热电动力采集轴承构造的制作方法
【专利摘要】发电轴承组件(100)包括由轴承壳体(110)保持的轴承子组件(120)。在运行过程中，摩擦和其它因素使轴承组件(100)的温度增加。壳体(110)包括轴承冷却通路系统，该系统包括冷却剂供给口(130)、液体冷却通路(134)、以及冷却剂返回口(138)。液体冷却通路(134)的路线靠近轴承子组件(120)以便从该轴承子组件去除热量。热发生器腔(180)形成到冷却剂供给口(130)和冷却剂返回口(138)之间的壳体(110)中。热电发电机(TEG)(200)插入到腔(180)中，使得冷载体(220,222)朝向供给口(130)并且热载体(240)朝向返回口(138)。热电发电机(TEG)(200)利用供给口(130)和返回口(138)之间的温差来产生电力。动力可用于操作电动装置，例如状态传感器(150)、通讯装置等。
【专利说明】热电动力采集轴承构造
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用热-电发电机(TEG)产生动力从而将在轴承壳体内通过轴承旋转所产生的热能转换成电能的设备和方法。
【背景技术】
[0002]轴承用于支承很多旋转物体。轴承通常被合并到多种机器中。轴承是有助于机器可靠性的关键因素。所设计的系统通常安装一个或更多个轴承状态监控装置从而保证轴承保持正常运转状态。多数状态监控装置要求用于运行的低压电能。一些系统包括也利用电能的其它部件。一种电运转的部件可以是用于将状态监控信息传输到遥远的维护公司的通讯装置。
[0003]轴承可被结合到具有各种应用的许多不同机器中。这些应用可配置在非常偏远、乡村的位置，通常没有公用事业提供动力。
[0004]电池提供有限的容量，这指示有限的供给以及因此有限的运行时间。从商业性的公用事业公司来源获得动力可能是昂贵的，尤其是对于偏远的装置来说。从商用来源传输电力会需要运行大范围的并且昂贵的动力电缆以及支持设备。必须考虑到这些系统的维护。电池的更换带来零件和劳动力成本。对于临时装置来说更加剧了这些担忧。
[0005]在运行过程中，轴承会产生相当多的热量。产生相当多热量的轴承通常包括散热或传热系统。一个有代表性的传热系统包括一个或多个整体液体冷却通路。液体冷却剂通过从轴承或轴承组件提取热量的整体液体冷却通路被抽出。液体冷却剂通过热交换器从而去除从液体冷却剂得到的热量。被冷却的冷却剂返回到轴承壳体以重复热提取或热调节过程。
[0006]热电发电机(TEG)通常有多种形式因子。它们有多种不同的大小和性能水平。热电发电机(TEG)提供有两种技术的任一种:(a)标准热电偶(normal thermo couples)和
(b)薄膜技术。
[0007]基于热电偶的热电发电机(TEG)使用热电偶，包括两个不同材料(通常是金属合金)的导体。任何不同金属的连结将产生与温度相关的电势。热电偶在两个导体彼此接触的点附近产生电压。所产生的电压取决于连结与各导体其它部分的温差，但并不必需成比例。热电偶用在多种应用中，包括温度传感器、将温度梯度转换成电的装置等。商用热电偶并不昂贵、可互换、提供有标准连接器、并且可测量较宽范围的温度。热电偶比其它测量温度的方法的优势在于热电偶是自行供电的。
[0008]热电偶可产生电流。利用的概念称作珀尔贴效应。珀尔贴效应是在两个不同金属的带电连结处热的存在。当电流流过由材料A和B组成的连结处，热量在T2温度在上连结处产生，并且在Tl温度在下连结处被吸收。热电发电机(TEG)根据珀尔贴效应的相反概念应用热电偶，由于在T2温度上连结处热量的出现以及在Tl温度下连结处减少的温度的出现，热电偶产生电流。
[0009]热电发电机(TEG)可利用一系列串联连接的热电偶形成热电堆，所有热连结处暴露于高温而所有冷连结处暴露于低温。输出是通过单个连结处的电压的总和，给出更大的电压和动力输出。
[0010]基于薄膜技术的热电发电机(TEG)利用珀尔贴冷却器晶片制成，或者基于塞贝克效应。热电发电机(TEG)包括η型和P型材料的腿对。每个腿对产生某一电压。由热电发电机(TEG)所产生的电压(U)直接与腿对(N)的数量以及在顶部侧和底部侧之间的温差(AT)乘以塞贝克系数(α)成比例，其中
[0011]U = N (times) Δ T (times) α
[0012]塞贝克效应由两种情况造成:电荷载体扩散和声子曳引。当到底的一端与另一端有温差时材料中的电荷载体会扩散。由于在导体的冷端有低密度热载体，热载体从热端扩散到冷端，反之亦然。如果导体维持热力学平衡，该过程会使热在导体各处均匀分布。随着电荷载体移动，从一端到另一端的热运动(以热电荷载体的形式)形成热流和电流。
[0013]最近发展的热电装置由通过金属连接器连接的P型和η型半导体元件制成。半导体连结在发电装置中常见，而金属连结在温度测量中更加常见。电荷流过η型元件、越过金属互连结构、并且通过P型元件。
[0014]热电装置可用在两种应用中的任一种:(a)利用动力控制温度和(b)利用温差产生电力。在第一种构造中，动力被提供，热电装置提供热生成装置，利用珀尔贴效应作为冷却器。在此构造中，η型元件中的电子在与电流方向相反的方向上移动并且P型元件中的孔将在电流方向上移动，均从装置的一侧去除热量。在第二种构造中，热量差别施加于热电装置，热电装置起到发电机的作用。热源向着冷却器区域驱使η型元件中的电子，造成通过电路的电流。然后，P型元件中的孔在电流方向上流动。因此，热能被转换成电能。
[0015]热电发电机(TEG)也可利用其它效应，包括:
[0016](A)艾听豪森效应，它是一种当电磁场存在时影响导体中电流的热电(或热磁)现象，和/或
[0017](B)能斯托效应，它是一种当允许导电的标本受到磁场和法向(垂直)于彼此的温度梯度影响时所观察到的热电(或热磁)现象。
[0018]多种参数受到监控，从而不间断地确定轴承的状态。轴承组件的应用可限制将电力提供给监控轴承状态的传感器的可用性或简易性。所期望的发电系统是一种能结合到轴承组件中从而从轴承组件采集动力并且利用所采集到的动力产生电能的系统。
【发明内容】
[0019]本发明指向一种设备和利用轴承或轴承组件运转期间所生成的热能产生电能的相应方法。
[0020]在本发明的第一方面，一种发电轴承组件，该发电轴承组件包括:
[0021]轴承壳体，包括:
[0022]轴承子组件接收器，
[0023]集成液体冷却系统，包括:
[0024]向其提供低温供给冷却剂流体的冷却系统供给口，
[0025]从所述冷却系统供给口以流体连通延伸并且在所述轴承子组件接收器的至少部分圆周周围连续的集成液体冷却通路，所述集成液体冷却通路提供从所述轴承壳体到所述冷却剂的热传输，以及
[0026]从所述集成液体冷却通路以流体连通延伸的冷却系统返回口，所述冷却系统返回口从那里为升温供给冷却剂流体提供排出导管；以及
[0027]从所述轴承壳体的外表面向内延伸的热发生器腔，所述热发生器腔位于所述冷却系统供给口和所述冷却系统返回口之间；
[0028]保持在所述轴承接收器内的轴承子组件，以及
[0029]包括冷载体和热载体的热电发电机(TEG),所述热电发电机(TEG)位于所述热发生器腔内，其中所述热电发电机(TEG)被插入使得所述冷载体朝向所述冷却系统供给口定向并且使得所述热载体朝向所述冷却系统返回口定向；
[0030]其中在运行期间，通过所述轴承子组件旋转所产生的热使轴承壳体的温度升高，所述热电发电机(TEG)将所述冷却系统供给口和所述冷却系统返回口之间的热差(thermal difference)转换成电能。
[0031]在第二方面，轴承壳体还包括从所述冷却系统返回口向所述热发生器腔延伸的高温源供给通路。
[0032]在另一方面，轴承壳体还包括从所述冷却系统供给口向所述热发生器腔延伸的低温供供给通路。
[0033]在另一方面，使用插入到它们之间的导热材料，所述热电发电机(TEG)热联接于热发生器腔的各个侧壁。
[0034]在另一方面，热电发电机(TEG)由热电发生器盖板密封在热发生器腔内。
[0035]在另一方面，热电发电机(TEG)利用常规的热电偶技术。
[0036]在另一方面，热电发电机(TEG)利用薄膜技术。
[0037]在另一方面，热电发电机(TEG)还包括无源无线传输技术。
[0038]在另一方面，利用热电发电机(TEG)为分别的电动装置提供动力。
[0039]在另一方面，利用热电发电机(TEG)为至少一个轴承状态监控传感器提供动力。
[0040]在另一方面，利用热电发电机(TEG)为至少一个与相同轴承组件相关联的状态监控传感器提供动力。
[0041]在另一方面，利用热电发电机(TEG)为至少一个与相同轴承组件相关联的轴承状态监控传感器并且为至少一个与靠近发电轴承组件定位的分别的轴承组件相关联的轴承状态监控传感器提供动力。
[0042]本发明的一个优势是容易地将热电发电机(TEG)结合到轴承组件上从而产生动力采集轴承组件。从标准液体冷却轴承组件到动力采集轴承组件的转换可通过形成热发生器腔来完成，所述热发生器腔从位于冷却系统供给口和冷却系统返回口之间一位置处的轴承壳体的外表面向内延伸。热电发电机(TEG)被插入到热发生器腔内，其中每个侧表面设置成与热发生器腔的相邻壁热连通。安装到壳体内的腔中避免了集成液体冷却通路的穿透。这避免了任何流体泄漏的可能。通过移除热电发生器盖板，可以容易地接近热电发电机(TEG)以便维护。使热电发电机(TEG)位于冷却系统供给口和冷却系统返回口之间确保了设备运行期间的最大温差。
[0043]本发明的另一优势是能够使用轴承组件运行期间产生的热量所得到的热能产生连续电流。液体冷却系统的加入加强了去除轴承组件的热量的过程。通过将热量收集、引导并且聚集到轴承壳体的特定区域，液体冷却系统可用于增加热电发电机(TEG)的效率。在冷却系统供给口和冷却系统返回口之间的位置，热电发电机(TEG)可被插入到热发生器腔内，所述热发生器腔延伸到轴承壳体中。该位置优化了用于产生最大电力输出的热差。
[0044]将冷却剂引向热发生器腔的低温源供给通路和高温源供给通路的加入提供了增加热电发电机(TEG)的两个相对的载体侧之间的热差的额外的优势。这种构造优化了电力输出。热电发电机(TEG)的位置又消除了任何热平衡的可能，所述热平衡是热电发电机(TEG)的两侧温度相等的状态。
[0045]可以用一个或多个传感器监控轴承的状态。这些传感器通常用利用电能运行。传感器可监控多种参数以便连续地确定轴承的状态。通讯装置可作为媒介用于传输信息给远距离监控设备。这些通讯装置也使用电能运行。使用轴承组件的系统位于难以获得电力的偏远地区的情况并不少见。轴承组件可用于被部署在偏远区域的设备上。轴承组件的应用可能限制将电力提供给用于监控轴承状态的传感器的可用性或简易性。在轴承组件内发电装置的引入消除了对于电力外部来源的需求。另外，通过利用从轴承壳体内部位置获得的热能，电能并不从轴承子组件的轴承内环或系统的其它旋转元件获得能量。因此，热电发电机(TEG)并不影响系统的旋转元件的效率。
[0046]本发明的其它优势在于安装的灵活性。状态监控传感器的位置会使得利用外部来源动力用于监控轴承状态的任何供应复杂化。轴承可整合到位于难以接近的、特别是对于配线来说难以接近的位置的设备中。轴承组件内包含发电机优化了在接近传感器或者其它需要电力的设备的位置的电力来源。热发生器腔可形成在冷却系统供给口和冷却系统返回口之间一位置处的轴承壳体内。这优化了热电发电机(TEG)所用的热差从而产生电力。发电机整合在轴承组件中显著减少了所需配线的长度。配线减少避免了由设备部件的任何旋转运动或其它运动所造成的任何意外地干涉或磨损。
[0047]通过参考以下书面说明书、权利要求以及附图，本领域技术人员将进一步理解和认识本发明的这些或其它特点、方面和优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]为了更全面理解本发明的本质，参考附图，其中:
[0049]图1表示包括安装在热发生器腔内的热电发电机(TEG)的有代表性轴承组件的内部正视图，热发生器腔位于冷却系统供给口和冷却系统返回口之间，其中热电发电机(TEG)与热发生器腔的每个侧壁热连接并且利用低温供给冷却剂流体和升温返回冷却剂流体之间的热量差别(thermal difference)来产生电力；
[0050]图2表示最初在图1中介绍的包括热电发电机(TEG)的有代表性轴承组件的等距分解装配视图；
[0051]图3表示有代表性的示意图，图示有代表性的基于薄膜的热电发电机(TEG)的操作元件；以及
[0052]图4表不利用无源无线动力传输系统的有代表性的热电发电机(TEG)。
[0053]在附图的全部视图中相同的附图标记指示相同的部件。
【具体实施方式】[0054]以下具体描述仅仅是本质上有代表性的并且不旨在限制所述的实施方式或应用以及所述实施方式的使用。据此所述，词语“有代表性的”或“说明性的”意思是“用作例子、实例或说明”。这里所述的任何事实不必解释成比其它实施更优的或者有优势的。以下所述的所有实施是为了使本领域技术人员能够使用本公开的实施方式而提供的有代表性的实施并且并不旨在限制本公开的范围，本公开的范围由权利要求限定。在此为了描述的目的，术语“上”、“下”、“左”、“后”、“右”、“前”、“垂直”、“水平”以及它们的衍生词应涉及如图1中所定向的发明。此外，这里无意受到在前面【技术领域】、背景、概述或以下具体描述中出现的任何明示或暗示的理论的约束。还应当理解的时，附图中所示的以及以下说明中所述的特定装置和过程仅仅是权利要求所限定的创造性概念的有代表性实施方式。因此，在此公开的涉及实施方式的特定尺寸和其它物理特征不应认为时限制性的，除非权利要求另有说明。
[0055]动力采集轴承组件100在图1和2中示出。动力采集轴承组件100包括由轴承子组件接收器112保持在轴承壳体110内的轴承组件120。有代表性的轴承组件120包括轴承外环122、位于轴承外环122内的轴承内环124、旋转地装配在轴承外环122和轴承内环124之间的一系列内环轴承126。内环轴承126可以是球形、圆柱形、圆锥形、双圆锥形等等。环122、124的配合表面会设计成容纳所选的轴承形状。轴承内圆周表面128形成在轴承内环124的内表面上。轴承内圆周表面128与旋转构件、例如轴接合。
[0056]轴承壳体110以各种形状因子配置成具有众多可选构造。一个可选特征是在轴承壳体11内包括集成轴承冷却通路系统。可选的集成轴承冷却通路系统提供传热系统，从而去除由轴承和/或其它与轴承接触的旋转部件的旋转产生的热量。集成轴承冷却通路系统包括冷却系统供给口 130、至少一个集成液体冷却通路134、以及冷却系统返回口 138 ;全部互相流体连通。集成轴承冷却系统会额外地包括液体冷却剂、外部热交换器，以便去除来自液体冷却剂的热量、以及用于驱使液体冷却剂通过集成液体冷却段的泵。这些部件已被本领域技术人员周知。
[0057]集成轴承冷却通路系统在冷却系统供给口 130起始，该口将低温的冷却剂供给到集成轴承冷却通路系统中。更冷的冷却剂可直接被传输到集成液体冷却通路134(如图2中所示)或通过可选的冷却流体供给传输导管132，所述冷却流体供给传输导管132在冷却系统供给口 130和集成液体冷却通路134之间提供流体连通(如图1中所示)。
[0058]集成液体冷却通路134在轴承壳体110内被设定路线从而优化与动力采集轴承轴承组件100的热传输和热去除。冷却剂通过冷却系统返回口 138返回到热交换器(未示出)。集成液体冷却通路134可与冷却系统返回口 138直接流体连通(如图2中所示)或者通过可选的冷却流体返回传输导管136，所述冷却流体返回传输导管136在集成液体冷却通路134和冷却系统返回口 138之间提供流体连通(如图1中所示)。
[0059]随着流体流过集成轴承冷却通路系统，冷却剂从动力采集轴承组件100吸收热量。低温供给冷却剂流体140以环境温度或冷却温度进入冷却系统供给口 130。由于低温供给冷却剂流体140传输到集成液体冷却通路134的入口段，流体可被称作低温冷却剂流体142。随着冷却剂继续流过集成轴承冷却通路系统，更确切的是集成液体冷却通路134，冷却剂从动力采集轴承组件100吸收热量。随着冷却剂通过集成液体冷却通路134接近轴承组件120的区段，冷却剂从轴承组件120提取热量。在这个热交换过程中，冷却剂被称作传热流体144。随着集成液体冷却通路134的路线分离集成液体冷却通路134与轴承组件120，传热流体144不再从轴承子组件120吸收热量。集成液体冷却通路134的路线最初会聚在轴承子组件120之上、顺从轴承子组件120的轮廓、然后与轴承子组件120分开从而与冷却系统返回口 138连接。随着集成液体冷却流路134与轴承组件120分离开，从轴承组件120传输到冷却剂的热量减少。在过程的这个阶段，冷却剂被称之为升温冷却剂流体146。冷却剂通过冷却系统返回口 138排出从而回到热交换器(未示出)。返回的、热的冷却剂被称之为升温返回冷却剂流体148。
[0060]热发生器腔180用于在可操作位置接收和保持热电发电机(TEG) 200。热发生器腔180在冷却系统供给口 130和冷却系统返回口 138之间的位置从轴承壳体110的外表面向内延伸。热发生器腔180的一侧受到低温供给冷却剂流体140的较低温度；热发生器腔180的另一侧受到高温返回冷却剂流体148的较热温度。这种构造为热电发电机(TEG) 200提供热差(thermal delta)。导热材料202、例如导热油脂、油灰、金属等可夹在热电发电机(TEG) 200的表面和各个腔侧壁182之间。优选的是，导热材料202是允许热电发电机(TEG) 200从热发生器腔180移除和重新插入其中的材料。
[0061]热电发电机(TEG) 200可通过将热电发电机盖板250安装在热发生器腔180的开口上而被密封在热发生器腔180内。热电发电机盖板250可用本领域技术人员已知的任何机械联接结构被固定于轴承壳体110。合适的机械联接结构的例子包括带螺纹紧固件(例如螺栓、螺钉等)、安装架、铆钉、粘合剂等等。热电发电机(TEG) 200将热能(以在温度上差异的形式)转换成电能。所产生的电能通过发电机动力输出接线252(图1至3)或无源无线动力传输系统270 (图4)被传输到电操作装置、电力存储装置等。发电机动力输出接线252可设为多种形式，包括电线、电线或电缆捆、带状电缆等等。产品设计师将确定发电机动力输出接线252连接至热电发电机(TEG)200的位置。作为电线技术方案的替代，所产生的电能可用包括无源无线通讯等任何合适的无线传输动力传输系统270被传输到电操作装置。动力发射天线可与动力接收天线相匹配，动力接收天线与电力存储装置或电操作装置等电连接。
[0062]导热衬或粘合剂202可被用在各腔侧壁182的每一个和热电发电机(TEG) 200的接触表面之间，用以优化它们之间的热传导。优选地以在各腔侧壁182的每一个和热电发电机(TEG) 200的接触表面之间提供热传递的方式，热电发电机(TEG) 200被插入到热发生器腔180中。它们之间的接触直接与系统的效率成比例。
[0063]在高温源210和低温源212之间的热差使热电发电机(TEG) 200产生电能输出。热电发电机(TEG) 200的操作细节在图3中示出并且下面将说明。
[0064]动力采集轴承组件100可包括状态传感器150或其它电操作的部件。通过将电动机动力输出接线252连接至状态传感器接线152，电力从热电发电机(TEG) 200传输到状态传感器150。状态传感器接线152提供在状态传感器150和发电机动力传输接线252之间的电连通通道。可理解的是，热电发电机(TEG) 200可提供电力给传感器150和位于大致邻近动力采集轴承组件100的其它电操作的部件，包括位于其它轴承组件上的轴承传感器；温度传感器；负载传感器；旋转计数器；速度传感器；麦克风；SEE传感器；扭矩传感器；GPS传感器；通讯装置(有线或无线)；通讯装置(有线或无线)；警报器；数据记录装置(包括计算机、磁带驱动机、数字记录装置、盘式记录装置等)；控制器等。[0065]一个或更多个服务接入面板160可设在轴承壳体110上，服务接入面板160为检查、维护和修理提供对于内部元件的接近通路。
[0066]热电发电机(TEG) 200包括本领域技术人员已知的任何热电发电机(TEG)元件。在此所不的热电发电机(TEG) 200的有代表性实施方式举例说明一个实施方式,用以描述各种元件、部件相互关系及其功能。
[0067]热电发电机(TEG)200通常可以有多种形式。它们有多种不同大小和性能水平。热电发电机(TEG) 200可利用任一技术:(a)常规热电偶和(b)薄膜技术。
[0068]基于热电偶的热电发电机(TEG) 200利用包括两种不同材料(通常是金属合金)的导体的热电偶。任何不同金属的连结将产生与温度相关的电势。热电偶在两个导体彼此接触的点的附近产生电压。电压随后产生电流。这一概念利用珀尔贴效应(Peltiereffect) ο拍尔贴效应是在两个不同金属的带电连结处的热存在。当电流流过由材料A和B组成的连结处，热量以T2产生在上连结处，并且以Tl在下连结处被吸收。热电发电机(TEG)根据珀尔贴效应的相反概念应用热电偶，由于以T2在上连结处热量的出现以及以Tl在下连结处减少的温度的出现，热电偶产生电流。
[0069]基于薄膜技术的热电发电机(TEG) 200利用基于半导体的技术。基于热电偶的热电发电机(TEG)效率很少超过3%。由于半导体的出现，热电发电机(TEG)200的效率显著增加。因此，本公开专注于基于薄膜技术的热电发电机(TEG)200。
[0070]图3表不基于薄膜技术的操作部件的热电发电机(TEG) 200的有代表性实施方式。热电发电机(TEG) 200暴露于在温度上有差异的状态。热电发电机(TEG) 200的一侧暴露于高温源210。热电发电机(TEG) 200的相反侧暴露于低温源212。热电发电机(TEG) 200的关键部件是P型半导体元件230和η型半导体元件232。高温源210和半导体元件230、232之间的热传输通过热载体240完成。热载体240通常是热电发电机(TEG) 200接触或附连构件或一部分。P侧冷载体220和N侧冷载体222通常是热电发电机(TEG) 200的暴露构件或部分。热载体240和冷载体220、222位于半导体元件230、232的相对端部。热载体240和冷载体220、222之间的热差使半导体元件230、232产生电流，所述电流由发电机动力输出接线252承载。
[0071]热电发电机(TEG) 200包括P型半导体元件230和η型半导体元件232的腿对。每个腿对产生某一电压。由热电发电机(TEG)200产生的电压(U)直接与腿对(N)的数量以及在顶部侧和底部侧之间的温差(AT)乘以塞贝克系数(α)成比例，其中
[0072]U = N (times) Δ T (times) α.[0073]塞贝克效应由两种情况造成:电荷载体扩散和声子曳引。当导体的一端与另一端有温差时，材料中的电荷载体会扩散。由于在导体的冷端有低密度热载体，热载体从热载体240扩散到低温源212，反之亦然。随着电荷载体移动，从一端到另一端的热运动(以热电荷载体的形式)是热流和电流。
[0074]最近发展的热电装置由通过金属连接器连接的P型半导体元件230和η型半导体元件232制成。半导体连结在发电装置中是常见的，而金属连结在温度测量中更加常见。电荷流过η型元件232、越过金属互连结构、并且通过P型元件230。由此产生的电流通过发电机动力输出接线252。
[0075]发电机动力输出接线252连接于任何电操作装置，例如状态传感器150。在接线配置中，发电机动力输出接线252连接于状态传感器接线152从而将电能从热电发电机(TEG) 200传输到状态传感器150，如图3中所示。可替代地，热电发电机(TEG) 200可用无源无线动力传输系统270将动力传输到任何电操作装置，如图4中所示。
[0076]在操作中，热电发电机(TEG) 200插入到热发生器腔180中，其中热发生器腔180位于冷却系统供给口 130和冷却系统返回口 138之间。热电发电机(TEG) 200利用冷却系统供给口 130和冷却系统返回口 138之间所产生的热量差别运转。通过包括高温源供给通路214和/或低温源供给通路216，效率可以得到增加，所述高温源供给通路214从冷却系统返回口 138以流体连通延伸，所述低温源供给通路216从冷却系统供给口 130以流体连通延伸。低温供给冷却剂流体140会流到低温源供给通路216中，从而为热电发电机(TEG) 200的冷载体220、222 —侧提供较冷温度。升温返回冷却剂流体148会流到高温源供给通路214中，从而为热电发电机(TEG) 200的热载体240 —侧提供较高温度。与通过轴承壳体110的材料的热传输相比，流体通过温度源供给通路214、218的流动增加了与热电发电机(TEG) 200的热传输。
[0077]随着轴承旋转，摩擦及其它相互作用产生热量。所引起的热量使轴承壳体110的温度升高。在轴承接收器112附近形成的热量被传输到流经集成液体冷却通路134的冷却齐IJ。随着流体沿集成液体冷却通路134所提供的路径流动，流体温度增加、从低温供给冷却剂流体140转变为升温返回冷却剂流体148。热发生器腔180将热电发电机(TEG) 200暴露于具有升温返回冷却剂流体148所造成的高温的高温源210。热发生器腔180也将热电发电机(TEG) 200暴露于具有低温供给冷却剂流体140所造成的低温的低温源212。高温源210和低温源212之间的温差使热电发电机(TEG) 200产生电压，当电联接于负载时产生电流，如图3中所示。所产生的电力通过发电机动力输出接线252或无源无线动力输出系统270传输，用于存储或者被电动装置使用，例如状态传感器150。
[0078]应理解的是，热电发电机(TEG)200可从任何可用的或定制设计的运行和结构设计中选择。运行特性可以被设计用于任何预期运行的热量差别和电压或电流输出。
[0079]由于可以对本发明所述的优选实施方式进行详细地修改、变化和改变，前述说明书中的以及附图中表示的所有内容应当认为是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围应当由所附权利要求和它们的法律对等来确定。
[0080]附图标记说明
[0081]100动力采集轴承组件
[0082]110轴承壳体
[0083]112轴承接收器
[0084]120轴承子组件
[0085]122轴承外环
[0086]124轴承内环
[0087]126内环轴承
[0088]128轴承内圆周表面
[0089]130冷却系统供给口
[0090]132冷却流体供给传输导管
[0091]134集成液体冷却通路[0092]136冷却液体返回传输导管
[0093]138冷却系统返回口
[0094]140低温供给冷却剂流体
[0095]142低温冷却液流体
[0096]144传热流体
[0097]146升温冷却剂流体
[0098]148升温返回冷却剂流体
[0099]150状态传感器
[0100]152状态传感器接线
[0101]160服务接入面板
[0102]200热电发电机
[0103]202导热材料
[0104]210高温源
[0105]212低温源
[0106]220P侧冷载体
[0107]222N侧冷载体
[0108]230P型半导体元件
[0109]232η型半导体元件
[0110]240热载体
[0111]250热电发电机盖板
[0112]252发电机动力输出接线
[0113] 270无源无线动力传输系统
【权利要求】
1.一种发电轴承组件(100)，其包括: 轴承壳体(110)，其包括: 轴承子组件接收器(112)， 集成液体冷却系统(全体地，130、132、134、136、138)，其包括: 向其提供低温供给冷却剂流体(140)的冷却系统供给口(130)， 从所述冷却系统供给口(130)以流体连通延伸并且在所述轴承子组件接收器(112)的至少一部分圆周周围连续的集成液体冷却通路(134)，所述集成液体冷却通路(134)提供从所述轴承壳体(110)到所述冷却剂的热传输，以及 从所述集成液体冷却通路(134)以流体连通延伸的冷却系统返回口(138)，所述冷却系统返回口(134)从那里为升温供给冷却剂流体(148)提供排出导管；以及 从所述轴承壳体(110)的外表面向内延伸的热发生器腔(180)，所述热发生器腔(180)位于所述冷却系统供给口(130)和所述冷却系统返回口(138)之间； 保持在所述轴承接收器(112)内的轴承子组件(120)，以及 包括冷载体(220,222)和热载体(240)的热电发电机(TEG) (200)，所述热电发电机(TEG) (200)位于所述热发生器腔(180)内，其中所述热电发电机(TEG) (200)被插入使得所述冷载体(220,222)朝向所述冷却系统供给口(130)定向并且使得所述热载体(240)朝向所述冷却系统返回口(138)定向； 其中在运行期间，通过所述轴承子组件(120)旋转所产生的热使通过所述集成液体冷却系统(全体地，130、132、134、136、138)的所述冷却剂的温度升高，所述热电发电机(TEG)(200)将所述冷却系统供给口(130)和所述冷却系统返回口(138)之间的热差转换成电能。
2.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，所述轴承壳体(110)还包括从所述冷却系统返回口(138)向所述热发生器腔(180)延伸的高温源供给通路(214)。
3.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，所述轴承壳体(110)还包括从所述冷却系统供给口(130)向所述热发生器腔(180)延伸的低温源供给通路(216)。
4.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，所述轴承壳体(110)还包括从所述冷却系统返回口(138)向所述热发生器腔(180)延伸的高温源供给通路；以及 从所述冷却系统供给口(130)向所述热发生器腔(180)延伸的低温源供给通路(216)。
5.如权利要求4所述的发电轴承组件(100)，还包括装配在所述热发生器腔(180)的至少一个侧壁(182)和所述热电发电机(TEG) (200)的配合表面之间的导热材料(202)。
6.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，还包括装配在所述热发生器腔(180)的至少一个侧壁(182)和所述热电发电机(TEG) (200)的配合表面之间的导热材料(202)。
7.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，所述热电发电机(TEG)(200)还包括利用薄膜技术的操作部件。
8.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，所述热电发电机(TEG)(200)还包括利用常规的热电偶技术的操作部件。
9.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，还包括状态传感器(150)，其中从所述热电发电机(TEG) (200)产生的动力使所述状态传感器(150)运转。
10.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，还包括热电发电机盖板(250)，其中所述热电发电机盖板(250)提供接近所述热发生器腔(180)内的所述热电发电机(TEG) (200)的通路并且将所述热电发电机(TEG) (200)保持在所述热发生器腔(180)内。
11.一种发电轴承组件(100)，其包括: 轴承壳体(110)，包括: 轴承子组件接收器(112)， 集成液体冷却系统(全体地，130、132、134、136、138)，其包括: 向其提供低温供给冷却剂流体(140)的冷却系统供给口(130)， 从所述冷却系统供给口(130)以流体连通延伸并且在所述轴承子组件接收器(112)的至少一部分圆周周围连续的集成液体冷却通路(134)，所述集成液体冷却通路(134)提供从所述轴承壳体(110)到所述冷却剂的热传输，以及 从所述集成液体冷却通路(134)以流体连通延伸的冷却系统返回口(138)，所述冷却系统返回口(134)从那里为升温供给冷却剂流体(148)提供排出导管； 从所述轴承壳体(110)的外表面向内延伸的热发生器腔(180)，所述热发生器腔(180)位于所述冷却系统供给口(130)和所述冷却系统返回口(138)之间， 从所述冷却系统返回口(138)向所述热发生器腔(180)延伸的高温源供给通路(214)，从所述冷却系统供给口(130)向所述热发生器腔(180)延伸的低温源供给通路(216)； 保持在所述轴承接收器(112)内的轴承子组件(120)，以及 包括冷载体(220,222)和热载体(240)的热电发电机(TEG) (200)，所述热电发电机(TEG) (200)位于所述热发生器腔(180)内，其中所述热电发电机(TEG) (200)被插入使得所述冷载体(220，222)朝向所述低温源供给通路(216)定向并且使得所述热载体(240)朝向高温源供给通路(214)定向； 其中在运行期间，通过所述轴承子组件(120)旋转所产生的热使通过所述集成液体冷却系统(全体地，130、132、134、136、138)的所述冷却剂的温度升高，所述热电发电机(TEG)(200)将所述冷却系统供给口(130)和所述冷却系统返回口(138)之间的热差转换成电能。
12.如权利要求11所述的发电轴承组件(100)，还包括装配在所述热发生器腔(180)的至少一个侧壁(182)和所述热电发电机(TEG) (200)的配合表面之间的导热材料(202)。
13.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，所述热电发电机(TEG)(200)还包括利用薄膜技术和常规热电偶技术的其中之一的操作部件。
14.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，还包括状态传感器(150)，其中从所述热电发电机(TEG) (200)产生的动力使所述状 态传感器(150)运转。
15.如权利要求1所述的发电轴承组件(100)，还包括热电发电机盖板(250)，其中所述热电发电机盖板(250)提供接近所述热发电腔(180)内的所述热电发电机(TEG) (200)的通路并且将所述热电发电机(TEG) (200)保持在所述热发电腔(180)内。
【文档编号】F16C41/00GK103917794SQ201280055235
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年10月3日 优先权日:2011年10月6日
【发明者】F.巴特尔, A.C.范德哈姆 申请人:Skf公司