WO2019232720A1 - 利用热电效应发电的轴承 - Google Patents

利用热电效应发电的轴承 Download PDF

Info

Publication number
WO2019232720A1
WO2019232720A1 PCT/CN2018/090136 CN2018090136W WO2019232720A1 WO 2019232720 A1 WO2019232720 A1 WO 2019232720A1 CN 2018090136 W CN2018090136 W CN 2018090136W WO 2019232720 A1 WO2019232720 A1 WO 2019232720A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bearing
thermoelectric
heat dissipation
dissipation member
control circuit
Prior art date
Application number
PCT/CN2018/090136
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
关冉
王爱萍
Original Assignee
舍弗勒技术股份两合公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 舍弗勒技术股份两合公司 filed Critical 舍弗勒技术股份两合公司
Priority to PCT/CN2018/090136 priority Critical patent/WO2019232720A1/zh
Publication of WO2019232720A1 publication Critical patent/WO2019232720A1/zh

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such

Definitions

  • the heat radiating member has a first surface of a heat radiating member in contact with the thermoelectric member and a second surface of the heat radiating member facing away from the first surface of the thermoelectric member in the axial direction of the bearing;
  • the second surface of the heat dissipation member has a plurality of fin groups, and each of the fin groups includes a plurality of fins protruding in a direction from the first surface of the heat dissipation member to the second surface of the heat dissipation member.
  • the bearing further includes a control circuit board mounted to the heat dissipation member, the control circuit board processing and / or storing electricity generated by the thermoelectric member.
  • the axial height (thickness) of the inner peripheral portion 302 of the heat radiating member is larger than the axial height (thickness) of the outer peripheral portion 301 of the heat radiating member.
  • the control circuit board 4 is ring-shaped, and its size is substantially the same as that of the outer peripheral portion 301 of the heat dissipation member.
  • a screw hole 308 is provided on the outer peripheral portion 301 of the heat dissipation member, a through hole 401 corresponding to the screw hole 308 is provided on the control circuit board 4, and the second screw 52 passes through the through hole 401 and is screwed to the screw hole 308.
  • the control circuit board 4 is fixedly mounted to the heat radiating member 3.
  • the invention is not limited to this.
  • the screw hole 308 is surrounded by a convex ring.
  • the present invention is not limited to this.
  • the control circuit board 4 and the heat dissipation member 3 may be spaced apart in the axial direction by a washer or the like sleeved on the second screw 52.
  • thermoelectric effect to generate electricity and supply power is lightweight and does not add excessive torque to the bearings
  • thermoelectric member 2, the heat dissipation member 3, and the control circuit board 4 can be arranged on the bearing inner ring or the bearing outer ring; for the sliding bearing, the thermoelectric member 2, the heat dissipation member 3
  • the control circuit board 4 may be provided in the bearing housing of the bearing, or may be provided in the bearing pad of the bearing.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

一种利用热电效应发电的轴承。该轴承包括呈环状的第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件能绕所述轴承的轴线彼此相对转动，其中，所述轴承还包括由热电材料制成的热电构件（2）和由导热材料制成的散热构件（3），所述热电构件（2）安装到所述第一部件的轴向端面，所述散热构件（3）安装到所述热电构件（2）的远离所述第一部件的那侧，在所述第一部件相对于所述第二部件转动的过程中，所述热电构件（2）吸收来自所述第一部件的热量而产生电流。包括热电构件（2）和散热构件（3）的发电装置在轴承运转过程中吸收轴承本体（1）产生的热量而发电，在发电的同时降低了轴承本体的温度。

Description

利用热电效应发电的轴承 技术领域
本发明涉及轴承领域，具体涉及一种利用热电效应发电的轴承。
背景技术
带有传感器的轴承(即，传感器轴承)将具备某些检测功能的传感器集成到轴承中，从而能够在轴承运转过程中检测与轴承的运转和性能相关的数据。现有技术中为传感器轴承中的传感器供电的方式主要包括：(1)通过与传感器相连的导线将外置电源的电能供应到传感器；(2)在轴承上安装纽扣电池；(3)在轴承上安装微型的电磁感应发电机；以及(4)使用基于电磁感应的无线充电技术。
上述传感器轴承的供电方式存在如下缺点：
(1)使用导线供应来自轴承外部电能的供电方式，由于传感器与导线相连，传感器不适宜安装于轴承的活动部件、而只能安装于在轴承运行过程中保持静止的部件。然而，这些活动部件，例如滚动轴承的滚动体、保持架和转动圈(内圈或外圈)，也常是需要传感器检测相关数据的部件，因此该供电方式限制了对活动部件的检测；
(2)使用纽扣电池的供电方式，在纽扣电池电量用尽后需要更换电池，频繁更换纽扣电池的操作增加了运行维护成本；
(3)使用微型电磁感应发电机的供电方式，安装在轴承上的电磁感应发电机增加了轴承转动过程中的转矩，同时增加了轴承的结构复杂度；
(4)使用基于电磁感应的无线充电技术的供电方式，无线充电装置仍需要外部电源的供电，同时，无线充电过程可能会使轴承部件磁化，这是不期望的。
另一方面，轴承在运行过程中会由于发热而温度升高，轴承温度升高会 带来一系列缩短轴承寿命的不良影响，例如，轴承间隙减小、轴承材料烧伤和润滑剂老化加速等。
发明内容
鉴于上述现有技术的状态，本发明的课题在于如何提供一种简便的或通用的能为安装于轴承上的耗电元件(例如传感器)供电的轴承，同时能避免轴承因发热而温度升高。
提供一种利用热电效应发电的轴承，其包括呈环状的第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件能绕所述轴承的轴线彼此相对转动，其中，所述轴承还包括由热电材料制成的热电构件和由导热材料制成的散热构件，所述热电构件安装到所述第一部件的轴向端面，所述散热构件安装到所述热电构件的远离所述第一部件的那侧，在所述第一部件相对于所述第二部件转动的过程中，所述热电构件吸收来自所述第一部件的热量而产生电流。
在至少一个实施方式中，所述散热构件具有与所述热电构件接触的散热构件第一面和在所述轴承的轴向上背离所述热电构件第一面的散热构件第二面；所述散热构件第二面具有若干翅片组，每一个所述翅片组均包括在从所述散热构件第一面到所述散热构件第二面的方向上突出的若干翅片。
在至少一个实施方式中，所述散热构件第二面还具有若干凸台，在从所述散热构件第一面到所述散热构件第二面的方向上，所述凸台比所述翅片突出。
在至少一个实施方式中，所述凸台设置在周向相邻的所述翅片组之间，所述凸台的强度高于所述翅片组的强度。
在至少一个实施方式中，所述轴承还包括控制电路板，所述控制电路板安装到所述散热构件，所述控制电路板处理和/或储存由所述热电构件产生的电。
在至少一个实施方式中，所述控制电路板与所述散热构件在所述轴承的 轴向上间隔开。
在至少一个实施方式中，所述轴承还包括一个或多个传感器，所述热电构件产生的电力被供给到所述传感器。
在至少一个实施方式中，所述热电构件和所述散热构件安装到所述轴承的转动圈。
在至少一个实施方式中，所述轴承为滚动轴承，所述第一部件为所述滚动轴承的内圈、所述第二部件为所述滚动轴承的外圈，或者，所述第二部件为所述滚动轴承的内圈、所述第一部件为所述滚动轴承的外圈。
在至少一个实施方式中，所述轴承为滑动轴承，所述第一部件为所述滑动轴承的轴瓦、所述第二部件为所述滑动轴承的轴承座，或者，所述第二部件为所述滑动轴承的轴瓦、所述第一部件为所述滑动轴承的轴承座。
本发明提供了一种利用热电效应发电的轴承，包括热电构件和散热构件的发电装置在轴承运转过程中吸收轴承本体产生的热量而发电，在发电的同时降低了轴承本体的温度。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的轴承的立体结构示意图。
图2是图1中的轴承的侧视图。
图3是图1中的轴承的部分零部件的分解示意图。
图4是图1中的轴承的散热构件的立体结构示意图。
附图标记说明
1 轴承本体
101 轴承内圈
1011 螺钉孔
102 轴承外圈
103 滚动体
2 热电构件
201 热电构件第一面
202 热电构件第二面
203 通孔
3 散热构件
301 散热构件外周部
302 散热构件内周部
303 翅片组
3031 翅片
304 凸台
305 散热构件第一面
306 散热构件第二面
307 通孔
308 螺钉孔
4 控制电路板
401 通孔
51 第一螺钉
52 第二螺钉
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
以滚动轴承为例，下面参照图1-图5，介绍根据本发明的一个实施方式 的利用热电效应发电的轴承的结构和工作原理。
本实施方式的轴承包括轴承本体1和安装到轴承本体1的利用热电效应发电的发电装置。轴承本体1包括轴承内圈101、轴承外圈102和多个滚动体103。发电装置包括热电构件2、散热构件3和控制电路板4。
在轴承本体1的轴承内圈101的端面安装由热电材料制成的热电构件2，热电构件2的热电构件第一面201与轴承内圈101的一个端面接触。热电构件2可以为半导体热电片。优选地，热电构件2为环形片状，环形的轮廓和尺寸大致与轴承内圈101的横截面相仿，从而在轴承内圈101相对于轴承外圈102转动的过程中，热电构件2不会与其他零部件发生摩擦或干涉。
可选地，热电构件2与轴承内圈101的安装方式是螺钉连接，在热电构件2上设置若干通孔203，在轴承内圈101上设置与通孔203对应的螺钉孔1011。
在热电构件2的热电构件第二面202安装散热构件3。散热构件3由具有良好导热性能的材料制成，例如：铜、铝等。优选地，散热构件3为环形。环形的散热构件3具有与热电构件第二面202接触的散热构件第一面305和背离热电构件第一面305的散热构件第二面306。优选地，散热构件第一面305为平坦表面，散热构件第一面305足够完全覆盖与之相接触的热电构件第二面202。
可选地，散热构件3与热电构件2或轴承内圈101的安装方式是螺钉连接，在散热构件3上设置与热电构件2上的通孔203和轴承内圈101上的螺钉孔1011对应的通孔307，第一螺钉51可以依次穿过通孔307、通孔203而螺纹接合到螺钉孔1011，从而将散热构件3和热电构件2同时固定安装到轴承内圈101。当然，本发明不限于此。
控制电路板4用于将热电构件2上由于热电效应产生的电能暂时储存。优选地，控制电路板4包括电容器或可充电电池。热电构件2由于热电效应而产生的电能被控制电路板4上的电容器或可充电电池储存，之后由控制电路板4 向传感器输出更稳定的电压。应当理解，控制电路板4可以还包括对热电构件2产生的电的电流或电压等进行调节或控制的元件。
为了加大热电构件第一面201与热电构件第二面202之间的温度差，优选地，在散热构件3的散热构件第二面306上具有翅片组303。优选地，每一组翅片组303均包括若干翅片3031，每一个翅片3031均为在从散热构件第一面305到散热构件第二面306的方向上突出的薄片结构。翅片3031增加了散热构件3的散热面积，相邻的翅片3031之间具有一定间隙以利于散热。可选地，多个翅片3031被以这样的形式排布：翅片3031在散热构件3的端面上的投影是与散热构件3的环形的圆心同心的圆弧段。然而这并不是必须的，例如，翅片3031可以具有较短的延伸长度、翅片3031在散热构件3的端面上的投影沿散热构件3的径向延伸。优选地，若干翅片组303沿散热构件3的周向布置。
优选地，对于安装了具有翅片结构的散热构件3的轴承，为了使轴承能更好地承受来自散热构件第二面306那侧的轴向外力，在散热构件第二面306具有若干凸台304。优选地，凸台304沿轴承的轴向的高度略大于翅片3031沿轴承的轴向的高度，从而能将来自散热构件第二面306那侧的轴向外力直接加载到凸台304上而不是翅片3031上。优选地，凸台304的强度高于翅片组303的强度，例如，凸台304可以是实心的。优选地，凸台304设置在两个相邻的翅片组303之间。应当理解，凸台304优选比控制电路板4沿轴向凸出，从而避免控制电路板4受力损坏。
优选地，散热构件第二面306具有位于散热构件3的环状结构的内周侧的散热构件内周部302和位于环状结构的外周侧的散热构件外周部301，翅片组303和凸台304均设置在散热构件内周部302，散热构件内周部302的范围大致与热电构件2端面的尺寸相同。散热构件外周部301具有平坦的表面，用于固定控制电路板4。散热构件内周部302的轴向高度(厚度)大于散热构件外周 部301的轴向高度(厚度)。优选地，控制电路板4为环形，其尺寸大致与散热构件外周部301的尺寸相同。可选地，在散热构件外周部301上设置螺钉孔308，在控制电路板4上设置与螺钉孔308对应的通孔401，第二螺钉52穿过通孔401而螺纹接合到螺钉孔308，从而将控制电路板4固定安装到散热构件3。当然，本发明不限于此。
优选地，控制电路板4与散热构件3在轴向上存在间隙，这避免了控制电路板4过热。例如，在散热构件第二面306，螺钉孔308被凸环环绕。当然，本发明不限于此，例如，可以通过套在第二螺钉52上的垫圈等将控制电路板4与散热构件3在轴向上间隔开。
应当理解，控制电路板4与散热构件3在轴向上间隔开并不表示控制电路板4和散热构件3在轴向上完全不接触，例如，在本实施方式中，控制电路板4与凸环接触。控制电路板4与散热构件3在轴向上间隔开表示控制电路板4与散热构件3在至少部分区域，优选在大部分区域，在轴向上间隔开。
该轴承还包括集成于轴承本体1的传感器(图中未示出)，该传感器优选地安装到轴承内圈101，以便于由该发电装置为该传感器供电。
当轴承本体1运行时，即轴承内圈101相对于轴承外圈102发生转动时，轴承内圈101、轴承外圈102和滚动体103之间相互摩擦，轴承本体1发热，温度升高。此时，与轴承内圈101的一个端面相接触的热电构件2由于热传导作用，吸收了来自轴承本体1的热量，逐渐升温。由于热电构件第一面201直接与轴承内圈101接触，且热电构件第二面202与散热构件3接触，热电构件第一面201的温度将高于热电构件第二面202的温度。根据热电效应，热电构件第一面201与热电构件第二面202之间的温度差使得热电构件2内部产生了电流。该电流可以被控制电路板4收集而为传感器供电。
通常情况下，集成于轴承的传感器的功率为毫瓦级，因此，热电构件2上由于热电效应产生的电力足以为集成于轴承的传感器提供传感器工作所 需的电力。
本发明的上述实施方式可以实现下述优点中的一个或多个：
(1)通过轴承自身的运转发电，为集成于轴承的传感器提供电能，省去了来自轴承外部的电能供应；
(2)利用热电效应实现发电与供能的发电装置结构轻便，不会给轴承增加过多的转矩；
(3)利用热电效应的发电过程吸收来自轴承的热量，实现了为轴承降温的目的；
(4)发电装置能够容易地集成于轴承，方便制造安装。
(5)发电装置能够容易地安装到轴承的转动圈，从而便于为安装于转动圈的传感器等耗电元件供电。
应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。
(1)根据本发明的轴承可以是滚动轴承(包括但不限于：滚珠轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承和滚针轴承)，也可以是滑动轴承。
根据传感器在轴承中的安装位置，对于滚动轴承，热电构件2、散热构件3和控制电路板4可以设置于轴承内圈，也可以设置于轴承外圈；对于滑动轴承，热电构件2、散热构件3和控制电路板4可以设置在轴承的轴承座，也可以设置在轴承的轴瓦。
(2)虽然将本发明的发电装置安装到轴承的转动圈特别有益。然而，本发明不限于此，例如，将根据本发明的发电装置安装到轴承的固定圈也是可行的。
(3)虽然在上述实施方式中，优选地将热电构件2、散热构件3和控制 电路板4均设置为环形，然而，这不是必须的。例如，热电构件2、散热构件3和控制电路板4中的一者或多者可以不是规则的大致环形，也可以是带有缺口的C型，或是由多个分离的C型组合而成。
(4)轴承本体1、热电构件2、散热构件3和控制电路板4的连接方式不限于螺钉连接，例如，也可以使用粘接或卡接等。
(5)根据发电和用电需要，可以在轴承的两个端面都设置热电构件2、散热构件3和控制电路板4。
(6)根据本发明的轴承产生的电能也可以提供给安装于轴承的其他耗电元件而不限于提供给传感器。

Claims (10)

  1. 一种利用热电效应发电的轴承，其包括呈环状的第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件能绕所述轴承的轴线彼此相对转动，其中，所述轴承还包括由热电材料制成的热电构件和由导热材料制成的散热构件，所述热电构件安装到所述第一部件的轴向端面，所述散热构件安装到所述热电构件的远离所述第一部件的那侧，
    在所述第一部件相对于所述第二部件转动的过程中，所述热电构件吸收来自所述第一部件的热量而产生电流。
  2. 根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述散热构件具有与所述热电构件接触的散热构件第一面和在所述轴承的轴向上背离所述热电构件第一面的散热构件第二面；所述散热构件第二面具有若干翅片组，每一个所述翅片组均包括在从所述散热构件第一面到所述散热构件第二面的方向上突出的若干翅片。
  3. 根据权利要求2所述的轴承，其特征在于，所述散热构件第二面还具有若干凸台，在从所述散热构件第一面到所述散热构件第二面的方向上，所述凸台比所述翅片突出。
  4. 根据权利要求3所述的轴承，其特征在于，所述凸台设置在周向相邻的所述翅片组之间，所述凸台的强度高于所述翅片组的强度。
  5. 根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述轴承还包括控制电路板，所述控制电路板安装到所述散热构件，所述控制电路板处理和/或储存由所述热电构件产生的电。
  6. 根据权利要求5所述的轴承，其特征在于，所述控制电路板与所述散热构件在所述轴承的轴向上间隔开。
  7. 根据权利要求1至6中任一项所述的轴承，其特征在于，所述轴承 还包括一个或多个传感器，所述热电构件产生的电力被供给到所述传感器。
  8. 根据权利要求1至6中任一项所述的轴承，其特征在于，所述热电构件和所述散热构件安装到所述轴承的转动圈。
  9. 根据权利要求1至6中任一项所述的轴承，其特征在于，所述轴承为滚动轴承，
    所述第一部件为所述滚动轴承的内圈、所述第二部件为所述滚动轴承的外圈，或者，所述第二部件为所述滚动轴承的内圈、所述第一部件为所述滚动轴承的外圈。
  10. 根据权利要求1至6中任一项所述的轴承，其特征在于，所述轴承为滑动轴承，
    所述第一部件为所述滑动轴承的轴瓦、所述第二部件为所述滑动轴承的轴承座，或者，所述第二部件为所述滑动轴承的轴瓦、所述第一部件为所述滑动轴承的轴承座。
PCT/CN2018/090136 2018-06-06 2018-06-06 利用热电效应发电的轴承 WO2019232720A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2018/090136 WO2019232720A1 (zh) 2018-06-06 2018-06-06 利用热电效应发电的轴承

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2018/090136 WO2019232720A1 (zh) 2018-06-06 2018-06-06 利用热电效应发电的轴承

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019232720A1 true WO2019232720A1 (zh) 2019-12-12

Family

ID=68769773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2018/090136 WO2019232720A1 (zh) 2018-06-06 2018-06-06 利用热电效应发电的轴承

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019232720A1 (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010021159A1 (de) * 2010-05-21 2011-11-24 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Wälzlager mit einer integrierten permanenterregten elektrischen Maschine
CN104321552A (zh) * 2012-04-24 2015-01-28 Skf公司 轴承嵌入式发电结构
CN205578507U (zh) * 2016-01-22 2016-09-14 德阳钰鑫机械制造有限公司 内置有温度传感器系统的轴承

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010021159A1 (de) * 2010-05-21 2011-11-24 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Wälzlager mit einer integrierten permanenterregten elektrischen Maschine
CN104321552A (zh) * 2012-04-24 2015-01-28 Skf公司 轴承嵌入式发电结构
CN205578507U (zh) * 2016-01-22 2016-09-14 德阳钰鑫机械制造有限公司 内置有温度传感器系统的轴承

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9394946B2 (en) Ventilated aerodynamic foil bearing
JP5373936B1 (ja) 制御装置一体型回転電機
US7855882B2 (en) Fan unit and methods of forming same
US20060261689A1 (en) Brushless motor
JP3949368B2 (ja) 車両用交流発電機
KR20150021318A (ko) 방열기능을 갖춘 무선충전 방식의 휴대폰 거치대
US20100266885A1 (en) Battery cooling apparatus
US9360019B2 (en) Fan
US5233255A (en) AC generator for vehicles
JP2012014845A (ja) 誘導発熱ローラ装置
WO2019232720A1 (zh) 利用热电效应发电的轴承
JP3107299B2 (ja) 冷却装置
WO2019134065A1 (zh) 能够发电的轴承配件和能够发电的轴承
JP5502687B2 (ja) スリップリング装置
JP2008223843A (ja) 発電装置付回転支持装置
US11018074B2 (en) Energy supply
US11575295B2 (en) Generator
JP2019030192A (ja) 電動機及びそれを用いたヒートシンク装置
JP2017048846A (ja) 軸受−センサ取付構造
US10873116B2 (en) Charging device having thermoelectric module
CN207320920U (zh) 无线充电器
US20210167670A1 (en) Holding device for a slip ring unit, slip ring bridge, slip ring unit, electric machine, and wind turbine
JP2008154381A (ja) 車両用交流発電機
JPH05306712A (ja) 高速回転スピンドル軸の軸受構造
JP2004278570A (ja) 軸受装置の冷却機構

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18921807

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18921807

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1