极 601和多个第二电极701沿第一支撑件1的周向交替设置。多个第一电极601 沿第一支撑件1的周向等间隔分布，多个第二电极701沿第一支撑件1的周向等间隔分布。由此，每个第一电极601均与其中一个相邻的第二电极701构成电极对，电极对的数量等于第一电极601的数量，多个电极对沿容置腔201 的周向等间隔地设置。此时在多个滚动体3沿容置腔201的周向均匀分布时，推力轴承100向闭合电路输出的电流更加稳定和规律，进而使得闭合电路中外部负载9的工作更稳定，如实现对根据本发明实施例的推力轴承100运行状态的稳定监测与早期故障的准确预警。
如图2-图4所示，具体地，任意相邻两个滚动体3彼此相互抵接，由此实现多个滚动体3沿容置腔201的周向均匀分布。
任意相邻的第一电极601和第二电极701在第一支撑件1的周向上的距离均相等。即每个第一电极601和与之相邻的两个第二电极701中的一个第二电极701之间的距离等于该第一电极601和与之相邻的两个第二电极701中的另一个第二电极701之间的距离，每个第二电极701和与之相邻的两个第一电极 601中的一个第一电极601之间的距离等于该第二电极701和与之相邻的两个第一电极601中的另一个第一电极601之间的距离。由此使得推力轴承100 向闭合电路输出的电流更加稳定和规律。
在一些实施例中，第一导电件6还包括第一汇流部602，第一汇流部602 的周向与第一支撑件1的周向一致，第一汇流部602与每个第一电极601均相连。第二导电件7还包括第二汇流部702，第二汇流部702的周向与第一支撑件1的周向一致，第二汇流部702与每个第二电极701均相连。由此，第一汇流部602和第二汇流部702通过两根导线与外部负载9相连即可形成闭合电路，闭合电路的连接方便。
如图4所示，具体地，第一导电件6和第二导电件7均为梳齿状结构，其中，第一汇流部602和第二汇流部702均为环形片。多个第一电极601连接在第一汇流部602朝向第二汇流部702的一侧，多个第二电极701连接在第二汇流部702朝向第一汇流部602的一侧。
在一些实施例中，第一电极601的数量等于滚动体3的数量，第二电极 701的数量等于滚动体3的数量。此时，每个滚动体3相对第一导电件6和第二导电件7的位置均相同，例如，其中一个滚动体3经过第一电极601时，其余所有滚动体3也刚好经过不同的第一电极601。由此，每个滚动体3相对第一导电件6/第二导电件7持续滚动时，所有的滚动体3均同时由第一电极601 滚动到第二电极701，进而使所有的第一电极601处的负电荷通过外部负载9 流动到第二电极701，由此在闭合电路中形成第一方向电流。所有的滚动体3 也均同时由第二电极701滚动到第一电极601，进而使所有的第二电极701处的负电荷通过外部负载9流动到第一电极601，由此在闭合电路中形成与第一方向相反的第二方向电流，第一方向电流大体等于第二方向电流。
此时不会出现有的滚动体3由第一电极601滚动到第二电极701时，还有滚动体3同时由第二电极701滚动到第一电极601的情况，进而不会导致外部负载9中流动的负电荷减少。由此在推力轴承100的转速一定时，闭合电路中的交流电的变化更稳定，闭合电路中的输出电流更大。如图5所示，摩擦发电产生的输出电流的均方根值与推力轴承100转速大体呈线性比例变化。如图6 所示，在外部电路接入外部负载9时，摩擦发电的均方根功率密度先增大后减小。
或者，第一电极601的数量为滚动体3的数量的整数倍，第二电极701 的数量为滚动体3的数量的整数倍。同理，此时的每个滚动体3相对第一导电件6和第二导电件7的位置均相同，例如，其中一个滚动体3经过第一电极 601时，其余所有滚动体3也刚好经过不同的第一电极601。由此，同样能够在推力轴承100的转速一定时，使得闭合电路中的交流电的变化更稳定，闭合电路中的输出电流更大。
可选地，滚动体3为球形，滚动体3由陶瓷、玻璃、钢等材料制成。从提高发电量的角度，优选选用聚四氟乙烯(PTFE)等为代表的高分子材料制作而成。此时，在滚动体3与由纯铜制成的第一导电件6和第二导电件7发生滚动摩擦时，滚动体3带负电荷以呈负电性。
在一些实施例中，推力轴承100进一步包括永磁铁4和线圈5，永磁铁4 设在第一支撑件1和第二支撑件2中的一者上，永磁铁4的极化方向与第一支撑件1的轴向一致。线圈5设在第一支撑件1和第二支撑件2中的另一者上，线圈5与永磁铁4配合。
由此保证位于线圈5的运动轨迹上的磁场线的分布不均匀(即磁场线的密度并不相同)，在第一支撑件1和第二支撑件2发生相对转动时，线圈5总能切割磁铁的磁场线以产生感发电流。由此在线圈5通过导线与外部负载9连接以形成闭合电路后，推力轴承100即可通过磁感应发电完成对外部负载9的驱动。由此，推力轴承100可以通过磁感应发电和摩擦发电两种方式收集转动能量，以更有效地驱动外部负载9。
具体地，永磁铁4为磁性较强的圆形钕铁硼永磁铁4，且轴向为上下方向。线圈5为纯铜丝绕制的多匝线圈5，线圈5的轴向为上下方向。
在一些实施例中，永磁铁4和线圈5均有多个，永磁铁4的数量等于线圈 5的数量，永磁铁4沿容置腔201的周向等间隔分布，线圈5沿容置腔201的周向等间隔分布。永磁铁4为柱状，永磁铁4的轴向、线圈5的轴向和容置腔 201的轴向彼此一致，永磁铁4的轴线与容置腔201的轴线之间的距离等于线圈5的轴线与容置腔201的轴线之间的距离。
由此，在第一支撑件1和第二支撑件2相对转动时，线圈5的轴线能够与永磁铁4的轴线重合，即线圈5能够在上下方向与永磁铁4重合，并进行周期性地远离和靠近永磁铁4运动。多个永磁铁4形成多个范围大体形同的磁场线区域，每个磁场线区域中磁场线的密度由永磁铁4的端部(轴向上的端部)向四周逐渐减小。由此，线圈5在每个磁场线区域做远离形成该磁场线区域的永磁铁4运动时产生第三方向感应电流，线圈5在每个磁场线区域做靠近形成该磁场线区域的永磁铁4的运动时产生与第三方向相反的第四方向感应电流。随着第一支撑件1和第二支撑件2的相对转动，第三方向感应电流和第四方向感应电流在线圈5所在的闭合电路中交替产生，进而在闭合电路中形成交流电，实现推力轴承100向外部负载9供电以驱动外部负载9工作的功能。
具体地，永磁铁4和线圈5的数量均为八个，第一支撑件1的下端面设有八个柱状第一安装槽，八个第一安装槽沿容置腔201的周向等间隔分布，八个永磁铁4一一对应地粘接在八个第一安装槽内。第二支撑件2的上端面设有八个柱状第二安装槽，八个第二安装槽沿容置腔201的周向等间隔分布，八个线圈5一一对应地粘接在八个第一安装槽内，八个线圈5通过导线沿容置腔201 的周向顺次连接，首尾两个线圈5通过导线与外部负载9相连以形成闭合回路。如图7所示，磁感应发电产生的输出电流的均方根值与推力轴承100转速大体呈线性比例变化。如图8所示，在外部电路接入外部负载9时，磁感应发电的均方根功率密度先增大后减小。
需要说明的是，如图9所示，线圈5和永磁铁4构成的磁感应发电以及第一导电件6和第二导电件7构成的摩擦发电均与同一个外部负载9电连接，且磁感应发电和摩擦发电均通过各自串联的芯片进行整流。而且，外部负载9 还并联有电容，电容能够充电。如可以先通过开关断开外部负载9与磁感应发电和摩擦发电的电连接，磁感应发电和摩擦发电对电容进行充电，待充电完成后，关闭开关，同样能够驱动外部负载9(如温度计等小型用电设备)工作。
在一些实施例中，第二支撑件2设有通孔202，通孔202的轴向为上下方向并贯穿第二支撑件2，即通孔202沿上下方向贯通第二支撑件2。第一支撑件1设有卡槽101，第一支撑件1由上至下穿过通孔202，卡槽101位于第二支撑件2的下侧，推力轴承100进一步包括挡圈8，挡圈8与卡槽101配合并止抵第二支撑件2的下端面。由此实现第一支撑件1和第二支撑件2在上下方向的相对固定。
根据本发明实施例的轴承组件包括监测装置和上述的推力轴承100，推力轴承100的第一导电件6通过第一导线与监测装置相连，推力轴承100的第二导电件7通过第二导线与监测装置相连。
根据本发明实施例的轴承组件，推力轴承100中的第一导电件6和第二导电件7分别通过第一导线和第二导线与监测装置相连以形成闭合电路。推力轴承100在工作时使闭合电路中产生交流电，进而监测装置工作，以实现对推力轴承100运行状态的监测(如推力轴承100的转速)与早期故障的预警。
此外，根据本发明实施例的轴承组件的其他技术优势与上述推力轴承100 的技术优势相同，此处不再赘述。
根据本发明实施例的旋转机械包括监测装置、推力轴承100和轴。推力轴承100为上述的推力轴承100，推力轴承100的第一导电件6通过第一导线与监测装置相连，推力轴承100的第二导电件7通过第二导线与监测装置相连。轴与推力轴承100的第一支撑件1配合。
根据本发明实施例的旋转机械的其他技术优势与上述推力轴承100和轴承组件的技术优势相同，此处不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种推力轴承，其特征在于，包括：
第一支撑件，所述第一支撑件由非金属材料制成；
第二支撑件，所述第二支撑件由非金属材料制成；
第一导电件和第二导电件，所述第一导电件包括第一电极，所述第二导电件包括第二电极，所述第一导电件设在所述第一支撑件和所述第二支撑件的至少一者上，所述第二导电件设在所述第一支撑件和所述第二支撑件的至少一者上，所述第一电极和所述第二电极沿所述第一支撑件的周向间隔分布；和
多个滚动体，所述滚动体设在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间，多个所述滚动体沿所述第一支撑件的周向分布，其中所述滚动体的材质不同于所述第一导电件的材质和所述第二导电件的材质，所述滚动体能够止抵在所述第一电极和所述第二电极上；
永磁铁，所述永磁铁设在所述第一支撑件和所述第二支撑件中的一者上，所述永磁铁的极化方向与所述第一支撑件的轴向一致；和
线圈，所述线圈设在所述第一支撑件和所述第二支撑件中的另一者上，所述线圈与所述永磁铁配合。
2.根据权利要求1所述的推力轴承，其特征在于，所述第一支撑件与所述第二支撑件之间限定出容置腔，所述容置腔的轴向与所述第一支撑件的轴向一致，所述容置腔具有周壁面、第一端壁面和第二端壁面，所述第一端壁面和所述第二端壁面在所述第一支撑件的轴向上相对，每个所述滚动体设在所述容置腔内，所述第一导电件设在所述周壁面、所述第一端壁面和所述第二端壁面中的至少一者上，所述第二导电件设在所述周壁面、所述第一端壁面和所述第二端壁面中的至少一者上。
3.根据权利要求2所述的推力轴承，其特征在于，所述容置腔为环形腔，所述周壁面包括内周壁面和外周壁面，所述第一导电件设在所述外周壁面和所述内周壁面中的至少一者上，所述第二导电件设在所述外周壁面和所述内周壁面中的至少一者上，所述推力轴承进一步包括薄膜，所述第一导电件和所述第二导电件均铺设在所述薄膜的第一表面，所述薄膜的第二表面粘接在所述内周壁面或所述外周壁面上，所述第一电极的至少一部分与所述第二电极的至少一部分在所述第一支撑件的轴向相对设置。
4.根据权利要求3所述的推力轴承，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均有多个，多个所述第一电极和多个所述第二电极沿所述第一支撑件的周向交替设置，多个所述第一电极沿所述第一支撑件的周向等间隔分布，多个所述第二电极沿所述第一支撑件的周向等间隔分布，任意相邻的所述第一电极和所述第二电极在所述第一支撑件的周向上的距离均相等，任意相邻两个所述滚动体彼此相互抵接。
5.根据权利要求4所述的推力轴承，其特征在于，所述第一导电件还包括第一汇流部，所述第一汇流部的周向与所述第一支撑件的周向一致，所述第一汇流部与每个所述第一电极均相连，所述第二导电件还包括第二汇流部，所述第二汇流部的周向与所述第一支撑件的周向一致，所述第二汇流部与每个所述第二电极均相连。
6.根据权利要求4所述的推力轴承，其特征在于，所述第一电极的数量等于所述滚动体的数量，所述第二电极的数量等于所述滚动体的数量；或者，所述第一电极的数量为所述滚动体的数量的整数倍，所述第二电极的数量为所述滚动体的数量的整数倍；所述滚动体为球形。
7.根据权利要求2所述的推力轴承，其特征在于，所述永磁铁和所述线圈均有多个，所述永磁铁的数量等于所述线圈的数量，所述永磁铁沿所述容置腔的周向等间隔分布，所述线圈沿所述容置腔的周向等间隔分布，所述永磁铁为柱状，所述永磁铁的轴向、所述线圈的轴向和所述容置腔的轴向彼此一致，所述永磁铁的轴线与所述容置腔的轴线之间的距离等于所述线圈的轴线与所述容置腔的轴线之间的距离。
8.一种轴承组件，其特征在于，包括监测装置和如权利要求1-7任一项所述的推力轴承，所述推力轴承的第一导电件通过第一导线与所述监测装置相连，所述推力轴承的第二导电件通过第二导线与所述监测装置相连。
9.一种旋转机械，其特征在于，包括：
监测装置；
推力轴承，所述推力轴承为如权利要求1-7任一项所述的推力轴承，所述推力轴承的第一导电件通过第一导线与所述监测装置相连，所述推力轴承的第二导电件通过第二导线与所述监测装置相连；和
轴，所述轴与所述推力轴承的第一支撑件或第二支撑件配合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN105790631B (zh) * 2014-12-24 2018-10-30 北京纳米能源与系统研究所 一种滚动式摩擦纳米发电机
CN105827139B (zh) * 2015-01-08 2017-12-26 北京纳米能源与系统研究所 滚动式静电感应发电机、轴承、测量装置及测量方法
KR101743240B1 (ko) * 2015-11-09 2017-06-05 한국과학기술원 풍력을 이용한 접촉 대전 발전 장치
CN106602920B (zh) * 2015-12-31 2018-06-26 北京纳米能源与系统研究所 一种摩擦纳米发电机及发电系统
CN110474559B (zh) * 2019-09-02 2021-04-30 西南交通大学 一种复合型摩擦发电机

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