CN113175482B - 一种集成有摩擦发电机的滚动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及摩擦发电机技术领域，具体涉及一种集成有摩擦发电机的滚动轴承。所述集成有摩擦发电机的滚动轴承包括滚动轴承本体和第一摩擦发电机，滚动轴承本体包括内圈、保持架、外圈和第一防尘盖；第一摩擦发电机在滚动轴承本体的轴向上位于保持架和第一防尘盖之间；第一摩擦发电机包括第一摩擦层、第一叉指电极和第一绝缘层，保持架包括朝向第一防尘盖凸出的多个第一凸起，第一摩擦层具有在滚动轴承本体的轴向上相对的第一端面和第二端面，第一端面与第一凸起接触，第一叉指电极设在第二端面上，第二端面与第一绝缘层相连，第一绝缘层与第一防尘盖相连。所述集成有摩擦发电机的滚动轴承具有集成度高、摩擦发电机安装方便等优点。

Description

一种集成有摩擦发电机的滚动轴承

技术领域

本发明涉及摩擦发电机技术领域，具体涉及一种集成有摩擦发电机的滚动轴承。

背景技术

随着微机电技术的发展和进步，能够收集振动、温度等信号的小型低耗能微传感器越来越多，虽然他们的安装条件不再苛刻，但普遍存在供能问题，因此，环境能量的收集技术具有极大的研究价值。很多低功耗设备使用的是商业电网提供的经过变电设备处理而得到的低压电源，还有一些设备由于使用环境问题而由电池供给能量。这两种供能方式都有一些固有的缺点，比如变电设备体积庞大、能量损失大、电池寿命短、更换电池成本高。这些缺点限制了低耗能设备的使用范围。

摩擦发电机为利用摩擦起电效应和静电感应效应二者的耦合效应把微小的非电能的能量转换为电能的小型摩擦发电机，可以为低耗能设备提供电能。相关技术中摩擦发电机与设备的集成度低，需要额外占用安装空间且不易安装。

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集成度高且方便安装的集成有摩擦发电机的滚动轴承。

根据本发明实施例的集成有摩擦发电机的滚动轴承包括：

滚动轴承本体，所述滚动轴承本体包括内圈、保持架、外圈和第一防尘盖，所述外圈环绕所述内圈设置，所述保持架设在所述内圈和所述外圈之间，所述第一防尘盖设在所述内圈和所述外圈之间且与所述外圈相连，所述保持架与所述第一防尘盖沿所述滚动轴承本体的轴向间隔开地设置；和

第一摩擦发电机，所述第一摩擦发电机设在所述内圈和所述外圈之间，所述第一摩擦发电机在所述滚动轴承本体的轴向上位于所述保持架和所述第一防尘盖之间；

所述第一摩擦发电机包括第一摩擦层、第一叉指电极和第一绝缘层，所述保持架包括朝向所述第一防尘盖凸出的多个第一凸起，多个所述第一凸起沿所述滚动轴承本体的周向间隔开地设置，所述第一摩擦层具有在所述滚动轴承本体的轴向上相对的第一端面和第二端面，所述第一端面与所述第一凸起接触，所述第一叉指电极设在所述第二端面上，所述第二端面与所述第一绝缘层相连，所述第一绝缘层与所述第一防尘盖相连，所述第一叉指电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极包括多个第一叉指，所述第二电极包括多个第二叉指，多个所述第一叉指和多个所述第二叉指沿所述滚动轴承本体的周向交替间隔布置。

根据本发明实施例的集成有摩擦发电机的滚动轴承具有集成度高、摩擦发电机安装方便、滚动轴承使用寿命长、滚动轴承运行可靠性高等优点。

在一些实施例中，所述滚动轴承本体进一步包括第二防尘盖，所述第二防尘盖设在所述内圈和所述外圈之间且与所述外圈相连，所述保持架与所述第二防尘盖沿所述滚动轴承本体的轴向间隔开地设置；

进一步包括第二摩擦发电机，所述第二摩擦发电机设在所述内圈和所述外圈之间，所述第二摩擦发电机在所述滚动轴承本体的轴向上位于所述保持架和所述第二防尘盖之间；

所述第二摩擦发电机包括第二摩擦层、第二叉指电极和第二绝缘层，所述保持架包括朝向所述第二防尘盖凸出的多个第二凸起，多个所述第二凸起沿所述滚动轴承本体的周向间隔开地设置，所述第二摩擦层具有在所述滚动轴承本体的轴向上相对的第三端面和第四端面，所述第三端面与所述第二凸起接触，所述第二叉指电极设在所述第四端面上，所述第四端面与所述第二绝缘层相连，所述第二绝缘层与所述第二防尘盖相连，所述第二叉指电极包括第三电极和第四电极，所述第三电极包括多个第三叉指，所述第四电极包括多个第四叉指，多个所述第三叉指和多个所述第四叉指沿所述滚动轴承本体的周向交替间隔布置。

在一些实施例中，所述保持架包括多个连接部、多个第一兜孔部和多个第二兜孔部，多个所述连接部、多个所述第一兜孔部和多个所述第二兜孔部中的每一者沿所述滚动轴承本体的轴向间隔开地设置，相邻两个所述第一兜孔部通过所述连接部相连，相邻两个所述第二兜孔部通过所述连接部相连，多个所述第一兜孔部和多个所述第二兜孔部一一对应，多个所述第一兜孔部中的每一者与对应的所述第二兜孔部之间限定出兜孔，多个所述第一兜孔部中的每一者形成所述第一凸起，多个所述第二兜孔部中的每一者形成所述第二凸起。

在一些实施例中，所述第一摩擦发电机和所述第二摩擦发电机中的每一者为环形。

在一些实施例中，所述第一叉指电极在所述滚动轴承本体的轴向上与所述第一凸起相对，所述第二叉指电极在所述滚动轴承本体的轴向上与所述第二凸起相对。

在一些实施例中，多个所述第一叉指、多个所述第二叉指和多个所述第一凸起的数量相等，多个所述第一叉指、多个所述第二叉指和多个所述第一凸起中的每一者沿所述滚动轴承本体的周向间隔均布；

多个所述第三叉指、多个所述第四叉指和多个所述第二凸起的数量相等，多个所述第三叉指、多个所述第四叉指和多个所述第二凸起中的每一者沿所述滚动轴承本体的周向间隔均布。

在一些实施例中，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的每一者在所述保持架的轴向上的厚度为50nm-150nm。

在一些实施例中，所述第一叉指电极通过蒸镀设在所述第一摩擦层的所述第二端面上，所述第二叉指电极通过蒸镀设在所述第二摩擦层的所述第四端面上。

在一些实施例中，所述第一防尘盖的邻近所述保持架的端面上设有第一凹槽，所述第一绝缘层的至少一部分嵌装在所述第一凹槽内；

所述第二防尘盖的邻近所述保持架的端面上设有第二凹槽，所述第二绝缘层的至少一部分嵌装在所述第二凹槽内。

在一些实施例中，所述第一叉指电极进一步包括第一外部引脚和第二外部引脚，所述第一外部引脚和所述第二外部引脚中的每一者具有相对的固定端和自由端，所述第一外部引脚的所述固定端与所述第一电极相连，所述第二外部引脚的所述固定端与所述第二电极相连，所述第一外部引脚和所述第二外部引脚中的每一者的所述自由端伸出所述第一防尘盖外；

所述第二叉指电极进一步包括第三外部引脚和第四外部引脚，所述第三外部引脚和所述第四外部引脚中的每一者具有相对的固定端和自由端，所述第三外部引脚的所述固定端与所述第三电极相连，所述第四外部引脚的所述固定端与所述第四电极相连，所述第三外部引脚和所述第四外部引脚中的每一者的所述自由端伸出所述第二防尘盖外。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的集成有摩擦发电机的滚动轴承的分解视图(仅对第一摩擦发电机进行了分解)。

图2是根据本发明一个实施例的集成有摩擦发电机的滚动轴承的剖视图。

图3是图2中A处的放大图。

图4是图3第一摩擦层和第一叉指电极的立体图。

图5是图3第一摩擦层和第一叉指电极的主视图。

图6是图1中第一摩擦发电机第一状态的电流生成阶段原理图。

图7是图1中第一摩擦发电机第二状态的电流生成阶段原理图。

图8是图1中第一摩擦发电机第三状态的电流生成阶段原理图。

图9是图1中第一摩擦发电机第四状态的电流生成阶段原理图。

图10是图1中第一摩擦发电机的输出电压图。

附图标记：滚动轴承100；

滚动轴承本体1；外圈101；保持架102；第一凸起1021；第二凸起1022；内圈103；第一防尘盖104；第一凹槽1041；第一支撑部分1042；第一密封部分1043；第二防尘盖105；滚动体106；

第一摩擦发电机2；第一摩擦层201；第一端面2011；第二端面2012；第一延伸段2013；第二延伸段2014；第一叉指电极202；第一电极2021；第二电极2022；第一外部引脚2023；第二外部引脚2024；第一绝缘层203；第三延伸段2033；第四延伸段2034；

第二摩擦发电机3；第二摩擦层301；第三端面3011；第四端面3012；第二叉指电极302；第二绝缘层303；

外部负载4。

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9所示，根据本发明实施例的集成有摩擦发电机的滚动轴承100(以下简称滚动轴承100)包括滚动轴承本体1和第一摩擦发电机2。

滚动轴承本体1包括内圈103、保持架102、外圈101和第一防尘盖104，外圈101环绕内圈103设置，保持架102设在内圈103和外圈101之间，第一防尘盖104设在内圈103和外圈101之间且与外圈101相连，保持架102与第一防尘盖104沿滚动轴承本体1的轴向间隔开地设置。

第一摩擦发电机2设在内圈103和外圈101之间，第一摩擦发电机2在滚动轴承本体1的轴向上位于保持架102和第一防尘盖104之间。

第一摩擦发电机2包括第一摩擦层201、第一叉指电极202和第一绝缘层203。保持架102包括朝向第一防尘盖104凸出的多个第一凸起1021，多个第一凸起1021沿滚动轴承本体1的周向间隔开地设置。第一摩擦层201具有在滚动轴承本体1的轴向上相对的第一端面2011和第二端面2012，第一端面2011与第一凸起1021接触，第一叉指电极202设在第二端面2012上，第二端面2012与第一绝缘层203相连，第一绝缘层203与第一防尘盖104相连。第一叉指电极202包括第一电极2021和第二电极2022，第一电极2021包括多个第一叉指，第二电极2022包括多个第二叉指，多个第一叉指和多个第二叉指沿滚动轴承本体1的周向交替间隔布置。

由于第一摩擦发电机2的第一绝缘层203与滚动轴承本体1的第一防尘盖104相连，第一摩擦发电机2的第一摩擦层201与第一绝缘层203相连，而滚动轴承本体1的第一防尘盖104与外圈101相连，因此，滚动轴承100工作时，第一摩擦发电机2的第一摩擦层201相对滚动轴承本体1的外圈101静止。由于滚动轴承100工作时滚动轴承本体1的保持架102相对外圈101转动，因此，滚动轴承100工作时，第一摩擦发电机2的第一摩擦层201相对滚动轴承本体1的保持架102转动。从而，根据本发明实施例的滚动轴承100第一摩擦层201的第一端面2011与保持架102的第一凸起1021因接触而发生转动摩擦，从而第一凸起1021和第一摩擦层201的表面产生等量的相反电荷。

此时，将第一电极2021和第二电极2022通过导线与外部负载4连接而形成闭合电路后，当保持架102上的第一凸起1021由第一叉指转动到第二叉指时，静电感应效应将驱动负电荷通过外部负载4从第一叉指流动到第二叉指。其中，在第一凸起1021经过第二叉指时，所有负电荷都被驱动到第二叉指。当第一凸起1021随后由第二叉指转动到第一叉指时，静电感应效应将驱动负电荷通过外部负载从第二叉指流动到第一叉指。其中，在每个第一凸起1021经过第一叉指时，所有负电荷都被驱动到第一叉指。由此，随着每个第一凸起1021相对第一摩擦层201持续以速度V转动(如图6-图9所示)，不仅会出现负电荷由第一叉指向第二叉指流动的情况(如图7至图9所示)，进而在此过程中闭合电路形成第一方向的电流i(如图8和图9所示)，而且会出现负电荷由第二叉指向第一叉指流动的情况(如图6至图7所示)，进而在此过程中闭合电路形成与第一方向相反的第二方向的电流i(如图6所示)。第一方向的电流和第二方向的电流在闭合电路中交替产生，进而在闭合电路中形成交流电，实现向外部负载4供电以驱动外部负载4工作的功能。

相关技术中的摩擦发电机安装在转动部件的外部使用，利用转动部件的转动使得叉指电极的第一电极和第二电极之间有电荷流动而对外部负载进行供电，此时，摩擦发电机不仅需要额外占用转动部件外部的空间，而且需要单独进行摩擦发电机和转动部件的安装，存在摩擦发电机与转动部件所对应的设备集成度低、摩擦发电机安装不便的问题。

一方面，根据本发明实施例的滚动轴承100将摩擦发电机安装在滚动轴承本体的防尘盖和保持架之间，即将摩擦发电机集成在滚动轴承本体上，由此，摩擦发电机与滚动轴承本体集成度高且不需要额外占用外部空间。另一方面，根据本发明实施例的滚动轴承在进行摩擦发电机的安装和更换时，只需打开滚动轴承本体的防尘盖，将摩擦发电机的绝缘层与防尘盖相连，将防尘盖与滚动轴承本体的外圈相连即可，摩擦发电机的安装和更换方便。此外，与摩擦层相接触的面为保持架的端面，该端面为保持架的非工作面，从而，在滚动轴承工作时该端面不承担载荷，摩擦发电机和保持架之间的磨损更小，使得滚动轴承本体和摩擦发电机的使用寿命更长、和运行可靠性更高。

因此，根据本发明实施例的滚动轴承100具有摩擦发电机与滚动轴承本体集成度高、摩擦发电机安装方便、滚动轴承使用寿命长、滚动轴承运行可靠性高等优点。

下面参考附图详细描述根据本发明实施例的滚动轴承100。

如图1-图9所示，本发明实施例的滚动轴承100包括滚动轴承本体1和第一摩擦发电机2。

滚动轴承本体1包括内圈103、保持架102、外圈101、多个滚动体106和第一防尘盖104，外圈101环绕内圈103设置，保持架102设在内圈103和外圈101之间，第一防尘盖104设在内圈103和外圈101之间且与外圈101相连，保持架102与第一防尘盖104沿滚动轴承本体1的轴向间隔开地设置。

为了使本申请的技术方案更加容易被理解，下面以滚动轴承本体1的径向与内外方向一致、以滚动轴承本体1的轴向与左右方向一致为例，进一步描述本申请的技术方案。其中，内外方向如图1中的箭头B所示，左右方向如图1中的箭头C所示。

第一防尘盖104的外周面与外圈101相连，第一防尘盖104的内周面与内圈102的外周面密封配合。保持架102设置在第一防尘盖104的右侧，保持架102的左端面与第一防尘盖104的右端面间隔开地设置。

在一些实施例中，如图2所示，第一防尘盖104包括第一支撑部分1042和第一密封部分1043，第一支撑部分1042采用金属材料制成，第一密封部分1043采用橡胶材料制成。在内外方向上第一密封部分1043的尺寸大于第一支撑部分1042的尺寸，第一密封部分1043包覆在第一支撑部分1042的边沿和远离保持架102的端面上，第一密封部分1043的内周面与内圈102的外周面密封配合。

第一摩擦发电机2设在内圈103和外圈101之间，第一摩擦发电机2在滚动轴承本体1的轴向上位于保持架102和第一防尘盖104之间。

第一摩擦发电机2包括第一摩擦层201、第一叉指电极202和第一绝缘层203。保持架102包括朝向第一防尘盖104凸出的多个第一凸起1021，多个第一凸起1021沿滚动轴承本体1的周向间隔开地设置。第一摩擦层201具有在滚动轴承本体1的轴向上相对的第一端面2011和第二端面2012，第一端面2011与第一凸起1021接触，第一叉指电极202设在第二端面2012上，第二端面2012与第一绝缘层203相连，第一绝缘层203与第一防尘盖104相连。

在一些实施例中，如图2所示，第一防尘盖104的邻近第一绝缘层203的端面上设有第一凹槽1041，第一绝缘层203的至少一部分嵌装在第一凹槽1041内。由此，不仅有利于提高第一绝缘层203和第一防尘盖104的连接稳定性，而且，利用第一凹槽1041增加了第一摩擦发电机2的安装空间，便于将第一摩擦发电机2安装在第一防尘盖104和保持架102之间。

第一叉指电极202包括第一电极2021和第二电极2022，第一电极2021包括多个第一叉指，第二电极2022包括多个第二叉指，多个第一叉指和多个第二叉指沿滚动轴承本体1的周向交替间隔布置。

例如，第一叉指和第二叉指的数量相等，第一叉指和第二叉指沿滚动轴承本体1的周向交替布置，且第一叉指和第二叉指沿滚动轴承本体1的周向间隔开地设置。

在一些实施例中，滚动轴承本体1进一步包括第二防尘盖105，第二防尘盖105设在内圈103和外圈101之间且与外圈101相连，保持架102与第二防尘盖105沿滚动轴承本体1的轴向间隔开地设置。

第二防尘盖105的外周面与外圈101相连，第二防尘盖105的内周面与内圈102的外周面密封配合。保持架102设置在第二防尘盖105的左侧，保持架102的右端面与第二防尘盖105的左端面间隔开地设置。

在一些实施例中，第二防尘盖105包括第二支撑部分和第二密封部分，第二支撑部分采用金属材料制成，第二密封部分采用橡胶材料制成。在内外方向上第二密封部分的尺寸大于第二支撑部分的尺寸，第二密封部分包覆在第二支撑部分的边沿和远离保持架的端面上，第二密封部分的内周面与内圈的外周面密封配合。

根据本发明实施例的滚动轴承100进一步包括第二摩擦发电机3，第二摩擦发电机3设在内圈103和外圈101之间，第二摩擦发电机3在滚动轴承本体1的轴向上位于保持架102和第二防尘盖105之间。

第二摩擦发电机3包括第二摩擦层301、第二叉指电极302和第二绝缘层303。保持架102包括朝向第二防尘盖105凸出的多个第二凸起1022，多个第二凸起1022沿滚动轴承本体1的周向间隔开地设置。第二摩擦层301具有在滚动轴承本体1的轴向上相对的第三端面3011和第四端面3012，第三端面3011与第二凸起1022接触，第二叉指电极302设在第四端面上，第四端面3012与第二绝缘层303相连，第二绝缘层303与第二防尘盖105相连。

在一些实施例中，第二防尘盖105的邻近第二绝缘层303的端面上设有第二凹槽，第二绝缘层303的至少一部分嵌装在第二凹槽内。由此，不仅有利于提高第二绝缘层303和第二防尘盖105的连接稳定性，而且，利用第二凹槽增加了第二摩擦发电机3的安装空间，便于将第二摩擦发电机3安装在第二防尘盖105和保持架102之间。

第二叉指电极302包括第三电极和第四电极，第三电极包括多个第三叉指，第四电极包括多个第四叉指，多个第三叉指和多个第四叉指沿滚动轴承本体1的周向交替间隔布置。

例如，第三叉指和第四叉指的数量相等，第三叉指和第四叉指沿滚动轴承本体1的周向交替布置，且第三叉指和第四叉指沿滚动轴承本体1的周向间隔开地设置。

与第一摩擦发电机2的原理相同，滚动轴承100工作时，第二摩擦发电机3的第二摩擦层301相对滚动轴承本体1的保持架102转动。从而，根据本发明实施例的滚动轴承100第二摩擦层301的第三端面3011与保持架102的第二凸起1022因接触而发生转动摩擦，从而第二凸起1022和第二摩擦层301的表面产生等量的相反电荷。此时，将第二叉指电极302的第三叉指和第四叉指通过导线与外部负载4连接而形成闭合电路后，第一方向的电流和第二方向的电流在闭合电路中交替产生，进而在闭合电路中形成交流电，实现向外部负载4供电以驱动外部负载4工作的功能。

在一些实施例中，第一电极2021、第二电极2022、第三电极和第四电极中的每一者在保持架102的轴向上的厚度为50nm-150nm。

由此，在保证第一叉指电极202和第二叉指电极302具有良好导电性能的情况下，可以使第一叉指电极202和第二叉指电极302具有一定的柔性。从而当第一摩擦层201因与第一凸起1021摩擦而发生变形时，第一叉指电极202可以随第一摩擦层201发生变形，进而避免第一叉指电极202损坏，有利于提高第一叉指电极202的使用寿命，进而有利于提高第一摩擦发电机2的使用寿命；当第二摩擦层301因与第二凸起1022摩擦而发生变形时，第二叉指电极302可以随第二摩擦层301发生变形，进而避免第二叉指电极302损坏，有利于提高第二叉指电极302的使用寿命，进而有利于提高第二摩擦发电机3的使用寿命

在一些实施例中，第一叉指电极202通过蒸镀设在第一摩擦层201的所述第二端面2012上。第二叉指电极302通过蒸镀设在第二摩擦层301的所述第四端面3012上。

例如，采用电子束蒸发法在第一摩擦层201的第二端面2012上蒸镀100nm厚的一对叉指状的铜箔，该一对叉指状的铜箔即为第一叉指电极202；采用电子束蒸发法在第二摩擦层301的第四端面3012上蒸镀100nm厚的一对叉指状的铜箔，该一对叉指状的铜箔即为第二叉指电极302。由此，便于在第一摩擦层201的第二端面2012以及第二摩擦层301的第四端面3012上上设置第一叉指电极202。

在一些实施例中，保持架102包括多个连接部、多个第一兜孔部和多个第二兜孔部，多个第一兜孔部沿滚动轴承本体1的周向间隔开地设置，多个连接部、多个第一兜孔部和多个第二兜孔部中的每一者沿滚动轴承本体的轴向间隔开地设置，相邻两个第一兜孔部通过连接部相连，相邻两个第二兜孔部通过连接部相连，多个第一兜孔部和多个第二兜孔部一一对应，多个第一兜孔部中的每一者与对应的第二兜孔部之间限定出兜孔。多个滚动体106一一对应地设在多个兜孔内。

多个第一兜孔部中的每一者形成第一凸起1021，多个第二兜孔部中的每一者形成第二凸起1022。

也就是说，第一凸起1021和第二凸起1022由保持架102的一部分形成。由此，滚动轴承本体1可以使用已知的滚动轴承，且不需要改变已知的滚动轴承的结构，从而可以减少甚至避免第一摩擦发电机2和第二摩擦发电机3影响滚动轴承本体1的工作性能。只需要在已知的滚动轴承的第一防尘盖104上安装第一摩擦发电机2，同时在已知的滚动轴承的第二防尘盖105上安装第二摩擦发电机3即可，方便将第一摩擦发电机2和第二摩擦发电机3安装在滚动轴承本体1上。

在一些实施例中，第一摩擦发电机2和第二摩擦发电机3中的每一者为环形。由此，可以利用第一摩擦发电机2和第二摩擦发电机3将更多非电能的能量转化为电能，而对外部负载4供电。

在一些实施例中，第一叉指电极202在滚动轴承本体1的轴向上与第一凸起1021相对，第二叉指电极在滚动轴承本体1的轴向上与第二凸起1022相对。

例如，第一叉指电极202和第二叉指电极302中的每一者与保持架102同轴设置，保持架102在内外方向上位于第一叉指电极202的内沿和外沿之间，且保持架在内外方向上位于第二叉指电极302的内沿和外沿之间；或者，第一叉指电极202在内外方向上位于保持架102的内沿和外沿之间，且第二叉指电极302在内外方向上位于保持架102的内沿和外沿之间。

在一些实施例中，多个第一叉指、多个第二叉指和多个第一凸起1021的数量相等，多个第一叉指、多个第二叉指和多个第一凸起1021中的每一者沿滚动轴承本体1的周向间隔均布。多个第三叉指、多个第四叉指和多个第二凸起1022的数量相等，多个第三叉指、多个第四叉指和多个第二凸起1022中的每一者沿滚动轴承本体1的周向间隔均布。

例如，滚动体106设有六个，相应的第一凸起1021和第二凸起1022的数量也为六个，第一叉指、第二叉指、第三叉指和第四叉指的数量均为六个。

此时，每个第一凸起1021相对第一叉指和第二叉指的位置均相同，当其中一个第一凸起1021经过第一叉指时，其余所有第一凸起1021也刚好经过不同的第一叉指。由此，每个第一凸起1021相对第一摩擦层201持续滚动时，所有的第一凸起1021均同时由第一叉指滚动到第二叉指，进而使所有的第一叉指处的负电荷通过外部负载4流动到第二叉指，由此在闭合电路中形成第一方向电流。所有的第一凸起1021也均同时由第二叉指滚动到第一叉指，进而使所有的第二叉指处的负电荷通过外部负载4流动到第一叉指，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。

此时不会出现有的第一凸起1021由第一叉指滚动到第一叉指时，还有第一凸起1021同时由第二叉指滚动到第一叉指的情况，进而不会导致外部负载4中流动的负电荷减少。由此在滚动轴承100的转速一定时，由第一叉指电极202和外部负载4形成的闭合电路中的交流电的变化更稳定、输出电流更大。与此原理相同，第二叉指电极302和外部负载形成的闭合电路中的交流电的变化更稳定、输出电流更大。

在另一些实施例中，第一叉指的数量为第一凸起1021的数量的整数倍，第二叉指的数量为第一凸起1021的数量的整数倍，第三叉指的数量为第二凸起1022的数量的整数倍，第四叉指的数量为第二凸起1022的数量的整数倍。同理，此时的每个第一凸起1021相对第一叉指和第二叉指的位置均相同，例如，其中一个第一凸起1021经过第一叉指时，其余所有第一凸起1021也刚好经过不同的第一叉指；此时的每个第二凸起1022相对第三叉指和第四叉指的位置均相同，例如，其中一个第二凸起1022经过第三叉指时，其余所有第二凸起1022也刚好经过不同的第三叉指。由此，同样能够在滚动轴承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。

优选地，第一摩擦层201和第二摩擦层301的材质为聚酰亚胺。聚酰亚胺为综合性能较佳的有机高分子材料，第一摩擦层201和第二摩擦层301的材质采用聚酰亚胺，使得第一摩擦层201和第二摩擦层301不仅具有良好的绝缘性，而且具有良好的耐磨性，有利于提高摩擦发电机的性能和延长摩擦发电机的使用寿命。

优选地，第一绝缘层203和第二绝缘层303的材质为聚氯乙烯。

在另一些实施中，第一绝缘层203和第二绝缘层303的材质也可以为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等其他绝缘材料。

优选地，第一摩擦层201通过粘接与第一防尘盖104相连，第二摩擦层301通过粘接与第二防尘盖105相连。由此，不需要改变第一防尘盖104和第二防尘盖105的结构，减少甚至避免第一摩擦发电机2和第二摩擦发电机3影响滚动轴承本体1的工作性能，且方便将第一摩擦发电机2和第二摩擦发电机3安装在滚动轴承本体1上。

在一些实施例中，第一叉指电极202进一步包括第一外部引脚2023和第二外部引脚2024，第一外部引脚2023和第二外部引脚2024中的每一者具有相对的固定端和自由端，第一外部引脚2023的固定端与第一电极2021相连，第二外部引脚2024的固定端与第二电极2022相连，第一外部引脚2023和第二外部引脚2024中的每一者的自由端伸出第一防尘盖104外。

第二叉指电极302进一步包括第三外部引脚和第四外部引脚，第三外部引脚和第四外部引脚中的每一者具有相对的固定端和自由端，第三外部引脚的固定端与第三电极相连，第四外部引脚的固定端与第四电极相连，第三外部引脚和第四外部引脚中的每一者的自由端伸出第二防尘盖105外。

由此，便于通过第一外部引脚2023和第二外部引脚2024以及第三外部引脚和第四外部引脚与外部负载4相连。

在一些实施例中，第一摩擦层201包括第一延伸段2013和第二延伸段2014，第一绝缘层203包括第三延伸段2033和第四延伸段2034，第一外部引脚2023设置在第一延伸段2013和第三延伸段2033之间，第二外部引脚2024设置在第二延伸段2014和第四延伸段2034之间。

由此，便于实现第一外部引脚2023和第二外部引脚2024中的每一者与外圈101和第一防尘盖104之间的绝缘

在一些实施例中，第二摩擦层301包括第五延伸段和第六延伸段，第二绝缘层303包括第七延伸段和第八延伸段，第三外部引脚设置在第五延伸段和第七延伸段之间，第四外部引脚设置在第六延伸段和第八延伸段之间。

由此，便于实现第三外部引脚和第四外部引脚中的每一者与外圈101和第二防尘盖105之间的绝缘。

上述第一摩擦发电机2和第二摩擦发电机3的电流的周期与保持架102的旋转周期、滚动体106的数量和叉指电极的叉指的数量相关。第一摩擦发电机2和第二摩擦发电机3的发电效果如图10所示。

综上所述，根据本发明实施例的滚动轴承100具有以下优点：

(1)仅需将防尘盖打开将摩擦发电机装在防尘盖上，再盖上防尘盖即可使用，大大减小了摩擦发电机的安装难度和更换成本；

(2)摩擦发电机的结构简单且紧凑，与滚动轴承本体合为一体，不额外占用设备空间。产生的电流除带动外部负载4外还可用于诊断滚动轴承本身的健康状态。例如，通过监测实时监测输出电流以实现监测滚动轴承100的转速的目的，进而实现对滚动轴承100运行状态的监测。

(3)摩擦发电机的摩擦层与保持架的端面接触摩擦发电，由于保持架的端面为非工作面，在滚动轴承工作状态中不承担载荷，具有更高的使用寿命，安全可靠。

(4)使用过程中可以多个摩擦发电机为同一外部负载4供电，从而进一步提高输出电量，具有解决无线传感器网络节点供电问题的潜力。

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 (8)

1.一种集成有摩擦发电机的滚动轴承，其特征在于，包括：

滚动轴承本体，所述滚动轴承本体包括内圈、保持架、外圈和第一防尘盖，所述外圈环绕所述内圈设置，所述保持架设在所述内圈和所述外圈之间，所述第一防尘盖设在所述内圈和所述外圈之间且与所述外圈相连，所述保持架与所述第一防尘盖沿所述滚动轴承本体的轴向间隔开地设置；和

第一摩擦发电机，所述第一摩擦发电机设在所述内圈和所述外圈之间，所述第一摩擦发电机在所述滚动轴承本体的轴向上位于所述保持架和所述第一防尘盖之间；

所述第一摩擦发电机包括第一摩擦层、第一叉指电极和第一绝缘层，所述保持架包括朝向所述第一防尘盖凸出的多个第一凸起，多个所述第一凸起沿所述滚动轴承本体的周向间隔开地设置，所述第一摩擦层具有在所述滚动轴承本体的轴向上相对的第一端面和第二端面，所述第一端面与所述第一凸起接触，所述第一叉指电极设在所述第二端面上，所述第二端面与所述第一绝缘层相连，所述第一绝缘层与所述第一防尘盖相连，所述第一叉指电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极包括多个第一叉指，所述第二电极包括多个第二叉指，多个所述第一叉指和多个所述第二叉指沿所述滚动轴承本体的周向交替间隔布置；所述滚动轴承本体进一步包括第二防尘盖，所述第二防尘盖设在所述内圈和所述外圈之间且与所述外圈相连，所述保持架与所述第二防尘盖沿所述滚动轴承本体的轴向间隔开地设置；

进一步包括第二摩擦发电机，所述第二摩擦发电机设在所述内圈和所述外圈之间，所述第二摩擦发电机在所述滚动轴承本体的轴向上位于所述保持架和所述第二防尘盖之间；

所述第二摩擦发电机包括第二摩擦层、第二叉指电极和第二绝缘层，所述保持架包括朝向所述第二防尘盖凸出的多个第二凸起，多个所述第二凸起沿所述滚动轴承本体的周向间隔开地设置，所述第二摩擦层具有在所述滚动轴承本体的轴向上相对的第三端面和第四端面，所述第三端面与所述第二凸起接触，所述第二叉指电极设在所述第四端面上，所述第四端面与所述第二绝缘层相连，所述第二绝缘层与所述第二防尘盖相连，所述第二叉指电极包括第三电极和第四电极，所述第三电极包括多个第三叉指，所述第四电极包括多个第四叉指，多个所述第三叉指和多个所述第四叉指沿所述滚动轴承本体的周向交替间隔布置；

所述第一防尘盖的邻近所述保持架的端面上设有第一凹槽，所述第一绝缘层的至少一部分嵌装在所述第一凹槽内；

所述第二防尘盖的邻近所述保持架的端面上设有第二凹槽，所述第二绝缘层的至少一部分嵌装在所述第二凹槽内。

2.根据权利要求1所述的集成有摩擦发电机的滚动轴承，其特征在于，所述保持架包括多个连接部、多个第一兜孔部和多个第二兜孔部，多个所述连接部、多个所述第一兜孔部和多个所述第二兜孔部中的每一者沿所述滚动轴承本体的轴向间隔开地设置，相邻两个所述第一兜孔部通过所述连接部相连，相邻两个所述第二兜孔部通过所述连接部相连，多个所述第一兜孔部和多个所述第二兜孔部一一对应，多个所述第一兜孔部中的每一者与对应的所述第二兜孔部之间限定出兜孔，多个所述第一兜孔部中的每一者形成所述第一凸起，多个所述第二兜孔部中的每一者形成所述第二凸起。

3.根据权利要求1或2所述的集成有摩擦发电机的滚动轴承，其特征在于，所述第一摩擦发电机和所述第二摩擦发电机中的每一者为环形。

4.根据权利要求3所述的集成有摩擦发电机的滚动轴承，其特征在于，所述第一叉指电极在所述滚动轴承本体的轴向上与所述第一凸起相对，所述第二叉指电极在所述滚动轴承本体的轴向上与所述第二凸起相对。

5.根据权利要求3所述的集成有摩擦发电机的滚动轴承，其特征在于，多个所述第一叉指、多个所述第二叉指和多个所述第一凸起的数量相等，多个所述第一叉指、多个所述第二叉指和多个所述第一凸起中的每一者沿所述滚动轴承本体的周向间隔均布；

多个所述第三叉指、多个所述第四叉指和多个所述第二凸起的数量相等，多个所述第三叉指、多个所述第四叉指和多个所述第二凸起中的每一者沿所述滚动轴承本体的周向间隔均布。

6.根据权利要求1或2所述的集成有摩擦发电机的滚动轴承，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的每一者在所述保持架的轴向上的厚度为50nm-150nm。

7.根据权利要求6所述的集成有摩擦发电机的滚动轴承，其特征在于，所述第一叉指电极通过蒸镀设在所述第一摩擦层的所述第二端面上，所述第二叉指电极通过蒸镀设在所述第二摩擦层的所述第四端面上。

8.根据权利要求1或2所述的集成有摩擦发电机的滚动轴承，其特征在于，所述第一叉指电极进一步包括第一外部引脚和第二外部引脚，所述第一外部引脚和所述第二外部引脚中的每一者具有相对的固定端和自由端，所述第一外部引脚的所述固定端与所述第一电极相连，所述第二外部引脚的所述固定端与所述第二电极相连，所述第一外部引脚和所述第二外部引脚中的每一者的所述自由端伸出所述第一防尘盖外；

所述第二叉指电极进一步包括第三外部引脚和第四外部引脚，所述第三外部引脚和所述第四外部引脚中的每一者具有相对的固定端和自由端，所述第三外部引脚的所述固定端与所述第三电极相连，所述第四外部引脚的所述固定端与所述第四电极相连，所述第三外部引脚和所述第四外部引脚中的每一者的所述自由端伸出所述第二防尘盖外。

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